انواع سد و سرریز - Webengineers.ir
Download
Report
Transcript انواع سد و سرریز - Webengineers.ir
به نام خدا
پروژه ی درس بناهای آبی
تهیه کننده :
دانشگاه بین
املللی
چابهار
انواع سد و سرریز
انواع سدها:
سدهای خاکی:
سدهای خاکی مصالحشان را از همان منطقه ًاحداث و
یا نواحی نزدیک تأمین می کنند ،و اصوال دارای
هسته رس ی می باشند .رس بر اثر تماس با آب
مانع نفوذ و انتقال آب و رطوبت می گردد و مانند
نوعی عایق رطوبتی عمل می کند .اگر عمده
مصالح تشکیل دهنده سد خاکی یکسان باشند ،
سد را همگن می گویند و در غیر اینصورت
ناهمگن .اگر کل سد خاکی از رس باشد سد خاکی
همگن است ،اما اگر هسته مرکزی سد رس
باشد و دور هسته مرکزی را با سنگهای دانه
درشت پر کرده باشند ،سد غیر همگن محسوب
می شود .از نظر تحلیل و آنالیز این نوع سدها
بسیار حساس می باشند و در عین حال از نظر
اجرا و پیاده سازی ساده تر می باشند.اجرای این
سد در رودخانه های عریض ساده تر است.
مصالح این سد اعم از ریز دانه و درشت دانه
بایستی در دسترس باشد .این سدها برای زمینهایی
نامناسب از نظر مقاومت مناسب ترین نوع سد
می باشند.
سدهای سنگریز:
ً
این سدها خودبخود غیر همگن می باشند و حتما
باید یک بافت آب بند در مرکز آن قرار گرفته
باشد .شکل این سدها درست مانند سد ناهمگن
خاکی با هسته رس ی می باشد با این تفاوت که در
مرکز سد به جای رس از سنگ ریزه نفوذ ناپذیر
استفاده می شود و در دور تا دور سد سنگریزه
های دشت تر ریخته می شود .در برخی موارد رویه
سد را به جای سنگریزه با بتن می پوشانند که در
آنصورت دیگر نیازی به هسته آب بند نمی باشد.
اینگونه سدها اغلب از نوع بلند می باشند .این
نوع سد در برابر زلزله بسیار مقاوم هستند .
سنگهای ریخته شده برای سد بایستی خاصیتهایی
از قبیل جذب کم آب ،سایش کم ،مقاومت
فشاری باال و در برابر سرد و گرم شدن مقاومت
خوبی داشته باشند.
سدهای بتنی وزنی:
ً
این سدها عمدتا کوتاه هستند و ارتفاع آنها
بین 15تا 20متر می باشد ،این سدها به
دلیل وزن زیادی که با بتن برای آن بوجود
می آورند بر اثر فشار آب حرکت نمی کند و از
جای خود تکان نمی خورد .در این نوع سد
سرریز شدن آب مشکلی ایجاد نمی کند .این
سدها در دره های عریض ساخته می شوند .
این نوع سد در برابر تغییر درجه حرارت نیز
هیچگونه حساسیتی ندارد.
سدهای بتنی قوسی :
ً
این سدها معموال در درهای باریک با شیب
زیاد و از جنس سنگ اجرا می گردد و می
تواند دو قوس ی نیز باشند و در راستای عمود
ی و افقی در ه دو حالت قوس داشته باشند.
حسن این سدها این است که اگر به هر
علتی در بدنه آنها ترک ایجاد شود خود نیروی
فشار اعمالی از جانب آب پشت سد باعث هم
آمدن این ترکها ( ترکهای حرارتی) می شود.
سدهای بتنی پشت بند دار:
سدهای پشت بند دار از نوع بلند هستند و
با عث جلوگیری از خمشهای زیاد در بتن می
شوند و برای تصور آن می توان اینگونه آنرا
تشبیه کرد که دیواری بلند را که دارای پی در
زمین است با تیرچه هایی در پشت آن نیز
محکم نگه داشته شود تا فرو نریزد.
سدهای الستیکی:
این سدهای اغلب بر روی رودخانه های
فصلی زده می شود و این سدها از جنس
الستیک می باشند که در زمان مورد نیاز این
سدها را از باد پر می کنند و این عمل باد
کردن حجم سد را باال می برد و سد مانع
عبور آب می گردد .از این نوع سد که
جزوسدهاي کوتاه نیز می باشد در شمال
کشور خودمان نیز وجود دارد.
• حال با انواع سدها بطور مختصر آشنا شدیم و بایستی کاربرد این سدها را نیز بدانیم و
دالیل استفاده از آنها را نیز به دقت مد نظر بگیریم.
حال پس از آشنایی کوتاه و مختصر با انواع سدها نحوه ارزیابی برای ساختن یک سد را مورد
بررس ی قرار می دهیم.
