بررسی آزمایشگاهی تاثیر نفوذپذ یری آبشکن روی ابعاد چاله فرسایشی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

چکیده

یکی از روش‌های متداول در ساماندهی و کنترل فرسایش کناری رودخانه‌ها استفاده از آبشکن‌ها می‌باشد. آبشکن‌ها سازه‌های متقاطع یا عرضی هستند که از دیواره رودخانه به سمت محور مرکزی آن کشیده می‌شوند. این سازه هر چند با هدف رسوب‌گذاری و جلوگیری از فرسایش کناره‌ها و حواشی رودخانه ایجاد می‌شوند اما به دلیل  کاهش عرض مقطع جریان و در نتیجه افزایش سرعت و تنش برشی در دماغه آبشکن، باعث ایجاد حفره فرسایشی در اطراف آن می‌گردند. به منظور بررسی اثر نفوذپذیری آبشکن بر ابعاد چاله فرسایشی، آزمایش‌هایی در یک فلوم آزمایشگاهی به طول 3/7 متر، عرض 56/0 متر و ارتفاع 6/0 متر از جنس پلکسی گلاس انجام شد. در این تحقیق با استفاده از دو نوع آبشکن نفوذناپذیر و نفوذپذیر با سه درصد نفوذپذیری 30%٬ 40%  و 50%  برای چهار عدد فرود جریان و با عمق ثابت 15/0 متر، ابعاد چاله فرسایشی در شرایط آب زلال مورد آزمایش قرار گرفت. برای رسوبات بستر نیز از ماسه طبیعی با دانه‌بندی یکنواختmm 7/0  استفاده شد. با استفاده از آنالیز ابعادی عوامل بی‌‌بعد استخراج و با انجام مطالعات آزمایشگاهی و برازش رگرسیونی بر داده‌های بدست آمده، رابطه‌هایی برای تخمین ابعاد چاله آبشستگی ارائه شد. نتایج این تحقیق نشان داد با افزایش عدد فرود جریان، ابعاد چاله فرسایشی به میزان بیش از 5/1 برابر(در حالت نفوذناپذیر) افزایش و با کاهش نفوذپذیری از 50 درصد تا صفر درصد، حداکثر عمق چاله فرسایشی  به میزان بیش از 4 برابر افزایش پیدا کرد. همچنین با افزایش نفوذپذیری، ابعاد چاله آبشستگی اطراف دو ردیف اول و دوم آبشکن‌ها کاهش یافت.      

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory Investigation on the Effect of Spur Dike Permeability on the Scour Hole Dimensions

چکیده [English]

Spur dike use is one of the most common structural methods for improvement and bank protection in river engineering. This structure is generally built across the river from the bank towards centerline in order to protect the banks from erosion and to increase sedimentation along the protected banks. However, the scour hole around the nose of the structure is formed due to reducing flow width and increasing velocity and shear stress. In order to investigate the effect of permeability of spur dikes on scour hole dimensions, experiments were carried out in a laboratory flume with 7.3m length, 0.56m width and 0.6m depth. Four quantities of permeability including 0% (impermeable), 30%, 40% and 50% with four Froude numbers at constant flow depth (0.15m) were conducted and all experiments were carried out with clear water. of the bed sediments was equal to 0.7mm. Dimensional analysis was applied to produce the related non-dimensional parameters and by using the measured data and regression analysis a few equations for estimating scour hole dimensions were developed. The results showed that with increasing Froude number the scour hole dimensions increased up to 1.5 times (in non permeable condition). The maximum scour hole depth increased up to 4 times, whereas the spur dike permeability decreased from 50% to 0%. The scour hole dimensions for the first and second spur dikes were also decreased by increasing the spur dike permeability.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Froude Number
  • Group of spur dikes
  • Permeable spur dike
  • Scour hole
بی‌نام، 1381. فرسایش و رسوب‌گذاری در محدوده آبشکن‌ها. نشریه شماره248، سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور.
بی‌نام، 1388. راهنمای طراحی، ساخت و نگهداری آبشکن‌های رودخانه‌ای. نشریه شماره 516، معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی رئیس جمهور.
حسین زاده تبریزی ح، قدسیان م و واقفی م، 1391. تاثیر عدد فرود جریان و زاویه آبشکن‌های سرسپری سری بر توپوگرافی بستر در مسیر مستقیم. یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، آبان ماه، دانشگاه ارومیه، ایران.
دهقانی  الف،  برزعلی م ، فضل اولی  ر و ضیا تباراحمدی  م ،1387. مطالعه آزمایشگاهی آبشستگی موضعی اطراف سری آبشکن‌های L شکل. مجله پژوهش های حفاظت آب و خاک ، جلد شانزدهم ، شماره سوم، صفحه‌های 141 تا 162.
شریفی‌منش ح، 1374. مقایسه آبشستگی اطراف آبشکن­های نفوذپذیر با استفاده از مدل آزمایشگاهی.  پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس تهران.
علیزاده ارمکی ح، واقفی م و قدسیان م. 1390. بررسی آزمایشگاهی هندسه چاله آبشستگی و نرخ آبشستگی حول آبشکن سر سپری جاذب و دافع . دهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، آبان ماه، دانشگاه گیلان، ایران.
فتحی الف ،1371. بررسی میزان آبشستگی موضعی اطراف دماغه اپی. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس، تهران .
 
