لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این مقاله به بررسی تغییرات الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن های سری سرسپری مستقر در قوس 90 درجه ملایم پرداخته شده است. شبیه سازی الگوی جریان و آبشستگی با هفت مدل سازی مجزا در کانال با وجود یک آبشکن و همچنین با وجود آبشکن هایی به فاصله های 5/2، 5/3 و 5 برابر طول آبشکن از هم در حالت های غیرمستغرق و مستغرق (با 25 درصد استغراق) با استفاده از مدل عددی انجام شده است. مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی در حالت غیرمستغرق و منفرد انجام شده که تطابق داده های عددی و آزمایشگاهی بیانگر عملکرد مناسب مدل عددی SSIIM در مدل سازی الگوی جریان و آبشستگی در کانال های قوسی می باشد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان دهنده این است که ابعاد و محل تشکیل گردابه ها و همچنین میزان آبشستگی با تغییر فاصله های بین آبشکن ها و نسبت استغراق آبشکن ها تغییر می کند؛ به گونه ای که در حالت مستغرق با افزایش فاصله بین آبشکن ها، میزان آبشستگی و رسوب گذاری بیشینه افزایش یافته درحالی که با افزایش استغراق آبشکن، از میزان بیشینه آبشستگی و رسوب گذاری کاسته شده و میزان بیشینه قدرت جریان ثانویه نیز که در بالادست آبشکن اول روی می دهد 35/45 درصد کاهش می یابد. علاوه بر این، با استغراق 25 درصدی آبشکن ها، آبشستگی بیشینه در محدوده آبشکن سوم تا خروجی قوس به وقوع می پیوندد.

آبشکن های رودخانه ای، از سازه های مهم ساماندهی رودخانه به شمار می آیند که سبب انحراف جریان از کناره ها و نواحی بحرانی شده و جریان را به سمت محور مرکزی رودخانه هدایت می کنند. نتیجه انحراف جریان، توسعه یک ناحیه چرخشی با تلاطم شدید در پیرامون آبشکن است. فرایند هیدرولیکی این جریان، توسعه حفره آبشستگی پیرامون آبشکن و ته نشینی بار رسوبی در پایین دست و کناره رودخانه است. در حالی که آبشستگی یک خطر جدی برای سازه آبشکن و در نتیجه برای رودخانه محسوب می شود، ضرورت تحقیق در این زمینه را آشکار می سازد. در این مقاله سه آبشکن سرسپری دافع (رو به بالادست) با فاصله 3.5 برابر طول موثر آبشکن در قوس خارجی کانال 90 درجه تند قرار گرفته اند و آبشکن اول در موقعیت 30 درجه از قوس خارجی قرار دارد. نتایج حاصل از یک آزمایش میدان جریان در بستر هموار و آزمایش آبشستگی آن ارائه شده است. میدان جریان با استفاده از دستگاه سرعت سنج Vectrino II برداشت شده است. نتایج آبشستگی نشان داد میزان آبشستگی آبشکن دوم %33 و آبشستگی آبشکن سوم %81 بیشترین میزان آبشستگی است که در بالادست آبشکن اول رخ می دهد. در این مقاله الگوی جریان و مکانیزم ایجاد آبشستگی و جریان هایی که در این محدوده به وقوع می پیوندند به تفصیل آمده است.

در نوشتار حاضر به بررسی الگوی جریان پیرامون آب شکن های سری سرسپری غیرمستغرق جاذب در مسیر مستقیم پرداخته و نتایج تحلیل الگوی جریان نشان داده است که استقرار آب شکن ها باعث جدایی جریان و درنتیجه افزایش سرعت های عرضی و عمقی در بالادست آن ها می شود و همچنین به دلیل تنگ شدگی ناشی از احداث آب شکن ها، سرعت های طولی در جلوی بال آب شکن ها تا ساحل مقابل افزایش می یابد. بیشینه ی سرعت های طولی در جلوی بال آب شکن اول حدودا 2 و 1.6 برابر جلوی بال آب شکن های دوم و سوم است. بررسی پارامتر انرژی جنبشی آشفتگی در الگوی جریان نشان می دهد که در لبه ی بال بالادست آب شکن اول، بیشترین مقدار را دارد و در لایه برشی جلو بال آب شکن ها افزایش یافته است. بررسی تنش های رینولدز حاکی از آن است که بیشینه ی مولفه (فرمول) به ترتیب حدودا 5 و 6 برابر مولفه های (فرمول) و (فرمول) است و بیشینه ی مقادیر آن ها در پایین دست آب شکن ها و در جلوی بال رخ داده است.

