بررسی تأثیر شیب وجه بالادست بر عملکرد هیدرولیکی سرریز کنگره ای مستطیلی

سرریزها یکی از سازه های هیدرولیکی می باشند که برای تنظیم سطح آب، اندازه گیری جریان، پایداری و امنیت سدها و رودخانه ها احداث می شوند. بر اساس شکل تاج در عرض رودخانه، سرریزها به دو گروه مستقیم و غیر مستقیم تقسیم می شوند. از سرریزهای با تاج غیر مستقیم می توان به سرریزهای کنگره ای اشاره کرد که با توجه به نمای از بالا، در چهار مدل مثلثی، ذوزنقه ای، مستطیلی و قوسی وجود دارند. فرضیه اصلی در طرح کنگره ای سرریزها، افزایش ظرفیت انتقال جریان روی سرریز با تاج ثابت و به ازای ارتفاع معین سطح آب در بالا دست سرریز می باشد. یک تغییر در پارامترهای طراحی استاندارد به مانند تغییر شیب وجه بالا دست و پایین دست می تواند شرایط جریان و راندمان تخلیه این سازه ها را تحت تاثیر قرار دهد. در این پژوهش، به بررسی آزمایشگاهی تأثیر شیب وجه بالا دست و پایین-دست بر ضریب دبی سرریز کنگره ای مستطیلی پرداخته شد. پارامترهای تأثیر گذار بر سیستم مورد مطالعه در قالب شناسه های بدون بعد با استفاده از تئوری پای باکینگهام به دست آمد. آزمایش ها در یک کانال آزمایشگاهی مستطیلی به طول 12 متر، عرض 0/5 متر و ارتفاع 0/8متر با محدوده دبی 10 تا 70 لیتر بر ثانیه در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری اجرا شد. مدل های فیزیکی از جنس پلکسی گلاس با ضخامت 10 میلی متر در سه ارتفاع 15، 20 و 25 سانتی متر با طول تاج متفاوت مورد استفاده قرار گرفت. آزمایش ها در چهار شیب مختلف سرریز کنگره ای مستطیلی بدون شیب، 15، 30 و 45 درجه نسبت به تاج سرریز در وجه های بالا دست، پایین دست و هردو وجه به صورت همزمان صورت گرفت. نتایج پژوهش حاضر حاکی از آن است که پارامتر بدون بعد ht/p نتایج دقیق تری را برای تعیین ضریب دبی ارائه می دهد. در سرریز کنگره ای مستطیلی با حالت های بدون شیب و شیب وجه های بالا دست، پایین دست و هردو وجه با افزایش این پارامتر بدون بعد، ضریب دبی به علت تداخل جت های آب و افزایش استغراق محلی، کاهش می یابد. همچنین مشاهده شد با ایجاد شیب نسبت به تاج سرریز کنگره ای مستطیلی در وجه بالا دست، ضریب دبی نسبت به حالت بدون شیب کاهش می یابد، که با افزایش نسبت ht/pاز میزان کاهش آن کاسته می شود و انتظار می رود در دبی های بالا و نسبت های ht/p بیشتر، ضریب دبی در سرریز کنگره ای با وجه بالا دست شیب دار از ضریب دبی سرریز بدون شیب بیشتر شود. به علاوه نتایج نشان دادند که متناسب با میزان شیب در وجه پایین دست ضریب دبی این سرریز افزایش می یابد. به طوریکه در این پژوهش بیشترین ضریب دبی سرریز کنگره ای مستطیلی مربوط به شیب 45 درجه وجه پایین دست می باشد. همچنین مشاهده شد با ایجاد شیب همزمان وجه بالا دست و پایین دست سرریز کنگره ای مستطیلی، در محدوده ای که ارتفاع آب روی سرریز کم می باشد، ضریب دبی نسبت به حالت بدون شیب مدل کاهش می یابد. با افزایش پارامتر بدون بعد ht/p از میزان کاهش ضریب دبی کاسته شده و در ارتفاع های زیاد آب روی سرریز، ضریب دبی سرریز کنگره ای مستطیلی با شیب هم زمان وجه بالا دست و پایین دست بیشتر از ضریب دبی سرریز کنگره ای مستطیلی بدون شیب می شود. در نهایت، معادله ضریب دبی سرریز کنگره ای مستطیلی در سه حالت سرریز با شیب وجه بالا دست، پایین-دست و هردو وجه به صورت توانی استخراج شد که پارامترهای آماری محاسبه شده حاکی از دقت بالای معادلات می-باشد.