تأثیر دانه‌بندی مواد بستر بر مسیر انتقال رسوب و الگوی فرسایش - رسوب‌گذاری در محل تلاقی رودخانه

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی کرمانشاه

2 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، دانشگاه رازی کرمانشاه

چکیده

         دانه­بندی رسوبات موجود در بستر رودخانه می­تواند نقش به­سزائی در میزان فرسایش، رسوب­گذاری و تغییرات مورفولوژی بستر و در نتیجه پایداری کناره رودخانه داشته باشد. هیدرولیک پیچیده جریان از یک سو و تغییرات ترکیبات مواد رسوبی کف رودخانه به­صورت ذرات فرسایش یافته و یا ته­نشین شده از سوی دیگر باعث ایجاد تغییراتی در الگوی فرسایش و رسوب در محل تلاقی رودخانه­ها می­شود. بررسی­های موجود نشان می­دهد، مطالعات آزمایشگاهی محدودی در این زمینه گرفته است. استفاده از مدل­های عددی به­رغم برخی محدودیت­ها می­توانند ابزاری مناسب و اقتصادی در این خصوص باشد. از این­رو در تحقیق حاضر پس از واسنجی مدل عددی  SSIIM1با استفاده از داده­های اندازه­گیری شده فرسایش و رسوب­گذاری در محل تلاقی دو کانال مستطیلی به زاویه اتصال 60درجه، به بررسی تأثیر نحوه دانه­بندی مواد بستر بر روی الگوی فرسایش و رسوب­گذاری پرداخته شد. برای این منظور چهار نوع دانه­بندی با D50 یکسان ولی با انحراف معیار( ) متفاوت در نظر گرفته شد و نتایج آنها به هم دیگر وبا دانه­بندی یکنواخت مقایسه گردید. نتایج تحقیق حاکی از آن است که هرچه مواد بستر  بزرگتری داشته باشند مقدار بیشینه عمق فرسایش کم­تر می­شود و موقعیت آن به گوشه پایین­دست اتصال نزدیک­تر است. هم­چنین بیشینه ارتفاع رسوب­گذاری با افزایش انحراف معیار افزایش می­یابد. در ادامه تغییرات عرضی غلظت رسوب و مسیرهای انتقال رسوب بیشینه شناسایی شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Impact of Bed Materials Grain Size Distribution on Sediment Transport Path and Erosion- Sedimentation Pattern at the River Confluence

نویسندگان [English]

  • R Ghobadian 1
  • S Ghanbari 2
1 Associate Prof., Dept. of Water Engin., Razi University, Kermanshah.
2 M.Sc Student of Hydraulic Structures, Water Engineering Department, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

The grain size distribution of the riverbed materials plays an important role in the erosion, sedimentation, change of river morphology and riverbank stability. The complex hydraulic flow on the one hand and the changes in the composition of the sediment of the riverbed as the eroded or deposited particles on the other hand causes changes in the sedimentation and erosion patterns at the river confluences. The literature review shows that few experimental studies have been conducted on this topic. Although applying numerical models are entwined with some limitations, they could be used as the suitable and economical tools. In the present study, firstly the SSIIM1 model was calibrated by the measured data at the confluence of the two rectangular open channels with the crossing angle of 60o and then, the impact of riverbed materials’ grain size distribution on sedimentation and erosion patterns was studied. In this regard, four types of grain size distribution with the same D50 and different standard deviation (σg) values were applied and their results were compared with each other and with uniform distribution, as well. The results illustrated that the maximum depth of erosion was decreased by increasing σg and its spatial location was closer to the downstream corner of channel confluences. Moreover, the maximum height of the sedimentation increased with increasing σg. In the following, the spanwise changes in sediment concentrations and paths of maximum sediment transport have been detected. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Erosion and sedimentation pattern
  • River confluence
  • Bed material grain size distribution
  • SSIIM1 Model

