برآورد آزمایشگاهی ضریب دبی در آبگیرهای کفی با محیط متخلخل

یکی از روش های مناسب برای آبگیری از رودخانه های کوهستانی، بکارگیری آبگیر کفی مشبک می-باشد. از اشکال مختلف آبگیرهای کفی که تاکنون کمتر مورد مطالعه قرار گرفته، استفاده از آبگیرهای کفی با محیط متخلخل است که بلحاظ کاهش مشکلات کف های مشبک و هزینه کم طراحی و اجرا می تواند جایگزین مناسبی برای آبگیرهای کفی مشبک باشد. با توجه به جدید بودن ایده استفاده از آبگیر کفی با محیط متخلخل و محدودیت اطلاعات کافی جهت طراحی و ساخت این نوع آبگیر در پژوهش حاضر سعی شده است با در نظر گرفتن شرایط منطبق بر واقعیت رفتار هیدرولیکی این آبگیرها مورد بررسی قرار گیرد .
به منظور مدل کردن آبگیر کفی با محیط متخلخل و انجام آزمایش ها از یک کانال آزمایشگاهی با طول 10 متر، عرض 30 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی متر با جدار شیشه ای بعنوان کانال اصلی و کانالی شیشه ای با طول 1 متر، عرض 45 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی متر بعنوان کانال انحراف استف اده شد. جهت تعبیه آبگیر در فاصله 5 متری از ابتدای کانال اصلی با در نظر گرفتن یک فضا خالی به گونه ای که در این فضا امکان اجرای سه طول cm45= L3، cm30=L2 ، cm15=L1 ، سه ارتفاع cm20= H3، cm15=H2 ، cm10=H1 و سه شیب %20= S3، %10= S2 ، %0=S1 برای آبگیر فراهم بود، استفاده شد. محیط داخل آبگیر از 4 نوع دانه بندی با قطر متوسط mm 75/17=P4 ، mm 30/15=P3 ، mm 41/13=P2 ، mm72/9 =P1 پرگردید . در هر آزمایش با عبور دبی های مختلف از روی آبگیر و اندازه گیری میزان دبی انحرافی، نسبت های دبی منحرف شده به دبی کل ( ) در مقابل دبی کل جریان بالادست ( ) برای مدل های مختلف آبگیر ترسیم و تاثیر پارامترهای مختلف بر میزان دبی منحرف شده توسط آبگیر کف متخلخل مورد بررسی قرار گرفت. برای اندازه گیری دبی از سرریزهای لبه تیز مستطیلی واقع در ابتدا و انتهای کانال اصلی استفاده شد.
نتایج آزمایش ها حاکی از آن بود که با افزایش دبی ورودی میزان دبی انحرافی افزایش می یابد اما نسبت دبی انحرافی به دبی ورودی روند کاهشی دارد. افزایش قطر سنگدانه ها محیط آبگیر افزایش دبی انحرافی از آبگیر را بهمراه دارد به گونه ای که بیشترین میزان دبی انحرافی مربوط به دانه بندی نوع P4 بود که این امر ناشی از بیشتر بودن فضاهای خالی در این دانه بندی بندی است. افزایش ضریب یکنواختی مصالح داخل آبگیر موجب پرشدن خلل و فرج و کاهش تخلخل و بتبع آن کاهش مجاری عبور جریان و تقلیل دبی انحرافی از آبگیر شد. بررسی دبی انحرافی برای طول و ارتفاعات مختلف آبگیر نشان داد که افزایش طول آبگیر از L1 به L3 و نیز افزایش ارتفاع آبگیر از H1 به H3 موجب افزایش دبی انحرافی می گردد. میزان جریان انحرافی با افزایش شیب سطح آبگیر روند کاهشی دارد. این کاهش می تواند ناشی از تغییر ناگهانی شیب سطح آبگیر در محل ورود جریان به ناحیه محیط متخلخل و جداشدگی جریان در این ناحیه باشد.
بر اساس تحلیل ابعادی و داده های بدست آمده از آزمایش ها و استفاده از برازش چند متغیره بین پارامترهای بی بعد استخراج شده رابطه ای برای محاسبه ضریب دبی آبگیر کفی متخلخل با ضریب تبیین915/0ارائه گردید. مقایسه نتایج ضریب دبی جریان اندازه گیری شده و نتایج محاسباتی همبستگی مناسب بین داده های آزمایشگاهی و مقادیر ریاضی تخمین شده را نشان می دهد.