از نظر فنی برای ساختن یک سد می بایست مراحلی سپری شود تا ساختن یک سد آغاز گردد ،
هر کدام از این مراحل را یک فاز می نامند به شرح ذیل:
-1فاز صفر :آیا ساختن این سد از نظر اقتصادی و مورد کاربری توجیه دارد یا خیر؟
-2فاز یک :انواع سدهایی که با توجه به شرایط جغرافیایی و اقتصادی پیشنهاد می شود بطور
ریز می بایست مورد بررس ی قرار گیرد و میزان ذخیره آب و هزینه ریالی آن مورد بررس ی قرار گیرد.
·
-3فاز دو :هندسه و تحلیل سد و ریختن نقشه اجرای سد.
-4فاز سه :اجرای سد
گروه های فنی اجرا:
اما در مورد گروههای فنی که برای ساختن یک سد مورد نیاز است به گروههای زیر می توان اشاره کرد:
گروه هیدرولیک. گروه هیدرولوژی. گروه زیست محیطی. گروه آبهای زیر زمینی. گروه نقشه برداری. گروه شهر سازی. گروه کشاورزی. گروه زمین شناس ی. گروه مدیریت و هماهنگی.گروههای فنی ذکر شده در کنار یکدیگر پس از تصمیم برای اجرای یک سد گرد می آیند تا یک پروژه به نتیجه
برسد .پس از انجام مقدمات مطالعاتی بر روی سد ،نوع سد بر اساس منطقه جغرافیایی و مصالح در دسترس
سد مورد ارزیابی قرار می گیرد .یکی از نکاتی که جغرافیای منطقه برای ما در ساختن سد مشخص می کند
نوع خاک و زمین منطقه و یا دره ای که در آن سد می خواهد اجرا شود ،حايزاهميت می باشد ،زیرا نوع
بدنه سد و خاک منطقه بسیار حساس است .برای مثال در منطقه ای سنگی با تنگه ای باریک و تنگ
ساختن سد خاکی اشتباه است زیرا تماس این دو ماده ( بدنه سد و سنگی بودن منطقه) مانند چسباندن
دوماده که یکی صلب و دیگری غیر صلب است می باشد و بر اثر تکان ( زلزله) این دو در نقطه اتصال جدا می
شوند که این خطر ناک است.
آبند در سدها:
مهندسان برای کاستن از احتمال گسیختگیها
ناش ی از عملکرد آب زیرزمین ،همواره
درصدد هستند تا بخش در حال حفاری را
آبکش ی و خشک نمایند .البته باید توجه
داشت که کنترل نیروهای ناش ی از نشت آب
هم میتواند به همان اندازه در جلوگیری از
گسیختگی موثر واقع شود .روشهای متنوعی را
که برای کنترل نشت و فرار آب زیرزمینی
وجود دارد ،میتوان به سه دسته عمده
تقسیم کرد که عبارتند از :آب بندها و موانع
،سیستمهای آبکش ی ،زهکشها ،صافی ها
(فیلترها).
آب بندها و موانعی را که بر سر راه جریان آب
ایجاد میشود ،میتوان به سه دسته آسترها
و پوششها ،دیوارها و تزریق تقسیم کرد.
آسترها و پوششها :
آسترها و پوششها به صورت الیهای نفوذ ناپذیر اجرا میشوند و دارای انواع زیراند:
تعبیه ورقهای از رس که در بستر دریاچه (به سمت سراب) ایجاد میشود و وظیفه آن
افزایش مسیر افقی جریان آب در زیر زمین و در نتیجه کاهش فشار آب و میران نشت آن در
پاشنه پایاب سد است.
یک الیه (آستر) رس ی یا پالستیکی که برای جلوگیری از فرار آب از مخزن یا نشت سیاالت
ناش ي از حمل وتجمع زبالهها اجرا میشود.
سر ریز در سدهاي خاكي
سرريز سد عبارتست از مسیري پيش بيني شده براي عبور مقدار آبي كه ماازاد بر حداكثر
ضرفيت مخزن در نظر گرفته مي شود ،بطويكه بتواند همواره از باالآمدن سطح آب مخزن
به باالي تراز پيش بيني شده حداكثر جلوگیري كند .افزايش آب مخزن ممكنسن به علت
كم شدن تخليه آب ،و غیره باشد و از اينرو ظرفيت سرريز
نوسانهاي بارندگي و سيالبها ،يا ً
بايد با توجه به همه عوامل دقيقا محاسبه شود.
