تأثیر ارتفاع سرریزهای مستغرق در پیچ آبراهۀ 90 درجه بر الگوی فرسایش و رسوبگذاری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد ارومیه

2 استادیار دانشگاه ارومیه

3 مربی گروه مهندسی آب دانشگاه ارومیه

چکیده

سرریزهای مستغرق در پیچ آبراهه ابزارهایی مهم در اهداف چند منظوره از جمله کنترل فرسایش، احیای آبراهه­ها و پروژه­های مربوط به بهبود زیستگاه­ها هستند. این سازه­ها مجموعه­ای از موانع با ارتفاع کوتاه هستند که با زاویۀ بالادست (دافع جریان) برای کنترل و تغییر جهت جریان و سرعت در طول تمام قوس رودخانه یا آبراهه طراحی می­شوند. هدف این تحقیق ارزیابی الگوی فرسایش و رسوبگذاری در یک قوس 90 درجه (با شعاع انحنای نسبی 3/3) با حضور سرریزهای مستغرق و بدون وجود سرریزهاست. برای رسیدن به هدف مطالعه، مجموعه­ای از سرریزها (7 سرریز) با ارتفاع 30، 50 و 70 درصد عمق جریان ورودی در قسمت ساحل خارجی قوس احداث و  در شرایط مختلف هیدرولیکی بررسی شد. زاویۀ سرریزها 60 درجه و طول سرریزها 30 درصد عرض کانال در نظر گرفته شد؛ این شرایط در تمامی آزمایش­ها ثابت نگه­ داشته شد. نتایج تحقیق نشان می­دهد که در نتیجۀ احداث سرریزهای مستغرق، خط­القعر به اندازۀ طول موثر سرریزها از سمت قوس خارجی به سمت مرکز کانال و در امتداد دماغه سرریزها انتقال می­یابد. حجم آبشستگی در اثر احداث سرریزهای مستغرق با ارتفاع
50 و 70 درصد عمق آب به­ترتیب 53 و 120 درصد بیشتر از حجم آبشستگی در حالت بدون سازه است
در حالی­که مقدار آن در سرریزهای با ارتفاع 30 درصد عمق آب، برابر با حالت بدون سازه است. همچنین، ماکزیمم عمق نسبی آبشستگی در دماغه سرریزهای با ارتفاع 50 و 70 درصد عمق آب در حدود 2 برابر سرریزهای با ارتفاع 30 درصد است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Bendway Weirs Height on Scour and Sedimentation Pattern at a 90 Degree Bend

چکیده [English]

An important tool in current multi-purpose erosion control, stream restoration, and habitat improvement projects is the bendway weir. A series of upstream-angled low-elevation stone sills (bendway weirs) are designed to control and redirect currents and velocities throughout a bend of a river or stream. Consideration of scour and sedimentation pattern at a 90 degree bend (with relative radius of curvature equal to 3.3) in the presence of weirs and without weirs is the aim of this study. To reach the purpose of this study, series of bendway weirs (7 weirs) with height of 30, 50 and 70 percent of flow depth were constructed in multiple flow conditions at the outer bank side. The inclination angle, length and distance of weirs were kept fixed in all tests, and set equal to 60 degree, 30 percent of canal width and three times of weir length, respectively. The results showed that the channel talweg moved as effective length of weir from outer bank to the center and along the weirs tips at the result of bendway weirs installation. Owing to installation of bendway weirs with 0.5D and 0.7D height the scour volume accessed 53% and 120% higher than no-weir state, respectively. While for weirs with 0.3D height, it was equal to no-weir condition. Also, the maximum relative scour depth at the tip of weirs with height of 0.5D and 0.7D were two times of weirs with 0.3D height.
 
Key words: Bend Migration, Erosion Control, Height of Bendway Weirs, Local Scour,
90 DegreeBend
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bend Migration
  • Erosion control
  • Height of Bendway Weirs
  • Local Scour
  • 90 Degree Bend

Abad, J., Rhoads, B., Guneralp, I. and Garcia, M. 2008. Flow structure at different stages in a
meander-bend with bend way. J. Hydraul. Eng. ASCE. 134(8): 1052-1064.

