بخشی از مقاله
خلاصه
در اين پژوهش در مورد كنترل ورود رسوب به آبگير جانبي در حالت استفادهي توام صفحات مستغرق و آبشكن نفوذ پذير به صورت آزمايشگاهي كار شده است. آزمايشها در فلومي به عرض ٥/١ متر با آبگير جانبي به عرض ٦٠ سانتي متر و با زاويهي ٧٥ درجه نسبت به فلوم اصلي انجام شدند. تاثير دو موقعيت فاصلهي ١٢٠ و٧٠ سانتي متري آبشكن از ابتداي دهانهي آبگير و سه طول ٥/٢٢، ٢٧ و ٣٤ سانتي متري آبشكن نفوذپذير بر تغييرات بستر و عمق آب در كانال آبگير مورد بررسي قرار گرفت.
در هر آزمايش اطلاعات مربوط به بستر برداشت و در نهايت رسم و تحليل شدند. نتايج حاكي از آن بود كه، در هر دو موقعيت قرار گيري آبشكن در ١٢٠ و ٧٠ سانتي متر بالاتر از ابتداي دهانهي آبگير، با كاهش طول آبشكن از ٣٤ به ٥/٢٢ سانتي متر، درصد افزايش عمق آب در كانال آبگير نسبت به شاهد روند صعودي داشت. در رابطه با عملكرد آبشكن و صفحات در كاهش حجم رسوبگذاري، بهترين عملكرد مربوط به آبشكن به طول ٢٧ سانتي متر در موقعيت ٧٠ سانتي متر بالاتر از ابتداي دهانه آبگير بوده و به ميزان ٩/٢٥ درصد كاهش حجم رسوب گذاري در كانال فرعي داشته است. و همچنين سطح آب داخل كانال فرعي، به ميزان ٧/١٧ درصد افزايش يافته است.
١ .مقدمه
آبگيري از رودخانه با اهداف متفاوتي از جمله آبياري، آبرساني شهري، صنايع، توليد برق و غيره انجام ميشود. براي آبگيري از رودخانههاي جاري در زمينهاي هموار و همچنين رودخانههايي كه عمده بار رسوب آنها به صورت بار معلق حمل ميشود، از آبگير جانبي استفاده ميشود. اين نوع آبگيرها از معمولترين سازههايي هستند كه مورد استفاده قرار ميگيرند.
يكي از مسائلي كه هميشه طراحان سازههاي آبي با آن مواجه هستند، طرح تاسيسات كنترل رسوبات در محل ورودي شبكههاي آبياري زهكشي و آبرساني است. هنگامي كه جريان سيال از كانال اصلي وارد كانال انشعابي مي-شود يك منطقهي جدايش در ديوارهي بالادست كانال انشعابي ايجاد ميشود. جريانهاي موجود در منطقهي جدايش شامل جريانهاي كمسرعت، جريان گردابي و جريانهاي چرخشي برگشتي ميباشد.
منطقهي جدايش در سطح جريان بزرگتر از منطقهي جدايش در بستر كانال است و بردارهاي مشخصهي جهت سرعت در بستر بيشتر از بردارهاي سرعت در سطح آب به سمت كانال انشعابي منحرف مي شوند. مشابه حالت جريان در پيچ كانال، جريان ثانويه در كانال انشعابي به اين سبب به وجود ميآيد كه جريان پرسرعت در سطح آب نسبت به جريان كمسرعت كف كانال احتياج به نيروي بيشتري براي تغيير مسير دارد.
بنابراين ميزان جرياني كه در بستر كانال اصلي به سمت كانال انشعابي جذب ميشود بيشتر از ميزاني است كه در سطح جريان جذب ميشود و اين در نتيجهي آن است كه جريان سطحي در اثر سرعت زيادش در كانال اصلي ادامه پيدا ميكند. اگر كانال اصلي حامل رسوبات باشد، بيشتر رسوبات در نزديكي بستر قرار خواهند گرفت، بنابراين كانال انشعابي كه بيشتر دبي خود را از بستر كانال دريافت كرده است به طور نسبي رسوب بيشتري را در مقايسه با كانال اصلي جذب ميكند ]٩.[ روشي كه جهت كنترل رسوب در دهانهي آبگير توسط ناكاتو و ادگارد و دانشمندان ديگر پيشنهاد گرديده، طرح استفاده ازصفحات مستغرق ميباشد.
