مقاله در مورد سرریزها

دانشگاه مقدس اردبیلی
موضوع:
سرریزها
استاد:
آقای غفوری صیاد امیر
تهیه وتنظیم:
سجاد علیزاده
پاییز 91
فهرست
انواع سرریز ها 4
1- سرریز ریزشی آزاد ( سرریز های با سقوط مستقیم ) 4
2- سرریز اوجی ( آبریز ) 5
3- سرریز جانبی 6
4 ـ سرریز شوت 7
4 ـ سرریز پلکانی 9
5 ـ سرریزهای تونلی و مجرایی 9
6 ـ سرریز با دهانه سقوط 10
7 ـ سرریز نیلوفری ( لا له ای ) 11
سرریز نیلوفری 11
8 ـ سرریز ریزشی مجهز به بار شکن 11
9 ـ سرریز آبرو ( زیر گذر ) 12
10 ـ سرریز سیفونی 13
مراجع 16
انواع سرریز ها
برای عبور آبهای اضافی و سیلابها از سراب به پایاب سدها از سازه ای به نام « سرریز » استفاده می شود . یکی از سازه های مهم سد ، سرریز می باشد با توجه به وظیفه ای که بر عهده آن می باشد ، سرریز باید سازه ای قوی ، مطمئن و با کارآیی بالا انتخاب شود که هر لحظه بتواند برای بهره برداری آمادگی داشته باشد .
معمولاً سرریزها را بر حسب مهمترین مشخصه آنها تقسیم بندی می کنند ، این مشخصه می تواند در رابطه با سازه کنترل ، کانال تخلیه و یا هر عضو دیگر آن باشد . بر حسب اینکه سرریز مجهز به دریچه و یا فاقد آن باشد ، به ترتیب با نام سرریزهای کنترل دار و یا سرریزهای بدون کنترل شناخته می شوند .
نوع سرریزها معمولاً با عناوین : ریزشی ، اوجی ، جانبی ، شوت ، مجرایی ، تونلی ، نیلوفری ، سقوطی با بار شکن ، آبرو و سیفونی مشخص می گردد .
1- سرریز ریزشی آزاد ( سرریز های با سقوط مستقیم )
در این نوع سرریزها جریان آب بطور آزاد از روی تاج سرریز فرو می ریزد . این سرریزها برای سدها ی بتنی قوسی نازک ، سدهای پشت بنددار و یا تاجهایی که وجه پایین دست آنها تقریباً قائم است ، مناسب می باشد . جریان ممکن است بصورت آزاد همانند یک لبریز لبه تیز انجام گیرد و یا تا فاصله کمی در روی اوجی هدایت شود . غالب اوقات تاج را بصورت یک لبه آویزان ادامه می دهند ، تا جریانهای کوچک را به نقطه ای دورتر از دیواره مقطع سرریز شونده هدایت کند .
در سرریزهای ریزشی آزاد ، به زیر سفرة آب به اندازة کافی هوا داده می شود تا از شکل گیری جتهای ضربانی و نوسان کننده جلوگیری شود .
اگر هیچگونه تأ سیسات حفاظتی مصنوعی در پای سقوط در نظر گرفته نشود ، در بیشتر موارد در بستر رودخانه فرسایش ایجاد می شود و یک حوضچه استغراق شکل می گیرد عمق و حجم حوضچه تابعی از عمق پایاب ، ارتفاع سقوط آب و تغییرات دبی جریان است .
فرسایش ناپذیری مواد بستر ( مانند سنگ ) اثر جزئی بر روی اندازه حوضچه دارد ، چرا که فقط می تواند زمان حفر کامل حوضچه را به تعویق بیندازد . در مواردی که فرسایش بستر غیر قابل تحمل باشد ، می توان با احداث یک سد کمکی در پایین دست سازه اصلی ، به ایجاد یک حوضچه مصنوعی پرداخت . این کار همچنین می توان با حفر یک حوضچه انجام داد و سپس آنرا به کف بند بتنی مجهز ساخت .
به شرط وجود عمق کافی ، هنگامی که جت آب به روی یک کف بند افقی سقوط می‌کند ، جهش هیدرولیکی شکل خواهد گرفت . برای تعیین مولفه های جهش هیدرولیکی فوق‌الذکر می توان معادله مومنتم را در پای سقوط به کار گرفت .