مسجدی ع و مرادی ا،1388. بررسی آزمایشگاهی اثر موقعیت تک آبشکن بر عمق آبشستگی اطراف آن در خم 180 درجه ، علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، جلد 50 ، شماره 13، صفحه‌های 43 تا 51.
نصرالهی  ع ،1380. بررسی اثر درصد بازشدگی روی آبشستگی اطراف آبشکن­های باز. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس ، تهران.
Donat M, 1995. Bioengineering Techniques for Streambank Restoration: A review of Central European practices. Watershed Restoration Project Report No. 2, University of British Colombia, Austria.
EnschedeKuhnle RA., Alonso CV., Shields FD, 1999. Geometry of scour holes associated with 90- degree spur dikes. Journal of Hydraulic Engineering ASCE 125(9): 972- 978.
Ghodsian M, Hoseini SM, 2001. Scour around groins. International journal of Sediment Research, 16 (1):60- 68.
Gill MA, 1972. Erosion of sand beds around spur dikes. Journal of Hydraulics Division, 98 (HY9):1587- 1602.
Kanda K, Samoto Y and Li Z, 2007.  Study on morphodynamics around stone-lined spur dike in the Akashi River. Pp. 1197-1206, Proceedings of the 5th IAHR Symposium on River, Coastal and Estuarine Morphodynamics.
Kuhnle RA., Alonso CV, Shields FD, 2002. Local scour associated with angle spur dikes. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 128(12):1087-1093.
Melville BW, 1992. Local Scour at Bridge Abutments. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 118 (4): 615-631.
Nasrollahi A, Ghodsian M and Salehi Neyshabouri SAA, 2008. Local Scour at Permeable Spur Dikes. Journal of Applied Sciences 8(19): 3398 – 3406.
Oliveto G, Hager WH, 2002 .Temporal Evolution of clear-water pier and abutment scour. Journal of Hydraulic Engineering  ASCE 128 (9): 811-820.
Osman MA, Negmaldin Saeed H, 2012. Local scour depth at the nose of permeable and impermeable spur dykes. University of Khartoum Engineering Journal 2(1): 1-9.
Uddin MJ, Hossain M M and Ali, M S, 2011. Local scour around submerged bell mouth groin for different orientations. Journal of Civil Engineering (I E B) 39(1):1-17.
Vaghefi M, Ghodsian M and­ Salehi Neyshabouri SAA, 2012. Experimental study on scour around a T- shaped spur dike in a channel bend. Journal of Hydraulic Engineering 138(5): 471- 474.
Yasi M, 1997. Flow and bed topography behind a groin. Ph.D. Thesis, Department of Civil Engineering, Monash University, Melbourne, Australia, 340p.
Zhang H, Nakagawa H, 2008. Scour around spur dykes: Recent Advances and Future Researches. Annuals of Disas. Prev. Res. Inst., Kyoto Univ., No. 51B.
Zhang H, Nakagawa H, Kawaike K and Baba Y, 2009. Experiment and simulation of turbulent flow in local scour around a spur dyke. International Journal of Sediment Research 24(1): 33-45.