بررسی آزمایشگاهی هیدرولیک جریان در چیدمان‌های مختلف ساقه‌های مصنوعی در طراحی کانال ماهی‌قایقرو

سابقه و هدف: سدها و بندهای انحرافی از جمله سازه‌های تقاطعی در مسیر رودخانه‌ها هستند که مانع مهاجرت ماهی‌ها به بالادست می‌شوند. راه‌ماهی‌ با ایجاد مسیری مطمئن، دسترسی ماهیان به زیستگاه مورد نظرشان را فراهم می‌آورد. کانال ماهی‌قایقرو که از ایده‌های جدید طراحی محسوب می‌شود، به دلیل داشتن عملکردی همسو با محیطزیست، مورد توجه بسیاری از کشورها قرار گرفته است. در این راه‌ماهی، برخلاف راه‌ماهی‌های متداول، از علف‌های مصنوعی برای استهلاک انرژی استفاده می‌شود. در واقع این علف‌های مصنوعی، برس‌هایی متشکل از المان‌های عمودی هستند که نقش ساقه‌های گیاهی را در کانال ایفا می‌کنند. علف‌های مصنوعی علاوه بر ایجاد محیطی امن برای عبور ماهیان، به دلیل خمش مناسب ساقه‌‌ها، قایق‌های کوچک نیز می‌توانند به راحتی بر روی آن عبور کنند. برس‌ها با چیدمان‌های مختلفی در کانال ماهی‌قایقرو قرار گرفته می‌شوند، که هریک از این چیدمان‌ها تاثیر متفاوتی بر میزان استهلاک جریان دارند. هدف اصلی از انجام این پژوهش بررسی آزمایشگاهی اثر این چیدمان‌ها بر عمق جریان در حوضچه‌ها و سرعت جریان در محل شکاف ورودی ماهیان است و به انتخاب چیدمانی که از نظر هیدرولیکی عملکرد مناسب‌تری دارد، پرداخته شده است. مواد و روش‌ها: این آزمایش در کانالی به طول 12متر و عرض 0.5متر با چهار چیدمان متفاوت از برس‌ها با تعداد المان‌های ثابت انجام شد. برس‌ها از لوله‌های پلی‌اتیلنی به ضخامت 6میلی‌متر و ارتفاع 20سانتی‌متر که بر روی صفحات pvc به ضخامت 16میلی‌متر تعبیه شده، ساخته شدند. مدل‌ها با توجه به چیدمان مورد نظر، در کف کانال ثابت شدند. عمق جریان در مرکز حوضچه‌ها توسط عمق‌سنج و سرعت جریان در شکاف ورودی ماهی، از کف کانال تا سطح آب به فاصله هر 1سانتی‌متر، توسط میکرومولینه اندازه‌گیری شد. همچنین با آنالیز ابعادی پارامترهای بی بعد موثر بر ضریب زبری (n) تعیین شد.یافته‌ها: نتایج نشان می‌دهد که پارامتر بی‌بعد عمق استغراق (y/h) نسبت به دیگر پارامترهای بی‌بعد، بیشترین تاثیر را روی ضریب زبری (n) دارد. در شرایط مستغرق، با افزایش عمق استغراق (y/h) ضریب زبری (n) کاهش و در شرایط غیرمستغرق با افزایش عمق استغراق (y/h) ضریب زبری (n) افزایش می‌یابد، بیشترین ضریب زبری (n) در آستانه استغراق رخ می‌دهد. میزان افزایش ضریب زبری (n)، در شرایط نیمه مستغرق نسبت به شرایط مستغرق در چیدمان اول 18درصد، چیدمان دوم 5درصد، چیدمان سوم 6درصد و چیدمان چهارم حدود 20درصد می‌باشد. یافته‌ها حاکی آن است، در شکاف ورودی ماهی، روند نمودار سرعت جریان (v) از کف کانال تا سطح آب افزایشی است و محدوده سرعت بین 0.6 تا 0.7 متر بر ثانیه است. مطابق یافته‌ها، روند افزایش سرعت تا ارتفاع المان‌ها بسیار کند و در اعماق بالاتر از المان‌ها، روند افزایش سرعت زیاد است. علاوه بر این، نتایج این پژوهش نشان داد، روند نمودارهای دبی_اشل برای چیدمان‌ها همواره افزایشی است ولی در شرایط غیر مستغرق نمودار با شیب بیشتری نسبت به شرایط مستغرق افزایش می‌یابد. با بررسی چیدمان‌ها در نمودارهای دبی بی‌بعد (q*) نیز می‌توان دریافت، محدوده ضریب زبری (n) چهار چیدمان در یک شرایط ثابت آزمایشگاهی، متفاوت است و در چیدمان چهارم ضریب زبری (n) تا حدود 90درصد افزایش می‌یابد.نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج حاصل، آرایش برس‌ها تاثیر بسزایی در میزان ضریب زبری دارند که در این پژوهش چیدمان چهارم با بیشترین همپوشانی، بالاترین ضریب زبری را در کانال ایجاد می‌کند. در نتیجه با اجرای این چیدمان در کانال ماهی‌قایقرو علاوه بر امکان تردد قایق در کانال، محیطی امن برای ماهیان ایجاد می‌شود.