مراجع

Adivi EG, Bajestan SM and  Saghi  M, 2013. Laboratory study of stability in the riprap materials of bed at the confluence of rivers. Water and Soil Science- University of Tabriz 24(1): 69-83. (In Fasi)
Balachandar R and Kells JA, 1998. Instantaneous water surface and bed scour profiles using video image analysis. Canadian Journal of Civil Engineering 25(4): 662-667.
Balouchi B, 2014. The Effect of sediment load from main canal on maximum scour depth at river confluence. M Sc. thesis, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran. (In Fasi)
Basiri M, 2011. Three- Dimensional Simulation of local scouring and sedimentation at rectangular channel-confluences by CFD modeling. M Sc. thesis, Razi University, Kermanshah, Iran. (In Fasi)
Best  JL, 1988. Sediment transport and bed morphology at river channel confluences.  Sedimentology 35: 481-498.
Biron PM,  Ramamurthy AS and Han S, 2004. Three-dimensional numerical modeling of mixing at river confluences. Journal of Hydraulic Engineering 130: 243 – 253.
Borghei SM. Sakhaeifar SM and Daemi A, 2001. Laboratory study of open channel Junction. 6th International River Engineering Conference, Ahvaz, Iran, pp. 538-542. (In Fasi)
Ghobadian R and Bajestan, MS, 2007. Investigation of sediment patterns at river confluence. Journal of Applied Sciences 7: 1372-1380.
Ghobadian R, 2006. Investigation of flow, scouring and sedimentation at river-channel confluences. PhD thesis, Shahidchamran University, Ahwaz, Iran. (In Fasi)
Guillen‐Ludena S,  Franca MJ, Cardoso AH and  Schleiss AJ, 2015. Hydro‐morphodynamic evolution in a 90° movable bed discordant confluence with low discharge ratio. Earth Surface Processes and Landforms 40(14): 1927-1938.
Li C and Tao Y, 2013. Study on sediment deposition characteristics at river confluences in reservoir area. Journal of Sichuan University 45: 1-6.
Liu T, Fan B and Lu J, 2015. Sediment–flow interactions at channel confluences: a flume study. Advances in Mechanical Engineering 7(6): 168- 178.
Melville BW and Chiew YM, 1999. Time Scale for local scour at bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 125(1): 59-65.
Mohamadi S, 2011. Local scour at curved edge of open-channel junctions. . M Sc. thesis, Shahidchamran University, Ahwaz, Iran. (In Fasi)
Mosavi A, Rostami M and  Habibi S, 2014. Numerical simulation of flow and sediment structure in confluence of rivers. Iran-Watershed Management Science & Engineering 8(4): 19-29. (In Fasi)
Mosley M P, 1976. An experimental study of channel confluences. Journal of Geology 84: 535-562.
Rouse, H (1937). Modern conceptions of the mechanics of fluid turbulence. Transactions, ASCE 102(1965): 463-543.
Schindfessel L, Creëlle S, De Mulder T, 2015. Flow patterns in an open channel confluence with increasingly dominant tributary inflow.Water 7(9): 4724-4751.
Schindfessel L, Creëlle S, De Mulder T, 2015. Influence of cross-sectional shape on flow patterns in an open-channel confluence. Pp.2412-2422,  Proc.36,  IAHR  Congress, 28 June – 3 July, The Hague, the Netherlands, http://hdl.handle.net/1854/LU-6864873.
Taylor EH, 1944. Flow characteristics at rectangular open-channel junctions. American Society of Civil Engineers - Proceedings 70:  119-121.
Tonghuan L, Beilin F and Jinyou L, 2015. Sediment flow interaction at channel confluences. Advances in Mechanical Engineering 7(6): 1-9.
Van Rijn LC, 1984. Sediment transport, part I: bead load transport. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 110(11): 1431–56
Webber  NB and Greated CA, 1966. An investigation of flow behavior at the junction of rectangular channels. Pp.321-334, Proc.34, Institute Civil Engineers, London.
 Weerakoon  SB, Kawahara  Y  and Tamia N, 1991. Three-dimensional flow structure in channel confluences of rectangular section. Pp.373-380, Proc.24,   IAHR Congress, 9-13 Sept., Madrid, Spain.
 
دانش آب و خاک
دوره 29، شماره 1
فروردین 1398
صفحه 111-124

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار