بررسی تاثیر بازشدگی دریچه سرریز اوجی بر آبشستگی موضعی پایین‌دست حوضچه‌های آرامش

مقدمهبرای تخلیه آب اضافی، همچنین تخلیه سیلاب‌های بزرگ و جلوگیری از خسارات ناشی از سیل در سدها انواع مختلف سرریزها ساخته می‌شود. عبور جریان از روی سرریزها با اتلاف انرژی همراه است، با این حال مقداری انرژی مستهلک نشده باقی می‌ماند که موجب فرسایش بستر و ایجاد حفره در پایین‌دست می‌شود. از جمله سازه‌های هیدرولیکی که مورد توجه خاص مهندسان طراح قرار گرفته است، سرریزهای اوجی است. سرریزهای اوجی اولین بار در سدهای بتنی و سپس در سدهای خاکی توسعه یافته‌اند. این سرریزها در واقع نمونه‌ای ساده‌ای از آبراهه با ضریب زبری بالاست، با توجه به استهلاک کم انرژی در طول آن، در پنجه سد نیاز به استفاده از سازه‌های مستهلک‌کننده انرژی است. طی جریانی که از روی بدنه سرریز اوجی ریزش می‌کند، در محل پاشنه سازه، انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. توجه به اینکه پایین‌دست حوضچه‌های آرامش همواره در معرض آبشستگی قرار دارند لزوم بررسی روش‌های حفاظتی بستر پایین‌دست حوضچه اهمیت خاصی خواهد داشت. محققان و دانشمندان در دهه‌های گذشته به مطالعه پارامترهای موثر بر آبشستگی پایین‌دست حوضچه‌ها پرداختند. در این تحقیقات مکانیزم وقوع آبشستگی، اثر هندسی سازه و خصوصیات ذرات رسوبی بر ابعاد آبشستگی بررسی شده است. در تحقیق حاضر سعی شد درک بهتری از تاثیر دریچه نصب شده بر روی سرریز اوجی و آبشستگی در پایاب سرریز حاصل شود، در همین راستا مدلی از سرریز اوجی ساخته شد و آزمایشاتی طراحی و اجرا شد.مواد و روش‌هادرتحقیق حاضرجهت بررسی تاثیر ابعاد دریچه نصب شده بر روی تاج سرریز اوجی و آبشستگی پایاب سرریز، آزمایشاتی طراحی شد. به منظور انجام آزمایشات از فلوم سازمان آب و برق خوزستان، از جنس فلز و با دیواره‌ ای از جنس پلاکسی گلاس و کف فلزی به طول 7 متر و عرض 60 سانتی‌متر و ارتفاع 50 سانتی‌متر استفاده شده است، بطوریکه 45 آزمایش بر روی تاثیر عوامل هندسی دریچه و دبی جریان بر میزان آبشستگی در پایین دست سرریز اوجی صورت گرفت. همچنین مقدار دبی با استفاده از سرریز مثلثی کالیبره شده و مانومتری که در انتهای فلوم نصب شده، اندازه گیری شد. به منظور قرائت ارتفاع سطح آب در قسمت‌های مورد نیاز از عمق‌یاب مستقر روی فلوم استفاده شد. برای آزمایشات ابتدا مدل آماده و نصب شد. سپس با باز کردن دریچه به دبی مشخص به مدت 40 دقیقه صبر نموده تا شرایط جریان به حالت پایدار برسد، در ادامه مقدار ابعاد عرض و طول آبشستگی برداشت شده است. همچنین به منظور دستیابی به اهداف مد نظر در این پژوهش حاضر، ابتدا اقدام به معرفی پارامترهای حاکم بر هیدرولیک جریان سرریز اوجی شد و سپس پارامترهای حاکم موثر در این پژوهش با استفاده از روش π (باکینگهام) ارائه شد.