تحلیل آبگذری و شرایط جریان در سرریزهای دریچه‌دار کشویی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه‌های آبی، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

2 دانشیار گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشکده مهندسی کشاورزی و فناوری، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران

چکیده

دریچه­های کشویی در تاج سرریزهای اوجی با ارتفاع زیاد (سدهای تنظیمی) یا با ارتفاع کم (به­عنوان آستانه) به­منظور کنترل بهتر جریان طراحی و استفاده می­شوند. در حالت دوم، متناسب با ترکیب­های مختلف هندسۀ سرریز، بازشدگی دریچه، عمق بالادست و عمق پایین­دست، چهار شرط مختلف جریان قابل تشخیص است: الف) جریان کنترل نشدۀ آزاد، ب) جریان کنترل نشدۀ مستغرق، ج) جریان کنترل شدۀ آزاد و د) جریان کنترل شدۀ مستغرق. تعیین حد تبدیل هر یک از این شرایط جریان به یکدیگر در کاربرد معادلات دبی در هر وضعیت سودمند خواهد بود. در این تحقیق، با استفاده از برداشت­های آزمایشگاهی روی دو سرریز اوجی با ارتفاع مختلف و نیز از داده­های آزمایشگاهی مدل سرریز دریچه­دار پروژه کنترل آب فلوریدای جنوبی و مرکزی، روابطی برای تعیین حدود تبدیل و تعیین آبگذری در شرایط چهارگانه ارائه شده ­است. در شرایط جریان کنترل نشدۀ آزاد، میانگین قدرمطلق خطای نسبی در تعیین دبی از روابط پیشنهادی 95/1 درصد، در شرایط جریان کنترل شدۀ آزاد و مستغرق به­ترتیب معادل 2 و 5 درصد است. نتایج بررسی­ها نشان می­دهد حد تبدیل جریان کنترل نشده به کنترل شده هنگامی است که عمق بالادست از حدود 46/1 برابر بازشدگی دریچه افزایش یابد. با افزایش ارتفاع پایین­دست و کاهش ارتفاع بالادست سرریز نیز آستانۀ استغراق نسبی سرریز و میزان آبگذری افزایش می­یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of the Discharge and Flow Conditions in Sluice-Gated Spillways

نویسندگان [English]

  • Abolfazl Barghi Khezerloo 1
  • Alireza Vatankhah 2
1 PhD. Candidate in Water Structures, Irrigation and Reclamation Department, University of Tehran, Alborz, Iran
2 Associate Professor, Irrigation and Reclamation Department, University of Tehran, Alborz, Iran
چکیده [English]

Sluice gates are designed and used in Ogee spillways with high height (regulator dams) or low height (as sill) for better controlling the flow. In latter case, according to different combinations of weir geometry, gate opening, upstream and downstream flow depths, four different flow conditions are recognizable: (a) free uncontrolled flow, (b) submerged uncontrolled flow, (c) free controlled flow, and (d) submerged controlled flow. Determination of change threshold of these flow condition is useful for choosing the proposed discharge equations in any situation. In current research, using the experimental data gathered from two Ogee spillways with different height in this program and using the data gathered from typical spillway structures in central and southern Florida water-control project, different equations for determining the change threshold and flow discharge in four different flow conditions are developed. In free uncontrolled flow condition, the proposed discharge equation has an average relative error of 1.95% while in free and submerged controlled flow condition, the proposed discharge equations have the average relative errors of 2% and 5% respectively. Results showed that the change threshold of uncontrolled flow into controlled flow occurs when upstream flow depth increases about 1.46 times the gate opening. Furthermore, the relative submergence threshold and flow discharge increase by increasing the downstream flow depth and decreasing the upstream flow depth.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Discharge
  • Flow Control
  • Hydraulic structure
  • Measurement
  • Submergence threshold

Alminagorta, O. and Merkley, P. 2009. Transitional flow between orifice and nonorifice regimes at a rectangular sluice gate. J. Irrig. Drain. Eng. 135(3): 382-387.

 

Anon. 1963. Typical spillway structure for central and southern Florida water-control project. U. S. Army Engineer Waterways Experiment Station. Vicksburg, Mississippi.

 

Anon. 1972. Overflow spillways, stage-discharge relation for uncontrolled flow. U. S. Army Engineer Waterways Experiment Station. Hydraulic Design Chart 111-3/3, Vicksburg, Mississippi.

 

Anon. 1987. Design of small dams. U.S. Bureau of Reclamation (USBR). U.S. Government Printing Office, Washington, D.C.

 

Ansar, M. and Chen, Z. 2009. Generalized flow rating equations at prototype gated spillways. J. Hydraul. Eng. 135(7): 602-608.

 

Chen, Z. and Ansar, M. 2017. Application of the generalized flow equation to all flow conditions at spillways. World Environmental and Water Resources Congress. May 21–25. Sacramento, California, USA.

 

Hager, W. and Bremen, R. 1988. Plane gate on standard spillway. J. Hydraul. Eng. 114(11): 1390-1397.

 

Hussain, S., Hussain, A. and Ahmad, Z. 2014. Discharge characteristics of orifice spillway under oblique approach flow. Flow Meas. Instrum. 39(1): 9-18.

 

Multer, R. H. 1963. Discharge rating curves for vertical lift gates on spillway crests. U. S. Army Engineer Waterways Experiment Station. Paper No. 2-606. Vicksburg, Mississippi.

 

Negm, A. M. 1995. Free and submerged flow below sluice gate with sill. Adv. Hydrosci. Eng. Part A:
283-300.

 

Tullis, B. 2011. Behavior of submerged ogee crest weir discharge coefficients. J. Irrig. Drain. Eng. 137(10): 677-681.

 

Tullis, B. and Neilson, J. 2008. Performance of submerged ogee-crest weir head-discharge relationships. J. Hydraul. Eng. 134(4): 486–491.

 

Zeng, J., Zhang, L., Ansar, M. and Damisse, E. 2017a. Applications of computational fluid dynamics to flow ratings at prototype spillways and weirs. I: Data generation and validation. J. Irrig. Drain. Eng. 143(1): 04016072 (1-13).

 

Zeng, J., Zhang, L., Ansar, M. and Damisse, E. 2017b. applications of computational fluid dynamics to flow ratings at prototype spillways and weirs. II: Framework for planning, data assessment, and flow rating. J. Irrig. Drain. Eng. 143(1): 04016073 (1-13).