ارائه‌ی روش تحلیل عمومی آبگذری سرریزهای غیرخطی (مطالعه موردی: سرریز سد میلسایت)

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشکده عمران، دانشگاه ارومیه

2 دانشکده عمران دانشگاه ارومیه

چکیده

سرریزهای غیرخطی، سازه‌های اقتصادی جهت بالا بردن توان خروجی سرریز در یک عرض محدود می‌باشند که در پلان به اشکال مختلفی دیده می‌شوند. این سرریزها در بار هیدرولیکی و عرض ثابت در مقایسه با سرریزهای خطی، دبی بیشتری را از خود عبور می‌دهند. با توجه به پیچیدگی‌های هیدرودینامیکی جریان در سرریزهای غیرخطی تاکنون روش عمومی برای تحلیل آبگذری آن‌ها ارائه نشده است و اغلب توسط مدل‌های آزمایشگاهی بررسی‌شده‌اند. در این تحقیق یک روش عمومی برای تحلیل آبگذری سرریزهای غیرخطی پیشنهاد گردیده است. این روش بر مبنای تحلیل المانی آبگذری سرریزهای غیرخطی استوار بوده که با حل معادلات انرژی و آبگذری برای هر المان و تصحیح آثار نواحی تداخل، میزان آبگذری این نوع سرریزها محاسبه می گردد. برای ارزیابی عملکرد روش ارائه‌شده، از نتایج آزمایشگاهی موجود برای سرریزهای مایل و کنگره‌ای ذوزنقه‌ای استفاده‌شده است. نتایج نشان می‌دهد که دقت مدل پیشنهادی برای محاسبه ظرفیت آبگذری سرریزهای مایل و کنگره‌ای ذوزنقه‌ای به ترتیب در محدوده خطای 12 و 20 درصد بوده است. همچنین از نتایج مدل آزمایشگاهی پروژه توان‌بخشی سرریز کنگره‌ای قوسی سد میلسایت برای بررسی کارکرد مدل پیشنهادی در هندسه‌های پیچیده استفاده شد. مدل پیشنهادی با حداکثر خطای 15 درصد تخمین مناسبی از ظرفیت آبگذری این سرریز داشته است.