نتایج و بحثبررسی نتایج تاثیر h/b بر ds/ls در شرایطی که عرض دریچه ثابت است نشان می‌دهد که با افزایش مقدار بازشدگی، مقدار عدد بدون بعد ds/ls کاهش می‌یابد به نحوی که با کاهش 500 درصدی بازشدگی دریچه به مقدار %55، نسبت ds/ls کاهش داشته است، در واقع می توان گفت که با افزایش 1 درصدی بازشدگی دریچه میزان آبشستگی 11/0 درصد کاهش می یابد. همچنین می‌توان نتیجه گرفت که افزایش بازشدگی دریچه موجب افزایش بیشتر آبشستگی در طول می‌شود و در عمق اثر کمتری از خود نشان می‌دهد. همچنین بررسی تاثیر h/b بر ds/ls در شرایطی که بازشدگی دریچه ثابت است نشان می‌دهد که با افزایش عرض دریچه مقدار عدد بدون بعد ds/ls کاهش می‌یابد به نحوی که با افزایش 400 درصدی عرض دریچه به مقدار % 60 ،نسبت ds/ls کاهش می‌یابد همچنین تاثیر h/b بر عمق آبشستگی (ds) نشان می‌دهد که با افزایش مقدار عرض دریچه میزان عمق چاله آبشستگی افزایش می‌یابد، به نحوی که با افزایش 400 درصدی عرض دریچه، به میزان %24 عمق آبشستگی افزایش می‌یابد. همچنین بررسی تاثیر h/b بر عمق آبشستگی (l) نشان می‌دهد که با افزایش مقدار عرض دریچه میزان طول آبشستگی هم افزایش می‌یابد، به نحوی که با افزایش 400 درصدی عرض دریچه به میزان %82 طول آبشستگی افزایش می‌یابد. نتایج نشان داد که افزایش بیشتر بازشدگی دریچه موجب افزایش آبشستگی در طول می‌شود و با افزایش دبی جریان نیز میزان ds/ls کاهش می‌یابد، به نحوی که با کاهش 50 درصدی دبی جریان به میزان 15٪ نسبت ds/ls افزایش می‌یابد.نتیجه‌گیری یکی از سازه‌های که در انتقال آب از اهمیت بالایی برخوردار است سرریزهای اوجی است که در بسیاری از شبکه‌های انتقال آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. آبشستگی در پایین‌دست این سازه‌ها سبب شد تا محققین این پژوهش به بررسی تاثیر ابعاد و میزان بازشدگی دریچه‌های نصب شده بر روی سرریز اوجی و میزان آبشستگی در پایین‌دست این سازه بپردازند. به عبارت دیگرآبشستگی یکی از معضلات در سازه‌های آبی است که سبب ویران شدن این سازه‌ها و در بهترین شرایط سبب ایجاد افزایش رسوبات معلق در جریان رودخانه می‌شود. در این تحقیق به بررسی سرریز اوجی پرداخته شد و تاثیر این سازه بر مقدار آبشستگی در پایین‌دست مطالعه شد. با بررسی جامع مطالعات پیشین و انجام آنالیز ابعادی، پارامترهای بدون بعد موثر بر پدیده آبشستگی شناسایی و آزمایش ها بر مبنای آن‌ها طرح‌ریزی شد. نتایج نشان می‌دهد که افزایش بازشدگی دریچه می تواند تا 55 درصد میزان عمق آبشستگی را افزایش دهد. همچنین عرض دریچه هر چه بیشتر شود میزان عمق آبشستگی را کاهش می دهد به نحوی که با کاهش یک درصدی میزان آبشستگی، باید 5/6 درصد عرض دریچه را افزایش داد. همچنین با افزایش مقدار عرض دریچه میزان طول آبشستگی هم افزایش می‌یابد، به نحوی که با افزایش 400 درصدی عرض دریچه به میزان %82 طول آبشستگی افزایش می‌یابد. و با افزایش دبی جریان میزان ds/ls هم کاهش می‌یابد و با افزایش هر یک درصد از دبی جریان میزان ds/ls ،3/0 درصد کاهش می یابد. همچنین افزایش عرض دریچه باعث رسوب گذاری بیشتر در طول و تاثیر کمتری در عمق می شود.

