مطالعه آزمايشگاهي تأثير هندسه و تراز كف كانال بالادست بر ضريب دبي جريان در سرريز پلان كنگره‌اي- ذوزنقه‌اي

Experimental Study on the Effect of Geometry and Upstream Channel Bed Level on Discharge Coefficient of Trapezoidal Labyrinth Weir

سرریزهای كنگره‌ای یكی از سازه‌های متداول به‌‎منظور تنظیم سطح آب و تخلیه جریان در كانال‌های انتقال آب و دریاچه سدها بدون نیاز به عملیات بهره‌برداری خاص می‌باشند. مشكل عمده در بهره‌برداری از این سازه‌ها در كانال‌های انتقال آب، ترسیب مواد رسوبی موجود در بالادست آن‌ها می‌باشد كه در نتیجه عملكرد هیدرولیكی این نوع از سازه‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. در این پژوهش تأثیر تغییر هندسه و تغییر تراز كف كانال بالادست بر ضریب دبی جریان سرریزهای پلان كنگره‌ای- ذوزنقه‌ای به‌صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌ها در شرایط عدم تغییر تراز كف كانال و سه تراز كف كانال بالادست سرریز (30، 60 و 90 درصد ارتفاع سرریز) در 6 هندسه از سرریز‌ كنگره‌ای- ذوزنقه‌ای انجام شد. مقایسه نتایج حاصل از بررسی تأثیر ترازهای مختلف كف كانال بالادست بر ضریب دبی جریان این سرریزها نشان داد كه تغییر تراز كف كانال به 30 و 60 درصد ارتفاع سرریز نسبت به عدم تغییر تراز كف كانال تأثیر معنی‌داری بر ضریب دبی جریان آن‌ها ندارند، ولی با افزایش تراز كف كانال بالادست به 90 درصد، ضریب دبی جریان این سرریزها نسبت به عدم تغییر تراز كف كانال تغییر چشم‌گیری نموده و به‌طور متوسط در هندسه‌های مورد بررسی 14 درصد كاهش می‌یابد. مقایسه نتایج حاصل از تغییر هندسه‌ این سرریزها نشان داد كه در ترازهای كف كانال كمتر از 90 درصد، به‌دلیل افزایش استغراق موضعی در سیكل‌های خروجی سرریزها با افزایش دبی جریان، هندسه‌های با زاویه راس سیكل كوچك‌تر و طول سیكل در جهت جریان (B) بیشتر، ضریب دبی جریان بالاتری داشتند. اما در ترازهای كف كانال 90 درصد، به‌علت آن‌كه با افزایش سرعت جریان نزدیك‌شونده به سرریز، بخش عمده جریان از محدوده نزدیك به راس‌ سیكل‌ها تخلیه می‌شدند، در نتیجه نیاز به مومنتم بیشتری برای خروج از سیكل‌ها داشتند و بنابراین ضریب دبی جریان سرریزهایی با زاویه راس سیكل‌ بیشتر و طول سیكل در جهت جریان كمتر نسبت به سایر هندسه‌ها بیشتر بود. 

Labyrinth weirs are one of the most common structures in regulating water level and release of flow in irrigation channels and reservoirs of the dams without special operation. A major problem in the operation of these structures in water conveyance channels is sedimentation at the upstream of the weirs, which can affect the performance of these structures. In this research, the effects of changes in the geometry and upstream channel bed of weirs on the discharge coefficient of the trapezoidal labyrinth weirs was investigated experimentally. Experiments were performed for cases without change in channel bed level and 3 levels of channel bed changes at the upstream of weirs (30, 60 and 90 percent of weir height), and six geometries of trapezoidal labyrinth weirs under wide range of flow discharges. The experimental results showed that increase of the channel bed level up to 60 percent of the weir height did not affect discharge coefficients of the labyrinth weirs. However, by increasing the channel bed level to 90 percent of weir height, there was a decrease of approximately 14 percent in discharge coefficients of the weirs with respect to the case with no changes in channel bed level. The comparison of results indicated that because of increase in local submergence at the outlet cycles of the weirs, for upstream channel bed level smaller than 90% of the weir height, the discharge coefficients of the trapezoidal labyrinth weirs with smaller angle of apex cycles and larger length of cycles in flow direction was more than other geometries of the weirs. By increasing the upstream channel bed level to 90 percent of the weir height, the approaching flow velocity increases and most parts of flow, releases from apex of the cycles since it requires larger momentum to exit from the cycles. Therefore, for discharge coefficient of the labyrinth weirs with larger angle of apex, both the cycles and smaller length of the cycles in flow direction were more effective than other geometries.