بررسی مشخصات هیدرولیکی و ضریب تخلیه سرریزهای جانبی لبه تیز ترکیبی در جریان زیر بحرانی

سرریز جانبی یکی از سازه های مهم هیدرولیکی است که با اهداف متفاوتی در سیستم های انتقال آب به کار گرفته می شود. این نوع سرریز به طور وسیعی برای کنترل سطح آب در سیستم کانال های آبیاری و زهکشی و در پروژه های حفاظت سیلاب برای خارج نمودن آب اضافی به درون کانال تخلیه و هم چنین در سیستم های زهکشی شهری مورد استفاده قرار می گیرد. این سازه هم-چنین به عنوان سازه حفاظتی در بالادست سیفون های معکوس، زیرگذر جاده، محل های خطرناک و سیل خیز رودخانه ها و سرریز انتهایی برای تخلیه آب مازاد ناشی از بهره برداری نادرست آبگیرهای بالادست، در انتهای کانال های اصلی قرار می گیرد. با توجه به کاربرد وسیع سرریزهای جانبی، این نوع سرریز باید دارای خصوصیاتی باشد تا بتوان از آن به خوبی در شبکه های انتقال آب و یا رودخانه ها استفاده کرد. از جمله این خصوصیات می توان به اندازه گیری دقیق دبی عبوری و توانایی آن در خروج میزان قابل توجهی آب در زمان رخ دادن دبی های سیلابی در مکان هایی که این سازه به عنوان سازه ای حفاظتی به کار می رود، اشاره کرد. سرریزهای جانبی ساده که معمولا به صورت مستطیلی طراحی و اجرا می شوند، این دو قابلیت را به صورت توام دارا نمی باشند بطوریکه اگر عرض سرریز کوچک باشد، فقط برای اندازه گیری جریان مناسب است و اگر عرض سرریز بزرگ درنظر گرفته شود، فقط برای تخلیه سریع سیلاب مناسب بوده و دقت اندازه گیری دبی جریان کاهش می یابد. به همین دلیل برای نخستین بار در این تحقیق، سرریزهای جانبی لبه تیز با مقطع ترکیبی پیشنهاد شده است. مزیت مهم اینگونه سرریزها، دقت مناسب اندازه گیری دبی در محدوده وسیعی از شرایط جریان (کم آبی تا سیلاب) و نیز تخلیه موثر سیل است. بر اساس بررسی های انجام شده، در زمینه اینگونه سرریزها تاکنون مطالعه ای صورت نگرفته و فقط مطالعات آزمایشگاهی اندکی در خصوص سرریزهای لبه تیز نرمال مرکب انجام شده است. این در حالی است که سرریزهای جانبی ساده، مطالعات فراوانی را به خود اختصاص داده اند که اغلب برای برآورد ضریب تخلیه سرریز جانبی بوده است. بنابراین تعیین ضریب تخلیه سرریز جانبی لبه تیز ترکیبی به منظور بهره گیری از این نوع سرریز ضروری است، لذا در این تحقیق برای برآورد ضریب تخلیه، آزمایش هایی در یک سرریز جانبی ترکیبی مستطیلی- مستطیلی و با عرض و ارتفاع متغیر انجام شده است. تحلیل ابعادی پارامترهای موثر بر دبی جریان عبوری از سرریز ترکیبی نشان داد که ضریب تخلیه این سرریز تابعی از عدد فرود در بالادست جریان ( )، نسبت ارتفاع وزنی تاج سرریز به عمق جریان در بالادست سرریز ( ) و عرض کانال به عمق جریان در بالادست سرریز ( ) است. بر اساس نتایج آزمایشگاهی و نیز اصول بهینه سازی، رابطه ای بدون بعد برای محاسبه ضریب تخلیه سرریز استخراج گردید. در نهایت معادله جدیدی برای محاسبه دبی جریان عبوری از سرریزهای جانبی ترکیبی مستطیلی- مستطیلی پیشنهاد شد. این معادله با استفاده از داده های آزمایشگاهی، واسنجی و صحت سنجی شد. شاخص های آماری خطای متوسط ( )، جذر میانگین مربعات خطا ( )، میانگین درصد میانگین مطلق خطا ( )، شیب خط رگرسیون ( ) و مجذور ضریب همبستگی ( ) برای مقایسه داده های دبی آزمایشگاهی و محاسباتی برای بخش واسنجی به ترتیب 592/0، 00027/0، 01/8، 94/0 و 96/0 و برای بخش صحت سنجی به ترتیب 133/0، 00038/0، 88/9، 90/0 و 98/0 بدست آمد که حاکی از قابلیت مناسب معادله پیشنهادی است. از طرف دیگر با توجه به کاربرد وسیع شبکه های عصبی مصنوعی و الگوریتم ژنتیک در علوم مختلف از جمله علوم آب و خاک، مدل سازی ضریب تخلیه سرریز جانبی لبه تیز ترکیبی با استفاده از این دو روش نیز انجام شد. با مقایسه آماری ضریب تخلیه بدست آمده از مدل شبکه عصبی با داده های آزمایشگاهی (با 9019/0 و 0111/0 ) نشان داده شد که شبکه عصبی به خوبی قادر به تعیین ضریب تخلیه سرریز جانبی لبه تیز ترکیبی با مقطع مستطیلی – مستطیلی می باشد. همچنین پارامترهای آماری نتایج بدست آمده از الگوریتم ژنتیک (me، ، و به ترتیب برابر با 0003/0، 0178/0، %2/3 و 998/0) بیانگر کارایی مناسب این روش می باشد.