بخشی از مقاله
چکیده
به منظور انتقال آب از زیر جادهها از سازهای به نام کالورت - آبگذر - استفاده میشود. یکی از مشکلاتی که به هنگام وقوع سیلاب ممکن است ایجاد شود پدیدهی انسداد یا گرفتگی مجرای آبگذر توسط زبالهها و چوب درختان میباشد که چگونگی تشکیل آن تاکنون مورد بررسی قرار نگرفته است. چوبها در صورت انسداد در ورودی کالورت، سطح مقطع کالورت را کاهش، جریان آب را منحرف کرده و سرعت جریان را در ورودی کالورت افزایش می دهند، این گونه خطر ناپایداری سازهای کالورت و آسیبهای وارده به زمینهای مجاور سازه، افزایش می یابد.
در این تحقیق آزمایشگاهی، پدیده انسداد حاصل از تجمع چوبها در ورودی کالورت لولهای مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج حاصل از آزمایش ها برای کالورت مورد آزمایش ماکزیمم درصد انسداد مؤثر در ورودی کالورت در آخرین گام زمانی در شاخهی نزولی هیدروگراف اتفاق افتاده است. بیشترین مقدار این پارامتر برای چوبهای به قطر 12 میلیمتر برابر تقریبأ 65 درصد و برای چوبهای به قطر23 میلیمتر معادل تقریبأ 70 درصد بدست آمده است.
مقدمه
سیل رویدادی ناگهانی است که منشأ آن بارندگی بیش از حد، شکسته شدن دیوارهی سد و خرابی سیل برگردان در طی چند ساعت میباشد. هنگام وقوع سیل مسیرهای ارتباطی دچار خسارت شده و عملیات امدادرسانی به تأخیر میافتد. کالورت مجرائی است که به منظور هدایت آب یک کانال یا هرزه آب و سیلاب از یک طرف جاده و یا خاکریز به طرف دیگر مورد استفاده قرار میگیرد. کالورتها ظاهرأ ساختمان هیدرولیکی سادهای دارند اما طراحی آنها به دلیل حالتهای بسیار متنوعی که جریان آب در آنها می تواند پیدا کند کار آسانی نیست بنابراین اگر کالورت ها به درستی طراحی نشوند در مواقع سیلابی نمیتوانند عملکرد مناسبی داشته باشند.
در ساختارهای هیدرولیکی مختلف، کالورتها از جمله ساختارهایی هستند که توسط زبالههایی که به هنگام سیل، جریان آب با خود حمل میکند مورد انسداد واقع میشوند. این امر منجر به افزایش خطر فروریختن و متلاشی شدن کالورت شده و همچنین انواع مختلفی از زیانها را به مجموع وارد می کند. تعداد زیادی از رودخانهها مقادیر قابل توجهی از زبالههای شناور را در طول سیل با خود حمل میکنند، چنین موادی در پایههای پل و کالورتها گرفته شده و به صورت تودهای از مواد روی هم انباشته میگردند، گاهی هم به صورت الوارهای شناور روی آب، میمانند.انسدادکالورت توسط زبالههای چوبی میتواند خطر تخریب زیر ساخت ها را در نتیجهی جاری شدن سیل، افزایش دهد. یک پارامتر کلیدی در مدیریت خطر سیل، کاهش انسداد کالورت توسط زبالههای طبیعی میباشد. فورنیس1 و همکاران - 1998 - عوامل تخریب کالورتها را بررسی کردند و مشخص نمودند که زبالههای چوبی %61 باعث تخریب کالورتها میشوند.
انسداد توسط زبالهها میتواند اثر قابل توجهی بر انتقال آب داشته باشد، به خصوص در جریان سیل بحرانی، باعث جاری شدن سیل فاجعه بار و گاهی اوقات هم به خود کالورت آسیب میرساند. بایستی مکانیزم ورود زبالهها و نحوهی انتشار آنها را در شبکهی کانالها درک کنیم و بدانیم که تحت چه شرایطی زبالهها در کالورتها و پل ها تجمع پیدا می کنند
ریگبی و همکاران - 2002 - 2 دادههای مربوط به انسداد کالورتها و پلها را در شهر ولونگونگ مورد بررسی قرار داده و مشخص نمودند که 58 درصد از کالورتهای مورد مطالعه دارای درجهی انسداد 100-91 درصد بودهاند. ریگبی و باردلمس - 2011 - 3 تآثیر مکانیزم انسداد را در رفتار سیل مطالعه کرده و بیان نمودند که یکی از نتایج انسداد کالورتها، انحراف جریان میباشد .
اشمکر و هاگر - 2013 - 4 بیان کردند که شکلگیری تجمع زبالهها به 2 مرحله تقسیم می شود: - 1 تجمع زبالهها که در نتیجه باعث پسزدگی آب میشود - 2 شکلگیری گسترهی زبالهها که در نتیجه، پسزدگی آب کمتر میشود. آن ها همچنین بیان کردند که شکلگیری تجمع زباله و افزایش برگشت آب به عدد فرود جریان و حجم زبالهها بستگی دارد.
