پیش بینی دبی عبوری سرریزهای زیگزاگی قوسی با مقطع ذوزنقه ای

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد اهواز.

2 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

3 کارشناس پژوهشی، مرکز آموزش عالی امام خمینی (ره)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

سرریزهای زیگزاگی از جمله سازه‌های هیدرولیکی هستند که جهت تنظیم سطح آب وکنترل جریان در کانال‌ها، رودخانه‌ها و مخازن سدها احداث می‌شوند. این سازه، برای انتقال جریان‌های بزرگ در هدهای کم، با افزایش طول مؤثر تاج سرریز، طراحی می‌گردد. محور تاج این نوع سرریزها، به صورت غیر مستقیم بوده و در نمایش سطح افقی، سرریز از دیواره‌های متصل به هم تشکیل شده است. سرریزهای زیگزاگی با هندسه مثلثی، ذوزنقه‌ای، مستطیلی و قوسی با تناوب در عرض جریان تکرار می‌گردد. معیار اصلی در طراحی زیگزاگی سرریزها، افزایش ظرفیت انتقال جریان روی سرریز با تاج ثابت و به ازای ارتفاع معین سطح آب در بالادست سرریز بوده است. در این تحقیق از 145 داده آزمایشگاهی، شامل چهار تیپ سرریز زیگزاگی قوسی با شعاع قوس و طول تانژانت‌ مختلف استفاده شد. ضریب دبی به صورت پارامتر بی‌بعد  با استفاده از آنالیز ابعادی معرفی گردید. روابط بین  و عمق بحرانی جریان ( ) با استفاده از ترسیم نمودار مربوطه برای دو تیپ متفاوت و 983/0 R2= و 998/0 R2= بدست آمد. سپس با ترسیم نمودار مربوط به و رابطه‌ای برای محاسبه عمق بحرانی ارائه شد. نتایج نشان داد که مقدار دبی محاسباتی با استفاده از yc بدست آمده، با مقادیر آزمایشگاهی همخوانی دارد به طوری که رابطه بین آن‌ها دارای 982/0 R2= است.