Experimental investigation of flow through different arrangements of synthetic grasses in Canoe-fishway channel

Background and objectives: Dams and diversion dams are structures that prevent of fish migration to upstream. Fishways provide access of fishes to their favorite habitat. Canoe_fishway channel is considered friendly environment because of having maximum compliance with it in many countries. In this fishway, synthetic vegetation grasses are used for energy dissipation, opposite of other usual fishways. In fact synthetic grasses are organized of vertical elements that play role of vegetation stems. In addition to creating a safe environment for fish passage, small boats can pass on it easily, because of having proper stems bend radius. Brushes are placed with different arrangements in the Canoe_fishway channel. Each of the arrangements has different effects on amount of dissipation. The main object of the research is experimental investigation of arrangements effect on water depth in the basins and velocity in the slot fish inlet. Also in terms of hydraulic condition is introduced the best arrangement.Materials and methods: Tests were done in a channel with length of 12 meters and width of 0.5 meters, with four arrangements of brushes that were designed with the number of fixed elements. For making of brushes, polyethylene pipes are used with the diameter of 6mm and 20cm length that placed on PVC plates with the thickness of 16 mm. by considering each arrangement, brushes were placed on the bed of the channel. Depth of Flow in the center of basins was measured by depth gauge and velocity in the slot fish inlet was measured by flowmeter in 1cm distances from the bed upto water surface. Also by dimensional analysis be determined effective dimensionless parameters on roughness coefficient (n). Results: Results show that submergence depth (y/h) has the most effect on roughness coefficient (n) in comparison with other parameters. By increasing the submergence depth (y/h), the Manning coefficient (n) increases and it decreases when submerged completely. The maximum coefficient (n) occurs at the base of submerging. In nonsubmerged condition in comparison with submerged condition, increase rate of roughness coefficient (n) is for, first arrangement 18%, second arrangement 5%, third arrangement 6% and forth arrangement 20%. This research shows process of velocity diagram (V) is increasing from the bed upto water surface. The velocity range is between 0.6_0.7 m/s. The velocity profile shows increasing process upto height of grasses is very slow. But in higher depth is so fast. Also the process of discharge_depth curve is always increasing that it increases with more slope in nonsubmerged conditions than submerged condition. According to dimensionless discharge (Q*) are found that roughness coefficient (n) range has difference in constant experimental condition for different arrangements. Roughness coefficient (n) increases 90% for forth arrangement.Conclusions: According to the obtained results of this study, brushes are effective in roughness coefficient. In this research forth arrangement creates more roughness coefficient, because of having the most overlapping against water flow. So this arrangement in the canoe_fishway provide safe place for fishes, as well as canoes.