بررسی آزمایشگاهی میدان جریان ریزشی در سرریزهای پلکانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس پژوهشی / موسسه تحقیقات آب وزارت نیرو

2 عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی عمران دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی

3 عضو هیئت علمی موسسه تحقیقات آب

چکیده

سرریز پلکانی از جمله سازه‌های تخلیه کننده سیلاب ورودی به سد می باشد که جریان عبوری از آن با استهلاک انرژی نیز همراه می‌باشد. این سازه متشکل از پله‌هایی است که از نزدیکی تاج سرریز شروع و تا پاشنه ادامه‌ یافته و در ثابت ماندن عمق آب و سرعت جریان در طول سرریز، برقراری استهلاک طولی انرژی و تاثیرگذاری بر مشخصات جریان و پایاب سرریز بسیار موثر می‌باشند. در سرریزهای پلکانی، جریان به سه نوع ریزشی، انتقالی و رویه‌ای قابل‌تفکیک است. تاکنون بر اساس روابط تحلیلی و آزمایشگاهی، مطالعات اندکی جهت بررسی شرایط و طبیعت پیچیده جریان ریزشی انجام شده و مطالعات آزمایشگاهی مبتنی بر مدل‌سازی فیزیکی نیز محدود می باشد. بنابراین روابط محدودی نیز در زمینه جریان ریزشی در این سرریزها ارائه ‌شده است. در تحقیق حاضر آزمایش‌هایی بر روی سه مدل هیدرولیکی سرریز پلکانی بزرگ مقیاس سدهای سیاه‌بیشه بالا، سیاه‌بیشه پایین و سد ژاوه در شش شیب متفاوت انجام گرفت و به ازای 24 دبی جریان، اندازه‌گیری عمق آب، سرعت جریان و فشار استاتیکی بر روی 40 مقطع مختلف در طول سرریز انجام شد. تجزیه‌ و تحلیل پارامترهای موثر بر استهلاک انرژی بر اساس این اطلاعات انجام و تاثیر شرایط هیدرولیکی و هندسی سرریز بر محدوده وقوع جریان ریزشی مورد ارزیابی قرار گرفت و رابطه‌ای برای محاسبه استهلاک نسبی انرژی در شرایط جریان ریزشی پیشنهاد شد. نتایج تحقیق نشان داد که مهم‌ترین پارامتر تاثیرگذار در پیش‌بینی استهلاک انرژی، پارامتر بی‌بعد عمق بحرانی به ارتفاع سرریز می‌باشد که افزایش آن باعث کاهش استهلاک انرژی نسبی در رژیم ریزشی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental investigation of nappe flow domain on stepped spillways

نویسندگان [English]

  • abdollah ghasempour feremi 1
  • Mohammad Reza Kavianpour 2
  • shervin faghihirad 3
1 Research Expert / water research ins Institute
2 Faculty of Civil Engineering, K. N. Toosi University of Technology
3 Hydro-Environment Department, Water Research Institute
چکیده [English]

Stepped spillways are used to discharge excessing floods entering the reservoirs, through which the energy is exposed to highly dissipation rates. It consists of a series of steps along the spillway to ensure a uniform flow along the spillway. Steps improve the rate of energy dissipation along the spillway, which consequently affect the flow characteristics and energy dissipaters at the downstream. The flow over stepped spillways is divided into three regimes of nappe, transition and skimming flows. So far, limited number of studies have been performed on the basis of analytical and empirical information to check the features and nature of nappe flow. Limitations on physical model studies is also important to mention. As a result, few relationships have been suggested to describe nappe flow characteristics over stepped spillways. In this study, experiments were performed on three large-scales hydraulic spillway models of SiahBishe upper and lower dams and Zhaveh dam, which cover six spillway slopes and 24 flow rates. Measurements of depth, velocity, and static pressure were made at 40 different cross sections along the chutes. Major effective geometrical and hydraulic parameters on energy dissipation in nappe flow regime over spillways were analyzed, based on measurements made in this study. A relationship was then suggested to calculate the rate of energy dissipation in nappe flow regime. This study showed that the ratio of critical depth to height of spillway is the most important parameter in predicting energy dissipation, the increase of which reduces the relative energy dissipation in nappe flow.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stepped chute
  • nappe flow
  • hydraulic model
  • energy dissipation
  • spillway geometry