بررسی اثر ارتفاع زبری بستر تندآب بر استهلاک انرژی

کنترل انرژی در جریان های با سرعت بالا، یکی از چالش های طراحی سازه های هیدرولیکی می باشد. این جریان ها برای مثال در جاهایی مانند سازه سرریز سدها، سیستم های زهکشی مناطق شهری و رودخانه های کوهستانی با شیب تند اتفاق می افتند. انرژی اضافی این جریان ها می تواند باعث خسارات جدی به سطوح سازه ها و همچنین آبشستگی پایین دست این سازه ها گردد. استهلاک انرژی سرریز سدها معمولاً توسط حوضچه ها ی آرامش، سرریز های پلکانی و پرش اسکی انجام می شود. از اقدامات دیگری که می تواند برای استهلاک انرژی به کار رود، قرار دادن موانع و زبری در بستر تندآب ها می باشد. استفاده از موانع با ابعاد بزرگ می تواند باعث جدایی جریان از روی تندآب، تشکیل جریان آشفته و در نتیجه کاهش انرژی جنبشی جریان گردد. از مشکلات استفاده از موانع، هزینه ی بالای ساخت و خطر کاویتاسیون آن ها می باشد. استفاده از زبری به صورت پیوسته در بستر تندآب ممکن است بتواند در شرایطی برابر با دیگر روش ها، روشی کارآمد برای افت انرژی باشد. تندآب های ساخته شده از گابیون ها یک مثال از تندآب های با بستر زبر می باشند، که مورد استفاده قرار گرفته اند. بنابراین اخیراً این سازه ها به خاطر اجرای آسان، صرفه اقتصادی و از همه مهم تر به دلیل سازگار بودنشان با محیط زیست ، مورد توجه خاصی قرار گرفته اند. در این تحقیق تأثیر اندازه زبری بستر تندآب بر میزان استهلاک انرژی جنبشی آب، مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور در ابتدا پس از شناسائی پارامترهای موثر، رابطه ی عمومی بدون بعد ی توسعه داده شد. سپس آزمایش هائی بر روی مدل های فیزیکی در 3 شیب مختلف (15، 5/22و30 درجه) با قرار دادن 3 نوع زبری با اندازه های متفاوت (1/1، 43/1و 1/2 سانتی متر) و دانه بندی تقریباً یکنواخت بر روی بستر آن ها انجام شد. میزان استهلاک انرژی سازه در این نوع تندآب با انجام 48 آزمایش مختلف با دبی های بین 15 تا 45 لیتر بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش های انجام شده نشان می دهد که با وجود زبری بستر تندآب، میزان استهلاک انرژی از 12 تا 48 درصد نسبت به مدل با بستر صاف افزایش می یابد. همچنین نتایج حاوی این مطلب است، که به طور کلی شیب 5/22 درجه حداکثر و شیب 30 درجه حداقل میزان افت را در محدوده ی آزمایشات این تحقیق دارا می باشند. در نهایت نیز رابطه ای کلی جهت پیش بینی میزان افت انرژی در این نوع تندآب ارائه و با نتایج سایر محققین و همچنین سرریز های پلکانی، مقایسه شده است.