ارزیابی جریان بر روی سرریزهای جانبی لبه تیز مرکب در شرایط زیربحرانی

مجتبی عامری

چکیده

سرریز جانبی یک سازه کنترل هیدرولیکی است که برای انحراف آب از کانال اصلی به کانال جانبی و درزمانی که سطح آب در کانال اصلی از حد مشخصی فراتر رود، طراحی و نصب می شود. در بسیاری از کانال های هیدرولیکی به دلیل تغییرات شدید رواناب ورودی به آن در فصل های مختلف سال، نوسانات زیادی در تراز سطح جریان ایجاد می گردد. این نوسانات می توانند هم در میزان آبگیری و هم در دقت محاسبه دبی عبوری نقش مهمی داشته باشند. سرریزهای مرکب به توجه به شکل هندسی خاص خود این قابلیت را دارند در شرایطی که تراز سطح آب در کانال اصلی، در پایین ترین سطح خود است مقادیر معینی از دبی را به کانال فرعی انتقال دهند. همچنین این نوع از سرریزها در زمان سیلابی شدن به سهولت علاوه بر تخلیه امن سیلاب، امکان تعیین دقیق مقادیر دبی انحرافی را نیز فراهم کرده و از آسیب رساندن جریان به کانال ها و سازه های مجاور جلوگیری می نمایند. لذا در این پژوهش سرریزهای جانبی لبه تیز مرکب مستطیلی - مستطیلی و مثلثی - مستطیلی به دلیل کاربرد بیشتر شکل ساده آن به صورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفتند. به منظور بررسی کارایی روابط پیشنهادی محققین برای سرریزهای جانبی ساده مثلثی و مستطیلی در تعیین میزان دبی انحراف از سرریزهای مرکب آن، تعدادی از این روابط که متداول تر هستند انتخاب شد. سپس مقطع مرکب به چند مقطع ساده تقسیم و محاسبات دبی به کمک روابط ارائه شده محققین بر اساس پارامترهای هیدرولیکی مرتبط با آن انجام گرفت. مقایسه دبی کل عبوری از سرریزهای مرکب که از مجموع دبی های محاسبه شده از مقاطع ساده جزء به دست آمدند با نتایج آزمایشگاهی نشان داد که این روش برای سرریزهای جانبی مناسب نبوده و از دقت کمی برخوردار است. لذا در گام بعدی ضریب دبی به سه روش مستقیم، دی مارچی و المانی برای هریک از دو تیپ سرریز مذکور محاسبه و با استفاده از روش آنالیز ابعادی، پارامترهای موثر بر آن مشخص گردید. سپس برای هریک از روش ها روابطی برای ضرایب دبی پیشنهاد گردید. ازآنجایی که تعیین ضرایب ثابت معادلات درروش المانی به صورت صریح امکان پذیر نیست از الگوریتم ژنتیک (ga) در محاسبات آن استفاده شد. سپس روابط استخراج شده ضریب دبی با استفاده از داده های آزمایشگاهی و آماره های خطا اعتبارسنجی گردید که درمجموع بررسی شاخص های آماری، قابلیت مناسب روابط پیشنهادی را تایید نمودند. به طوری که مقادیر درصد میانگین خطا (e) دبی عبوری از سرریز مرکب مستطیلی – مستطیلی به روش های مستقیم، دیمارچی و المانی به ترتیب 6.51، 6.22 و 2.75 درصد محاسبه شد. همچنین پروفیل سطح آب در وسط کانال و در محل سرریز به روش المانی محاسبه و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید. مقایسه نتایج نشان داد که به طورکلی، روش های دی مارچی و المانی برای محاسبات دبی سرریزهای مرکب همچون سرریزهای ساده دارای کارایی و دقت خوبی هستند؛ اما با صرف نظر کردن از پیچیدگی محاسبات، روش المانی از توانایی دقت بسیار بالاتری در تعیین دبی عبوری از سرریز و محاسبه پروفیل سطح آب داخل کانال برخوردار است.

اساتید راهنما و مشاور

امیراحمد دهقانی، احمد احمدی