Hareketli tabanlı akarsularda labirent yan savaklardaki akımın hidrodinamiğinin incelenmesi

Abstract

Yan savaklar, herhangi bir kanaldan ihtiyaç duyulan debinin temin edilmesi veya fazla suyun uzaklaştırılması için sulama, arazi drenajı ve birleşik sistem kanalizasyon tesislerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Doğal akarsu yataklarının hareketli tabana sahip oldukları bilinmesine rağmen, hareketli tabanlı kanallara inşa edilen yan savaklarla ilgili literatürde sınırlı sayıda çalışma yer almaktadır. Bu çalışmada, hareketli tabana sahip dikdörtgen enkesitli doğrusal bir kanalda üçgen labirent yan savak civarında oluşan yerel oyulma derinlikleri, kararlı akım şartlarında ve yan savaktan serbest savaklanma durumları için, deneysel olarak incelenmiştir. Savak kreti olarak tanımlanan bir labirent savak planda düz değildir. Labirent savak açısı 90⁰ olarak alınmıştır. Boyut analizi sonucunda, boyutsuz denge zamanındaki oyulma derinliğinin (Hde/p); akım şiddetine (V1/Vkr), savak kret yüksekliğine (y1/p), yan savak açıklığına (L/B) ve yan savak tepe açısına (θ) bağımlı olduğu belirlenmiştir. Dikdörtgen enkesitli doğrusal kanalda hareketli taban oyulması durumunda (1<V1/Vkr<3), `Hd/p` değerinin `V1/Vkr` ile değişimi deneysel olarak incelenmiştir. Çalışma kapsamında, birinci aşamada taban malzemesi özellikleri belirlenmiş ve daha sonra model deneyleri yapılarak ana kanal tabanında meydana gelen oyulma üzerinde taban malzemesi özelliklerinin etkileri incelenmiştir. Çalışma süresince dikdörtgen enkesitli doğrusal kanala yerleştirilen, üçgen labirent yan savak civarındaki oyulma derinliklerini belirlemek için toplamda 45 deney yapılmıştır. Hareketli taban durumunda oyulma derinliğinin, yanal akımın azalmasıyla (yani düşük Qw/Q1 oranlarında) azaldığı, `y1/p` ve `L/B` boyutsuz parametrelerinin artışıyla da, oyulma derinliğinin (Hd) arttığı gözlenmiştir. Oyulma, çoğunlukla labirent savağın mansap ucunda gözlenmiştir. Savak bölgesinin mansabında, savaktan sonra yığılmalar gözlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Üçgen labirent yan savak, oyulma, akım şiddeti, hareketli taban, yanal su alma yapısı.

Side weirs, also known as lateral weir, are widely used in flood, irrigation, land drainage and combined urban sewer systems for flow diversion or intake structures. It is known that the rivers in nature have movable beds however; there is just limited research information about the side weirs located on the movable beds. Local depth of scour around the triangular labyrinth side weirs located on the straight and rectangular channel having movable bed was investigated experimentally for steady and free overflow conditions. A labyrinth weir is defined as a weir crest that is not straight in plan form. Labyrinth weir apex angle was taken as 90⁰. As a result of dimensional analysis, it was found that the dimensionless equilibrium scour depth (Hde/p) depends on the flow intensity (V1/Vkr), dimensionless depth (y1/p), dimensionless lenght (L/B) and side weir apex angle (θ). The variation of dimensionless scour depth (Hd/p) with `V1/Vkr` is experimentally investigated for movable bed scour conditions (1<V1/Vkr<3) at the straight and rectangular cross-section channel. In the present study, as a first step, the characteristics of materials were determined and then effects of bed materials' features on the main channel bottom were analyzed by conducting model experiments. Moreover, during the research process, a total of 45 experiments were conducted in order to obtain the scour depth around the triangular labyrinth side weir located in a straight and rectangular channel. It is found that the scour depth decreases for live bed conditions due to decrease of the intensity of lateral overflow (i.e. for low Qw/Q1 ratios) and as increasing the ratios of `y1/p` and `L/B`, the scour depths also increase. Generally, the scour depth was observed at downstream edge of the labyrinth side weir. Dune and ripple formations were observed at downstream of the side weir area.Keywords: Triangular labyrinth side weir, scour, flow intensity, live bed, lateral intake structure.