بخشی از مقاله
چکیده
یکی از کاربردهاي سازههاي توريسنگی در ساخت سدهاي تاخیري است. این نوع سدها بر خلاف سدهاي متعارف نفوذپذیر هستند، آب میتواند از داخل یا حتی از روي آن عبور کند و با ذخیره شدن بخشی از حجم رواناب در مخزن سد و تخلیه تدریجی آن از دبی اوج سیلاب بکاهد. در این تحقیق تلاش شد تا هیدروگراف ورودي و خروجی از سدهاي تاخیري برداشت شده و تاثیر محیط متخلخل و ابعاد مدل بر این هیدروگرافها استخراج گردد. مدلهاي آزمایشگاهی گابیونی با دو طول تاج 25 و 50 سانتیمتر ساخته و از چهار نوع مصالح سنگریز به عنوان محیط متخلخل استفاده، و براي حالات مختلف دبی جریان دادهها برداشت گردید
. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که سدهاي تاخیري سبب افزایش زمان فروکش سیلاب میگردند و با ذخیره آب در پشت خود و تراوایی از بدنهشان، جریان سیلاب را به تدریج از خود عبور داده و به این ترتیب سبب امنیت پایین دست میگردند . همچنین سدهاي تاخیري به صورت قابل توجهی عمق سیلاب و در نتیجه قدرت تخریبی آن را کاهش داده و عمق پیک سیلاب در پایین دست را به شدت کاهش میدهند و نیز زمان پیک سیلاب به تعویق میافتد که علت آن تخلیه تدریجی جریان از داخل محیط سنگریزهاي است.
-1مقدمه
سنگها به چند دلیل عمده همواره در مسائل مهندسی مدنظر قرار دارند که از جمله آن میتوان به موارد زیر اشاره نمود: وزن براي پایداري، تخلخل براي زهکشی، زبري براي افت انرژي، در دسترس بودن حتی در دورترین نقاط و هزینه اندك آن در مقایسه با قطعات ساخته شده با دیگر مصالح میباشد. سازههاي گابیونی - توريسنگی - کاربردهاي زیادي در ساخت سازههاي آبی داشته و هم اکنون در بسیاري از کشورها در احداث سدهاي کوچک و انواع سرریزها مورد استفاده قرار میگیرند.
علاوه بر کاربرد در سدها و سرریزها میتوان از آن در عملیات آبخیزداري جهت کنترل فرسایش در آبراههها و یا ساحلسازي کنارههاي رودخانه در نزدیکی آبگیر یا قوسها استفاده نمود. حفاظت در برابر سیلاب در رودخانههاي بزرگ توسط آبگذرها و طرحهاي آبی انجام میپذیرد، اما در جریانهاي کوچک بعضی از راه حلها از لحاظ اکولوژیکی و اقتصادي توجیه ناپذیرند. از این رو امروزه یکی از ساده ترین راهکارهایی که میتواند در راستاي اهداف کنترل سیلاب استفاده شود، احداث سدهاي تاخیري پاره سنگی یا سنگریزهاي است.[1] همچنین در مناطقی که مصالح سنگریزهاي به وفور یافت میشود، گزینه سدهاي پاره سنگی نسبت به سدهاي بتنی میتواند به مقدار قابل توجهی اقتصادي باشد.[2]
بعضی از این سدها به منظور جلوگیري از تراوش و ذخیره آب و انواع دیگر سدهاي پارهسنگی به منظور کنترل سیلاب و تاخیر در سیل ساخته میشوند .[3] در نوع اول جهت جلوگیري از نشت، حداقل ارتفاع ذخیره مخزن در شیب بالادست را با استفاده از مواد نشت ناپذیر میپوشانند و یا اینکه در داخل سد از یک لایه غیرقابل نفوذ استفاده می-کنند.[4] در مورد سدهاي پارهسنگی تاخیري به جریان اجازه داده میشود تا از میان سنگریزهها و یا حتی در بعضی اوقات از روي قسمت متخلخل عبور کند. ازآنجاکه جریان عبوري ازمحیط سنگدانهاي بدنه این سدها متلاطم میباشد، لذاقانون دارسی دراین محیطها اعتبارخودراازدست میدهد
