بررسی خصوصیات جریان ترکیبی در سرریز لبه تیز مرکب و دریچه مستطیلی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

دریچه­ها و سرریزها ازجمله سازه­هایی هستند که برای اندازه­گیری و کنترل جریان به­کار می‌روند. با توجه به تغییرات دبی در کانال­ها سازه سرریز باید کارایی اندازه­گیری و کنترل دبی را در محدوده زیادی داشته باشد. این محدودیت با کاربرد سرریزهای مرکب قابل رفع می­باشد. همچنین در سرریزها مشکل تجمع رسوب در بالادست، بر روی هیدرولیک جریان و بهره­برداری از شبکه­های آبیاری تاثیر می‏گذارد. بنابراین استفاده هم­زمان سازه سرریز مرکب- دریچه می­تواند مناسب باشد. هدف از این پژوهش، بررسی خصوصیات هیدرولیکی سرریز و سرریز– دریچه مرکب لبه­تیز با سه مقطع (مثلثی- ذوزنقه­ای- مستطیلی) در بازشدگی­های دریچه برابر 5/1، 3 و 5/4 سانتی­متر و زاویه راس 30،60،90 و 115 درجه و مقایسه آن با سرریزدریچه مستطیلی است. بدین منظور آزمایش­ها در یک فلوم مستطیلی به طول 12 متر و عرض نیم متر انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه راس سرریز، میزان دبی عبوری از مدل­ها، افزایش می­یابد. همچنین به ازای بار آبی معین با افزایش بازشدگی دریچه، دبی عبوری افزایش ولی ضریب دبی جریان کاهش یافت. بر اساس داده­های آزمایشگاهی تغییرات ضریب دبی جریان در سرریز­های مرکب در محدوده 43/0 تا 95/0 و در سرریز-دریچه مرکب در محدوده 38/0 تا 82/0 بود. مقادیر ضریب تبیین (R2)و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) برای ضریب دبی جریان به ترتیب 94/0 و 03/0 به دست آمد. نتایج به‌دست ‌آمده نشان داد که استفاده از ترکیب خطی روابط جریان در سرریز و سرریز- دریچه با دقت قابل‌قبول قادر به برآورد ضریب دبی جریان می­باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of Compound flow in Compound Sharp Crested Weir and Rectangular Gates

نویسندگان [English]

  • Mahsa pesarkloo 1
  • alireza emadi 2
1 Graduated of Master in Water Structure, Water Engineering Department, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
2 Department of Water Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University,sari,iran
چکیده [English]

Weir and gates are the structures that used to flow measurement and control water surface. According to the changes discharge in the channels, the weir structure should have a wide range of measurement and control efficiency. This limitation can be addressed by the use of Compound weir. Also in the weirs, sediment accumulation in the upstream on the hydraulic flow and exploitation of irrigation networks is affected. Therefore, simultaneous use of the weir-gate structure can be appropriate. The purpose of this research was to study the hydraulic properties of weirs and weirs-gates with three sections (triangular- trapezoidal -rectangular) in gate openings equal to 1.5, 3 and 4.5 cm and the angle of the vertex 30, 60, 90 and 115 degrees as compared to rectangular weir- gate. Therefore, experiments were performed on a rectangular flume with length of 12 meters and width of 0.5 meter. The results showed that the amount of flow through the models increases with increasing  of the vertex angle of the weir. Also the discharge was increased for a known head over the weir with increasing of height of the gate, but the discharge coefficient decreaseds. Based on experimental data the discharge coefficient in compound weir was in the range of 0.48 to 0.95 and in compound weir-gate was in the range of 0.38 to 0.82. The amount of determination coefficient (R2)  and the normalized  root  mean  square  error  (NRMSE) was obtained 0.94 and 0.03, respectively. The results showed that the use of a linear combination of flow equations is able to estimate the discharge coefficient with acceptable accuracy in weir and compound weir-gate.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Compound Weir
  • Discharge coefficient
  • Rectangular Gate
  • Rectangular Weir

اسماعیلی،ک و فتحی­مقدم،م. 1385. ضریب دبی در مدل سرریز-  دریچه، مجموعه مقالات اولین همایش ملی مدیریت شبکه­های آبیاری و زهکشی، اهواز، ایران.11 ص.

اورنقی،ه.، مهتابی،ق.، ولی­نیا،م.، قویدل،س.، عظیمی،و. 1390. بررسی ضریب دبی جریان در سرریز مرکب ذوزنقه­ای – دایره­ای. دهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، رشت. ایران.7 ص.

