بررسی آزمایشگاهی آب‌شستگی موضعی در پایین‌دست سازه‌ کنترل تراز بستر سطح شیب‌دار

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه های آبی؛ دانشکده علوم کشاورزی، مجتمع دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 استادیار مهندسی رودخانه، گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی و وابسته گروه پژوهشی مهندسی آب و محیط زیست پژوهشکده حوضه آبی دریای خزر دانشگاه گیلان؛

3 دانشیار مهندسی رودخانه، گروه مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه پلی تکنیک میلان

4 استادیار سازه های هیدرولیکی، گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی، مجتمع دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

حفظ تراز بستر رودخانه به‌ویژه‌ در بازه‌هایی که شیب بستر به­دلایل مختلف از جمله برداشت شن و ماسه دچار افزایش ناگهانی شده است، از منظر حفاظت رودخانه اهمیت زیادی دارد. از جمله سازه‌های محیط­ زیست‌دوست که برای تثبیت بستر و دیواره‌های رودخانه کاربرد زیادی دارد، سازه‌های کنترل تراز بستر سطح شیب‌دار هستند. از پارامترهای مهم در طراحی این سازه‌ها، آگاهی از مقدار ابعاد گودال آب‌شستگی در پایین‌دست آنها می‌باشد. در تحقیق حاضر، تأثیر پارامترهای  مختلف هندسی و هیدرولیکی بر عمق حداکثر آب‌شستگی پایین‌دست سازۀ کنترل تراز بستر سطح شیب‌دار به‌صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. آزمایش‌هایی برای شیب‌های کارگذاری سطح شیب‌دار 14، 20 و 33 درصد، دبی‌های واحد عرض
5/45-4/28 لیتر بر ثانیه بر متر، عمق‌های پایاب yc 6-5/3 و اندازۀ زبری‌های 4 تا 10 میلی‌متر اجرا گردید. تجزیه و تحلیل نتایج به­دست آمده نشان می­دهد که در شیب کارگذاری سطح شیب‌دار 33 درصد، عمق پایاب رابطۀ مستقیم با افزایش عمق حداکثر آب‌شستگی دارد به‌طوری‌که با افزایش عمق پایاب از yc5/4 به yc6، عمق حداکثر آب‌شستگی در دامنۀ دبی‌ها و زبری­های حداقل و حداکثر، به­طور متوسط 13 درصد افزایش می یابد. با کاهش شیب سطح شیب‌دار به 20 و 14 درصد، افزایش عمق پایاب رابطۀ معکوس با عمق حداکثر آب‌شستگی خواهد داشت به‌گونه‌ای که با افزایش عمق پایاب از yc 5/3 به yc 5/4، مقدار عمق حداکثر آب‌شستگی به­طور متوسط در هر یک از شیب‌های مذکور 9 و 25 درصد کاهش می­یابد. مقایسۀ نتایج به­دست آمده حاکی از آن است که افزایش اندازۀ زبری در دامنۀ دبی‌ها و عمق‌های پایاب مختلف، منجر به کاهش حداکثر عمق آب‌شستگی به­میزان متوسط 21-5 درصد در دامنۀ زبری‌های حداقل و حداکثر می­شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation on Local Scour at Downstream of the Inclined Grade Control Structure

نویسندگان [English]

  • Gita Noormohammadi 1
  • Mehdi Esmaeili varaki 2
  • alessio Radice 3
  • behnam shafiee sabet 4
1 Water Engineering Department, Faculty of Agriculture, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Assistant Professor, Guilan University, Guilan, Iran
3 Politecnico di Milano, Dept. of Civil and Environmental Engineering Piazza L. da Vinci 32, I-20133 Milan (Italy)
4 Assistant Professor, Water Engineering Department, Faculty of Agriculture, University of Guilan, Rasht.
چکیده [English]

In river conservation practices, maintenance of a river bed level especially at under situations where the slopes of bed increases due to different reasons such as sand mining is very important. The inclined grade control structure is one of eco-friendly structures that is applied in order to stabilize rivers beds and banks. One of the important parameters for design of such structures, is estimation of a local scour depth around downstream of the structures. In present study, the effect of different hydraulic and geometric parameters on the maximum scour depth at the downstream of inclined grade control structure was experimentally investigated. Experiments were conducted  for slopes of 14 to 33%, unit discharges of 28.4-45.5, tail water depths of 3.5-6 yc and roughness sizes of 4 to 10 mm. Comparison of results of the maximum scour depth for the grade control structure with slope of 33% showed that the tail water depth had direct effect on the scour depth increased from 4.5 to 6 yc, and the maximum scour depth increased by 13 percent. By  decreasing the installation bed level to 20 and 14, increasing the tail water had inverse effect on the maximum scour depth in such a way that by increase of the tail water depth from 3.5 to 4.5 yc, average reduction of the maximum scour depth was found to be 9 and 25 percent for slopes of 20 and 14 percent, respectively. Comparison of the results indicated that increasing the roughness of bed caused decrease in the maximum scour depth from 5 to 21 percent within the range of the minimum and maximum roughness.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bed Slope
  • Inclined Grade Control Structure
  • Local Scour
  • Roughness
  • Tail Water Depth

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

 

Borman, N. E. and Julien, P. Y. 1991. Scour downstream of grade control structures. J. Hydraul. Eng. 117(5): 579-594.

 

Dey, S. and Raikar, R. V. 2007. Scour in long contractions. J. Hydraul. Eng. 131(12): 1036-1049.

 

Hoffmans, G. J. C. M. 1998. Jet scour in equilibrium phase. J. Hydraul. Eng. 124(4): 430-437.

 

Hoffmans, G. J. C. M. and Verhij, H. J. 1997. Scour manual. Rotterdam, Netherlands, Brookfield.

 

Pagliara, S. 2007. Influence of sediment gradation on scour downstream of block ramps. J. Hydraul. Eng. 133(11): 1241-1248.

 

Pagliara, S. and Palermo, M. 2010. Influence of tailwater depth and pile position on scour downstream of block ramps. J.Irrig. Drain. Eng. 136(2): 120-130.

 

Pagliara, S., Palermo, M.. Kurdistani, S.M. and Sagvand-Hassanabadi, H. 2013. Erosive and hydrodynamic processes analysis downstream of low-head rock made control structures. J. Appl. Water Eng. Res. 3(2): 122-131.

 

Pagliara, S., Palermo, M. and Carnacina, I. 2012. Live-bed scour downstream of block ramps for low densimetric Froude numbers. Int. J. Sediment. Res. 27(3): 337-350.

 

Robinson, K. M., Rice, C. E. and Kadavy, K. C. 1997. Design of rock chutes. T. Am. Soc. Agr. Eng. 41(3): 621-626.

 

Scurlock, S. M., Cristopher, L. T. and Steven, R. A. 2012. Equilibrium scour downstream of three-dimensional grade control structures. J. Hydraul. Eng. 138(2): 167-176.