محمد واقفی

آبشستگی در پایین دست سازه های هیدرولیکی، به ویژه سرریزهای کلیدپیانویی، از مسائل مهم در پایداری سازه ها است. این سرریزها با افزایش ضریب آبگذری و ساختار اقتصادی، در دو دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته اند. با این حال، پیش بینی دقیق آبشستگی برای استفاده از این سرریزها ضروری است. این تحقیق با استفاده از آنالیز ابعادی و آزمایش های گسترده در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تربیت مدرس تهران انجام شد. پارامترهای مؤثر بر آبشستگی مورد بررسی قرار گرفتند. هدف از این تحقیق، بررسی تأثیر مشخصات هندسی سرریز (تغییر در شیب کلیدهای خروجی سرریز)، دبی جریان ورودی، تراز پایاب، اندازه ذرات رسوبات غیر چسبنده، و ارتفاع ریزش جریان بر روی مشخصات حفره آبشستگی و تغییرات توپوگرافی بستر پایین دست سرریزهای کلیدپیانویی نوع A(با و بدون سازه های مستهلک کننده انرژی و محافظ بستر) بود. نتایج نشان داد که حداکثر عمق آبشستگی با افزایش عدد فرود ذرات و ارتفاع ریزش جریان افزایش می یابد. کاهش شیب کلیدهای خروجی، جریان را گسترده تر و آبشستگی را کمتر در پای سرریز و در فاصله دورتری ایجاد می کند. همچنین، نصب بافل ها بر روی کلیدهای خروجی سرریز، انرژی تلف شده را به طور متوسط 22 درصد افزایش و آبشستگی را به طور متوسط 15 درصد کاهش داد. محل حداکثر عمق آبشستگی در فاصله ای دورتر از پنجه سرریز رخ داد و منجر به کاهش 31 درصد در مساحت و حجم حفره آبشستگی نسبت به سرریز بدون بافل شد. طول کف بند نیز در کاهش حجم حفره آبشستگی مؤثر بود. با طول های کف بند 1، 5/1 و 2 برابر ارتفاع سرریز، مساحت و حجم حفره آبشستگی به ترتیب 69 و 73 درصد، 62 و 78 درصد و 56 و 77 درصد کاهش یافت. از مدل سازی عددی با نرم افزار Flow-3D برای شبیه سازی الگوی جریان و آبشستگی پایین دست سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه ای نوع A، B، C و D استفاده شد. مدل Flow-3D با دقت بالایی توانست الگوی آبشستگی و پروفیل جریان عبوری از سرریز کلیدپیانویی را شبیه سازی کند. بررسی تأثیر هندسه و نوع مدل های مختلف سرریز نشان داد که هندسه سرریز و وجود یا عدم وجود پیشانی در بالادست و پایین دست آن بر توزیع سرعت های سه بعدی و الگوی جریان تأثیرگذار است. در سرریز نوع C، سرعت برخورد جریان به پایاب بیشتر بود، در حالی که در سرریز نوع A کمترین مقدار را داشت. این تفاوت ناشی از فقدان شیروانی بالادست در سرریز نوع C اس