پاشازاده،م.، حیدرپور،م.، ساغیان­نژاد،س.ه و رضویان،س.ه. 1395. بررسی جریان هم­زمان از زیر دریچه کشویی و روی سرریز ذوزنقه‌ای در کانال دایره­ای. نشریه تحقیقات مهندسی سازه­های آبیاری و زهکشی. 17. 67  : 80-70.

حیدرپور،م.، رضویان،ح.، حسینی،ی. 1393. مطالعه جریان هم­زمان از زیر یک دریچه‌ کشویی و روی یک سرریز لبه تیز ذوزنقه‌ای. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی- علوم آب و خاک. 18. 68: 156-147.

رضویان،ح.، حیدرپور،م. 1386. بررسی خصوصیات جریان ترکیبی از روی سرریز مستطیلی با فشردگی جانبی و زیر دریچه مستطیلی بدون فشردگی در حالت لبه تیز، مجموعه مقالات نهمین سمینار سراسری آبیاری و کاهش تبخیر، کرمان، ایران.12 ص.

صفار،س و کاشفی­پور،م. 1387. تخمین دبی در مدل سرریز -  دریچه با استفاده از مدل شبکه‌های عصبی، مجموعه مقالات دومین همایش ملی مدیریت شبکه­های آبیاری و زهکشی، اهواز، ایران.6 ص.

ظهیری،ع. 1391. مدل ریاضی شبه دوبعدی تخمین دبی جریان در سرریز­های لبه­تیز مرکب، مجله پژوهش­های آب ‌و خاک گرگان. 19. 3 :27-42.

موسوی،س.ن.، فرسادی­زاده،د.، ارونقی،ه.، عباسپور،ا. 1394. بررسی پارامترای موثر بر ضریب دبی جریان در سرریزهای لبه تیز مرکب قوس دایره­ای- مستطیلی. نشریه آب و خاک(علوم و صنایع کشاورزی. 29. 4: 873-861.

Ameri,M., Ahmadi,A., Dehghani,A.A. 2015. Discharge coefficient of compound triangular-rectangular sharp-crested side weirs in subcritical flow conditions. Flow Measurement and Instrumentation. 45: 170-175.

Boss, M.G. 1988. Dischage measurement structures. ILRI Publication, Wageningn, USA: 34-42. Eltoukhy, M., Ibrahim, M. 2015. Velocity distribution Downstream compound Weirs. Australian Journal of Basic and Applied Sciences. Pages: 238-245.

Chanson,H. 2009. Discussion of Hydraulics of Broad-Crested Weirs with Varying Side Slopes, Journal of Irrigation and Drainage Enginieer, ASCE. 136.7: 508-509.

Jan,C.D., Chan,D., Lee,M.H. 2006. Discussion of Design and calibration of harp-crested weir. Journal of Hydraulogy. Enginieer. 132:8: 868-872.

Khassaf, S.I., Abbas,H.A. 2013. Study the free Flow Over Compound Weir and Below Semi Circular Gate. International Journal of Scientific and Engineering Research. 4. 10: 1486-2229.

Kindsvater,C.E., Carter,R.W. 1959. Discharge characteristics of rectangular thin-plate weirs. Transactions of the American Society of Civil Engineers. 124:772-822.

Lee,J.T., Chan,H.C., Huang,C.K., Leu,J.M. 2012. Experiments on hydraulic relations for flow over a compound sharp-crested weir. International Journal of  Physical Sciences. 7.14: 2229-2237.

Martinez,J., Recca,J., Morillas,M.T., Lopez,J.G. 2005. Design and calibration of a compound sharp-crested weir. Journal of. Hydrology Enginieer. 131:2:112-116.

Negm,A.M.,  El-Saiad,A.A.,  Alhamid,A.A., Husain,D. 1994. Characteristics of simultaneous flow over Weirs and below inverted V-Notches Gate. Civil Enginieer. Research Magazine (CERM). Civil Eng. Department. Faculty of Eng. Al-Azhar Univ. Cairo. Egypt. 16:9. 786-799.

Negm,A.M., El-Saiad,A.A., Saleh,O.K. 1997. Characteristics of combined flow over Weirs and below submerged Gates. Proc. of Al-Mansoura Enginieer. 2nd Int. Conf. (MEIC'97). 1-3 April. Faculty of Engineering. Al-Mansoura

University. Al-Mansoura. Egypt. 3: 259-272.

Negm, A.M.,  Al-Brahim, A.M  and  Alhamid, A.A.  2002.  Combined-free  flow over weirs and below gates. Journal of. Hydraulogy. Research. 40:3:359–365.

Piratheepan,M., Winston,N.E.F., Pathirana,K.P.P. 2006. Discharge measurements in open channels using compound sharp-crested weirs. J. Institution of engineers , Sri Lanka. 3: 31-38.