بررسی آزمایشگاهی هیدرولیک جریان در چیدمان‌های مختلف ساقه‌های مصنوعی در طراحی کانال ماهی‌قایقرو

Abstract

سابقه و هدف: سدها و بندهای انحرافی از جمله سازه‌های تقاطعی در مسیر رودخانه‌ها هستند که مانع مهاجرت ماهی‌ها به بالادست می‌شوند. راه‌ماهی‌ با ایجاد مسیری مطمئن، دسترسی ماهیان به زیستگاه مورد نظرشان را فراهم می‌آورد. کانال ماهی‌قایقرو که از ایده‌های جدید طراحی محسوب می‌شود، به دلیل داشتن عملکردی همسو با محیط-زیست، مورد توجه بسیاری از کشورها قرار گرفته است. در این راه‌ماهی، برخلاف راه‌ماهی‌های متداول، از علف‌های مصنوعی برای استهلاک انرژی استفاده می‌شود. در واقع این علف‌های مصنوعی، برس‌هایی متشکل از المان‌های عمودی هستند که نقش ساقه‌های گیاهی را در کانال ایفا می‌کنند. علف‌های مصنوعی علاوه بر ایجاد محیطی امن برای عبور ماهیان، به دلیل خمش مناسب ساقه‌‌ها، قایق‌های کوچک نیز می‌توانند به راحتی بر روی آن عبور کنند. برس‌ها با چیدمان‌های مختلفی در کانال ماهی‌قایقرو قرار گرفته می‌شوند، که هریک از این چیدمان‌ها تاثیر متفاوتی بر میزان استهلاک جریان دارند. هدف اصلی از انجام این پژوهش بررسی آزمایشگاهی اثر این چیدمان‌ها بر عمق جریان در حوضچه‌ها و سرعت جریان در محل شکاف ورودی ماهیان است و به انتخاب چیدمانی که از نظر هیدرولیکی عملکرد مناسب‌تری دارد، پرداخته شده است. مواد و روش‌ها: این آزمایش در کانالی به طول 12متر و عرض 5/0متر با چهار چیدمان متفاوت از برس‌ها با تعداد المان‌های ثابت انجام شد. برس‌ها از لوله‌های پلی‌اتیلنی به ضخامت 6میلی‌متر و ارتفاع 20سانتی‌متر که بر روی صفحات PVC به ضخامت 16میلی‌متر تعبیه شده، ساخته شدند. مدل‌ها با توجه به چیدمان مورد نظر، در کف کانال ثابت شدند. عمق جریان در مرکز حوضچه‌ها توسط عمق‌سنج و سرعت جریان در شکاف ورودی ماهی، از کف کانال تا سطح آب به فاصله هر 1سانتی‌متر، توسط میکرومولینه اندازه‌گیری شد. همچنین با آنالیز ابعادی پارامترهای بی بعد موثر بر ضریب زبری (n) تعیین شد.یافته‌ها: نتایج نشان می‌دهد که پارامتر بی‌بعد عمق استغراق (y/h) نسبت به دیگر پارامترهای بی‌بعد، بیشترین تاثیر را روی ضریب زبری (n) دارد. در شرایط مستغرق، با افزایش عمق استغراق (y/h) ضریب زبری (n) کاهش و در شرایط غیرمستغرق با افزایش عمق استغراق (y/h) ضریب زبری (n) افزایش می‌یابد، بیشترین ضریب زبری (n) در آستانه استغراق رخ می‌دهد. میزان افزایش ضریب زبری (n)، در شرایط نیمه مستغرق نسبت به شرایط مستغرق در چیدمان اول 18درصد، چیدمان دوم 5درصد، چیدمان سوم 6درصد و چیدمان چهارم حدود 20درصد می‌باشد. یافته‌ها حاکی آن است، در شکاف ورودی ماهی، روند نمودار سرعت جریان (v) از کف کانال تا سطح آب افزایشی است و محدوده سرعت بین 6/0 تا 7/0 متر بر ثانیه است. مطابق یافته‌ها، روند افزایش سرعت تا ارتفاع المان‌ها بسیار کند و در اعماق بالاتر از المان‌ها، روند افزایش سرعت زیاد است. علاوه بر این، نتایج این پژوهش نشان داد، روند نمودارهای دبی_اشل برای چیدمان‌ها همواره افزایشی است ولی در شرایط غیر مستغرق نمودار با شیب بیشتری نسبت به شرایط مستغرق افزایش می‌یابد. با بررسی چیدمان‌ها در نمودارهای دبی بی‌بعد (Q*) نیز می‌توان دریافت، محدوده ضریب زبری (n) چهار چیدمان در یک شرایط ثابت آزمایشگاهی، متفاوت است و در چیدمان چهارم ضریب زبری (n) تا حدود 90درصد افزایش می‌یابد.نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج حاصل، آرایش برس‌ها تاثیر بسزایی در میزان ضریب زبری دارند که در این پژوهش چیدمان چهارم با بیشترین همپوشانی، بالاترین ضریب زبری را در کانال ایجاد می‌کند. در نتیجه با اجرای این چیدمان در کانال ماهی‌قایقرو علاوه بر امکان تردد قایق در کانال، محیطی امن برای ماهیان ایجاد می‌شود.

Keywords

• کانال ‌ماهی‌قایقرو
• علف‌های مصنوعی
• ضریب زبری
• سرعت جریان
• پلکان ماهی‌رو