از سرریزهای ریزشی آزاد ، که در محدوده وسیعی از عمق پایاب بتواند مؤثر باشند ، می‌توان در سدهای خاکی استفاده کرد . این سرریز از یک دیواره مستقیم مجهز به لبریز تشکیل شده که در قسمت بالای یک فلوم با مقطع مستطیلی کار گذاشته شده است .کف بند افقی آن بر رقوم کف رودخانه منطبق است و یا پایین تر از آن قرار می گیرد . در این حالت ، به منظور کمک به تشکیل جهش هیدرولیکی و کاهش فرسایش پایین دست ، سیستم به بلوکهایی در کف و یک آستانه در انتها مجهز شده است . این نوع سازه هیدرولیکی ، برای اختلاف ارتفاعهای زیاد مناسب نیست ، زیرا در اینصورت باید کف بند ، نیروی عظیم برخورد جت با فونداسیون را تحمل کند . ارتعاشهای حاصل از این برخورد ، ممکن است سبب ترک خوردگی و یا جابجائی قسمتهایی از سازه شود و خطر انهدام آنها در اثر بروز پدیده های جوشش ماسه ( پایپینگ ) و زیر شویی را به‌وجود آورد .
معمولاً نباید در مواردی که اختلاف تراز آب مخزن و پایاب از 6 متر متجاوز است ، از این نوع سازه هیدرولیکی استفاده شود .
2- سرریز اوجی ( آبریز )
این سرریزها یک لبریز کنترل دارند که به شکل منحنی اوجی ( پیوند ) یا دارای پروفیل S شکل است . معمولاً قسمت فوقانی منحنی پیوند طوری طراحی می شود که هر چه
نزدیکتر ، بر پروفیل زیرین سفره آبی که از روی یک لبریز لبه تند هوا دهی شده ، فرو می ریزد منطبق باشد . با جلوگیری از ورود هوا به زیر سفره آب ، امکان تماس بین آب سرریز شده و پروفیل تاج سرریز فراهم می آید . برای دبی های نظیر ارتفاع طراحی ، جریان آب بدون مزاحمتی از طرف لایه مرزی ، به آرامی بر روی پروفیل تاج سرریز حرکت می کند و تقریباً حداکثر بازده تخلیه به دست می آید . پایین تر از قسمت فوقانی منحنی پیوند ، پروفیل به صورت مماسی در طول یک شیب ادامه می یابد و بدین ترتیب ورقه آب را در روی سطح قسمت آبریز حفاظت می‌کند . در انتهای شیب ، یک منحنی معکوس جریان را بداخل حوضچه آرامش و یا کانال تخلیه سرریز برمی‌گرداند .
منحنی فوقانی تاج سریز را می توان تند تر و یاملایمتر از پروفیل سفره ریزشی آب انتخاب کرد . شکل ملاتمیر پروفیل سبب خواهد شد که ورقه آب به سطح پروفیل بچسبد و فشار هیدرواستاتیکی مثبتی را در سطح تماس پدید آورد . در این حالت ، مقاومت جریان افزایش می‌یابد و بازده تخلیه سرریز کاسته می شود . برای پروفیل تندتر ، امکان جدا شدن ورقه آب از سطح تاج وجود دارد که با وقوع فشار منفی در سطح تماس همراه خواهد بود . اثر این گونه فشارها ی منفی ، در افزایش ارتفاع مؤثر است که در نتیجه برد بی جریان می افزاید . یک تاج آبریز همراه با کف بند پایین دست ، می تواند به عنوان یک سرریز کامل مورد استفاده قرار گیرد . این حالت را می توان در سدهای بتنی وزنی مشاهده کرد . در حالت دیگر ، تاج آبریز ممکن است فقط بصورت سازة کنترل ، برای انواع دیگر سرریزها مورد استفاده قرار گیرد .
3- سرریز جانبی
سرریز جانبی عبارتست از سریز جداگانه ای که در کنار سد در دره ساخته می شود . جریان آب پس از عبور از سرریز جانبی وارد کانالی می شود که موازی تاج سرریز است و کانال جانبی نامیده می شود .
معمولاً این نوع سرریز در قسمت باریک دره ساخته می شود . جریان آب پس از عبور از روی سرریز وارد کانال جانبی می شود و حدود 90 درجه تغییر جهت می دهد . سپس
جریان وارد شوت یا تونل می گردد . انرژی جنبشی جریان ناشی از پایین آمدن جریان آب ، از روی سرریز توسط تلاطم داخل کانال جانبی مستهلک شده و سرعت دیگری در جهت موازی سرریز بوجود می آید . کانال جانبی باید آنقدر گود باشد که ارتفاع آب کافی جهت حرکت در آن بوجود آید‌. معمولاً سطح مقطع کانال متناسب با افزایش بده در جهت پایین دست جریان زیاد می گردد . جریان از شوت یا تونل معمولاً بصورت فواره به رودخانه وارد می شود . پرتاپ کننده جامی یکی از راههای مناسب هدایت جریان و مستهلک کردن انرژی آن می باشد.
