در این تحقیق، تشابه هندسی پروفیل های حفره آبشستگی رسوبات چسبنده در پایین دست یک دریچه کشویی به صورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفته است. اگر چه تاکنون تحقیقات زیادی برای شناخت مشخصات حفره آبشستگی در رسوبات غیرچسبنده انجام شده است، اما به دلیل طبیعت پیچیده رس ها، آبشستگی رسوبات چسبنده کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. آزمایش های این تحقیق در یک فلوم مستطیلی به طول 9.0 متر، ارتفاع 0.6 متر و عرض 0.5 متر انجام شد. شش ترکیب رسوبات بستر با نسبت های مختلف رس شامل 10، 15، 20، 25، 30 و 40 درصد تهیه و در آزمایش ها مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج تحقیق نشان داد که پروفیل آبشستگی در عرض حفره یکنواخت نبوده و میزان آبشستگی در نزدیکی دیواره ها بیشتر است. اگر چه نتایج بدست آمده حاکی از وجود تشابه در پروفیل آبشستگی رسوبات چسبنده است اما برخلاف رسوبات غیرچسبنده، پروفیل بی بعد در رسوبات چسبنده را نمی توان بر حسب یک منحنی منفرد ارایه کرد. همچنین بر اساس نتایج بدست آمده در این تحقیق، سه نوع پروفیل تشخیص داده شد و در هر مورد روابط و نمودارهای بی بعد جدیدی برای تعیین شکل پروفیل ارایه گردید. همچنین رابطه جدیدی برحسب پارامترهای بدون بعد، برای محاسبه پارامتر Bw که برای بی بعد کردن پروفیل بکار می رود معرفی شده است. در نهایت، اثر تغییرات عمق پایاب بر روی شکل حفره آبشستگی در رسوبات چسبنده بررسی شد.

زمینه و هدف: یکی از روش های جدید جهت کنترل فرسایش در ساحل خارجی قوس رودخانه ها استفاده از صفحات متصل به ساحل می باشد. صفحات متصل به ساحل از جمله سازه های زیست محیطی هستند که برای کنترل فرسایش سواحل، انحراف جریان از سواحل به طرف مرکز مجرا، بهتر شدن وضعیت انتقال رسوب، توسعه رودخانه جهت قایقرانی، ترمیم و توسعه زیستگاه آبزیان رودخانه استفاده می شوند. علیرغم مزایای فراوان صفحات متصل به ساحل اما اطلاعات دقیقی در رابطه با وضعیت فرسایش و رسوب گذاری و الگوی جریان در اطراف آنها تحت شرایط هیدرولیکی و هندسی مختلف وجود ندارد و تحقیقات بسیار اندکی صورت گرفته است. در تحقیق حاضر تأثیر سناریوهای مختلف نصب آب شکن های نفوذپذیر مثلثی بر تغییرات پروفیل طولی و عرضی رسوب بستر در کانال آزمایشگاهی با قوس 180 درجه ارزیابی شده است. روش پژوهش: در این تحقیق هدف اصلی بررسی الگوی رسوب گذاری و فرسایش در قوس رودخانه ها با استفاده از صفحات مثلثی متصل به ساحل می باشد؛ که در این راستا در مورد تأثیر فاصله بین صفحات مثلثی و طول مؤثر صفحات مثلثی و نیز عدد فرود جریان بر کنترل فرسایش دیواره خارجی قوس 180 درجه تمرکز شده است. آزمایش ها در یک فلوم آزمایشگاهی با قوس 180 درجه ملایم با نسبت و مقطع عرضی مستطیلی به عرض 0. 6 متر انجام می پذیرد. زاویه نصب صفحات مثلثی ثابت برابر با 60 درجه نسبت به ساحل بالادست، ارتفاع صفحات مثلثی نفوذپذیر از سطح رسوب ثابت برابر 10cm و نفوذپذیری صفحات مثلثی ثابت برابر 12 درصد در نظر گرفته شد. آزمایش-ها در حالت آب زلال انجام شد. طول مؤثر صفحات تهیه شده برابر با W/L=5، W/L=4 و W/L=3 (W= عرض مقطع جریان برابر 60 سانتیمتر، L= طول مؤثر به ترتیب برابر 12 و 15 و 20 سانتیمتر) و با فواصل نصب برابر با D/L=5 ( D= فواصل نصب به ترتیب 60، 75 و 100 سانتیمتر برای 3 طول مؤثر) در نظر گرفته شد و در دو دبی ورودی مختلف اجرا گردید. یافته ها: بررسی