مطالعه آزمایشگاهی و عددی مشخصات هیدرولیکی جریان عبوری از سرریز لبه تیز در اثر بالا آمدگی بستر بالادست

چکیده سابقه و هدف: سرریزهای لبه تیز یکی از سازه‌های اندازه‌گیری، انحراف و کنترل سطح آب در پروژه‌های هیدرولیکی، آبی و زیست محیطی هستند. بنابراین بررسی ویژگی و خصوصیات آنها از جمله خصوصیات هیدرولیکی از مباحث مهم در طراحی این سازه‌ها می‌باشد. تاکنون مطالعات متنوع و زیادی در خصوص سرریزهای لبه تیز صورت پذیرفته است. در خصوص تاثیر ناهمترازی طرفین رقوم بستر روی خصوصیات هیدرولیکی سرریزها، مطالعات محدودی انجام شده است. در سرریزهای لبه‌تیز نیز همچون سایر سرریزها ناهمترازی طرفین (نظیر آبشار تنطیم کننده ) باعث تغییر در خصوصیات هیدرولیکی شده که باید مورد مطالعه قرار گیرند. مواد و روش‌ها: آزمایش‌های تحقیق صورت گرفته در آزمایشگاه هیدرولیک پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری (وزارت جهاد کشاورزی) انجام گردید. آزمایش‌ها در فلوم به طول 14 متر، عرض 60 سانتی‌متر و ارتفاع 50 سانتی-متر انجام شد. سرریز لبه تیز دارای جنس پلکسی گلاس به ضخامت 6 میلیمتر، لبه تیز به ضخامت 2 میلیمتر ، ارتفاع 20 ‌سانتی‌متر و طول 60 سانتی‌متر بود. با مصالح مناسب رقوم بستر بالادست سرریز در سه مرحله تا ارتفاع 5، 10 و 15 سانتیمتر بالا آورده شد و در هر مرحله مقادیر رقوم تاج سرریز و سطح آب در بالادست و پایین‌دست در دبی-های مختلف برداشت و مشخصات هیدرولیکی بدست آمد. در ادامه برای تعمیم نتایج از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD ) استفاده شد یافته‌ها:. نتایج تطابق خوبی بین مقادیر آزمایشگاهی و شبیه‌سازی عددی نشان داد. روند تغییرات ضریب آبگذری از دو روش یکسان بود. حداکثر اختلاف در مقادیر H بدست آمده در دبی‌های برابر از دو روش فوق 11% بود که قابل قبول می‌باشد. مشاهده شد که با افزایش رقوم بستر بالادست عمق جریان بالادست کاهش، سرعت و عدد فرود جریان افزایش خواهد یافت اما در نسبتهای بالاآمدگی بستر بالادست کمتر از 75/0 (Z/P0. 5) را با اندکی اغماض می‌توان برای تمامی موارد مقدار متوسط 73/0 را در نظر گرفت. با افزایش دبی در نسبتهای مختلف از بالاآمدگی بستر بالادست اعداد فرود همگرا می‌شوند. در حالت خاصی که بستر بالادست هم تراز تاج باشد (دراپ عمودی یا Z/P=1) مقدار ضریب آبگذری برابر مقدار ثابت 6/0 خواهد بود که کمترین ضریب از بین حالتهای بررسی شده می‌باشد که با ضریب آبگذری سرریزهای لبه پهن مطابقت دارد و بنابراین در این حالت رقوم سطح آب نسبت به حالت‌های دیگر در دبی‌های یکسان افزایش خواهد یافت که با افزایش دبی این اختلاف‌ها بیشتر خواهد بود. در این حالت عدد فرود نیز برابر مقدار ثابت F_r=0.94C_d خواهد بود. نتیجه‌گیری: به طور خلاصه میتوان چنین نتیجه گرفت با افزایش رقوم بستر بالادست عدد فرود افزایش خواهد یافت و در نتیجه تیغه ریزشی افقی‌تر می‌شود. در محدوده H/P≥0.5، به استثنای زمانی که Z/P به سمت یک میل می‌کند، در بقیه موارد افزایش رقوم بستر بالادست و همچنین افزایش H/P تاثیر قابل ملاحظه‌ای روی ضریب دبی ندارند. در دامنه Z/P واژه‌های کلیدی: دراپ عمودی، سرریز لبه تیز ، ضریب آبگذری، عدد فرود، آبشار تنظیم کننده