بررسي آزمايشگاهي تأثير ارتفاع و شيب تاج سرريزهاي مستغرق بر الگوي جريان در قوس 90 درجه

Experimental investigation of the effect of height and crest slope of bendway weirs on flow pattern in a 90 degree bend

سرريزهاي مستغرق يك ابزار مهم در كنترل فرسايش چند منظوره مي باشند و براي كنترل فرسايش،احياء آبراهه ها و بهبود زيستگاه آبزيان استفاده مي شوند. اين سازه ها با كاهش سرعت هاي جريان، فرسايش قوس خارجي را كاهش و با كاهش تمركز جريان در سمت ساحل خارجي قوس باعث توزيع مناسب جريان در طول پيچ مي گردند. در اين تحقيق به صورت آزمايشگاهي به بررسي تأثير  سرريزهاي مستغرق بر الگوي جريان در يك پيچ 90 درجه ملايم پرداخته شده است. آزمايش ها در يك فلوم قوس دار با انحناي نسبي برابر با 3/3، با طول 24 متر و عرض 92/0 متر در دبي هاي 55، 66 و 77 ليتر بر ثانيه انجام گرفت. يكسري از سرريزها (تعداد 7 سازه) با سه نسبت ارتفاع (3/0، 5/0 و 7/0 برابر عمق آب) و سه شيب تاج (0، 5 و 10 درصد) در ساحل خارجي قوس احداث شدند؛ در حالي كه زاويه (60 درجه) و فاصله سازه ها (3 برابر طول سازه ها) در آزمايش ها ثابت بود. اندازه گيري مقادير سرعت در اطراف سرريزها در دو تراز نزديك سطح آب و نزديك بستر انجام گرفت. نتايج تحقيق نشان داد كه بعد از احداث سرريزها، سرعت متوسط در سمت قوس خارجي بيش از 70 درصد كاهش و در سمت قوس داخلي بيش از 50 درصد افزايش يافت. سرريزهاي با ارتفاع y5/0 و شيب تاج 5 درصد در كاهش سرعت در قوس خارجي بسيار مؤثر بودند. از سوي ديگر سرريزهاي با ارتفاع y7/0 و سرريزهاي با شيب تاج تخت در افزايش سرعت در قوس داخلي به‌ويژه در رأس قوس بيشتر مؤثر بودند. به‌طور كلي نتايج تحقيق حاضر نشان داد كه سرريزهاي با ارتفاع نسبي برابر با 5/0 و شيب تاج برابر با 5 درصد به عنوان مناسب ترين گزينه هاي طراحي در چنين قوس هايي مي باشند.

Bendway weirs are an important tool in multipurpose erosion control and are implemented to control erosion, restore streams, and improve habitat. These structures create a hydraulic effect that reduces erosion on the outer bank of a bend by reducing flow velocities near the outer bank and reduce the concentration of currents on the outer bank creating better current alignment through the bend. In this research the effect of bendway weirs on flow pattern in a 90 degree mild bend has been investigated experimentally. Experimental tests were conducted in a curved flume with relative radius of 3.3 (R/b=3.3) and with 24 m length and 0.92 m width at three flow discharges (55, 66 and 77 l/s). Series of bendway weirs (7 weirs) were constructed at the outer bank side of the bend at three weir height ratios (0.3, 0.5 and 0.7 of water depth), three crest slopes (0%, 5% and 10%), while inclination angle (60°) and distance between weirs (equal to 3 times of weir length) were kept fixed. Velocity measurements around weirs were performed in two levels, near the bed and close to the water surface. The research results showed that the velocity magnitude decreased in the outer bank by more than 70% and increased in the inner bank side by more than 50%, after bendway weirs installation. Weirs with height of 0.5y and with crest slope of 5% were more effective in deceleration of velocity at the outer bank side. On the other hand, weirs with height of 0.7y and also weirs with flat crest slope were more efficient in velocity magnitude increment at the inner bank side, especially in the head of the bend. Generally, the present research results revealed that the bendway weirs with crest slope of 5% and with height of 0.5y are the most suitable design options in such bends.