مطالعه آزمایشگاهی و عددی مشخصات هیدرولیکی جریان عبوری از سرریز لبه تیز در اثر بالا آمدگی بستر بالادست

سرریزهای لبه تیز یکی از سازه های اندازه گیری، انحراف و کنترل سطح آب در پروژه های هیدرولیکی، آبی و زیست محیطی هستند. بنابراین بررسی ویژگی و خصوصیات آنها از جمله خصوصیات هیدرولیکی از مباحث مهم در طراحی این سازه ها می باشد. تاکنون مطالعات متنوع و زیادی در خصوص سرریزهای لبه تیز صورت پذیرفته است. در خصوص تاثیر ناهمترازی طرفین رقوم بستر روی خصوصیات هیدرولیکی سرریزها، مطالعات محدودی انجام شده است. در سرریزهای لبه تیز نیز همچون سایر سرریزها ناهمترازی طرفین (نظیر آبشار تنطیم کننده ) باعث تغییر در خصوصیات هیدرولیکی شده که باید مورد مطالعه قرار گیرند.
آزمایش های تحقیق صورت گرفته در آزمایشگاه هیدرولیک پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری (وزارت جهاد کشاورزی) انجام گردید. آزمایش ها در فلوم به طول 14 متر، عرض 60 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی-متر انجام شد. سرریز لبه تیز دارای جنس پلکسی گلاس به ضخامت 6 میلیمتر، لبه تیز به ضخامت 2 میلیمتر ، ارتفاع 20 سانتی متر و طول 60 سانتی متر بود. با مصالح مناسب رقوم بستر بالادست سرریز در سه مرحله تا ارتفاع 5، 10 و 15 سانتیمتر بالا آورده شد و در هر مرحله مقادیر رقوم تاج سرریز و سطح آب در بالادست و پایین دست در دبی-های مختلف برداشت و مشخصات هیدرولیکی بدست آمد. در ادامه برای تعمیم نتایج از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD ) استفاده شد
نتایج تطابق خوبی بین مقادیر آزمایشگاهی و شبیه سازی عددی نشان داد. روند تغییرات ضریب آبگذری از دو روش یکسان بود. حداکثر اختلاف در مقادیر H بدست آمده در دبی های برابر از دو روش فوق 11% بود که قابل قبول می باشد. مشاهده شد که با افزایش رقوم بستر بالادست عمق جریان بالادست کاهش، سرعت و عدد فرود جریان افزایش خواهد یافت اما در نسبتهای بالاآمدگی بستر بالادست کمتر از 75/0 (Z/P0. 5) را با اندکی اغماض می توان برای تمامی موارد مقدار متوسط 73/0 را در نظر گرفت. با افزایش دبی در نسبتهای مختلف از بالاآمدگی بستر بالادست اعداد فرود همگرا می شوند. در حالت خاصی که بستر بالادست هم تراز تاج باشد (دراپ عمودی یا Z/P=1) مقدار ضریب آبگذری برابر مقدار ثابت 6/0 خواهد بود که کمترین ضریب از بین حالتهای بررسی شده می باشد که با ضریب آبگذری سرریزهای لبه پهن مطابقت دارد و بنابراین در این حالت رقوم سطح آب نسبت به حالت های دیگر در دبی های یکسان افزایش خواهد یافت که با افزایش دبی این اختلاف ها بیشتر خواهد بود. در این حالت عدد فرود نیز برابر مقدار ثابت F_r=0.94C_d خواهد بود.
به طور خلاصه میتوان چنین نتیجه گرفت با افزایش رقوم بستر بالادست عدد فرود افزایش خواهد یافت و در نتیجه تیغه ریزشی افقی تر می شود. در محدوده H/P≥0.5، به استثنای زمانی که Z/P به سمت یک میل می کند، در بقیه موارد افزایش رقوم بستر بالادست و همچنین افزایش H/P تاثیر قابل ملاحظه ای روی ضریب دبی ندارند. در دامنه ( Z/P<0.75 ) تغییرات رقوم بستر بالادست روی ضریب آبگذری تاثیر ندارند. در حالت خاص Z/P = 1 نیز هر دو مقادیر ضریب آبگذری و عدد فرود همواره ثابت و به ترتیب 0/6 و 0/56 هستند.