 

Abolghasemi, M. 2012. The effects of flow diversion on sediments entering the intake in 90 deg. diversion angle in sinus river. J. Civil Environ. Eng. 44(1): 43-54. (in Persian) 

 

Anon. 2001. Bridge Scour and Stream Instability Countermeasures: Experience, Selection, and Design Guidance. 3rd Ed. FHWA, HEC-23.

 

Bigdeli-Tabar, H. 2015. Numerical investigation of the effect of Bendway weirs on flow and sediment pattern in a meander river by Mike 3 Flow Model FM. M. Sc. Thesis. Factually of Agriculture. Urmia University. Urmia. Iran. (in Persian)

 

Castro, J. 1999. Design of stream barbs. Engineering Notes. No. 23. USDA-NRCS Technical Notes. USDA-NRCS. Portland, OR.

 

Cunningham, R. and Lyn, D.  2016. Laboratory study of bendway weirs as a bank erosion countermeasure. J. Hydraul. Eng. doi: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.

 

Derrick, D. L. 1999. Bendway Weir History, Theory and Design. Available at: http://chl.wes.army.mil.

 

Fischenich, J. C. and Allen, H. A. 2000. Stream Management. ERDC/EL SR-W-00-1. U.S. Army Engineer Research and Development Center. Vicksburg, MS.

 

Jarrahzade, F. and Shafai-Bejestan, M. 2011. Comparison of maximum scour depth in bank line and nose of submerged weirs in a sharp bend. Sci. Res. Essays. 6(5): 1071-1076.

 

Hemmati, M., Ghomeshi, M. and Kashefipour, S. M. 2013. Experimental investigation on the effect of the bendway weir angle on the erosion and sedimentation pattern in meandering river. Iran-Water Resour. Res. 8(3): 66-76. (in Persian)

 

Hemmati, M., Ghomeshi, M., Ahmadi, H. and Lanzoni, S. 2016. Scour depth around flat and sloped crest bendway weirs: a laboratory study. Int. J. River Basin Manage. 14(1): 83-93.

 

Hemmati, M., Ghomeshi, M., Kashefipour, S. M., Shafai-Bejestan, M. and Lanzoni, S. 2012.  Experimental investigation of the effects of angle and length of bendway weirs on scouring and sedimentation in a meander river. J. Am. Sci. 8(9): 912-917.

 

Lagasse, P. F., Clopper, P. E., Pagan-Ortiz, J. E., Zeverbergen, L. W., Arneson, L. A., Schall, J. D. and Girard, L. G. 2009. Bridge Scour and Stream Stability Countermeasures. 3rd Ed. Vol. 1, 2. 64 HEC-23, FHWA-NHI-09-111. Federal Highway Administration. U. S. Deptartment of Transportation. Washington, D. C.

 

Mehrdar, L. 2015. Experimental investigation of the effect of height and crest slope of Bendway weirs on flow pattern in 90 degree Bend. M. Sc. Thesis. Factually of Agriculture. Urmia University. Urmia. Iran. (in Persian)

 

Przedwojski, B., Blazejweske, R. and Pilarczyd, K. W. 1995. River Training Techniques. Rotterdam, Netherlands.

 

Rhoads, B. L. 2003. Protocols for geomorphic characterization of meander bends in Illinois. University of Illinois. Urbana-Champaign, Urbana.

 

Shields, F .D. Jr., Knight, S. S. and Cooper, C. M. 1998. Addition of spurs to stone toe protection for warm water fish habitat. J. Am. Water Resour. Assoc.34(6): 1427-1436.

 

Smith, S. P. and Wittler, R. J. 1998.  Bendway weirs and highway protection in Colorado: a case study on the Blue River. Proceeding of the 9th  Conference on Water Resources Engineering. Aug. 3-7.

 

Watson, C. C. 2003. Dikes, dikes, dikes. CE 610 Stream Restoration-Class Notes. Colorado State University. Fort Collins, CO.

 

Winkler, M. F. 2003. Defining angle and spacing of bendway weirs. US Army Corps of Engineers. Coastal Hydraulics Laboratory.

 

Zahiri, J., Kashefipour, S. M., Shafai-Bajestan, M. and Ghomeshi, M. 2013. Effect of riprap geometric parameters on spur stability at the 90° bend. J. Irrig. Sci. Eng. 35(4): 49-58. (in Persian)