investigating the effect of ogee spillway gate opening on the local scour downstream of stilling basins

introduction spillways are constructed in a variety of types to discharge excess water and major flood streams to avoid damage to dams. flowing over spillways dissipates energy; however, the non-dissipated portion of energy leads to bed erosion and holes downstream. ogee spillways are hydraulic structures that have been of interest to researchers. they were developed first in concrete dams and then in embankment dams. these spillways are actually simple examples of a high roughness coefficient channel, considering the low energy dissipation along its length, in the toe of the dam there is no need to use energy dissipating structures. during the flow passing over the crest of the spillway structure, potential energy is converted to kinetic energy at the toe of the structure.scouring occurs downstream of the stilling basin, and it is important to evaluate techniques to protect the downstream bed. scholars have studied parameters influencing scouring downstream of stilling basins in recent decades. they analyzed the scouring mechanism and the effects of the structure shape and sediment particle parameters on the scour size. this study aims to obtain deeper insights into the effects of a gate used over the ogee spillway and scouring in the tailrace wall. thus, an ogee spillway model was developed, and experiments were designed to test the system.materials and methods experiments were designed to evaluate the effects of the gate size in the ogee spillway crest and tailrace scour. a plexiglass-walled flume with a metal bottom from khuzestan water and power organization was used. it had a length of 7 m, a width of 60 cm, and a height of 50 cm, and a total of 45 tests were performed to evaluate the effects of the gate shape and discharge rate on scouring downstream of the ogee spillway. the flow rate was also measured using a calibrated triangular weir and a manometer installed at the end of the flume. a depth gauge was used to read the water level in the required sections, mounted on the flume. a butterfly valve was used to adjust the input flow rate. additionally, a triangular weir and a manometer were used to measure the flow rate. the flow rate was also measured using a calibrated triangular weir and a manometer installed at the end of the flume. a depth gauge was used to read the water level in the required sections, mounted on the flume. the model was prepared, and the gate was opened until the flow became steady in 40 min. then, the scour width and length were measured. furthermore, in order to achieve the goals of this research, the governing parameters of the hydraulic flow of the weir were first introduced, and then the effective governing parameters in this study were presented using the π (buckingham) method.results and discussionfor a given gate width, an increase in the gate opening reduced the ds/ls ratio; the ds/ls ratio reduced by 55% when the gate opening decreased by 500%. in fact, it can be said that with a 1% increase in valve opening, sedimentation decreases by 11.0%. as well, it can be concluded that increasing the valve opening leads to further sedimentation along the length and has less effect at depth. for a given gate opening, an increase in the gate width reduced the ds/ls ratio; a 400% increase in the gate width reduced the ds/ls ratio by 60%. furthermore, the effect of h/b on the scour depth (ds) was studied, and the scour depth increased as the gate width increased; a 400% increase in the gate width led to a 24% increase in the scour depth. the effect of h/b on the scour length (l) was evaluated, and a 400% increase in the gate width increased the scour length by 82%. it can be inferred that a further increase in the gate opening would increase the scour length, while an increase in the discharge reduced the ds/ls ratio; the ds/ls ratio increased by 15% when the discharge decreased by 50%.conclusionone of the structures that is of great importance in water conveyance is the ogee spillways, which are used in many water conveyance networks. scouring at the downstream of these structures has led researchers in this study to investigate the effect of dimensions and gate opening levels on the ogee spillway and the amount of sedimentation downstream of this structure. in other words, scouring is one of the problems in water structures that can lead to their destruction and, under the best conditions, can cause an increase in suspended sediments in river flow.this study evaluated the contributions of ogee spillways to scour reduction downstream. by comprehensively reviewing previous studies and conducting dimensional analysis, the dimensionless parameters affecting scouring were identified, and experiments were planned based on them. the results indicated that the scour depth could increase by 55% as the gate opening increased. moreover, an increase in the gate width decreased the scour depth; a 6.5% increase in the gate width would lead to a 1% in the scour depth. a 400% increase in the gate width increased the scour depth by 82%. moreover, a 1% rise in the discharge reduced the ds/ls ratio by 0.3%. also, increasing the width of the valve causes more sedimentation along the length and has less of an effect in depth.