تأثیر تغییرات فاصله قرارگیری صفحات مثلثی نفوذپذیر بر توپوگرافی بستر نشان می دهد در هر عدد فرود با افزایش فاصله صفحات از یکدیگر، حداکثر عمق آبشستگی افزایش می یابد، نتایج مطالعه نشان می دهد استفاده از صفحات مثلثی نفوذپذیر باعث انحراف جریان از قوس بیرونی به طرف مرکز و سپس قوس داخلی فلوم خواهد شد که این مزیت در عمل باعث کنترل فرسایش در قوس بیرونی رودخانه ها می شود. با افزایش دبی جریان ورودی و افزایش طول مؤثر صفحات مثلثی (طول عمود بر جریان) و فاصله صفحات مثلثی از یکدیگر در قوس 180 درجه، حداکثر عمق آبشستگی و حجم آبشستگی افزایش پیدا کرده است، نصب صفحات مثلثی با طول مؤثر برابر و فاصله صفحات مثلثی برابر 5L، باعث انحراف جریان از ساحل بیرونی به طرف دماغه صفحات و میانه فلوم و در نتیجه تنش برشی بستر در میانه فلوم کاهش می یابد و این امر سبب کاهش حداکثر عمق آبشستگی کانال فرسایشی و ایجاد خط القعر در دماغه صفحات خواهد شد. نتایج: نتایج نشان داد که با نصب آب شکن، تپه های رسوبی در حدفاصل بین آن ها ایجاد می شوند. بنابراین در طول مؤثر برابر با W/L=5 معادل 12 سانتیمتر حداکثر ارتفاع تپه رسوبی در دیواره خارجی برابر با 30 و 31 درصد عمق آب، به ترتیب بین زاویه های صفر تا 170 درجه و 7/68 تا 115 درجه معادل 11 برابر و 3 برابر فاصله بین صفحات به ترتیب برای دبی های 5/13 و 5/15 لیتر بر ثانیه بوده است. همچنین برای شرایط ذکر شده عرض تپه رسوبی در دیواره خارجی به ترتیب به 85 و 75 درصد طول مؤثر صفحات رسید. آبشکن‫, های مثلثی نفوذپذیر شش پایه برای رودخانه‫, های مئاندری مانند کارون و در قوس 90 و 180 درجه توصیه می‫, شوند. این رودخانه‫, ها دارای پیچش و انحنای زیاد و همچنین عمق جریان زیاد و سرعت جریان در آنها کم که حاوی رسوبات معلق زیاد می‫, باشند و شیب این نوع رودخانه ها 001/0 یا کمتر بوده و به واسطه شیب کم پتانسیل حمل رسوب آنها کم و بار رسوبی عمدتاً ریزدانه دارند.

در مورد تخریب پلها، سیلی که منتج به آبشستگی میشود اصلیترین عامل شکست پلها شناخته شده است. از این رو یافتن راهکاری برای کاهش عمق آبشستگی حیاتی میباشد. در این تحقیق اثرات زبریهای موضعی با فواصل متفاوت، برای تکیهگاه نیمدایرهای تحت شرایط آبشستگی آبزلال مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که وجود زبری باعث کاهش در روند آبشستگی و کاهش 47 % درصدی عمق نهایی آبشستگی میشود. ارتباط معناداری بین عملکرد زبریها و فاصله بین آنها وجود داشت. بهطوری که وجود یک مقدار بهینه برای فاصله بین زبریها، عملکرد زبری را افزایش و روند آبشستگی را کاهش داد. بعلاوه، بررسی پروفیلهای سرعت قائم نشان داد که، وجود سرعتهای قائم مثبت در درون حفره در بالادست تکیهگاه و همچنین سرعتهای منفی در اعماق بالاتر نشان دهنده وجود جریانهای رو به پایین است. در نتیجه، این جریانهای رو به پایین منجر به ایجاد ورتکسهای قوی در درون حفره آبشستگی و در جلوی تکیهگاه میشوند. مقایسه پروفیل جریان در اطراف تکیهگاه حاوی زبری با تکیهگاه شاهد نشان داد که سرعت جریان رو به پایین برای تکیهگاه زبریدار به مقدار قابل توجهی کاهش مییابد. علاوه بر این، به دلیل اثر زبری بر روی پروفیلهای سرعت قائم در پاییندست تکیهگاه، عمق گودال آبشستگی در پشت تکیهگاه نیز کاهش یافت. به طوری که سرعت جریان نزدیک U(0/4U 0/13 و U میزان کاهش سرعت جریان قائم در جلو و پشت تکیهگاه زبریدار به ترتیب شونده( بود.

