بررسی آزمایشگاهی آبشستگی پایین‌دست سرریز کلید پیانویی

چکیده سابقه و هدف: ﺳﺮرﻳﺰﻫﺎ سازه های ﻫﻴﺪروﻟﻴﻜﻲ ساده و ﭘﺮﻛﺎرﺑﺮد در انتقال آب و ﺳﻴﺴﺘﻢﻫﺎی آﺑﻴﺎری و زهکشی ﻫﺴﺘﻨﺪ. در ﺳﺪﻫﺎ ﺑﺮای ﻋﺒﻮر آب اﺿﺎﻓﻲ ﻧﺎﺷﻲ از ﺳﻴﻼب و ﻛﻨﺘﺮل ﺳﻄﺢ آب ﻣﺨﺰن و همچنین در ﻛﺎﻧﺎلﻫﺎی آﺑﻴﺎری و زﻫﻜﺸﻲ ﺟﻬﺖ ﺗﻨﻈﻴﻢ ﺳﻄﺢ آب و اﻧﺪازه‌گیری دبی جریان اﺳﺘﻔﺎده می‌شوند. سرریزهای کلید پیانویی شکل جدیدی از سرریزهای با تاج طولانی هستند که ﺳﺎﺧﺘﺎری ﺑﻪ ﻧﺴﺒﺖ ﺳﺎده، ﺳﺎزه‌ای اﻗﺘﺼﺎدی با راندمان بالا می باشند. ﺑﻪ دﻟﻴﻞ ﻣﺰﻳﺖﻫﺎی اﻳﻦ ﺳﺮرﻳﺰ ﻟﺰوم ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ و ﺗﺤﻘﻴﻖ روی آبشستگی پایین‌دست اﻳﻦ ﺳﺮرﻳﺰ اﺣﺴﺎس ﻣﻲﺷﻮد. آبشستگی در مجاورت سازه می‌تواند تاثیر مستقیمی بر پایداری سازه داشته باشد. به همین دلیل، پیش‌بینی شکل و ابعاد حفره آبشستگی در پایین‌دست این سازه‌ها مورد توجه محققین بوده است. در این تحقیق آبشستگی پایین‌دست سرریز کلید پیانویی مورد مطالعه قرارگرفته است. مواد و روش‌ها: برای مطالعه آبشستگی در پایین دست سرریزهای کلید پیانویی، از دو مدل فیزیکی با 5 و 9 کلید از این نوع سرریز برای انجام آزمایش‌هایی تحت شرایط هیدرولیکی مختلف استفاده شده است. آزمایش‌ها در فلومی به طول 10 متر و عرض و ارتفاع 50 سانتی‌متر انجام شده است. همچنین برای مقایسه میزان آبشستگی در سرریزهای کلید پیانویی نسبت به سرریزهای خطی، آبشستگی پایین‌دست یک مدل سرریز لبه‌تیز با ارتفاع سانتی‌متر20 و عرض 50 سانتی‌متر به ازای شرایط هیدرولیکی متناظر با سرریزهای کلید پیانویی نیز مطالعه شده است. بعد از برقراری تعادل، میزان آبشستگی در پایین دست این سرریزها مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده ار عمق سنج نقطه ای با دقت یک میلیمتر که در بالای کانال نصب شده، ابعاد چاله فرسایشی اندازه گیری شده است. بررسی تاثیر عدد فرود ذره بر روی میزان حداکثر عمق آبشستگی و محل وقوع آن مورد مطالعه قرار گرفته است. یافته‌ها: نتایج نشان می‌دهد که در سرریزهای کلید پیانویی با افزایش طول موثر سرریز، عمق آب روی سرریز کاهش یافته و با کاهش سرعت برخورد جریان با بستر پایین دست سرریز مقدار عمق آبشستگی نیز کاهش می یابد. پروفیل آبشستگی در عرض کانال متغیر و به صورت سه‌بعدی می‌باشد. نرخ افزایش عمق حفره وابسته به تعداد کلیدهای سرریز نیز می‌باشد، یعنی به ازای یک عدد فرود ثابت و عمق پایاب ثابت، با افزایش تعداد کلیدهای سرریز، حداکثر عمق حفره و محل وقوع حداکثر عمق آبشستگی و حداکثر گسترش طول حفره آبشستگی نیز افزایش می‌یابد. همچنین عمق آبشستگی در سرریزهای کلید پیانویی کمتر از سرریزهای معمولی خطی می‌باشد. این کاهش مقدار آبشستگی در پایین‌دست این سرریزها حتی در عمق‌های پایاب کم نیز مشاهده شده است. کاهش عمق پایاب موجب افزایش حداکثر عمق آبشستگی و دور شدن محل وقوع حداکثر عمق آبشستگی از انتهای کف‌بند می‌شود. پروفیل حفره آبشستگی در سرریز کلید پیانویی تقریبا مشابه سرریزهای خطی می‌باشد و تنها تفاوت آن در ارتفاع تلماسه ایجاد شده در پایین‌دست حفره می‌باشد. ارتفاع تلماسه ایجاد شده در سرریز کلید پیانویی حتی در عمق‌های پایاب زیاد کمتر از سرریز لبه‌تیز است و همچنین با افزایش عدد فرود ذره، پارامترهای حداکثر عمق آبشستگی و طول محل وقوع آن افزایش می‌یابند. نتیجه گیری: در سرریز های کلید پیانویی کاهش عمق پایاب موجب افزایش حداکثر عمق آبشستگی و دور شدن محل وقوع حداکثر عمق آبشستگی از انتهای کف‌بند می‌شود. با افزایش عدد فرود ذره، مقدار حداکثر عمق آبشستگی، محل وقوع حداکثر عمق آبشستگی و حداکثر گسترش طول حفره آبشستگی، افزایش می‌یابند. نرخ افزایش عمق حفره وابسته به تعداد کلیدهای سرریز نیز می‌باشد، و در یک عدد فرود و عمق پایاب ثابت، با افزایش تعداد کلیدهای سرریز، حداکثر عمق حفره و محل وقوع حداکثر عمق آبشستگی نیز افزایش می‌یابد. واژه‌های کلیدی: سرریز کلید پیانویی، چاله آبشستگی، مطالعه آزمایشگاهی، عمق آب، عدد فرود