نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

تأثیر شیب تاج دیواره‌های جانبی بر عملکرد سرریز کلید پیانویی مستطیلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران.
2 استادیار گروه عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران.
چکیده
سرریز کلید پیانویی، به‌عنوان یک نوع جدید از سرریزهای غیرخطی، با افزایش طول تاج نسبت به سرریزهای خطی لبه تیز، ضریب ایمنی سد، ظرفیت عبور آب و حجم ذخیره سیلاب را به طور اقتصادی و مطمئن افزایش می‌دهد. بااین‌حال، عملکرد این سرریزها با افزایش بار آبی به دلیل استغراق در کلیدهای خروجی کاهش می‌یابد. این پژوهش تأثیر شیب تاج دیواره‌های جانبی بر ضریب تخلیه سرریز کلید پیانویی مستطیلی را بررسی می‌کند. آزمایش‌ها در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه بوعلی سینا، در کانالی به طول ۱۵ متر و عرض و ارتفاع ۶۰ سانتی‌متر انجام گرفت. مدل‌های آزمایشگاهی شامل سرریز کلید پیانویی مستطیلی نوع A با شیب‌های ۰، ۵، ۵/۷ و ۱۰ درجه هستند که در جهت و خلاف جهت جریان شیب‌دار شدند و در ۹ دبی مختلف مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج نشان داد سرریزهای کلید پیانویی مستطیلی شیب‌دار در خلاف جهت جریان با مشارکت بیش از ۸۰ درصد طول تاج سرریز، ضریب تخلیه بیشتری نسبت به مدل‌های دیگر دارند. ضریب تخلیه در سرریز با شیب ۵ درجه خلاف جهت جریان به طور متوسط ۴ درصد بیشتر از سرریز بدون شیب است. این یافته‌ها نشان می‌دهد اصلاح شیب دیواره‌های جانبی می‌تواند عملکرد سرریزها را در شرایط سیلاب و غیر بحرانی بهبود بخشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

The Influence of Sidewall Crest Slope on the Performance of Rectangular Piano Key Weirs

نویسندگان English

Ali Gholami 1
Morteza Shokri 2
1 M.Sc. Student in Water and Hydraulic Structures, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran.
چکیده English

The Piano Key Weir (PKW), as a novel type of nonlinear weir, economically and reliably enhances the dam safety factor, water conveyance capacity, and flood storage volume by increasing the crest length compared to traditional sharp-crested linear weirs. However, the performance of these weirs decreases due to submergence in the outlet keys as the upstream water level rises. This study investigates the impact of sidewall slope on the discharge coefficient of rectangular PKWs. Experiments were conducted in the hydraulics laboratory of Bu-Ali Sina University using a flume measuring 15 meters in length, 60 centimeters in width, and height. The experimental models included type-A rectangular PKWs with sidewall slopes of 0, 5, 7.5, and 10 degrees, inclined both in the direction of flow and against it, tested across 9 different flow rates. The results indicated that rectangular PKWs with slopes against the flow direction, engaging over 80% of the weir crest length, had a higher discharge coefficient compared to other models. The discharge coefficient for the PKW with a 5-degree slope against the flow direction was, on average, 4% higher than that of the non-sloped weir. These findings suggest that adjusting the sidewall slope can enhance weir performance under both flood and non-critical conditions.