مساله آب شستگی یکی از موضوعاتی است که همواره در طراحی انواع مختلف سازه های هیدرولیکی اهمیت دارد. از جمله این سازه ها، سرریز پلکانی است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی تشابه بین نیمرخ های آب شستگی موضعی در پایین دست سرریز پلکانی می باشد. بدین منظور از نتایج حاصل از انجام 67 آزمایش بر روی دو مدل آزمایشگاهی مختلف در محدوده وسیعی از اعداد فرود ذره، طول حوضچه آرامش، عمق پایاب، دانه بندی ذرات رسوبی و دو شیب مختلف سرریز پلکانی استفاده شد. در این تحقیق از 5 طول مختلف حوضچه آرامش در محدوده 37 سانتی متر تا 120 سانتی متر استفاده شد. هم چنین محدوده دبی مورد استفاده 7.43-88.95 لیتر بر ثانیه بود. مدت زمان آزمایش ها 6 ساعته، 8 ساعته، 12 ساعته و 24 ساعته بود. در محدوده دبی مورد نظر، در شرایط یکسان آزمایشگاهی، بیشینه عمق آبشستگی در پایین دست حوضچه آرامش با طول 110 سانتی متر نسبت به بیشینه عمق آبشستگی در پایین دست حوضچه آرامش با طول 37 سانتی متر، 48 الی 78 درصد کاهش پیدا کرد. بر اساس نتایج به دست آمده از داده های آزمایشگاهی، تشابه بین نیمرخ های حفره آب شستگی در پایین دست سرریزهای پلکانی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور دو روش برای بی بعد کردن نیمرخ های آب شستگی ارائه شد؛ که بر اساس پارامترهای آماری، بهترین روش برای بی بعد کردن نیمرخ های آب شستگی انتخاب و تشابه بین نیمرخ های آب شستگی در پایین دست سرریزهای پلکانی نشان داده شد. روابط پیش بینی کننده عمق بیشینه آب شستگی، فاصله عمق بیشینه از انتهای حوضچه آرامش، طول حوضچه آرامش و حجم رسوبات انتقال یافته به پایین دست بر اساس پارامترهای بدون بعد، در زمان های مختلف بسط داده شد. هم چنین، تاثیر پارامترهای مختلف بر هندسه حفره آب شستگی مورد بررسی قرار گرفت. در مجموع آزمایش ها، 8 پروفیل عرضی در شرایط مختلف (برای دانه بندی و طول حوضچه های آرامش مختلف) برداشت گردید. در یک شرایط آزمایشگاهی معین، مقایسه ای بین آبشستگی در حضور سرریز پلکانی با آبشستگی در حضور سرریز اوجی انجام شد. نتایج بدست آمده نشان داد که وجود سرریز پلکانی بین 42.06 تا 74.82 درصد باعث استهلاک انرژی می شود، که این امر، به جهت کاهش ابعاد حفره آب شستگی ایمنی بیشتر سازه سرریز پلکانی را نسبت به سرریز اوجی تحت شرایط مشابه توجیه می کند.

استفاده از آب شکن در ساماندهی رودخانه ها و کنترل فرسایش کناری رودخانه یکی از روش های متداول می باشد. در این مقاله پیشنهاد شده است که برای حفظ پایداری اولین آب شکن در یک سری آب شکن (4 عدد) از یک آب شکن فرعی (محافظ) که به صورت عمود بر جریان در بالادست اولین آب شکن قرار می گیرد استفاده شود. بر اساس انجام آزمایش ها در فلوم آزمایشگاهی، از لحاظ هیدرولیکی پارامترهای بی بعد، L/L’ (نسبت طول آب شکن محافظ به طول اولین آب شکن)؛ X/L (نسبت فاصله آب شکن محافظ به طول اولین آب شکن) و شرایط هیدرولیکی جریان با H/L (نسبت عمق جریان بالادست به طول اولین آب شکن) و H/d50 (نسبت عمق جریان به قطر متوسط مصالح بستر) و Fr عدد فرود مورد مطالعه قرار گرفت. تحلیل آماری نتایج آزمایشگاهی، مدلی را برای پیش بینی آب شستگی نسبی در دماغه آب شکن اصلی و آب شکن محافظ ارائه می دهد.