خصوصیات هیدرولیکی تاج سرریز جانبی نیز شبیه خصوصیات سرریز آبریز معمولی است و از پروفیل تاج لبریزتبعیّت می کند . البته برای حداکثر جریان ممکن است خصوصیّات هیدرولیکی سرریز جانبی با سرریز آبریز تفاوت نماید. علت امر این است که امکان وجود محدودیت در کانال جانبی که به سهم خود سبب استغراق نسبی تاج سرریز می شود ، وجود دارد‌. در اینصورت کنترل دبی جریان توسط عامل محدود کننده ای که در پایین بخش کانال جانبی وجود دارد ، انجام خواهدگرفت .
سرریزهای جانبی ، نه تنها از نظر هیدرولیکی کارآیی خوبی ندارند ، بلکه از نظر اقتصادی نیز ارزان تمام نمی شود . البته دارای محاسنی نیز می باشند که کاربرد آنها را توجیه پذیر می‌کند. در مواردی که محدود کردن ارتفاع طراحی سرریز با طولانی تر شدن تاج سرریز همراه باشد و تکیه گاه ها دارای شیب تند و بصورت پرتگاه باشند ، انتخاب سریزها ی جانبی می تواند بهترین گزینه باشد . همچنین در مواردی که لازم است تأسیسات کنترل به کانال یا تونل تخلیه باریکی وصل شود‌، سرریز جانبی می تواند مورد توجه قرار گیرد‌.
4 ـ سرریز شوت
در سرریز های شوت جریان آب مخزن اصلی از طریق یک کانال باز که در طول تکیه گاه سد و یا قسمت فرو رفته بین دو قله قرار می‌گیرد ، به رود خانه می رسد . این تعریف را می توان بدون توجه به تأسیسات کنترلی که برای تنظیم جریان مورد استفاده قرار گرفته است ، به کار برد‌. بنابراین ، سازة کنترلی سرریز شوت می تواند به صورت تاج آزاد ، روزنه دریچه دار ، تاج جانبی و
یا انواع دیگر باشد . تنها شرط لازم این است که کانال تخلیه آنها بصورت شوت باشد .
البته سرریز شوت بیشتر به سرریز هایی اطلاق می شود که سازه کنترل سرریز تقریباً عمود بر محور یک کانال باز است و خطوط جریان در بالاو پایین تاج کنترل با محور سرریز هم سو هستند . سرریز های شوت در سدهای خاکی بیش از انواع دیگر به کار رفته است . عواملی که سبب انتخاب این سرریز می شوند ، عبارتنداز :
1 ) به سادگی قابل طرح و اجرا هستند .
2 ) تقریباًدر کلیه شرایط فونداسیون می توان از آنها استفاده کرد .
3 ) حجم وسیع خاکبرداری حاصله را می توان در بدنه سد خاکی مورد استفاده قرار داد و از این طریق از هزینه کاست . سرریز شوت ، بر روی انواع مختلف فونداسیون از سنگ سخت تا زمین نرم با موفقیت اجرا و بهر ه بردای شده است .
سرریز شوت معمولاً شامل یک آبراهه ورودی ، یک سازه کنترل ، کانال تخلیه ، سازه پایانه و یک آبراهه خروجی است.
ساده ترین شکل سرریز شوت ، یک محور مستقیم دارد و عرض آن در سرتاسر شوت ثابت است . اغلب لازم می شود که به منظور انطباق بر پستی و بلندی طبیعی ، محور آبراهه ورودی و یا کانال تخلیه را بصورت قوس در نظر گرفت . در اینگونه موارد سعی می شود که حتی‌المقدور ، بخاطر سرعت تقرّب کم ، انحناء را به آبراهه ورودی محدود کرد . هر گاه لازم باشد که به کانال تخلیه قوس داده شود ، کف شوت را می توان در سمت خارجی قوس بلندتر ساخت . در اینصورت جریان سریع در اطراف قوسها محافظت شده و از تراکم جریان آب در سمت خارجی شوت جلوگیری می شود . معمولاً انتخاب نهایی پروفیل شوت ، با توجه به توپوگرافی منطقه و شرایط لایه های زیرین انجام می پذیرد . سازه کنترل نیز عموماً با محور سد در یک خط قرار می گیرد و یا بالا دست آن واقع میشود . معمولاً ، برای به حداقل رساندن خاکبرداری ، قسمت اولیه کانال تخلیه را با حداقل شیب ممکن تا آنجایی ادامه می دهند که کانال تخلیه به سطح زمین برسد .
سپس قسمتی از کانال تخلیه که دارای شیب تند خواهد بود آغاز می‌شود و با توجه به شیب طبیعی زمین ادامه می یابد .
