مطالعه آزمایشگاهی تاثیر تراز پایاب بر ضریب دبی جریان در سرریزهای کنگره‌ای با پلان ذوزنقه‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 رشت - دانشگاه گیلان - دانشکده کشاورزی - گروه مهندسی آب

2 دانشجوری کارشناسی ارشد سازه های آبی گروه مهندسی آب دانشگاه گیلان

3 عضو هیات علمی گروه مهندسی آب دانشگاه گیلان

چکیده

سرریزهای کنگره‌ای اغلب گزینه‌ای مطلوب برای تنظیم تراز آب بالادست و افزایش دبی جریان می‌باشند. اگرچه طراحی بهینه آن‌ها به‌علت ویژگی‌های پیچیده جریان و شمار زیادی از متغیرهای هندسی و هیدرولیکی طراحی دشوار است. از جمله پارامترهای اثرگذار بر ضریب دبی جریان در سرریزها، وضعیت رسوب‌گذاری در بالادست و استغراق در پایین‌دست آن‌ها می‌باشد که در نتیجه آن، عملکرد این سازه‌ها تحت تاثیر قرار می‌گیرد. در این پژوهش تاثیر افزایش ترازهای مختلف پایاب (یک سوم و دو سوم ارتفاع سرریز) بر تغییر ضریب دبی جریان در سرریز کنگره‌ای پلان ذوزنقه‌ای با هندسه‌های مختلف در شرایط بدون رسوب و تراز رسوب‌گذاری 90 درصد ارتفاع سرریز به‌صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. تجزیه و تحلیل نتایج حاکی از آن است که تراز پایاب یک سوم ارتفاع سرریز تاثیری بر ضریب دبی جریان در سرریزهای مورد مطالعه نداشت اما با افزایش تراز بستر پایاب به دو سوم ارتفاع سرریز، به دلیل کاهش حجم توده هوای محبوس در زیر سفره‌های ریزشی جریان و در نتیجه تغییر الگوی ریزشی جریان از حالت جهنده به چسبنده که افت هد جریان در بالادست این سرریزها را به دنبال دارد، ضریب دبی جریان در سرریزهای کنگره‌ای ذوزنقه‌ای در شرایط بدون رسوب بین 3/3 تا 2/12 درصد و تراز رسوب‌گذاری 90 درصد ارتفاع در بالادست سرریز بین 1/2 تا 2/9 درصد نسبت به شرایط پایاب غیرمستغرق در دبی حداکثر افزایش می‌یابد. هم‌چنین معادله‌ای، برای برآورد ضریب دبی جریان سرریزهای کنگره‌ای پلان ذوزنقه‌ای در شرایط رسوب‌گذاری در بالادست و پایاب مستغرق ارائه گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental investigation of the effect of tail water level on discharge coefficient of trapezoidal labyrinth weirs

چکیده [English]

Labyrinth weirs are often a favorable design option to regulate upstream water elevations and increase flow capacity; nevertheless, it can be difficult for engineer to optimal design due to the complexities of nappe behavior, many geometric design and hydraulic variables. A level of sedimentation in upstream and submergence in downstream of the weirs are parameters, which affects on the performance of these structures. In this research the effect of different levels of tail water (one third and two third of weir height) and upstream sedimentation level (non-sedimentation and in sedimentation level of 90 percent of weir height) on the discharge coefficient of different geometers of trapezoidal labyrinth weirs for two conditions, that was investigated experimentally. The analysis of results indicated that increasing tail water depth to one third of weir height didn’t affect on the discharge coefficient of weirs. by increasing tail water depth to two third of weir height, air cavity volume under nappe decreased. Therefore, the flow pattern of the nappe changed from leaping to clinging condition and upstream head decreased. As a result, the labyrinth weirs discharge coefficient in non-sedimentation and sedimentation level of 90 percent of weir height increased about 3.3 to 12.2 and 2.1 to 9.2 in maximum discharge, respectively in comparison un-submergence tail water. The statistical equation for estimation of the discharge coefficient of trapezoidal labyrinth weirs for upstream sedimentation and submerged conditions was developed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • labyrinth weir
  • sedimentation
  • Discharge Coefficient
  • regulate structure
  • tail water level

Carollo, F. G., Ferro, V. and Pampalone, V. 2012. Experimental investigation of the outflow process over a triangular labyrinth weir. J. Irrig. Drain. Eng. 138(1): 73-79.

 

Crookston, B. M. 2010. Labyrinth weirs. Ph. D. Thesis. Utah StateUniversity. Logan. UT.

 

Crookston, B. M. and Tullis, B. P. 2013a. Hydraulic design and analysis of labyrinth weirs. I: discharge relationships. J. Irrig. Drain. Eng. 139(5): 363-370.

 

Crookston, B. M. and Tullis, B. P. 2013b. Hydraulic design and analysis of labyrinth weirs. II: nappe aeration, instability, and vibration. J. Irrig. Drain. Eng. 139(5): 371-377.

 

Dastorani, M. and Nasarabadi, M. 2012. Effect of sedimentation behind Ogee spillways on the flow characteristics. Iranian Water Res. J. 6(10): 1-10. (in Persian)

 

Dizadji, N. and Mahmoudhkani, A. M. 2009. Exprimental research on the effects of sediments on discharge coefficient of rectangular, v-notch, ogee and overflow weirs. Iranian J. Watershed Manage. Sci. Eng. 3(8): 39-50. (in Persian)

 

Esmaeili-Varaki, M. and Safarrazavizadeh, M. 2013. Study of hydraulic features of flow over labyrinth weir with semi-circular plan. J. Water Soil. 27(1): 224-234. (in Persian)

 

Hay, N. and Taylor, G. 1970. Performance and design of labyrinth weirs. J. Hydraul. Eng-ASCE. 96(11): 2337-2357.

 

Henderson, F. M. 1966. Open Channel Flow. New York. Macmillan Publishing Co. Inc.

 

Khatsuria, R. M. 2005. Hydraulics of Spillways and Energy Dissipators. Marcel Dekker. New York.

 

Lux, F. 1993. Design methodologies for labyrinth weirs. Proceeding of Internatioinal Conference on Hydropower, Water Power. Nashville. Tennessee. USA.

 

Lux, F. and Hinchliff, D. L. 1985. Design and construction of labyrinth spillways. Proceeding of 15th Congress of ICOLD. Lausanne. Switzerland.

 

Savage, B., Crookston, B. M. and Paxson, S. 2016. Physical and numerical modeling of large headwater ratios for a 15ºlabyrinth spillway. J. Hydraul. Eng. Doi: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001186, 04016046.

 

Subramanya, K. 1986. Flow in Open Channel. Second Ed. Tata McGraw-Hill. New Delhi.

 

Taylor, G. 1968. The performance of labyrinth weirs. Ph. D. Thesis. University of Nottingham. Nottingham. England.

 

Tullis, B. P., Young J. and Chandler, M. 2007. Head-discharge relationships for submerged labyrinth weirs. J. Hydraul. Eng. 133(3): 248-254.

 

Yasi, M. and Mohammadi, M. 2007. Study of labyrinth spillways with curved planform. J. Sci. Technol. Agric. Nat. Res. 11(41): 1-13. (in Persian)