پرههاي مستغرق سازههاي كوچكي هستند كه در ابعاد و زواياي مختلف در مسير جريان آب و در داخل بستر كانال كارگذاري ميگردند و با ايجاد جريان چرخشي ثانويهي به وجود آمده در اثر انحراف خطوط جريان، جهت و مسير تنش برشي كف را عوض كرده و رسوبات را از جلوي دهانهي آبگير منحرف ميسازند ]١١.[ جريانهاي ثانويهي توليد شده به وسيلهي اين صفحات، جريان ثانويهي ناشي از نيروي گريز از مركز را كه موجب تخريب سواحل ميشود، كاهش داده و از بين ميبرد.
پرههاي مستغرق با ايجاد سرعت چرخشي در جريان، موجب توليد يك جريان مارپيچي يا گردابي در جريان پايين دست پرهها ميشوند.اين جريان گردابي ضمن انتقال به سمت پايين دست گسترش يافته، البته به دليل لزجت جريان، از قدرت آن كاسته ميشود. جريان مارپيچي ايجاد شده توسط گردابها، تنشهاي برشي اريب را بر روي بستر رودخانه موجب شده، نتيجتا باعث انتقال رسوبات در مسيري عمود بر مسير اصلي جريان ميشوند . تنشهاي برشي اريب باعث ميشوند كه رسوبات از ناحيهي مكش پرهها - ناحيه ي با فشار كم - برداشته شده و در ناحيهي با فشار زياد انباشته گردند. بنابراين يك ناحيهي آبشستگي در پايين دست پرهها تشكيل ميشود. از اين پديده يعني فرورفتگي و بالاآمدگي رسوب ميتوان بسته به جهت قرارگيري پره در مقابل جريان استفاده نمود.
اولين تلاشها را براي بسط و توسعهي اساسي طراحي صفحات مستغرق، ادگارد و كندي صورت دادند. تلاشهاي ادگارد و كندي براي طراحي پرههاي مستغرق به منظور توقف يا كاهش فرسايش ساحل خارجي در انحناي رودخانه متمركز شده بود ]١٠.[ ادگارد و اسپالجاريك - ١٩٨٦ - طي تحقيقي استفاده از پرههاي مستغرق را براي كنترل رسوب و توپوگرافي بستر مورد ارزيابي قرار دادند
باركدول، بريان و اتما - ١٩٨٨ - طي تحقيقي خاطر نشان ساختند، در بعضي از موارد پرههاي مستغرق به تنهايي نميتوانند در كنترل رسوبات ورودي به دهانههاي آبگير موثر باشندو دو ايده، يكي استفاده از صفحهي شاتر و ديگري عريض نمودن دهانهي آبگير همراه با كارگذاري پرههاي مستغرق را مورد بررسي قرار داد ]٧.[ ادگارد و وانگ - ١٩٩١ - طي تحقيقي طرح استفاده از پرههاي مستغرق را در دو كانال مستقيم و قوسدار مورد بررسي قرار داد
حجت الهيونسي و همكاران - ٢٠٠٨ - به مطالعهي تاثير آرايش طولي بر رفتار رسوبات نزديك سازههاي آبگيري پرداختند
كرمي مقدم و كشاورزي - ٢٠٠٩ - تحقيقي در زمينهي آبگير بهينه در حالت وجود صفحات مستغرق در كانالهاي آبياري انجام دادند ]٨.[حبيبي و همكاران - ١٣٧٨ - تحقيقي با هدف بررسي آزمايشگاهي تاثير زاويهي قرارگيري صفحات مستغرق بر روي عملكرد آنها در مجاورت يك آبگير با دهانهي نسبي بزرگ انجام دادند
خانجاني و همكاران - ١٣٧٨ - براي رفع مشكل رسوبگذاري در مدخل آبگير، صفحات مستغرق را مورد بررسي قرار دادند. هدف آنها مطالعهي هيدروديناميك جريان به منظور طراحي و بالا بردن راندمان سيستم بود
جمال احمد آلي و همكاران - ١٣٨٤ - تحقيقاتي در زمينهي محاسبهي ابعاد و آرايش بهينهي صفحات مستغرق در دهانهي آبگير انجام دادند. در آن مطالعه ضمن معرفي مدل هيدروديناميكي و مدل بهينهسازي سيستم براي تعيين ابعاد و آرايش مكاني با توجه به غير خطي بودن معادلهي حاكم بر هيدروليك جريان و رسوب در دهانهي آبگير، روش بهينهسازي جهات امكانپذير مورد استفاده قرار گرفت