به منظور پیشگیری از آبشستگی گسترده ناشی از جریان پرسرعت خروجی در پایین دست سازه های هیدرولیکی مانند دریچه های کشویی، معمولا از یک کف بند صلب استفاده می شود. اگرچه وجود کف بند تا حد زیادی منجر به حفاظت بستر می گردد، اما به علت مستهلک نشدن کامل انرژی مازاد جریان، در انتهای کف بند آبشستگی موضعی اتفاق می افتد که شکل و ابعاد حفره آبشستگی تشکیل شده بایستی در طراحی ها پیش بینی گردد. در این تحقیق، ابتدا مهمترین عوامل موثر بر فرآیند آبشستگی در پایین دست کف بند شناسایی و با استفاده از تحلیل ابعادی بصورت بدون بعد تنظیم گردیدند. سپس 22 آزمایش با مدت زمان 12 ساعت، بر مبنای پارامترهای بدون بعد بدست آمده از جمله پارامتر بدون بعد جدیدی که در برگیرنده تاثیر پارامترهای مختلف است، در یک مدل آزمایشگاهی که شامل یک دریچه کشویی و یک کانال مستطیلی به طول 9.0 متر، عرض 0.5 متر و ارتفاع 0.6 متر بود انجام شد. با استفاده از نتایج آزمایشگاهی، روابط و نمودارهای بدون بعد جدیدی برای محاسبه طول های مشخصه حفره آبشستگی از قبیل حداکثر عمق آبشستگی و محل وقوع آن، مقدار آبشستگی بستر در مجاورت کف بند، حداکثر گسترش حفره، فاصله افقی انتهای کف بند تا تاج تلماسه و ارتفاع تلماسه ارایه و با مطالعات پیشین مقایسه گردید. با توجه به وجود تشابه بین پروفیل های بی بعد حفره آبشستگی که از آزمایش های این تحقیق بدست آمد و با استفاده از رابطه ساده ارایه شده، می توان شکل گودال را در شرایط مختلف تعیین کرد و برای کاهش خسارات احتمالی، اقدامات لازم را انجام داد.

حوضچه ­های آرامش جهت استهلاک انرژی جریان خروجی از کانال­ها، شوت­ها و کالورت­ها در انتهای این سازه­ ها تعبیه می­شوند. یکی از انواع حوضچه­ های آرامشی که در آن استهلاک انرژی جریان خروجی توسط ضربه صورت می­گیرد، حوضچه آرامش استاندارد نوع VI USBR است. برخلاف دیگر حوضچه­ های آرامش، مطالعات صورت گرفته اطراف این نوع حوضچه محدود بوده و هنوز ویژگی­های بسیاری از این نوع حوضچه باقی است که در مطالعات پیشین مورد توجه قرار نگرفته است. در این مقاله تأثیر شکل آبپایه انتهایی بر عمق حفره آبشستگی پایین دست این حوضچه آرامش مورد مطالعه قرار گرفت. در طراحی آزمایش­ها پارامترهای عدد فرود جریان ورودی به حوضچه، قطر لوله ورودی (سه قطر 5، 8 و 12 سانتی­متری) و سه شکل آبپایه انتهایی (مثلثی، پله­ای و ربع دایره­ای) در قالب 27 آزمایش جهت مطالعه عمق آبشستگی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که در محدوده عدد فرود 2 تا 6، آبپایه ربع دایره­ای کمترین عمق آبشستگی و کمترین مقدار شاخص آبشستگی را دارا است. در محدوده عدد فرود 9 تا 14، آبپایه مثلثی کمترین شاخص آبشستگی را ایجاد می­کند. در نسبت عرض حوضچه به قطر معادل جت ورودی به حوضچه برابر 10/16 و برای اعداد فرود 9/27 و 13/91، کمترین شاخص آبشستگی متعلق به آبپایه مثلثی شکل است. همچنین در هر سه آبپایه انتهایی، کاهش قطر جت منجر به کاهش عمق حداکثر آبشستگی می­گردد. نکته مهم دیگر آن بود که پشته رسوبی تنها در آزمایش­ها با لوله 5 سانتی­متری و برای عدد فرود روی منحنی ایجاد گردید. ارتفاع پشته رسوبی و عمق حداکثر آبشستگی در آبپایه پله­ای از همه بیشتر و در آبپایه ربع دایره­ای از همه کمتر بدست آمد. در نهایت روابط بدون بعدی برای تخمین عمق حفره آبشستگی بر حسب پارامترهای عدد فرود جریان ورودی به حوضچه و نسبت عرض حوضچه به قطر معادل جت ورودی به حوضچه برای هر سه شکل آبپایه ارائه شد.