بطور خالصه ،در مورد سدهاي خاكي ممكنست سرريز را بدون ارتباط با بدنه سد،
بصورت تونل يا كانالي در تكيه گاههاي طبيعي سد تعبيه نمود و يا اينكه در بدنه سد جائي
براي آن در نظر گرفت .بندرت در سدهاي خاكي ممكنست از تاج سد به عنوان سرريز
استفاده شود كه در اينصورت استحكامات كافي براي پوشش سد و تاج آن الزم است .در
مواردي نیز مي توان براي يك سد دو سرريز در نظر گرفت كه يكي براي وضعيت هاي
معمولي و ديگري براي طغيانهاي استثنائي منظور شده باشد.
سر ریز:
براي عبور آبهاي اضافي و سيالبها از سراب به
پاياب سدها از سازه اي به نام « سرريز »
استفاده مي شود .يكي از سازه هاي مهم سد
،سرريز مي باشد با توجه به وظيفه اي كه
بر عهده آن مي باشد ،سرريز بايد سازه اي
قوي ،مطمئن و با كارآيي باال انتخاب شود
كه هر لحظه بتواند براي بهره برداري آمادگي
داشته باشد .
ً
معموال سرريزها را بر حسب مهمترين
مشخصه آنها تقسيم بندي مي كنند ،اين
مشخصه مي تواند در رابطه با سازه كنترل ،
كانال تخليه و يا هر عضو ديگر آن باشد .بر
حسب اينكه سرريز مجهز به دريچه و يا فاقد
آن باشد ،به ترتيب با نام سرريزهاي كنترل
دار و يا سرريزهاي بدون كنترل شناخته مي
شوند .
نوع سرریزها معموالً با عناوین :
-1ريزش ي
-2اوجي
-3جانبي
-4شوت
-5مجرايي
-6تونلي
-7نيلوفري
-8سقوطي با بار شكن
-9آبرو
-10سيفوني
مشخص مي گردد.
-1سر ریز ریزشي آزاد ( سرریز هاي با سقوط مستقیم ):
در اين نوع سرريزها جريان آب بطور آزاد از روي تاج سرريز
فرو مي ريزد .اين سرريزها براي سدها ي بتني قوس ي نازك
سدهاي پشت بنددار و يا تاجهايي كه وجه پايین دست آنها
ً ،
تقريبا قائم است ،مناسب مي باشد .جريان ممكن است
بصورت آزاد همانند يك لبريز لبه تیز انجام گیرد و يا تا
فاصله كمي در روي اوجي هدايت شود .غالب اوقات تاج را
بصورت يك لبه آويزان ادامه مي دهند ،تا جريانهاي كوچك
را به نقطه اي دورتر از ديواره مقطع سرريز شونده هدايت
كند .
در سرريزهاي ريزش ي آزاد ،به زير سفرة آب به اندازة كافي
هوا داده مي شود تا از شكل گیري جتهاي ضرباني و نوسان
كننده جلوگیري شود .
اگر هيچگونه تأ سيسات حفاظتي مصنوعي در پاي سقوط
در نظر گرفته نشود ،در بيشتر موارد در بستر رودخانه
فرسايش ايجاد مي شود و يك حوضچه استغراق شكل مي
گیرد عمق و حجم حوضچه تابعي از عمق پاياب ،ارتفاع
سقوط آب و تغيیرات دبي جريان است .
فرسايش ناپذيري مواد بستر ( مانند سنگ ) اثر جزئي بر
روي اندازه حوضچه دارد ،چرا كه فقط مي تواند زمان
حفر كامل حوضچه را به تعويق بيندازد .در مواردي كه
فرسايش بستر غیر قابل تحمل باشد ،مي توان با احداث
يك سد كمكي در پايین دست سازه اصلي ،به ايجاد يك
حوضچه مصنوعي پرداخت .اين كار همچنین مي توان با
حفر يك حوضچه انجام داد و سپس آنرا به كف بند بتني
مجهز ساخت .
از سرريزهاي ريزش ي آزاد ،كه در محدوده وسيعي از عمق
پاياب بتواند مؤثر باشند ،ميتوان در سدهاي خاكي
استفاده كرد .اين سرريز از يك ديواره مستقيم مجهز به
لبريز تشكيل شده كه در قسمت باالي يك فلوم با مقطع
مستطيلي كار گذاشته شده است .كف بند افقي آن بر
رقوم كف رودخانه منطبق است و يا پايین تر از آن قرار مي
گیرد .در اين حالت ،به منظور كمك به تشكيل جهش
هيدروليكي و كاهش فرسايش پايین دست ،سيستم به
بلوكهايي در كف و يك آستانه در انتها مجهز شده است .اين
نوع سازه هيدروليكي ،براي اختالف ارتفاعهاي زياد مناسب
نيست ،زيرا در اينصورت بايد كف بند ،نیروي عظيم
برخورد جت با فونداسيون را تحمل كند .ارتعاشهاي
حاصل از اين برخورد ،ممكن است سبب ترك خوردگي و
يا جابجائي قسمتهايي از سازه شود و خطر انهدام آنها در اثر
بروز پديده هاي جوشش ماسه ( پايپينگ ) و زير شويي را
بهوجود آورد .
