جواد مظفری

سرریزهای کنگره‌ای معمولاً در نقاطی از رودخانه که عرض بستر محدود است، برای افزایش ظرفیت عبور جریان (دبی) جانمایی می‌شوند. در این پژوهش، به منظور بررسی روند و میزان فرسایش و به حداقل رساندن اثرات و مخاطرات احتمالی آن، فرآیندهای آبشستگی در پایین‌دست سرریزهای کنگره‌ای مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش‌های این تحقیق در یک کانال شیشه‌ای به طول ۱2 متر و عرض ۸۰ سانتی‌متر انجام شد. در این آزمایش‌ها، از سرریزهای کنگره‌ای مثلثی و قوسی، به صورت تک‌سیکل و هم دوسیکل، با طول 26/1 متر استفاده شد. جریان با سه دبی 5، 10 و 15 لیتر بر ثانیه از روی سرریزهای کنگره‌ای عبور داده شد برای انجام آزمایش‌ها، دو نوع خاک یکنواخت (SU) و غیریکنواخت (SN) در نظر گرفته شد. نتایج آزمایش‌ها نشان داد بیشترین عمق آبشستگی در محل اتصال سرریز به دیواره کانال رخ می‌دهد و در سرریزهای تک سیکل، آبشستگی بیشتری نسبت به دو سیکل مشاهده شد. در سرریزهای تک‌سیکل، دومین نقطه بیشینه آبشستگی نزدیک به رأس سرریز است، در حالی که در سرریزهای دوسیکل، این اتفاق در محل تقاطع دو سیکل (میانه کانال) و سپس در رأس سرریز می‌افتد. به نظر می‌رسد انحنای عرضی جریان در دیواره‌ها و برخورد جریان‌های ریزشی به دیواره باعث افزایش تلاطم و در نتیجه آبشستگی بیشتر در کناره‌ها و محل تقاطع سیکل‌ها می‌شود. با این حال، آبشستگی در میانه کانال (محل تقاطع دو سیکل) هنوز کمتر از آبشستگی در کناره‌ها است، اما به آن نزدیک شده است. نتایج همچنین نشان می‌دهد که در سرریزهایی با پلان مشابه، ضریب دبی در پلان تک‌سیکل بیشتر از دوسیکل است. با افزایش دبی و نسبت هد آب، ضریب دبی در سرریزهای تک‌سیکل سریع‌تر کاهش می‌یابد. این کاهش سریع‌تر در راندمان سرریزهای تک‌سیکل منجر به افزایش سریع‌تر میزان آبشستگی در آنها نسبت به سرریزهای دوسیکل می‌شود. برای مثال، در رسوبات غیریکنواخت با تغییر دبی از 5 به 15 لیتر بر ثانیه، میزان افزایش آبشستگی در سرریز قوسی تک‌سیکل 64% ، در سرریز قوسی دوسیکل 37% ، در سرریز مثلثی تک‌سیکل 120% و در سرریز مثلثی دوسیکل 73% خواهد بود. در رسوبات یکنواخت در سرریز قوسی تک‌سیکل 101% ، در سرریز قوسی دوسیکل 27% ، در سرریز مثلثی تک‌سیکل 53% و در سرریز مثلثی دوسیکل 39% افزایش آبشستگی بوجود می‌آید. در مجموع، افزایش آبشستگی با افزایش دبی، در سرریزهای تک‌سیکل بیشتر از دوسیکل بوده که این موضوع ارتباط مستقیمی با سرعت کاهش ضریب دبی دارد. میزان آبشستگی علاوه بر عدد فرود، به عوامل دیگری مانند الگوی خطوط جریان و تلاطم ناشی از تداخل تیغه‌های ریزشی نیز بستگی دارد. در حالی که افزایش عدد فرود می‌تواند نشانه‌ای از افزایش آبشستگی باشد، زمانی که تغییرات عدد فرود ناچیز است، نمی‌تواند به تنهایی تغییرات آبشستگی را نشان دهد. در این شرایط، تداخل تیغه‌های ریزشی که نشان‌دهنده راندمان و ضریب دبی سرریز است، عامل اصلی بر آبشستگی خواهد بود. بررسی نسبت آبشستگی بی‌بعد (آبشستگی به ارتفاع سرریز) نشان داد که سرریز قوسی دوسیکل، با وجود ضریب دبی و عملکرد هیدرولیکی کمتر نسبت به سرریز قوسی تک‌سیکل، آبشستگی کمتری دارد. یعنی از نظر سازه‌ای، استفاده از سرریز قوسی دوسیکل مناسب‌تر است. همین نتیجه برای سرریزهای مثلثی نیز صادق است؛ سرریز مثلثی دوسیکل، با وجود ضریب دبی و راندمان کمتر، به دلیل عمق آبشستگی کمتر، از نظر سازه‌ای ارجحیت دارد. اختلاف نسبت آبشستگی بی‌بعد بین سرریزهای تک‌سیکل و دوسیکل قوسی در رسوبات یکنواخت و غیریکنواخت برابر 16/0 است. برای سرریزهای تک‌سیکل و دوسیکل مثلثی نیز این اختلاف 02/0 و 06/0 می‌باشد. این نشان می‌دهد که در طراحی سرریزهای کنگره‌ای با پلان مثلثی، انتخاب بین تک‌سیکل و دوسیکل تأثیر زیادی بر آبشستگی ندارد. اما در سرریزهای با پلان قوسی، افزایش تعداد سیکل‌ها می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر کاهش عمق آبشستگی داشته باشد، حتی اگر منجر به کاهش ضریب دبی و عملکرد هیدرولیکی شود.