وقوع آبشستگی، یکی از عوامل تهدیدکننده پایداری تکیه گاه های پل احداث شده بر رودخانه هاست. برخی سازه ها مانند آبشکن ها با دورکردن جریان از تکیه گاه و هدایت آن به سمت محور رودخانه از شدت آبشستگی در تکیه گاه می کاهند. در پژوهش حاضر، با ساخت مدل آزمایشگاهی، اثر قرارگیری آبشکن سرسپری بر کاهش آبشستگی در اطراف تکیه گاه پل بررسی شد. آزمایش ها در یک فلوم به طول 12، عرض 1 و ارتفاع 0. 6 متر و با استفاده از رسوبات غیرچسبنده با قطر متوسط 1 میلی متر انجام شد. آبراهه اصلی با عرض 20 سانتی متر در وسط کانال قرار داشت. آبشکن های Tشکل با پنج طول مختلف جان و بال در سه فاصله L0. 6، L1. 2 و L1. 6 (L طول تکیه گاه) از تکیه گاه، نصب و تاثیر هر یک از این متغیرها بر آبشستگی در تکیه گاه بررسی شد. آزمایش ها در سه نسبت متفاوت سرعت متوسط جریان به سرعت بحرانی 0. 7، 0. 8 و 0. 9 تکرار شد. نتایج این پژوهش نشان داد آبشکن سرسپری به طور متوسط، 75 درصد آبشستگی در تکیه گاه را کاهش می دهد. این نوع آبشکن در بهترین حالت ازنظر ابعاد و فاصله، آبشستگی در تکیه گاه را 91 درصد کاهش داد. کارایی آبشکن سرسپری در کاهش آبشستگی تکیه گاه با طول جان و طول بال، معادله مستقیم و با فاصله آن از تکیه گاه، معادله معکوس داشت. طول جان در مقایسه با دو متغیر طول بال و فاصله، تاثیرگذاری بیشتری بر کارایی آبشکن داشت. با افزایش نسبت سرعت متوسط به سرعت بحرانی، آبشکن سرسپری، کارایی خود را همچنان حفظ می کند و کارایی آن کاهش زیادی نمی یابد.

حفاظت از سواحل رودخانه در برابر فرسایش با استفاده از آبشکن ها از جمله روش های متداول در مهندسی رودخانه است. آبشکن ها، با هدایت جریان به سمت محور رودخانه، از ایجاد جریان قوی در طول ساحل جلوگیری کرده و مانع از فرسایش ساحل رودخانه می شوند. استقرار آبشکن در مسیر جریان، باعث ایجاد آبشستگی موضعی در محل آبشکن و تغییرات توپوگرافی بستر می شود. در این پژوهش، با استفاده از فلوم آزمایشگاهی به طول 18 متر، عرض 1.5 و عمق 0.8 متر در بستری متحرک، تاثیر مشخصات هندسی آبشکن ها بر آبشستگی موضعی دماغه مورد بررسی قرار گرفت. آبشکن ها از جنس توری سنگ (گابیون)، از نوع غیر مستغرق و عمود بر دیواره فلوم ساخته شدند. آبشکن های مورد استفاده در دو نوع سرسپری و سرکج با 20 درصد و 30 درصد تنگ شدگی کانال (دو طول آبشکن) بوده و آزمایش ها در چهار نسبت فاصله به طول در بستری با مصالح، شیب ثابت و استفاده از سه مقدار دبی انجام شدند. به منظور بررسی سرعت در بین آبشکن ها، آزمایش ها در بستری ثابت، تکرار و سرعت جریان در بین آبشکن ها اندازه گیری و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد، در آبشکن های سرکج نسبت فاصله به طول 3 و در آبشکن های سرسپری نسبت فاصله به طول4 می توانند به عنوان نسبت های مناسب پیشنهاد شوند. همچنین سری آبشکن های سرسپری نسبت به سری آبشکن های سرکج حداکثر عمق آبشستگی کمتری دارند.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

آبشکن ها سازه های هیدرولیکی هستند که برای حفاظت از سواحل رودخانه بکار می روند. استقرار آبشکن ها باعث ایجاد تغییرات در میدان جریان، الگوی آبشستگی و توپوگرافی بستر می شود. در این مقاله به بررسی توپوگرافی بستر اطراف آبشکن T شکل مستغرق واقع در مسیر مستقیم پرداخته شده است. برای این منظور از یک فلوم مستطیلی به عمق 70 سانتیمتر و عرض 60 سانتیمتر استفاده گردیده است. در این آزمایشات تاثیر پارامترهای طول آبشکن، طول بال آبشکن، عمق استغراق و همچنین عدد فرود جریان برتغییرات ابعاد چاله آبشستگی حول آبشکن T شکل و تغییرات توپوگرافی بستر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد با افزایش عدد فرود (Fr) و طول آبشکن میزان عمق و ابعاد چاله آبشستگی افزایش می یابد. همچنین با افزایش عمق استغراق در یک ناحیه محدود، ابتدا میزان آبشستگی و گسترش پشته ها افزایش و سپس کاهش می یابد. تجزیه و تحلیل نتایج مربوط به آبشستگی در مقاطع عرضی، طولی و پلان های مختلف از دیگر موارد مطرح شده در این مقاله می باشد.