ً
معموال نبايد در مواردي كه اختالف تراز آب مخزن و پاياب
از 6متر متجاوز است ،از اين نوع سازه هيدروليكي
استفاده شود.
به شرط وجود عمق كافي ،هنگامي كه جت آب به روي يك
كف بند افقي سقوط ميكند ،جهش هيدروليكي شكل
خواهد گرفت .براي تعيین مولفه هاي جهش هيدروليكي
فوقالذكر مي توان معادله مومنتم را در پاي سقوط به كار
گرفت .
-2سرریز اوجي ( آبریز ):
اين سرريزها يك لبريز كنترل دارند كه به شكل
منحني اوجي ( ً پيوند ) يا داراي پروفيل Sشكل
است .معموال قسمت فوقاني منحني پيوند طوري
طراحي مي شود كه هر چه نزديكتر ،بر پروفيل
زيرين سفره آبي كه از روي يك لبريز لبه تند هوا
دهي شده ،فرو مي ريزد منطبق باشد .با
جلوگیري از ورود هوا به زير سفره آب ،امكان
تماس بین آب سرريز شده و پروفيل تاج سرريز
فراهم مي آيد .براي دبي هاي نظیر ارتفاع طراحي
،جريان آب بدون مزاحمتي از طرف اليه مرزي ،
به آرامي بر ًروي پروفيل تاج سرريز حركت مي
كند و تقريبا حداكثر بازده تخليه به دست مي آيد
.پايین تر از قسمت فوقاني منحني پيوند ،پروفيل
به صورت مماس ي در طول يك شيب ادامه مي
يابد و بدين ترتيب ورقه آب را در روي سطح
قسمت آبريز حفاظت ميكند .در انتهاي شيب ،
يك منحني معكوس جريان را بداخل حوضچه
آرامش و يا كانال تخليه سرريز برميگرداند .
منحني فوقاني تاج سریز را مي توان تند تر
و یامالیمتر از پروفیل سفره ریزشي آب
انتخاب كرد .شكل مالیمتر پروفیل سبب
خواهد شد كه ورقه آب به سطح پروفیل
بچسبد و فشار هیدرواستاتیكي مثبتي را در
سطح تماس پدید آورد .در این حالت ،
مقاومت جریان افزایش ميیابد و بازده
تخلیه سرریز كاسته مي شود .براي
پروفیل تندتر ،امكان جدا شدن ورقه آب از
سطح تاج وجود دارد كه با وقوع فشار
منفي در سطح تماس همراه خواهد بود .
اثر این گونه فشارها ي منفي ،در افزایش
ارتفاع مؤثر است كه در نتیجه بر د بي
جریان مي افزاید .یك تاج آبریز همراه با
كف بند پایین دست ،مي تواند به عنوان یك
سرریز كامل مورد استفاده قرار گیرد .این
حالت را مي توان در سدهاي بتني وزني
مشاهده كرد .در حالت دیگر ،تاج آبریز
ممكن است فقط بصورت سازة كنترل ،
براي انواع دیگر سرریزها مورد استفاده
قرار گیرد .
-3سرریز جانبي:
سرريز جانبي عبارتست از سريز جداگانه اي كه در
كنار سد در دره ساخته مي شود .جريان آب پس
از عبور از سرريز جانبي وارد كانالي مي شود كه
موازي تاج سرريز است و كانال جانبي ناميده مي
شود .
ً
معموال اين نوع سرريز در قسمت باريك دره
ساخته مي شود .جريان آب پس از عبور از روي
سرريز وارد كانال جانبي مي شود و حدود 90
درجه تغيیر جهت مي دهد .سپس جريان وارد
شوت يا تونل مي گردد .انرژي جنبش ي جريان
ناش ي از پايین آمدن جريان آب ،از روي سرريز
توسط تالطم داخل كانال جانبي مستهلك شده و
سرعت ديگري در جهت موازي سرريز بوجود مي
آيد .كانال جانبي بايد آنقدر گود باشد كه ارت ًفاع
آب كافي جهت حركت در آن بوجود آيد .معموال
سطح مقطع كانال متناسب با افزايش بدنه در
جريان زياد مي گردد .جريان از
جهت پايین دست ً
شوت يا تونل معموال بصورت فواره به رودخانه
وارد مي شود .پرتاپ كننده جامي يكي از راههاي
مناسب هدايت جريان و مستهلك كردن انرژي مي
باشد .
