بررسی آزمایشگاهی میدان جریان ریزشی در سرریزهای پلکانی

سرریز پلکانی از جمله سازه‌های تخلیه کننده سیلاب ورودی به سد می‌باشد که جریان عبوری از آن با استهلاک انرژی نیز همراه می‌باشد. این سازه متشکل از پله‌هایی است که از نزدیکی تاج سرریز شروع ‌شده 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 قابل‌ تفکیک 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 می‌باشد. 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.

experimental investigation of nappe flow domain on stepped spillways

stepped spillways are used to discharge the floods flow entering the reservoirs. along these spillways, the energy is highly dissipated. it consists of a series of arranged steps along the spillway to ensure a uniform flow depth and velocity. stepped spillways improve the rate of longitudinal energy dissipation on the spillway. the energy dissipation affects the flow characteristics and the energy dissipaters at downstream. the flow over stepped spillways is divided into three regimes of nappe, transition and skimming flows. so far, limited numbers of studies have been performed on the basis of analytical and empirical information to check the features and complicated nature of nappe flows. limitations on physical model studies are also important to mention. as a result, few relationships have been suggested to describe nappe flow characteristics over stepped spillways. in this study, a set of experiments were performed on three large-scales hydraulic spillway models of siahbisheh upper and lower dams and zhaveh spillway dam. the data 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 stepped spillways were analyzed, based on present measurements. 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 dimensionless parameter in predicting energy dissipation, the increase of which reduces the relative energy dissipation in the nappe flow regime.