.جهت محاسبه دبی عبوري از میان و روي ساختارهاي سنگریزهاي لازم است که رابطه بین سرعت و گرادیان هیدرولیکی مشخص باشد. به طور کلی معادلات ارائه شده در این زمینه را میتوان در دو گروه طبقهبندي کرد. در حقیقت میتوان پذیرفت که افت بار در محیطهاي متخلخل متفاوت، با توجه به ابعاد سنگها و شکل آنها تغییر می-کند و در نتیجه سرعت و عدد رینولدز، از معادلات متفاوتی بدست میآید. واضح است که با افزایش سرعت جریان، نیروي اینرسی نقش مهمتري در افت بار خواهد داشت .[5] استدلال فوق منجر به ارائه معادلهاي توسط فورشهایمر شد، این معادله به صورت زیر است:
در معادله فوق i گرادیان هیدرولیکی، V سرعت ظاهري جریان در داخل مصالح متخلخل است و ضرایب a و b به عنوان ضرایب اصطکاك در معادله فورشهایمر نامیده میشوند. a و b بیانگر خواص فیزیکی و هندسی محیط نظیر اندازه مصالح و تخلخل محیطاند و a به طور مشخص از خواص سیال نظیر لزجت دینامیکی نیز تاثیر میپذیرد. معادله دیگري که به معادله نمایی معروف است مطابق زیر تعریف میگردد:
α و Nدر معادله فوق به مشخصات جریان، محیط متخلخل و خصوصیات سیال بستگی دارند.[6] مقدار N بین 1 - جریان ورقهاي دارسی - و 2 - جریان آشفته کامل - تغییر میکند.[7] مشخص است که با افزایش سرعت و عدد رینولدز تاثیر اینرسی بیشتر میشود و توان سرعت افزایش مییابد.
بررسی جریان غیرخطی از درون سدهاي سنگریزهاي به روش اجزاي محدود توسط محققان متعددي مورد بررسی قرار گرفته است. وکر[8]با در نظر گرفتن معادله فورشایمر به عنوان معادله ساختاري در جریان غیرخطی، با استفاده از دیدگاه کلاسیک سطح آزاد آب و اجزاي سه گرهی، مسئله تراوش را تحلیل نمود
از معادله فورشایمر به عنوان معادله ساختاري حاکم بر جریان غیرخطی در محیط سنگریزهاي استفاده نمودند و با یک روش جدید معادله دیفرانسیل حاکم بر جریان آزاد که یک معادله دو بعدي غیرخطی است، با استفاده از روش اجزاي محدود و در قالب شبکه ثابت رابطهسازي و حل نمودند.
دانه-هاي مختلف و شیب شیروانی پاییندست بر روي پایداري سازه را بررسی و نقش هر کدام از عوامل ذکر شده را در برقراري شرایط پایدار براي بند، مورد مطالعه قرار دادند و رابطه جدیدي براي تعیین شیب پایدار پایین دست ارائه نمودند. در ادامه آنها تاثیر انحراف معیار سنگدانهها، شیب شیروانی پاییندست و اندازه سنگدانهها بر میزان آبگذري بند را مورد مطالعه قرار دادند.
هدف اصلی این تحقیق بررسی آزمایشگاهی و تجزیه و تحلیل هیدروگراف ورودي و خروجی از سدهاي تاخیري است.که براي این منظور آزمایشهایی طراحی و اجرا گردید.
-2مواد و روشها
دادههاي موجود در این تحقیق در آزمایشگاه بخش مهندسی آب دانشکده کشاورزي دانشگاه تبریز و در فلومی شیشهاي-فلزي به طول 9 متر، عرض 25 سانتیمتر و ارتفاع 50 سانتیمتر انجام شده است. شیب فلوم ثابت و برابر با 0/0022 میباشد. ارتفاع تمام مدلها ثابت و برابر 25 سانتیمتر در نظر گرفته شد.در این تحقیق از 4 نوع دانهبندي از مصالح رودخانهاي شسته شده براي پر کردن گابیونها استفاده شد
. براي دانهبندي این مصالح از آزمایش دانهبندي به روش الکهاي استاندارد استفاده شد و منحنی دانهبندي هر یک از نمونهها رسم گردید - شکل . - 1 بر اساس معیارهاي اتحادیه سامانه دستهبندي خاك، نمونه هاي 1 تا 3 در گروه شن بد دانهبندي شده قرار گرفتند، در این تحقیق نمونه هاي 1 تا 3 با علائم اختصاري و نشان داده میشود. براي تهیه نمونه 4، سه نمونه قبلی را به نسبتهاي مشخصی مخلوط نموده تا معیارهاي اتحادیه سامانه دستهبندي خاك براي شن خوب دانهبندي شده ارضا شود. در جدول 1 خصوصیات 4 نمونه مصالح مورد آزمایش، ارائه گردیده است.
شکل -1 منحنیهاي دانهبندي براي 4 نمونه مورد آزمایش
