مدل‌سازی فیزیکی آبشستگی زیر لوله‌های مستغرق منفرد و دوتائی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه باهنر کرمان، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه باهنر کرمان، ایران

چکیده

آبشستگی موضعی در اطراف لوله‌ های عبوری از بستر رودخانه­ها به­دلیل تحمیل خسارت­های زیاد اقتصادی، زیست­محیطی و اجتماعی که در پی دارد همواره مورد توجه محققان و طراحان این سازه­ها بوده است. این پژوهش با هدف بررسی جامع­ الگوی جریان، مکانیزم آبشستگی و توسعۀ زمانی چالۀ آبشستگی در اطراف لوله­های مستغرق تحت جریان یک­سویه، در آزمایشگاه تحقیقاتی هیدرولیک و سازه­های آبی بخش مهندسی آب دانشگاه شهید باهنرکرمان اجرا شد. آزمایش­ها برای دو حالت لوله منفرد و دوتائی موازی در فاصله­های مختلف از یکدیگر و در شرایط هیدرولیکی متفاوت صورت پذیرفت. نتایج نشان داد که در اثر برخورد جریان با لولۀ منفرد، فرآیند آبشستگی با شکل­گیری یک جریان نشتی زیرسطحی از بالادست
به­سمت پایین‌دست لوله آغاز می‌شود و بعد از آن شکل‌گیری فرسایش تونلی و عبور جت جریان از زیر لوله عامل اصلی توسعۀ طولی و عمقی چاله آبشستگی است. در حالت دوتائی موازی، بسته به فاصلۀ بین دو لوله، پروفیل­های مختلفی برای چالۀ آبشستگی مشاهده می‌شود. نشان داده شد که با تغییر فاصلۀ نسبی بین دو لوله از
S/D=0 به S/D=2، حداکثر عمق آبشستگی برای دبی 28 لیتر بر ثانیه به‌ترتیب 50 درصد و 44 درصد افزایش  می‌یابد. در این حالت (دوتائی)، اندرکنش جریان و لوله­ها، سبب تضعیف گردابه­های تشکیل شده در اطراف لوله­ها می‌شود و بدین­ترتیب عمق آبشستگی، در مقایسه با حالت لوله منفرد، کمتر است به­طوری­که حداکثر عمق آبشستگی در حالت لوله منفرد، 27/1 برابر مقدار متناظر آن در حالت لوله­های دوتائی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Physical Modeling of Scour below Single and Double Submerged Pipes

نویسندگان [English]

  • adib hajmohamadi 1
  • Mohammad Zounemat-Kermani 2
  • Majid Rahimpour 2
1 University Shahid Bahonar Kerman, College Agriculture, Department of water Engineering Kerman, Iran
2 Department of Water Eng., Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
چکیده [English]

Due to considerable economic, environmental and social impacts, scouring around pipelines has been focus of consideration by different researchers and designers of hydraulic structures. Presentresearch was carried out to investigate the flow pattern, scour mechanism, and temporal evolution of scour hole around the submerged pipes at the Hydraulic Laboratory of Department of Water Engineering located in Shahid Bahonar University of Kerman. The experiments were performed for single pipe and two parallel pipes (double pipes) with different spacing and hydraulic conditions. The results showed that, when water flows around the pipe, the scour process started by establishment the piping flow from pipe upstream side to downstream side.  Next, the tunneling erosion was occurred and a flow jet passed below the pipeline, which was the main factor for the development of scour hole. In the case of double pipes, depending on the spacing between the two pipes, different profiles were observed at the scour hole. For both cases of single and double pipes, by increasing the flow discharge, the depth of the scour hole increased. In addition, the observations revealed that the scour depth for single pipe was always more than the double pipes. In the case of double pipes, the interactions between flow and pipes weakened the vortices strength.  Under this circumstance, the depth of scour hole at single pipe was less than double pipes, so that, for the discharge of 28 L/s, the maximum scour depth of the single pipe was 1.27 times more than that of the double pipes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Experimental Model
  • Flow pattern
  • Local Scour
  • Submerged Pipes

Arshad-Shabkhaneh, B. and Hakimzadeh, H. 2015. Investigation into effect of burial depth of offshore pipelines intandem position on flow separation using the experimental and numerical models. J. Civil Environ. Eng. 45(1): 1-16. (in Persian)

 

Azamathulla, H. M. and Yusoff, M. A. M. 2013. Soft computing for prediction of river pipeline scour depth. Neural Comput. Appl. 23(7-8): 2465-2469.

 

Chiew, Y. M. 1990. Mechanics of local scour around submarin pipelines. J. Hydraul. Eng. ASCE. 116(4): 515-529.

 

Dey, S. and Singh, N. P. 2008. Clear-water scour below underwater pipelines under steady flow. J.  Hydraul. Eng. 134(5): 588-600.

 

Hedayat-Bahrami, P. Hosienzadeh-Dalir, A. Katourany, S. and Farsadizadeh, D. 2016.Laboratory study on the impact of collision angle of flow on scour under the submerged pipe. J. Soil Water Sci.
26, 179-190

 

Hosseini, D., Hakimzadeh, H. and Gheyasi, R. 2007. Investigation of local scour process around pipelines using the numerical and physical models. J. Marine Eng. 3(5): 37-52. (in Persian)

 

Khajehzad, A., Hajikandi, H. and Soleymani, Sh. 2012. Investiigation of geometry of scour hole below two parallel submerged pipes affected by vegetation coverage. Iranian Hydraulic Conference. Nov. 7-8. Urmia, Iran. (in Persian)

 

Kjeldsen, S. P., Gjorsvik, O., Bringaker, K. G. and Jacobsen, J. 1973. Local scour near offshore pipelines. Proceedings of the Second International Conference on Port and Ocean Engineering Under Arctic Conditions (POAC). Aug. 27-30. Reykjavik, Iceland.

 

Kumar, V., Raju, K. G. R. and Vittal, N. 1999. Reduction of local scour around bridge piers using slots and collars. J. Hydraul. Eng. 125(12): 1302-1305.

 

Moncada, A. T. and Aguirre-Pe, J. 1999. Scour below pipeline in river crossings. J. Hydraul. Eng. 125(9): 953-958.

 

Sumer, B. M., Truelsen, C., Sichmann, T. and Fredsøe, J. 2001. Onset of scour below pipelines and
self-burial. Coastal Eng. 42(4): 313-335.

 

Wu, Y., and Chiew, Y. M. 2010. Three-dimensional scour at submarine pipelines in unidirectional steady current. 5th International Conference on Scour and Erosion (ICSE-5).Nov. 7-10. San Francisco, USA.

 

Zhao, M., Vaidya, S., Zhang, Q. and Cheng, L. 2015. Local scour around two pipelines in tandem in steady current. Coastal Eng. 98, 1-15.