بررسی پدیده آب‌شستگی موضعی در پایین‌دست حوضچه‌های آرامش در حضور سرریز پلکانی

Abstract

- مسأله آب‌شستگی یکی از موضوعاتی است که همواره در طراحی انواع مختلف سازه‌های هیدرولیکی اهمیت دارد. از جمله این سازه‌ها، سرریز پلکانی است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی تشابه بین نیمرخ‌های آب‌شستگی موضعی در پایین‌دست سرریز پلکانی می‌باشد. بدین منظور از نتایج حاصل از انجام 67 آزمایش بر روی دو مدل آزمایشگاهی مختلف در محدوده وسیعی از اعداد فرود ذره، طول حوضچه آرامش، عمق پایاب، دانه‌بندی ذرات رسوبی و دو شیب مختلف سرریز پلکانی استفاده شد. در این تحقیق از 5 طول مختلف حوضچه آرامش در محدوده 37 سانتی‌متر تا 120 سانتی‌متر استفاده شد. هم‌چنین محدوده دبی مورد استفاده 95/88-43/7 لیتر بر ثانیه بود. مدت‌ زمان آزمایش‌ها 6 ساعته، 8 ساعته، 12 ساعته و 24 ساعته بود. در محدوده دبی مورد ‌نظر، در شرایط یکسان آزمایشگاهی، بیشینه عمق آبشستگی در پایین‌دست حوضچه آرامش با طول 110 سانتی‌متر نسبت به بیشینه عمق آبشستگی در پایین‌دست حوضچه آرامش با طول 37 سانتی‌متر، 48 الی 78 درصد کاهش پیدا کرد. بر اساس نتایج به‌دست آمده از داده‌های آزمایشگاهی، تشابه بین نیمرخ‌های حفره آب‌شستگی در پایین‌دست سرریزهای پلکانی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور دو روش برای بی‌بعد کردن نیمرخ‌های آب‌شستگی ارائه شد؛ که بر اساس پارامترهای آماری، بهترین روش برای بی‌بعد کردن نیمرخ‌های آب‌شستگی انتخاب و تشابه بین نیمرخ‌های آب‌شستگی در پایین‌دست سرریزهای پلکانی نشان داده ‌شد. روابط پیش‌بینی کننده عمق بیشینه آب‌شستگی، فاصله عمق بیشینه از انتهای حوضچه آرامش، طول حوضچه آرامش و حجم رسوبات انتقال یافته به پایین‌دست بر اساس پارامترهای بدون بعد، در زمان‌های مختلف بسط داده شد. هم‌چنین، تأثیر پارامترهای مختلف بر هندسه حفره آب‌شستگی مورد بررسی قرار گرفت. در مجموع آزمایش‌ها، 8 پروفیل عرضی در شرایط مختلف (برای دانه‌بندی و طول حوضچه‌های آرامش مختلف) برداشت گردید. در یک شرایط آزمایشگاهی معین، مقایسه‌ای بین آبشستگی در حضور سرریز پلکانی با آبشستگی در حضور سرریز اوجی انجام شد. نتایج بدست‌آمده نشان داد که وجود سرریز پلکانی بین 06/42 تا 82/74 درصد باعث استهلاک انرژی می‌شود، که این امر، به‌جهت کاهش ابعاد حفره آب‌شستگی ایمنی بیشتر سازه سرریز پلکانی را نسبت به سرریز اوجی تحت شرایط مشابه توجیه می‌کند.