یررسی رفتار هیدرولیکی کفهای مشبک با استفاده از مدل فیزیکی و بهینه سازی ابعاد هندسی آن

آبگیرهای کفی یا کفهای مشبک سازه های فلزی هستند که جهت انحراف آب در بستر جریان نصب می شوند. بکارگیری این سازه ها یکی از روشهای مطمئن و کارآمد در آبگیری از رودخانه های کوهستانی با شیب تند و بار بستر درشت دانه می باشد. یکی از اشکال آبگیرهای کفی که تاکنون کمتر مورد توجه قرار گرفته، آبگیر کفی ساخته شده از شبکه میله های طولی و عرضیِ متقاطع است. این شکل خاص که کف مشبک با میله های متقاطع نامیده می شود، نسبت به آبگیر کفی با میله های طولی و یا آبگیر کفی با میله های عرضی، به لحاظ سازه ای عملکرد بهتری در مقابل نیروهای وارده دارد. تحقیق حاضر با هدف بررسی دقیق رفتار هیدرولیکی انواع مختلف آبگیرهای کفی، خصوصاً آبگیر کفی با میله های متقاطع انجام گردید. در این پژوهش تعداد 9 کف مشبک از میله های طولی، میله های عرضی و میله های متقاطع با درصد بازشدگی های مختلف ساخته شد و در کانالی با شیب های متفاوت نصب گردید. در مجموع 315 سری آزمایش با عبور دادن دبی های مختلف آب زلال و جریان دارای رسوب (با سه نوع دانه بندی مختلف) و طولهای متفاوت سازه کف مشبک انجام گرفت. در هر سری آزمایش، دبی منحرف شده توسط کف مشبک، دبی باقیمانده در کانال، اعماق بالادست و پایین دست کف مشبک، رسوبات تله افتاده توسط کف مشبک و رسوبات رد شده از روی کف مشبک اندازه گیری و ثبت گردید. با استفاده از داده های موجود، ضریب تخلیه و نسبت تله اندازی رسوبات توسط این نوع کف مشبک تحت تاثیر پارامترهای مختلف هیدرولیکی و هندسی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور ابتدا با استفاده از آنالیز ابعادی، رابطه بی بعدی مابین متغیر وابسته و متغیر های مستقل استخراج گردید و سپس بین داده های حاصل از آزمایش، رابطه مناسبی برازش داده شد. در ادامه مفهوم خط جریان تقسیم کننده دبی و کاربرد آن در تعیین میزان دبی منحرف شده توسط کف مشبک معرفی شد و بر اساس پروفیل سرعت عمقی، رابطه ای برای تخمین موقعیت خط جریان تقسیم کننده دبی بدست آمد. در انتها ابعاد هندسی کف مشبک و کانال انحراف تحتانی به روش الگوریتم ژنتیک بهینه سازی گردید. در این راستا ابتدا تابع هزینه های اجرای کف مشبک و کانال انحراف، برحسب متغیرهای طراحی و بر مبنای فهرست بهای رشته آبیاری و زهکشی سال 1388 تشکیل شد. سپس محدودیتهای طراحی بر اساس ضوابط هیدرولیکی جریان متغیر مکانی و برخی ملاحظات اجرایی تعیین گردید. در نهایت با اجرای برنامه الگوریتم ژنتیک نوشته شده در محیط matlab، ابعاد هندسی بهینه برای یک مثال موردی بدست آمد و نتایج آن در قالب نمودارهای طراحی ارایه گردید.