سروریان و همکاران - 2013 - 5 اثر انسداد کالورت را در تشکیل آبشستگی در پاییندست کالورت تا حدی مسدود شده مطالعه کردند و گزارش نمودند 22 درصد افزایش عمق آبشستگی را، 25 درصد افزایش عرض آبشستگی و تا حدود 60 درصد افزایش در مساحت آبشستگی را، آنها همچنین گزارش کردند زمانی که کالورت تا حدی مسدود شده است موقعیت ماکزیمم عمق آبشستگی در فاصلهی نزدیکی به خروجی کالورت اتفاق افتاده است. سروریان - 2015 - تغییرات ساختار جریان آشفته را در شرایط نیمه مسدود ورودی کالورت مورد بررسی قرار داده و نتایج آن را با شرایط عدم انسداد در ورودی کالورت مورد مقایسه قرار دادند.
کرامر و همکاران - 2016 - 6 اثرات زبالههای شهری بزرگ را بر روی انسداد کالورت جعبهای مورد مطالعه قرار دادند. یزدی و همکاران - 1389 - عملکرد هیدرولیکی کالورتها با سطح مقطعهای دایرهای، مربعی و مستطیلی را مورد مطالعه قرار دادند.
حسینی و همکاران - - 1393 اثر طراحی و نگهداری کالورتها را در وقوع رانش جاده های جنگلی منطقهی برنجستانک مورد مطالعه قرار دادند. میرانزاده و همکاران - 1394 - تغییرات زمانی انسداد را در ورودی کالورت جعبهای در جریان شبهماندگار بررسی کردند نتایج آزمایش ها نشان داد که یکی از نتایج انسداد ورودی کالورت، افزایش سطح آب در بالادست کالورت میباشد. همچنین وقوع انسداد تحت شرایط جریان غیرماندگار در شاخهی نزولی هیدروگراف و در آخرین گام زمانی اتفاق افتاده است.
مواد و روشها
به منظور انجام آزمایشها از فلومی به طول 9 متر، عرض 0/4 متر و ارتفاع 0/6 متر تحت شیب 0/002با جدارهها و کفی از جنس شیشه واقع در آزمایشگاه هیدرولیک رسوب دانشگاه شیراز استفاده شد. کالورت مدل شده به قطر 117 میلیمتر و طول 450 میلیمتر در تمامی آزمایش ها به طور یکسان مورد استفاده قرار گرفت. برای آزمایشها، از چوبهای استوانهای به قطر 12 و 23 میلیمتر به جرم به ترتیب 14و 36 گرم و طول 200 میلیمتر استفاده گردید. بده ورودی چوبها به داخل آب معادل 565/5 و 1508میلیمتر مکعب بر ثانیه برای چوبهای به قطر 12 میلیمتر و 2077/4 و 5536/7 میلی متر مکعب بر ثانیه برای چوبهای به قطر 23 میلیمتر بوده است.
این مقادیر از تقسیم حجم چوبهای مورد استفاده بر دو فاصلهی زمانی 40 و 15 ثانیه بدست آمده است که این زمانها معادل فاصلهی زمانی، بین ورود چوبها به داخل آب میباشد. به منظور ایجاد جریان غیرماندگار هیدروگرافی تنظیم گردید که در شکل - 1 - مشاهده می کنید، پس از گذشت هر 4 دقیقه، دبی2 لیتر بر ثانیه افزوده شد. حداقل دبی مورد آزمایش 2 و حداکثر دبی 8 لیتر بر ثانیه میباشد که معادل دبی پیک هیدروگراف است. در پایان هر 4 دقیقه، مساحت روبروی جریان اندازهگیری شد. منظور از انسداد مؤثر هم انسدادی است که در آن چوبهایی که ورودی کالورت را مسدود نموده اند صرفأ مانع عبور جریان آب شده باشند. هرکدام از آزمایش ها 4 مرتبه تکرار شده و از نتایج حاصل میانگینگیری به عمل آمد. جدول - 1 - نام گذاری تستها را نشان میدهد.
شکل - : - 1 هیدروگراف گام به گام برای شبیهسازی جریان غیرماندگار
جدول : - 1 - جدول نام گذاری تستها
بحث ماکزیمم درصد انسداد مؤثر
نمودار - 1 - درصد انسداد مؤثر - % - B اتفاق افتاده در ورودی کالورت لولهای را در مقابل فرود جریان بالادست - Fru - نشان میدهد. عدد فرود جریان برابر است با gHu Fr V / که در آن V سرعت، Hu عمق آب بالادست و g شتاب ثقل است. روند نزولی داده ها نشان میدهد که با افزایش فرود جریان بالادست، درصد انسداد مؤثر کاهش می یابد