خصوصيات هيدروليكي تاج سرريز جانبي نیز شبيه
خصوصيات سرريز آبريز معمولي است و از پروفيل تاج
ّ
لبريزتبعيت مي كند .البته براي حداكثر جريان ممكن
ّ
خصوصيات هيدروليكي سرريز جانبي با سرريز
است
آبريز تفاوت نمايد .علت امر اين است كه امكان وجود
محدوديت در كانال جانبي كه به سهم خود سبب
استغراق نسبي تاج سرريز مي شود ،وجود دارد .در
اينصورت كنترل دبي جريان توسط عامل محدود
كننده اي كه در پايین بخش كانال جانبي وجود دارد ،
انجام خواهدگرفت .
سرريزهاي جانبي ،نه تنها از نظر هيدروليكي كارآيي
خوبي ندارند ،بلكه از نظر اقتصادي نیز ارزان تمام
نمي شود .البته داراي محاسني نیز مي باشند كه كاربرد
آنها را توجيه پذير ميكند .در مواردي كه محدود كردن
ارتفاع طراحي سرريز با طوالني تر شدن تاج سرريز
همراه باشد و تكيه گاه ها داراي شيب تند و بصورت
پرتگاه باشند ،انتخاب سريزها ي جانبي مي تواند
بهترين گزينه باشد .همچنین در مواردي كه الزم است
تأسيسات كنترل به كانال يا تونل تخليه باريكي وصل
شود ،سرريز جانبي مي تواند مورد توجه قرار گیرد
4ـ سرریز شوت:
در سرريز هاي شوت جريان آب مخزن اصلي از طريق
يك كانال باز كه در طول تكيه گاه سد و يا قسمت فرو
رفته بین دو قله قرار ميگیرد ،به رود خانه مي رسد .
اين تعريف را مي توان بدون توجه به تأسيسات كنترلي
كه براي تنظيم جريان مورد استفاده قرار گرفته است
،به كار برد .بنابراين ،سازة كنترلي سرريز شوت مي
تواند به صورت تاج آزاد ،روزنه دريچه دار ،تاج
جانبي و يا انواع ديگر باشد .تنها شرط الزم اين است
كه كانال تخليه آنها بصورت شوت باشد .
سرريز هايي اطالق مي
البته سرريز شوت بيشتر به
ً
شود كه سازه كنترل سرريز تقريبا عمود بر محور يك
كانال باز است و خطوط جريان در باالو پايین تاج كنترل
با محور سرريز هم سو هستند .سرريز هاي شوت در
سدهاي خاكي بيش از انواع ديگر به كار رفته است .
عواملي كه سبب انتخاب اين سرريز مي شوند ،
عبارتنداز :
) 1به سادگي قابل طرح و اجرا هستند .
ً
) 2تقريبادر كليه شرايط فونداسيون مي توان از آنها
استفاده كرد .
) 3حجم وسيع خاكبرداري حاصله را مي توان در بدنه
سد خاكي مورد استفاده قرار داد و از اين طريق از
هزينه كاست .سرريز شوت ،بر روي انواع مختلف
فونداسيون از سنگ سخت تا زمین نرم با موفقيت
اجرا و بهر ه برداي شده است .
ً
سرريز شوت معموال شامل يك آبراهه ورودي ،يك سازه كنترل ،
كانال تخليه ،سازه پايانه و يك آبراهه خروجي است.
ساده ترين شكل سرريز شوت ،يك محور مستقيم دارد و عرض آن
در سرتاسر شوت ثابت است .اغلب الزم مي شود كه به منظور
انطباق بر پستي و بلندي طبيعي ،محور آبراهه ورودي و يا كانال
تخليه را بصورت قوس در نظر گرفت .در اينگونه موارد سعي مي
شود كه حتياملقدور ،بخاطر سرعت ّ
تقرب كم ،انحناء را به آبراهه
ورودي محدود كرد .هر گاه الزم باشد كه به كانال تخليه قوس داده
شود ،كف شوت را مي توان در سمت خارجي قوس بلندتر ساخت .
در اينصورت جريان سريع در اطراف قوسها محافظت شده و از ً
تراكم جريان آب در سمت خارجي شوت جلوگيري مي شود .معموال
منطقه و شرايط
انتخاب نهايي پروفيل شوت ،با توجه به توپوگرافي ً
اليه هاي زيرين انجام مي پذيرد .سازه كنترل نيز عموما با محور ً سد
در يك خط قرار مي گيرد و يا باال دست آن واقع ميشود .معموال ،
براي به حداقل رساندن خاكبرداري ،قسمت اوليه كانال تخليه را با
حداقل شيب ممكن تا آنجايي ادامه مي دهند كه كانال تخليه به
سطح زمين برسد .سپس قسمتي از كانال تخليه كه داراي شيب تند
خواهد بود آغاز ميشود و با توجه به شيب طبيعي زمين ادامه مي
يابد .
ً
جريان در باال دست تاج سرريز معموال در حالت زير بحراني است و
عبور از روي سازه كنترل به سرعت بحراني ميرسد .در
به هنگام ً
شوت عموما جريان به صورت فوق بحراني و بر حسب مورد
بصورت يكنواخت يا تند شونده خواهد بود .اين حالت مي تواند تا
رسيدن به تأسيسات نهايي ادامه يابد .براي عملكرد خوب
هيدروليكي ،الزم است كه از تغيير ارتفاعهاي ناگهاني و منحنيهاي
قائم مقعر و يا محدب در پروفيل شوت خودداري شود .به همين
گونه ،براي جلوگيري از بروز امواج عرض ي و سوار شدن جريان بر
روي ديواره ها ،آشفتگي اضافي و يا توزيع غيريكنواخت جريان در
تأسيسات نهايي بايد همگرايي و واگرايي در سطح شوت تدريجي باشد
.
• سرریز پلكاني:
در بعض ي موارد و زماني كه شيب براي احداث
تنداب بسيار تند است ،براي انتقال آب از
سراب به پاياب از سرريز پلكاني استفاده مي
شود .همانطوري كه در شكل ديده مي شود
در سرريزهاي پلكاني چند حوضچه آرامش
پشت سر هم قرار مي گیرند .در سالهاي اخیر
در بعض ي از سدهاي وزني سرريز پلكاني بدون
حوضچه آرامش و بصورت پله هاي معمولي
ساخته شده اند ،هدف در اينجا كاهش
انرژي جنبش ي مخرب در پايانه سرريز است
5ـ سرریزهاي تونلي و مجرایي:
هرگاه براي انتقال آب از يك مجراي سر پوشيده اي استفاده
شود كه از اطراف و يا زير سد عبور كند ،سرريز حاصله را
به ترتيب ‹ سرريز تونلي و يا مجرايي › گويند .
مجراي سرپوشيده مي تواند به شكل يك شفت قائم يا مايل ،
يك تونل افقي از ميان خاك يا سنگ و يا يك مجراي
سرپوشيده اي باشد كه در ترانشههايي ساخته شده و سپس
توسط مواد خاكي پشت آن پر مي شود .
در قسمت كنترل اين نوع سرريزها مي توان از اغلب اشكال
سازه هاي كنترل ،مانند تاجهاي آبرريز دهانههاي ورودي
روزانهاي قائم و يا مايل ،دهانه هاي ورودي سقوطي و
تاجهاي سرريز جانبي استفاده كرد .به استثناي مواردي كه از
دهانه هاي ورودي روزنه اي و سقوطي استفاده مي شود ،
طرح اين سرريزها به نحوي صورت مي گیرد كه در سرتاسر
طول تونل جريان آزاد برقرار باشد .در مواردي كه از دهانه
ورودي روزنه اي و يا سقوطي استفاده مي شود ،قطر تونل به
نحوي تعيین مي گردد كه فقط براي قسمت كوتاهي جريان
تحت فشار باشد و در بقيه طول تونل جريان آزاد برقرار باشد
.براي جلوگیري از شكل گیري و توقف متوالي عمل سيفوني ،
الزم است اين گونه سرريزها به سيستم هوادهي گسترده اي
مجهز شوند .اين پديده در مواردي اتفاق خواهد افتاد كه
قسمتي از تونل ،به علت بر گشت آب و عملكرد امواج ،
ً
موقتا هوايش را از دست بدهد و بسته شود .
نسبت سطح
براي تضمین جريان آزاد در تونل ،
ً
مقطع جريان به سطح مقطع تونل غالبا به حدود
% 75محدود مي شود .ممكن است در نقاط
بحراني طول تونل ،مجراي هوادهي ساخت تا
هواي كافي به تونل برسد و مانع ايجاد جريان غیر
دائمي در سرريز شود .در سدهايي كه در درههاي
باريكي ساخته مي شوند كه ديواره هاي آنها شيب
بسيار تندي دارد و يا در مواردي كه كانالها ي باز
از خطر برف و لغزش سنگ مصون نيست ،
ممكن است سرريزهاي تونلي رجحان داشته
باشد .
سرريزهاي مجرايي ممكن است براي دره هاي
ديواره هاي ماليم است و تكيه
عريض ي كه شيب ً
گاهها به فاصله نسبتا زيادي از بستر رودخانه قرار
دارند ،مناسب باشد .استفاده از سرريز مجرايي
اجازه خواهد داد كه كانال تخليه سرريز ،زير سد
و نزديك بستر رودخانه قرار داده شود
6ـ سرریز با دهانه سقوط:
در اين گونه سرريزها ،همان طور كه از اسم
آنها پيداست ،آب از روي يك تاج افقي وارد
يك شفت قائم و يا مايل مي شود و سپس از
ً
طريق يك تونل يا مجراي سرپوشيده تقريبا
افقي به رودخانه مي پيوندد .در واقع اين
نوع سرريزها را بايد متشكل از سه عضو زير
دانست:
1ـ لبريز كنترل
2ـ تبديل قائم
3ـ آبراهه تخليه سر پوشيده
به سرريزهايي كه دهانه آنها بصورت قيف است
،سرريز نيلوفري مي گويند .خصوصيات
هيدروليكي سرريزهاي با دهانه سقوط ،با
تغيیرات ارتفاع آب روي سرريز متغیر خواهد بود .
