برآورد نیمرخ آبشستگی در پایین دست دریچه با وجود بستر چسبنده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، پردیس فنی و مهندسی (شهید عباسپور)، دانشگاه شهید بهشتی

2 استادیار، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، پردیس فنی و مهندسی (شهید عباسپور)، دانشگاه شهید بهشتی

3 دانشیار، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری

چکیده

آبشستگی پدیده­‌ای است که در بعضی مواقع به تخریب سازه­‌های زیربنایی منجر شده و وقایع جبران‌ناپذیری را به همراه دارد. تحقیقات معدود قبلی نشان داده که در شرایطی که بستر متشکل از ذرات ریزدانه چسبنده باشد، کاربرد معیارهای مبتنی بر رسوبات غیرچسبنده ابعاد گودال آبشستگی موضعی را بیش از واقعیت برآورد نموده و هزینه‌­های گزافی را به طرح تحمیل می‌کند. بر اساس این تحقیقات، میزان و نوع رس بر آبشستگی بستر چسبنده بسیار موثر می­‌باشد. در مقاله حاضر، آبشستگی موضعی ناشی از جت افقی مستغرق خروجی از دریچه کشویی قائم در شرایط وجود مصالح چسبنده در بستر فرسایش‌­پذیر به­‌صورت آزمایشگاهی مطالعه شد. در ابتدا عوامل اصلی موثر بر این پدیده شناسایی و رس بنتونیت به‌­عنوان مصالح چسبنده انتخاب شد. مجموعاً 48 آزمایش با در نظر گرفتن چهار میزان رس، سه بازشدگی دریچه و چهار عمق پایاب، در یک فلوم مستطیلی در آزمایشگاه پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری انجام­ شد. نتایج نشان داد، با افزودن رس بنتونیت به بستر فرسایش­‌پذیر، اثر چسبندگی در میزان رس 10 درصد نمایان شده و با افزایش میزان رس، بیشینه عمق آبشستگی کاهش چشمگیری می‌­یابد. به‌­نحوی که در شرایط وجود 20 درصد رس بنتونیت در بستر به‌طور متوسط 76 درصد کاهش در بیشینه عمق آبشستگی نسبت به مصالح غیرچسبنده رخ می­‌دهد. بر اساس نتایج آزمایش‌ها، یک رابطه کلی ارائه ­شد که قابلیت برآورد بیشینه عمق آبشستگی هم در شرایط وجود مصالح چسبنده و هم غیاب آن را با خطای متوسط 19 درصد دارا می­‌باشد. حساسیت عوامل موجود در رابطه برآورد بیشینه عمق آبشستگی سنجیده و با رابطه محقق پیشین مقایسه­ شد. نتایج تحقیق حاضر در قالب دو نوع نیمرخ برای حفره آبشستگی تعریف شد که با روابط قبلی تطبیق نسبتا مناسبی را نشان داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Prediction of scour profile in cohesive beds downstream of vertical ‎sluice gates

نویسندگان [English]

  • Farhad Shiva 1
  • Jalal Attari 2
  • Mojtaba Saneie 3
1 MSc, Faculty ‎of Water and Environmental Engineering, Abbaspour College of Technology, Shahid Beheshti ‎University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Faculty ‎of Water and Environmental Engineering, Abbaspour College of Technology, Shahid ‎Beheshti University, ‎Tehran, Iran
3 Associate Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Iran
چکیده [English]

Scour phenomena can impair infrastructures and result in non-reparable damages. Few researches conducted so far show that application of non-cohesive criteria for situations where the bed is formed of cohesive materials, overestimates dimensions of the scour hole and will impose large costs to the project. According to the previous researches, type and content of clay also significantly affects scour in the cohesive materials. In this paper, the local scour in the cohesive bed due to a horizontal submerged jet issued from a vertical sluice gate is experimentally studied. Initially, the effective factors were identified and Bentonite clay was selected as cohesive material. A total of 48 tests, considering four different clay contents, three amounts of gate openings and four different tailwater depths, were conducted in a rectangular flume of Soil Conservation and Watershed Management Research Institute laboratory. The results show that by adding Bentonite clay to the erodible bed, effect of cohesion appears in the 10% ratio and with further increase of the clay content the scour depth decreases considerably. So that in a bed containing 20% Bentonite clay the maximum scour depth reduces by 76% on average in relation with a non-cohesive bed. Based on the experimental results, a general equation for predicting the maximum scour depth valid in both conditions of presence and absence of the cohesive materials is presented. A sensitivity analysis on the existing parameters that effect on scour depth was conducted and compared with the results of previous researches. Finally, two types of scour hole profiles were defined which showed a relatively good agreement with previous empirical relationships.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Local Scour
  • Horizontal jet
  • Maximum Scour Depth
  • Bentonite clay
  • Riverine structures