جریان در بالا دست تاج سرریز معمولاً در حالت زیر بحرانی است و به هنگام عبور از روی سازه کنترل به سرعت بحرانی میرسد . در شوت عموماً جریان به صورت فوق بحرانی و بر حسب مورد بصورت یکنواخت یا تند شونده خواهد بود .این حالت می تواند تا رسیدن به تأسیسات نهایی ادامه یابد . برای عملکرد خوب هیدرولیکی ، لازم است که از تغییر ارتفاعهای ناگهانی و منحنیهای قائم مقعر و یا محدب در پروفیل شوت خودداری شود . به همین گونه ، برای جلوگیری از بروز امواج عرضی و سوار شدن جریان بر روی دیواره ها ، آشفتگی اضافی و یا توزیع غیر‌یکنواخت جریان در تأسیسات نهایی باید همگرایی و واگرایی در سطح شوت تدریجی باشد .
4 ـ سرریز پلکانی
در بعضی موارد و زمانی که شیب برای احداث تنداب بسیار تند است ، برای انتقال آب از سراب به پایاب از سرریز پلکانی استفاده می شود . همانطوری که در شکل دیده می شود در سرریزهای پلکانی چند حوضچه آرامش پشت سر هم قرار می گیرند . در سالهای اخیر در بعضی از سدهای وزنی سرریز پلکانی بدون حوضچه آرامش و بصورت پله های معمولی ساخته شده اند ، هدف در اینجا کاهش انرژی جنبشی مخرب در پایانه سرریز است .
5 ـ سرریزهای تونلی و مجرایی
هرگاه برای انتقال آب از یک مجرای سر پوشیده ای استفاده شود که از اطراف و یا زیر سد عبور کند ، سرریز حاصله را به ترتیب ‹ سرریز تونلی و یا مجرایی › گویند .
مجرای سرپوشیده می تواند به شکل یک شفت قائم یا مایل ، یک تونل افقی از میان خاک یا سنگ و یا یک مجرای سرپوشیده ای باشد که در ترانشه‌هایی ساخته شده و سپس توسط مواد خاکی پشت آن پر می شود .
در قسمت کنترل این نوع سرریزها می توان از اغلب اشکال سازه های کنترل ، مانند تاجهای آبرریز دهانه‌های ورودی روزانه‌ای قائم و یا مایل ، دهانه های ورودی سقوطی و تاجهای سرریز جانبی استفاده کرد . به استثنای مواردی که از دهانه های ورودی روزنه ای و سقوطی استفاده می شود ، طرح این سرریزها به نحوی صورت می گیرد که در سرتاسر طول تونل جریان آزاد برقرار باشد . در مواردی که از دهانه ورودی روزنه ای و یا سقوطی استفاده می شود ، قطر تونل به نحوی تعیین می گردد که فقط برای قسمت کوتاهی جریان تحت فشار باشد و در بقیه طول تونل جریان آزاد برقرار باشد . برای جلوگیری از شکل گیری و توقف متوالی عمل سیفونی ، لازم است این گونه سرریزها به سیستم هوادهی گسترده ای مجهز شوند . این پدیده در مواردی اتفاق خواهد افتاد که قسمتی از تونل ، به علت بر گشت آب و عملکرد امواج ، موقتاً هوایش را از دست بدهد و بسته شود .
برای تضمین جریان آزاد در تونل ، نسبت سطح مقطع جریان به سطح مقطع تونل غالباً به حدود 75 % محدود می شود . ممکن است در نقاط بحرانی طول تونل ، مجرای هوادهی ساخت تا هوای کافی به تونل برسد و مانع ایجاد جریان غیر دائمی در سرریز شود . در سدهایی که در دره‌های باریکی ساخته می شوند که دیواره های آنها شیب بسیار تندی دارد و یا در مواردی که کانالها ی باز از خطر برف و لغزش سنگ مصون نیست ، ممکن است سرریزهای تونلی رجحان داشته باشد .
سرریزهای مجرایی ممکن است برای دره های عریضی که شیب دیواره های ملایم است و تکیه گاهها به فاصله نسبتاً زیادی از بستر رودخانه قرار دارند ، مناسب باشد . استفاده از سرریز مجرایی اجازه خواهد داد که کانال تخلیه سرریز ، زیر سد و نزدیک بستر رودخانه قرار داده شود .
6 ـ سرریز با دهانه سقوط
در این گونه سرریزها، همان طور که از اسم آنها پیداست ، آب از روی یک تاج افقی وارد یک شفت قائم و یا مایل می شود و سپس از طریق یک تونل یا مجرای سرپوشیده تقریباً افقی به رودخانه می پیوندد .

فایل : 17 صفحه

فرمت : Word