قسمت كنترل جريان ممكن است بر حسب دبي
جريان در تاج سرريز تبديل و يا تونل باشد .
بعنوان مثال ،هرگاه ارتفاع آب روي تاج سرريز
كم باشد ،جريان بصورت آزاد است و كنترل در
تاج سرريز خواهد بود .با افزايش ارتفاع آب ،
قسمت كنترل به تبديل قائم منتقل مي شود و
دبي جريان توسط جريان روزنه اي كنترل خواهد
شد .از اين مرحله به بعد ممكن است جريان
مجاري تحت فشار حاكم شود و دبي جريان
توسط تونل پر كنترل گردد .البته طرح سرريزها
بر اساس تونل پر توصيه نمي شود .در مواردي كه
ارتفاع سقوط خيلي كم است ،مي تواند از اين
قاعده مستثني باشد
7ـ سرریز نیلوفري ( ال له اي ):
سرريز نيلو فري ( سرريز با دهانه سقوط )
ً
معموال در سدهايي كه در درة باريك اجرا
شدهاند و يا داراي شيب تند تكيه گاه مي باشد
،بكار مي روند .همچنین در مواردي كه تونل
ها و گالريهاي انحراف با قطر كافي در اختيار
باشد ،مي توان از اين نوع سرريزها استفاده
كرد .يكي ديگر از نكات مثبت اين سرريزها اين
ً
است كه با ارتفاع نسبتا كم مي توان به
ظرفيت ماكزيمم آن نزديك شد .اين
خصوصيت مي تواند در مواردي كه حداكثر
جريان خروجي از سرريز بايد محدود باشد ،
مفيد واقع شود .
از طرف ديگر اگر ارتفاع آب روي سرريز از
ارتفاع مبناي طرح تجاوز كند ،تغيیرات دبي
جريان خروجي بسيار جزئي خواهد بود .اين
نكته مي تواند بعنوان يكي از نقاط ضعف
اين نوع سرريزها تلقي شود .چرا كه اگر دبي
سيل ورودي از سيل مبناي طرح تجاوز كند ،
ارتفاع الزم براي تخلية آن بسيار زياد خواهد
بود .البته در صورتيكه اين نوع سرريز
بعنوان سرريز اصلي عمل كند و در كنار آن
يك سرريز كمكي نیز وجود داشته باشد .اين
ضعف بر طرف مي شود
8ـ سرریز ریزشي مجهز به بار شكن:
از اين نوع سرريزها در مواردي استفاده مي
شود كه بخواهيم ،بدون ساختن حوضچه
آرامش ،آب را از يك ارتفاع زياد به ارتفاع
كمتري منتقل كنيم .در اين سرريزها پايه
هاي بارشكن مي تواند بصورت مانع عمل
كند و سبب استهالك انرژي آب شود .بدين
ترتيب آب در مسیر حركت خود داراي سرعت
ً
نسبتا كمي خواهد بود .سرعت خروجي كم و
اقتصادي بودن را مي توان ،بدون توجه به
بلندي آبشار ،از محاسن اين نوع سرريزها
دانست
9ـ سرریز آبرو ( زیر گذر):
سرريز آبرو يك شكل خاص ي از سرريزهايي است كه آبراهه
تخليه آنها بصورت تونل و يا مجاري سر پوشيده است .سرريز
زير گذر از يك مجرا كه از بدنه يا تكيه گاه هاي سد عبور
ميكند تشكيل مي گردد .مقطع مجراي زير گذر مي تواند به
شكل دايره اي ،مربعي ،مستطيلي ،يا نعل اسبي ساخته
شود .
تفاوت سرريز آبرو با سرريز مجهز به دهانه سقوط ،در اين
شكل قائم و يا مايل دارد و شيب
است كه دهانه ورودي آنها ً
كف آنها در سرتاسر مسیر تقريبا يكنواخت است و محدوديتي
ندارد دهانه ورودي سرريز مي تواند داراي لبه هاي تیز و يا
مدور باشد و كانال ّ
تقرب سرريز ممكن است ديواره هاي
موازي و يا واگرا داشته باشد .كف كانال تقرب سرريز ممكن
است مسطح و يا داراي يك شيب دلخواه باشد .هرگاه دهانه
سرريز آبرو مستغرق نباشد ،سيستم همانند كانال باز عمل
خواهد كرد .ممكن است دهانه سرريز مستغرق باشد ،ولي
روزنه ورودي طوري تنظيم شده باشد كه آبرو پر نشود .در
اينصورت سرريز ،مانند يك سرريز با دهانه سقوط يا يك
سرريز شوت كه كنترل روزنه اي بر آنها حاكم است ،عمل
خواهد كرد .هنگامي كه عمل هواگیري منظور شده و جريان
در آبرو بصورت پر است ،عملكرد آن شبيه سرريز سيفوني
خواهد بود .هرگاه از سرريز آبرو بصورت سرريز سيفوني
استفاده شود .بايد به نقاط ضعف سرريز هاي سيفوني (
اشاره شده در بخش سرريزهاي سيفوني ) توجه كرد .
