برآورد عمق آبشستگی در پایین‌دست‌ سازه‌های شیب‌شکن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه‌های آبی؛

2 استاد هیدرولیک، دانشکده مهندسی و علوم آب، دانشگاه شهید چمران

چکیده

سازة شیب­شکن از جمله سازه‌های هیدرولیکی است که در تثبیت بستر رودخانه کاربرد زیادی دارد؛ آبشستگی موضعی
پایین­دست آن عامل اصلی تخریب سازه است.  مطالعات زیاد در این خصوص به ارائة روابط متعددی برای پیش‌بینی عمق حفرة آبشستگی انجامیده است.  نتایج به دست آمده همواره برای طراحان این نگرانی را به‌ وجود آورده که برای طراحی، کدام رابطه دقت بیشتری دارد.  در این تحقیق از طریق ساخت مدل فیزیکی، آزمایش برای جت مستغرق، با سه نوع
دانه­بندی (5/1، 4/2، و 1/3 میلی­متر) در پایین­دست سرریز و با دبی‌هایی شامل 10، 15، 20 لیتر بر ثانیه به اجرا درآمد.  برای تحلیل داده­ها و رگرسیون چند متغیره گروه‌های بدون بعد، از نرم­افزار Minitab استفاده شد.  با استفاده از داده‌های اندازه‌گیری شده، دقت پیش­بینی عمق آبشستگی با تعدادی از روابط موجود مقایسه شد.  نتایج نشان می‌دهد که رابطه‌های پیشنهادی ورنس A، میسون و آروموگام، آگوستینو و فررو، و چی‌ و پادیار دقیق‌ترند.  علاوه بر این، رابطه‌ای جدید پیشنهاد شد که با مقایسه شاخص­های ضریب همبستگی (94% R=) و جذر متوسط مربعات خطا (015/0 RMSE=)، نتایج بهتری ارائه می‌دهد. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimation of Scour Depth Downstream of Grade-Control Structures

چکیده [English]

Grade control structures are hydraulic structures used to stabilize a river bed. Scour downstream of this structure is the main cause of its failure. Studies have developed numerous empirical relations for scour depth prediction that designers must choose between to decide the most effective equation for a specific application. This study tested the condition of submerged jets over beds of sediments (median size = 1.5, 2.4, 3.15 mm) downstream of a weir for discharges of 10, 15, 20 l/sec and tail water depths of 16, 21, 26 cm. The analysis applied multi-dimensionless group regression using Minitab software to predict maximum scour depth. All previous relations were compared to the data and it was found that the relations developed by Veronese A, Mason and Arumugam, Agostino and Ferro, and Chee and Padiyar predict the scour depth better than do other relations. In addition, a new relation was developed that produced better results at RMSE = 0.015 and coefficient correlation = 94%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bed stabilizer
  • Grade control structure
  • Hydraulic model
  • River
  • Scour
Anon. 2008. Guideline of Local Scour Calculation. Report Number: 549. Water Resources Management Company. Iran. (in Farsi).

Azmathullah, H. Md., Deo, M. C. and Deolalikar, P. B. 2005. Neural networks for estimation of scour downstream of a ski-jump bucket. J. Hydraul. Eng. 131(10): 898-908.

Bormann, N. E. and Julien, P. Y. 1991. Scour Downstream of Grade-Control Structures. J. Hydraul. Eng. 117(5): 579-594.

D' Agostino, V. and Ferro, V. 2004. Scour on alluvial bed downstream of grade-control structures. J. Hydraul. Eng. 130(1): 24-37.

Gaudio, R. and Marion, A. 2003. Time evolution of scouring downstream of bed sills. J. Hydraul. Res. 41(3): 271-284.

Ghodsian, M. and Azar Faradonbeh, A. 1999. Scour Downstream of Free Overfall Spillway. M. Sc. Thesis. Tarbiat Modarres University. Tehran. Iran.

Guven, A. and Gunal, M. 2008. Prediction of Scour Downstream of Grade-Control Structures Using Neural Networks. J. Hydraul. Eng. 134(11): 1656-1660.

Mason, P. and Arumugam, K. 1985. Free jet scour below dams and flip buckets. J. Hydraul. Eng. 111(2): 220-235.

Mehraein, M., Ghodsian, M. and Ranjbar, H. 2010. Laboratorial Investigation of effect of non isotropy Particles on scour dimensions at downstream of free falling jets. J. Civil Eng. Topography. 44(2):
253-264. (in Farsi)

Momeni Vesalian, R., Mousavi Jahromi, H. and Shafai Bejestan, M. 2008. Local scour due to rectangular jet downstream of flip-bucket spillways with no uniform bed sediment. J. Agric. Sci. Natur. Res. 15(2): 203-216 (in Farsi)

Newman, B. G. 1961. The Deflection of Plan Jets by Adjacent Boundaries-Conada Effect. In: Lachman,
G. V. (Ed.) Bonudary Layer and Flow Control. Pergamon Press. New York.

Rajaratnam, N. 1981. Erosion by plane turbulent jets. J. Hydraul. Res. 19(4): 339-358    

Sarkar, A. and Dey, S. 2007. Effect of seepage on scour due to submerged jets and resulting flow field. J. Hydraul. Eng. 45(3): 357-364.

Shafai Bejestan, M. and Albertson M. L. 1992. Discussion on scour downstream of grade-control structures. J. Hydraul. Eng. 118(7): 1066-1068.

Shafai Bejestan, M. 2010. Principal Theory & Practice of Sediment Hydraulics Transport. Shahid Chamran University Press. (in Farsi)

Yuen, E. M. 1984. Clear water scour by high velocity jets. M. Sc. Thesis. University of Windsor. Ontario. Canada.