کلیدواژه‌ها English

Discharge Coefficient
Rectangular Piano Key Weir
Sidewall Slope
Weir Efficiency
Anderson, R. and Tullis, B. 2012. Comparison of piano key and rectangular labyrinth weir hydraulics. Journal of Hydraulic Engineering. 138(4): 358-361.
Anderson, R., and Tullis, B. 2013. Piano key weir hydraulics and labyrinth weir comparison. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 139(3): 246-253.
Afzalian, A. R. and Ahadiyan, J. 2015. Piano key weir with sloped parapet wall. Irrigation Sciences and Engineering. 38(2): 91-102.
Alabedi, H. J. and Khassaf, S. I. 2024. Numerical study on discharge capacity of piano key side weir with various ratios of the crest length to the width. Open Engineering. 14(1): 20220536.
Belzner, F., Merkel, J., Gebhardt, M. and Thorenz, C. 2017. Piano Key and Labyrinth Weirs at German waterways: Recent and future research of the BAW. In Labyrinth and piano key weirs III (pp. 167-174). CRC Press.
Crookston, B., Anderson, R. and Tullis, B. 2018. Free-flow discharge estimation method for Piano Key weir geometries. Journal of Hydro-Environment Research. 19: 160-167.
Crookston, B. M., Erpicum, S., Tullis, B. P. and Laugier, F. 2019. Hydraulics of labyrinth and piano key weirs: 100 years of prototype structures, advancements, and future research needs. Journal of Hydraulic Engineering. 145(12): 02519004.
Falvey, H. T. 2003. Hydraulic design of labyrinth weirs. ASCE Press (American Society of Civil Engineers) Reston, VA.
Ghodsian, M. and Sohrabzadeh Anzani, H. 2023. Experimental Study on Flow Over Rectangular Piano Key Weirs with Slopped Side Crests [Original Research]. Modares Civil Engineering Journal. 23(2): 167-175.
Khatsuria, R. M. 2004. Hydraulics of spillways and energy dissipators. CRC Press.
Leite Ribeiro, M., Bieri, M., Boillat, J.-L., Schleiss, A., Delorme, F. and Laugier, F. 2009. Hydraulic capacity improvement of existing spillways–design of a piano key weirs. Proceedings (on CD) of the 23rd Congress of the Int. Commission on Large Dams CIGB-ICOLD.
Lempérière, F. and Ouamane, A. 2003. The Piano Keys weir: a new cost-effective solution for spillways. International Journal on Hydropower and Dams. 10(5): 144-149.
Lempérière, F. and Vigny, J. 2011. General comments on labyrinth and Piano Keys Weirs–The future. Proc. Int. Conf. Labyrinth Piano Key Weirs-PKW20111, London Taylor Fr., London: Taylor and Francis.
Machiels, O. 2012. Experimental study of the hydraulic behaviour of Piano Key Weirs.
Machiels, O., Erpicum, S., Archambeau, P., Dewals, B. and Pirotton, M. 2013. Parapet wall effect on piano key weir efficiency. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 139(6): 506-511.
Machiels, O., Erpicum, S., Dewals, B. J., Archambeau, P. and Pirotton, M. 2011. Experimental observation of flow characteristics over a Piano Key Weir. Journal of Hydraulic Research. 49(3): 359-366.
Ouamane, A. and Lempérière, F. 2006. Design of a new economic shape of weir. Proceedings of the International Symposium on Dams in the Societies of the 21st Century.
Rezaei Ahvanooei, A., Mousavi, S.-F. and Karami, H. 2019. Improvement of Hydraulic Performance of Nonlinear Piano-key Weirs in Plan [Original Research]. Modares Civil Engineering Journal. 19(4): 71-82.
Sangsefidi, Y., Tavakol-Davani, H., Ghodsian, M., Mehraein, M. and Zarei, R. 2021. Hydrodynamics and free-flow characteristics of piano key weirs with different plan shapes. Water. 13(15): 2108.
Sohrabzadeh, H. and Ghodsian, M. 2022. Experimental study of the effect of sidewall slope over the triangular PK weir. Journal of Hydraulics. 17(4): 17-30.
Sohrabzadeh Anzani, H. and Ghodsian, M. 2024. Laboratory study on the discharge coefficient of rectangular piano key weir with partially sloped crest. Journal of Hydraulics. 19(1): 1-12.
Shaker, M., Yusuf, B., Khassaf, S., Mohamed, B., and Alias, N. A. 2023. Novel Techniques to Study the Effect of Parapet Wall Geometry on the Performance of Piano Key Weirs. Water. 15(13): 2307.
Yarmohammadi, B. and Ahadian, J. 2016. Experimental Study of Flow Hydraulic in Piano Key Weirs at Different Parapet Wall. Irrigation Sciences and Engineering. 39(4): 47-58.