کلیدواژه‌ها


Allahdadi, K., Shafai Bajestan, M. (2019). Discharge of rectangular Labyrinth Weirs. The 1st International and 4th National Congress on Iranian Irrigation and Drainage, Urmia University, Urmia (in Persian).
Azhdary Moghaddam, M., Amanian, N., Jafari, R. (2010). Geometry Optimization of Triangle Labyrinth Spillway Using ANFIS Models and Genetic Algorithm’s. Journal of Modeling in Engineering, 7(19) (in Persian).
Azimi, A. and Seyed Hakim, S. (2018), Hydraulics of flow over rectangular labyrinth weirs, Irrigation Science, 37, 183–193.
Bijankhan, M. and Ferro, V. (2017). Dimensional analysis and stage-discharge relationship for weirs: A review. Journal of Agricultural Engineering, 48(1), 1–11.
Bijankhan, M. and Ferro, V. (2018). Experimental Study and Numerical Simulation of Inclined Rectangular Weirs. J. Irrig. Drain Eng. 144(7), 04018012.
Christensen, N.A. (2012). Flow Characteristics of Arced Labyrinth Weirs. Master of Science Thesis, Utah State University, Logan, UT.
Crookston B.M (2010). Labyrinth weirs, PhD Thesis, Utah State University, Logan, UT.
Crookston, B.M. and Tullis, B.P. (2012a). Arced labyrinth weirs J. Hydraulic. Eng., 138 (6), 555-562.
Crookston, B.M. and Tullis B.P. (2012b). Discharge efficiency of reservoir-application-specific labyrinth weirs, J. Hydraulic. Eng., 138(6), 564-568.
Crookston, B.M. and Tullis. B.P. (2013). 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. (2013). Design and analysis of labyrinth weirs. II: nappe aeration, instability, and vibration. J. Irrig. Drain. Eng., 139(5), 371-377.
Darvas, L.A. (1971). Discussion of performance and design of labyrinth weirs by N. Hay and G. Taylor. J. Hydraulic. Div., 97(80), 1246-1251.
Falvey, H. T. (2003). Hydraulic Design of Labyrinth Weirs. ASCE Press. Pub., Virginia, USA.
Ferro, V. (2000). Simultaneous Flow Over and Under a Gate. J. Irrig. Drain Eng. 126, 190-193.
Ferro, V. (2016). Simple flume with a central baffle. Flow Measurement and Instrumentation. JFMI1255.
Ghaderi, A. Abbasi, S. (2019). Numerical Investigation of Labyrinth Stepped Spillways Performance on Energy Dissipation of Skimming Flow. Journal of Hydraulics. 14(3), 1-16. (in Persian).
Ghodsian, M. (2009). Stage–discharge relationship for a triangular labyrinth spillway. Water Management, 162(3), 173-178.
Hay, N.  and Taylor, G. (1970). Performance and design of labyrinth weirs J. Hydraulic. Div., 96(11), 2337-2357.
ICOLD. (1998). Dam Break Flood Analysis, Review and recommendations. http://ircold.ir/en/icold-bulletins/ .
Jedi, S., Sadeghian, J. and Rezaei, B. (2020). Experimental Study of the Discharge Coefficient in Side Weirs with the Piano Key and the Rectangular Labyrinth Crests. Journal of Hydraulics. 15(3), 61-74. (in Persian).
Kumar, M., Sihag, P., Tiwari, N.K. and Ranjan, S. (2020). Experimental study and modelling discharge coefficient of trapezoidal and rectangular piano key weirs, Applied Water Science, 10(1), 1-9.
Kumar, S., Ahmad, Z. and Mansour, T. (2011). A new approach to improve the discharging capacity of sharp-crested triangular plan form weirs. Flow Meas. Instrum., 22(3), 175-180.
Majedi Asl, M. and Fuladipanah M. (2018). Application of the Evolutionary Methods in Determining the Discharge Coefficient of Triangular Labyrinth Weirs, JWSS, 22(4), 279-290.
Moradi, S., Shahsavari, H., Aref, A. and Esmaili, K. (2019). Hydraulic Type-A Piano Key Weirs with Zigzag Lateral Crest. Journal of Civil Engineering Ferdowsi, 33(1), 1-16. (in Persian).
Neveen, Y.S. and Fattouh Ehab, M. (2017) Hydraulic characteristics of flow over weirs with circularopenings. Ain Shams Engineering Journal, 8, 515–522.
Sangsefidi, Y., Mehraein, M. and Ghodsian, M. (2015).  Experimental study of hydraulic performance of Arced Weirs.‎ Modares Civil Engineering journal, 15(2), 51-63. (in Persian).
Savage, B.M., Crookston, B.M. and Paxson, G.S. (2016) Physical and numerical modeling of large headwater ratios for a 15° labyrinth spillway. J. Hydraulic. Eng., 142(11), 04016046-1 to 04016046-7.
Shahrokhnia, M.A. and Javan, M. (2006). Dimensionless Stage–Discharge Relationship in Radial Gates. J. Irrig. Drain Eng. 132, 180-184.
Shafai Bajestan, M. (2011), Basic Concepts and Applications of Physical-Hydraulic Modeling Shahid chamran University, Iran, 328P.
Stefano, C.D. and Ferro, V. (2016). Closure to Stage–Discharge Relationship for an Upstream Inclined Grid with Transversal Bars by C. Di Stefano and V. Ferro. J. Irrig. Drain Eng. 142(8), 07016008.
Stefano, C.D. and Ferro, V. and Bijankhan, M. (2018). Discussion of “Extraction of the Flow Rate Equation under Free and Submerged Flow Conditions in Pivot Weirs with Different Side Contractions” by N. Sheikh Rezazadeh Nikou, M. J. Monem, and K. Safavi, J. Irrig. Drain Eng. 144(4), 07018007.
Tullis, J.P., Amanian, N. and Waldron, D. (1995). Design of labyrinth weir spillways. J. Hydraulic. Eng., 121(3), 247-25.
Tullis, B.P. (2018). Size-Scale Effects of Labyrinth Weir Hydraulics. 7th IAHR International Symposium on Hydraulic Structures, 15–18.
Taylor, G. (1968). The performance of labyrinth weirs. PhD. Thesis. University of Nottingham, Nottingham, England.
Xinlei, G. Zhiping, L. Wang, T. Hui, F. Jiazhen L, Qingfu, X. and Yongxin, G. (2019).  Discharge capacity evaluation and hydraulic design of a piano key weir, Water Supply, 19(3), 871-878.
Yasi, M. and Mohammadi, M. (2007). Study of Labyrinth Spillways with Curved Planform. Journal of Water and Soil Science. 11(41), 1-13. (in Persian).