مطالعۀ آزمایشگاهی راندمان استهلاک انرژی در سرریزهای پلکانی-کنگره ای

جریان آب عبوری از سرریز سدها انرژی جنبشی بالایی دارد که می‌تواند آسیب‌های زیادی بر تاسیسات پایین‌دست و فرسایش شدید بستر رودخانه وارد کند. انرژی معمولاً با ایجاد حوضچۀ آرامش در پایین‌دست سرریزها، پرتاب‌کننده‌های جامی شکل و پلکان در سرریزها مستهلک می‌شود. سرریزهای پلکانی یکی از سازه‌های متداول به‌منظور استهلاک انرژی و نیز کاهش ابعاد حوضچۀ آرامش در سدهاست. در این پژوهش، تاثیر ایجاد کنگره ها با ارتفاع 0.5 و 0.75 ارتفاع پلکان (h)، فواصل کارگذاری برابر و دو برابر ارتفاع پلکان و سه اندازۀ زبری‌ سطح پلکان‌ به ترتیب برابر با 0.002، 0.004 و 0.006 متر بر افت انرژی کل در پایین‌دست سرریز پلکانی با شیب های 1:1، 1:2 و 1:3 به‌صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. بررسی نتایج نشان می دهد در سرریز پلکانی با شیب 1:1 ایجاد کنگره با ارتفاع h0.5، فاصلۀ کارگذاری h2 و طولی برابر با طول پلکان به افزایش 12.7 درصد در افت انرژی می‌انجامد. تجزیه و تحلیل نتایج به دست آمده در سرریز پلکانی با شیب 1:2 نشان می دهد ایجاد کنگره با ارتفاع h0.75 و فاصلۀ کارگذاری h2 و طول کنگره برابر با ارتفاع پلکان، میزان افت انرژی را 8.4 درصد نسبت به حالت بدون کنگره افزایش می‌دهد. مقایسۀ نتایج حاکی از آن است که در سرریز پلکانی با شیب 1:3 ایجاد آستانه ای یکپارچه با طول h و ارتفاع h0.5 با افزایش 4.7 درصد در افت انرژی، نسبت به حالت بدون کنگره، مناسب‌ترین عملکرد را دارد. مقایسه‌ها همچنین نشان می‌دهد اِعمال زبری در سرریزهای مورد مطالعه عملکرد آنها را کاهش می دهد و میزان افت نسبی انرژی را به‌طور متوسط 3.6 درصد نسبت به حالت های بدون زبری کم می کند.

Experimental Investigation of Energy Dissipation over SteppedLabyrinth Weirs

Flow water passing through spillways of dams has a high level of kinetic energy, which can lead to extensive damage to downstream facilities and bring about severe erosion of river beds. Energy dissipation would usually be accomplished by creating structures such as still basins at downstream of weirs, flip buckets, or steps in weirs. Stepped spillways are one of the common structures for energy dissipation, as well as reduction of the dimensions of still basins. The effects of labyrinths on total energy dissipation at downstream of the stepped spillways with slopes of 1:1, 1:2 and 1:3 was investigated; the height of labyrinths was 0.5 and 0.75 of the height of steps (h), working interspaces were equal to two times of the height of steps, and three roughness heights on the step face were 0.002, 0.004 and 0.006 m. The results showed that in first case, 1:1 slope of the stepped spillway, a labyrinth with height of 0.5h, working interspaces of 2h and equal length of the steps caused an increase of 12.7 percent in dissipation of relative energy. The comparison of results showed that for slope of stepped weir of 1:2, installation of a labyrinth with a height of 0.75h, interspaces of 2h and equal length to the height of the steps, the relative energy dissipation increased by 8.4 percent. When stepped weirs with slopes equal to1:3 were used, results indicated that installation sill with a length h, a height of 0.5h instead of labyrinths on steps, caused an increase of 4.7 percent in relative energy dissipation. Result showed that increase surface roughness of studied weirs reduced the relative energy dissipation by 3.6 percent.