افزایش ضریب تخلیه آب سرریزهای کلید پیانویی با استفاده از مدل های فیزیکی

محورهای موضوعی : مدیریت آب در مزرعه با هدف بهبود شاخص های مدیریتی آبیاری

وفا رضایی ¹ (دانشگاه آزاد سنندج)
سید حبیب موسوی جهرمی ² (استاد بازنشسته گروه سازه های آبی دانشگاه شهید چمران اهواز)
امیر خسروجردی ³ (دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات)
حسین صدقی ⁴ (استاد گروه مهندسی آب، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران)

تاریخ دریافت : 1399/08/06 تاریخ پذیرش : 1400/01/26 تاریخ انتشار : 1400/03/01

کلید واژه: سرریز سد, کارایی تخلیه آب, ضریب دبی, سرریز تاج طولانی,

چکیده مقاله :

سرریزها از لحاظ فنی و اقتصادی نقش مهمی در بهینه‌سازی بهره‌برداری از سازه‌های ذخیره آب ایفا می‌کنند. سرریزهای کلید پیانویی، نوع پیشرفته و توسعه یافته‌ای از سرریزها هستند که می‌توانند مقادیر زیادی دبی را با ثابت نگهداشتن هزینه‌های اجرایی انتقال دهند. هدف از انجام این تحقیق، تعیین پارامترهای موثر بر ضریب دبی جریان با استفاده از 9 مدل‌ فیزیکی بود. نسبت‌ عرض کلیدهای ورودی (Wi) به خروجی (Wo) در هفت سرریز عبارت بودند از: 1.0، 1.1، 1.2، 1.3، 1.4، 1.5 و 1.6 که به ترتیب با علامت‌های اختصاری PK1.0، PK1.1، PK1.2، PK1.3، PK1.4، PK1.5 و PK1.6 نشان داده شدند و دو مدل دیگر شامل سرریزهای مدل PKT (دارای دیواره ضخیم‌تر) و PKTP (دارای دیواره ضخیم‌تر و تاج افزایش یافته) بودند. در مطالعه حاضر تاثیر تغییر عرض کلیدهای ورودی (Wi) و خروجی (Wo) بر ضریب تخلیه و منحنی دبی- اشل، تاثیر ضخامت دیواره و لبه‌دار نمودن عرض کلیدهای خروجی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که بهترین حالت برای تغییر عرض‌ها نسبت 1.4 می‌باشد، به‌طوری که موجب افزایش 30 درصدی تخلیه نسبت به سرریز شاهد شد. افزایش ضخامت دیواره، افزایش 5 درصدی تخلیه نسبت به شاهد را به دنبال داشت و نصب لبه‌های مربوط به عرض کلیدهای خروجی، ضمن افزایش 10 درصدی دبی نسبت به سرریز شاهد، باعث توزیع یکنواخت خطوط جریان روی سرریز گردید. بر اساس نتایج این تحقیق، مبنی بر برتری سه مدل PK1.4، PKT و PKTP، می‌توان خصوصیات هندسی این مدل‌ها را به عنوان الگویی در بهینه‌سازی طراحی سرریزهای کلیدپیانویی مورد استفاده قرار داد.

چکیده انگلیسی:

Overflows play an important role technically and economically in optimizing the operation of water storage structures. Piano key weir is an advanced and developed type of spillway that can transfer large amounts of discharge by keeping executive costs constant. The aim of this study was to determine the parameters affecting the discharge coefficient, using nine physical models. The ratio of the width of the input keys (Wi) to the output (Wo) in the seven overflows were: 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 and 1.6 (PK1.0, PK1.1, PK1, PK1.3, PK1.4, PK1.5 and PK1.6 respectively) and the other two models included PKT (thicker-walled) and PKTP (thicker-walled and crown-enhanced). The effect of changing the width of the inlet (Wi) and outlet (Wo) keys on the discharge coefficient and stage-discharge curve, the effect of wall thickness and parapet wall were evaluated. Results showed that the best model for changing the inlet and outlet widths was the model of PK1.4, which resulted in 30% increase in discharge rate compared with the control. The increase in wall thickness led to an increase in the discharge at a 5% rate in comparison with control and installing parapet wall resulted in a 10% increase in discharge and a uniform distribution of flow lines on the weir. According to the results of this research, based on the superiority of three models of PK1.4, PKT and PKTP, the geometric properties of these models can be used as a model in optimizing the design of piano key weirs.

منابع و مأخذ:

جواهری، ا. و کبیری سامانی، ع. 1390. تعیین ضریب دبی سرریزهای کلید پیانویی در حالت جریان آزاد. اولین کنفرانس بین­الملی و سومین کنفرانس ملی سد و نیروگاه های برق آبی، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران.