وليزاده، كشاورزي و سيستاني - ١٣٨٧ - به بررسي تاثير صفحات مستغرق بر خصوصيات جريان در كانالهاي مركب پرداختند ]٥.[گوهري و همكاران - ١٣٨٨ - تاثير توام صفحات مستغرق و آبشكن را مورد بررسي قرار دادند. در اين پژوهش، به منظور هدايت جريان به سمت آبگير و افزايش كارايي صفحات از آبشكن در ضلع مقابل آبگير استفاده شد
يكي از مسائل مهم در رودخانههاي سيلابي و فصلي، تخريب بسترهاي سيلابي و تخريب فصل مشترك آنها با مجراي اصلي رودخانه است. براي جلوگيري از بروز چنين پديدههايي در رودخانهها از سازههاي حفاظتي نظير آبشكن و صفحات مستغرق استفاده مي شود. در اين پژوهش به بررسي تاثير طول و جانمايي آبشكن نفوذپذير بر آبگيري و تغييرات بستر در دهانه ي آبگير در حالت استفاده توام از صفحات مستغرق و آبشكن در يك كانال مركب پرداخته شد. نتايج آزمايشها به صورت زير دسته بندي ميشوند:
١- تاثير محل قرارگيري آبشكن نفوذپذير بر حجم رسوبگذاري و مقدار آبگيري
٢- تاثير طول آبشكن نفوذپذير بر حجم رسوبگذاري و مقدار آبگيري
٢.مواد و روشها
آزمايشها در فلومي مركب به طول ١٤متر به عرض ٥/١ متر و ارتفاع ٥/٠ متر از جنس ديوارههاي پلكسيگلاس با شيب طولي ٠٠١.٠ و داراي دهانهي آبگيري به عرض ٦٠ سانتيمتر و با زاويه آبگيري ٧٥ درجه در پژوهشكده حفاظت خاك و آبخيزداري كشور انجام شدند. شكل پلان كانال مستقيم با ديوارههاي جانبي ثابت است. مصالح بستر متحرك و ميانگين قطر مصالح بستر در همهي آزمايشها ٨٨/٠ ميليمتر با انحراف معيار ٢٤/١ است. سيستم مختصات و ابعاد مدل پايه در شكل - ١ - و - ٢ - نشان داده شده است.
جنس صفحات فلزي است. براي ايجاد آبشكن نفوذپذير از تعدادي شمع به قطر ٧ ميلي متر استفاده شد. شمعها با زاويهي ٩٠ درجه نسبت به كانال اصلي در ضلع مقابل آبگير نصب شدند. همهي آزمايشها در دبي ٥٠ ليتر بر ثانيه و نسبت انحراف ٢٦% انجام شدند. بعد از تنظيم دبي، توسط يك سرريز مستطيلي، عمق آب در كانال اصلي و كانال فرعي و عمق پاياب كانالها توسط يك دريچهي بادبزني در انتهاي هركانال، به صورت همزمان تنظيم شد.
پس از قرارگيري ٣٠ سانتي متر رسوب در كانال اصلي و ٢ سانتي متر رسوب در آبگير - يه دليل به وجود آوردن شرايط واقعي تر براي حركت رسوبات - - سطح رسوبات هم تراز كف آبگير در نظر گرفته شده است - . سطح رسوبات در ابتداي همه آزمايش ها صاف و اشباع شده، سپس يا وارد كردن آب و تنظيم عمق مناسب يا يستن دريچه ها در اننهاي كانال اصلي و آيگير و يالا آوردن تدريجي آب در كانال، آزمايش ها شروع مي شوند. بالا آورن و تنظيم تدريجي دبي به اين علت يود كه قبل از شروع آزمايش حركت ذرات بستر را نداشته ياشيم.
شكل ١_ نماي فلوم، صفحات و شمعها
شكل ٢_ نماي فلوم و آبگير جانبي
مدت زمان آزمايش ها، برابر با مدت زملن عبور اولين پشته از مقابل آيگير در نظر گرفته شد. پس از رسيدن دبي يه ميزان مورد نظر با باز كردن دريچه آبگير يه درصد انحراف هاي مورد نظر دست يافتيم . در همهي آزمايشها مدل آبشكن در سمت راست ديوارهي فلوم، قرار گرفت.
در همهي آزمايشها سه رديف صفحه در جلوي دهانهي آبگير كه ابعاد، تعداد و آرايش صفحات براساس مقادير توصيه شده طراحي، مورد استفاده قرار گرفته است - جدول ١ - نصب شدهاند. به منظور هدايت جريان به سمت آبگير و افزايش كارآيي صفحات، از آبشكن در ضلع مقابل آبگير استفاده شده است. سطح جريان آب هميشه زير لبهي بالايي شمعها قرار داشت. - شمعها مستغرق نيستند - . آبشكن در دو فاصلهي ٧٠ و ١٢٠ سانتي متر از دهانهي آبگير مورد در سه طول ٣٤، ٢٧ و ٥/٢٢ سانتي متر مورد بررسي قرار گرفت.
جدول ١-ابعاد صفحات مستغرق به كار ر فته در آزمايشها