10ـ سرریز سیفوني:
سرريز سيفوني عبارتست از مجراي بسته به شكل Uمعكوس كه تاج آن در سطح نرمال قرار مي گیرد .هنگامي كه سطح
آب در مخزن باالي سطح نرمال قرار بگیرد ،جريان از روي سرريز به شكل جريان آزاد رود گذر خواهد بود .عمل سيفوني
شدن موقعي شروع مي شود كه هواي روي تاج مجرا خارج شود و جريان ادامه يابد .
غالب سرريزهاي سيفوني از 5جزء اصلي تشكيل شده اند ،دهانه ورودي ،ران رويي ،گلوگاه يا مقطع كنترل ،ران
زيرين و مجراي خروجي .
از سرريز سيفوني نیز مي توان در سدهاي خاكي استفاده نمود .به علت وجود ً فشارهاي منفي ،الزم است لولـه به اندازه
كافي سخت باشد تا بتواند نیروهاي مخرب را تحمل نمايد .اتصاالت بايد كامال آب بندي شوند و اقدامات الزم براي
جلوگیري از ترك خوردگي لولـه كه ممكن است در نتيجه حركت و يا نشست خاكريز حاصل شود ،بعمل آيد .براي
جلوگیري از كاهش فوق العاده فشار مطلق و نزديك شدن به حد كاويتاسيون ،كل افت بار در سيفون نبايد از 6متر
تجاوز كند .
حسن عمده سرريز سيفوني در اين است كه با افزايش جزئي سطح آب باال دست مي تواند دبي كامل طرح را از خود
عبور دهد حسن ديگر اين نوع سرريزها در خودكار بودن و عملكرد خوب آنها بدون نياز به وسايل مكانيكي يا وسايل
محرك است .عالوه بر هزينه سنگین ،در مقايسه با ساير سرريزها ،سرريزهاي سيفوني داراي معايبي هستند كه موارد
زير از آن جمله است :
1ـ قادر نيستند يخ و آشغال را از خود عبور دهند .
2ـ امكان دارد سيفون و يا لوله هوا دهي ،توسط شاخ و برگ درختان بسته شود .
3ـ امكان دارد در نتيجه تغيیرات ناگهاني شروع و توقف عمل سيفون جريان خروجي بطور سريع قطع و وصل شود و يا
بصورت امواج به رود خانه بريزد .اين عمل سبب ايجاد نوسانهاي ناخواسته در تراز پاياب رود خانه خواهد شد .
4ـ ارتعاشات در اين نوع سرريزها ،در مقايسه با ساير انواع بيشتر است .لذا الزمه استفاده از آنها ،داشتن فونداسيون
خوب است كه بتواند ارتعاشات را تحمل كند .
پدیده کاویتاسیون:
پدیده کاویتاسیون یکی از پیچیده ترین و شایع ترین آسیب هایی است که به سازه سرریز
وارد می شود و ناش ی از بزرگا و نحوه بر همکنش بسیاری از عوامل تاثیر گذار بر خسارت
است .از جمله پارامتر هایی که در کاویتاسیون دخیل هستند می توان فشار ،سرعت جریان
و مقاومت مصالح ،مدت زمان بهره برداری و میزان هوای جریان را نام برد .به طور کالسیک
کاویتاسیون توسط شاخص کاویتاسیون بررس ی می گردد .مطالعه یک سرریز جهت بررس ی
تغییرات شاخص کاویتاسیون ،نیازمند بررس ی موردی هر مدل است .زمانبری و مشکالت
ناش ی از تغییر اندازه و هزینه باالی مدل های آزمایشگاهی و دیگر مشکالت در کنار گسترش
روزافزون و قابلیت های مدل های ،CFDمهندسان را به این برنامه ها متمایل کرده
است .در این تحقیق به منظور محاسبه پارامترهای جریان بر روی سرریز اوجی ،شبیه
سازی توسط برنامه CFXانجام شده است .جهت مدل جریان آشفته از
معادالت استاندارد به روش حجم محدود و برای تعیین پروفیل سطح آزاد از روش حجم
سیال استفاده شده است .با مقایسه نتایج حاصله و نتایج مدل فیزیکی ،تطابق قابل قبولی
مشاهده گردید.
پایان