کلیدواژه‌ها


Azimi, A.H., Rajaratnam, N. and Zhu, D.Z. (2014). Submerged flows over rectangular weirs of finite crest length. Journal of irrigation and drainage Engineering, 140(5), 06014001.
Borghei, S.M., Vatannia, Z., Ghodsian, M. and Jalili, M.R. (2003). Oblique rectangular sharp-crested weir. In: Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water and Maritime Engineering, 156(2), 185-191.
Carrillo, J.M., Matos, J. and Lopes, R. (2020). Numerical modeling of free and submerged labyrinth weir flow for a large sidewall angle. Environmental Fluid Mechanics, 20(2), 357-374.
Christensen, N.A. (2012). Flow characteristics of arced labyrinth weirs, MSc Thesis, Utah State University, Utah, 107p.
Crookston, B.M. (2010). Labyrinth weirs, PhD Thesis, Utah State University, Utah, 223p.
Crookston, B.M. and Tullis, B. P. (2012). Arced labyrinth weirs. Journal of Hydraulic Eng., 138(6), 555-562.
Crookston, B.M. and Tullis, B.P. (2012). Labyrinth weirs: Nappe interference and local submergence. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 138(8), 757-765.
Crookston, B.M. and Tullis, B. P. (2013). Hydraulic design and analysis of labyrinth weirs. I: Discharge relationships. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139(5), 363-370.
Crookston, B.M., Mortensen, D., Stanard, T., Tullis, B.P. and Vasquez, V. (2015, April). Debris and maintenance of labyrinth spillways. In: Proceedings of the 35th Annual USSD Conference, Louisville, KY, USA, 13-17.
Erpicum, S., Laugier, F., Boillat, J.L., Pirotton, M., Reverchon, B. and Schleiss, A.J. (2011). Labyrinth and piano key weirs. CRC Press.
Erpicum, S., Tullis, B.P., Lodomez, M., Archambeau, P., Dewals, B.J. and Pirotton, M. (2016). Scale effects in physical piano key weirs models. Journal of Hydraulic Research, 54(6), 692-698.
Hay, N. and Taylor, G. (1970). Performance and design of labyrinth weirs. Journal of the Hydraulics Division, 96(11), 2337-2357.
ICOLD. (1999). Bulletin on Risk Assessment: Risk Assessment as an Aid to Dam Safety Management, Draft, International Commission of Large Dams, Draft 24.08.99, 102 p.
Khode, B.V., Tembhurkar, A.R., Porey, P.D. and Ingle, R.N. (2012). Experimental studies on flow over labyrinth weir. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 138(6), 548-552.
Lopes, R., Melo, J.F. and Matos, J. (2008). Characteristic Depths and Energy Dissipation Downstream of a Labyrinth Weir, 51-58.
Magalhães, A. and Lorena, M. (1989) Hydraulic design of labyrinth weirs, Rep. No. 736, Lisbon, Portugal: National Laboratory of Civil Engineering.
Majedi Asl, M., Fuladipanah, M., Daneshfaraz, R. and Jannat, K. (2021). Modeling and assessment of discharge coefficient of arc labyrinth weir using experimental and meta-model methods. Iranian Journal of Soil and Water Research, 52(7), 1987-2000. (in Persian)
Ohadi, S. and Jafari-Asl, J. (2021). Multi-objective reliability-based optimization for design of trapezoidal labyrinth weirs. Flow Measurement and Instrumentation, 77, 101787.
Pfister, M., Battisacco, E., De Cesare, G. and Schleiss, A.J. (2013). Scale effects related to the rating curve of cylindrically crested Piano Key weirs, Intl. Conf. on Labyrinth and Piano Key Weirs II, 73–82, CRC Press, London.
Pfister, M., Capobianco, D., Tullis, B. and Schleiss, A.J. (2013). Debris-blocking sensitivity of piano key weirs under reservoir-type approach flow. Journal of Hydraulic Engineering, 139(11), 1134-1141.
Safarzadeh, A. and Noroozi, B. (2017). 3D hydrodynamics of trapezoidal piano key spillways. International Journal of Civil Engineering, 15(1), 89-101.
Sangsefidi, Y., Mehraein, M., Ghodsian, M. and Motalebizadeh, M.R. (2017). Evaluation and analysis of flow over arced weirs using traditional and response surface methodologies. Journal of Hydraulic Engineering, 143(11), 04017048.
Shafiei, S., Najarchi, M. and Shabanlou, S. (2020). A novel approach using CFD and neuro-fuzzy-firefly algorithm in predicting labyrinth weir discharge coefficient. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 42(1), 1-19.
Spencer, A.C. and Tullis, B. (2017).  Millsite dam arced labyrinth weir design, United States Department of Agriculture Natural Resources Conservation Service.
Swamee, P.K., Ojha, C.S.P. and Mansoor, T. (2011). Discharge characteristics of skew weirs. Journal of hydraulic research, 49(6), 818-820.
Taylor, G. (1968). The performance of labyrinth weirs, PhD Thesis, University of Nottingham, Nottingham, 410p.
Thompson, E.A., Cox, N.C., Ebner, L. and Tullis, B. (2016). The hydraulic design of an arced labyrinth weir at Isabella Dam, 6th International Symposium on Hydraulic Structures, Hydraulic Structures and Water System Management, Utah State University, Portland, Oregon, USA, 27-30 June 2016.
Torres, C., Borman, D., Sleigh, A. and Neeve, D. (2021). Application of Three-Dimensional CFD VOF to Characterize Free-Surface Flow over Trapezoidal Labyrinth Weir and Spillway. Journal of Hydraulic Engineering, 147(3), 04021002.
Tullis, J.P., Amanian, N. and Waldron, D. (1995). Design of labyrinth spillways. Journal of hydraulic engineering, 121(3), 247-255.
Zounemat-Kermani, M., Kermani, S.G., Kiyaninejad, M. and Kisi, O. (2019). Evaluating the application of data-driven intelligent methods to estimate discharge over triangular arced labyrinth weir. Flow Measurement and Instrumentation, 68, 101573.