روشنگر، ک.، ماجدی اصل، م.، اعلمی، م. و شیری، ج. 1397. ارزیابی تاثیر تغییرات زاویه سیکل قوسی بر ضریب دبی سرریزهای کنگره­ای قوسی و کلید پیانویی قوسی. مجله تحقیقات آب و خاک ایران، 49 (2): 341-351.

سیدجواد، م. س.، امیدنائینی، س. ا. و صانعی، م. 1399. بررسی آزمایشگاهی ضریب دبی سرریز جانبی کلید پیانویی ذوزنقه­ای. مجله تحقیقات مهندسی سازه­های آبیاری و زهکشی، 21 (78): 23-40.

شمسی، ر. و کبیری سامانی، ع. 1391. تاثیر ورودی کلید پیانویی بر عمق استغراق بحرانی در سرریزهای مدور قائم. یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.

کریمی چهارطاقی، م.، نظری، س. و کریمی چهارطاقی، م. 1393. بررسی آزمایشگاهی ضریب دبی در سرریزهای کلید پیانو با تاج متغیر. هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه بابل، بابل، ایران.

Anderson, R M & Tullis, B P 2013. Piano key weir hydraulics and labyrinth weir comparison. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139: 246-253.

Barcouda, M, Cazaillet, O, Cochet, P, Jones, B A, Lacroix, S, Laugier, F, Odeyer, C & Vingy, J P 2006. Cost-effective increase in storage and safety of most dams using fuse gates or P.K. weirs. Proceedings, 22^nd ICOLD Congress, CIGB/ICOLD, Barcelona, Spain.

Erpicum, S, Archambeau, P, Pirotton, M & Dewals, B J 2014. Geometric Parameters Influence on Piano Key Weir Hydraulic Performances. Proceedings, 5^th International Symposium on Hydraulic Structures, Brisbane, Australia.

Guy-Michel, C, Carol, G, Marilyne, L, Thomas, P, Alexandre, L & Pierre-Henri, B 2010. Experimental optimization of a piano key weir to increase the spillway capacity of the Malarce dam. Proceedings, First IAHR European Congress, Edinburg, UK.

Hien, T C, Son, H T & Khanh, M H T 2006. Results of some Piano Keys weir Hydraulic Model Tests in Vietnam. Proceedings, 22^nd ICOLD Congress, CIGB/ICOLD, Barcelona, Spain.

Kabiri-Samani, A and Javaheri, A 2012. Discharge coefficients for free and submerged flow over Piano Key weirs. Journal of Hydraulic Research, 50: 114-120.

Leite Ribeiro, M, Bieri, M, Boillat, J L, Schleiss, A J, Delorme, F & Laugier, F 2009. Hydraulic capacity improvement of existing spillways: Design of piano key weirs. Proceedings, 23rd Congress of International Commission on Large Dams (ICOLD), International Committee on Large Dams (ICOLD), Paris, France.

Leite Ribeiro, M, Pfister, M, Schleiss, A J & Boillat, J L 2012. Hydraulic design of A-type piano key weirs. Journal of Hydraulic Research, 50: 400-408.

Lemperiere, F & Ouamane, A 2003. The Piano Key Weir: A new cost effective solution for spillway. The International Journal on Hydropower and Dams, 10: 144-149.

Machiels, O, Erpicum, S, Archambeau, P, Dewals, B & Pirotton, M 2013. Parapet wall effect on Piano Key weir efficiency. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139: 506-511.

Machiels, O, Erpicum, S, Archambeau, P, Dewals, B. J & Pirotton, M 2012. Method for the preliminary design of piano key weirs. La Houille Blanche, 4-5: 14-18.

Novak, P & Cabelka, J 1981. Models in hydraulic engineering: Physical principles and design applications, Pitman Publication, London, UK., ISBN: 978-0273084365.

Ouamane, A & Lemperiere, F 2006. Design of a new economic shape of weir. Proceedings, The International Symposium on Dams in the Societies of the 21^st Century, Barcelona, Spain.

Pralong, J, Montarros, F, Blancher, B & Laugier, F 2011. A sensitivity analysis of piano key weirs geometrical parameters based on 3d numerical modeling, labyrinth and piano key weirs-PKW. Proceedings, The International Conference on Labyrinth and Piano Key Weirs, PKW, Liege, Belgium.

Tiwari, H & Sharma, N 2017. Turbulence study in the vicinity of piano key weir: relevance,instrumentation, parameters and methods. Applied Water Science, 7: 525-534.