مقاله تعیین میزان رسوبگذاری و پروفیل سطح آب در سازههای سنگریزه ای

word قابل ویرایش
11 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

تعیین میزان رسوبگذاری و پروفیل سطح آب در سازههای سنگریزه ای

چکیده

سنگریزه یکی از مصالح مورد استفاده در سازههای هیدرولیکی است. محاسبات پروفیل سطح آب و میزان حجم رسوبگذاری در طراحی و ارزیابی عملکرد بسیاری از سازههای هیدرولیکی سنگریزهای لازم میشود. در این تحقیق از روش آزمایشگاهی و با استفاده از دو سنگریزه نفوذپذیر با مقطع ذوزنقهای با طول تاج ۲۰ سانتیمتر و ارتفاع ۵ سانتیمتر به بررسی تعیین میزان رسوبگذاری و پروفیل سطح آب پرداخته شد. نتایج نشان داد میزان رسوبگذاری بترتیب در پشت سنگریزه اول و دوم با شیب بستر کانال ۳ درصد، بترتیب ۱/۹۴ و ۱/۳ برابر بیشتر از شیب بستر کانال ۲ درصد میباشد و میزان ارتفاع سطح آب با افزایش دبی در هر دو سنگریزه اول و دوم افزایش پیدا کرده است.

واژههای کلیدی: پروفیل سطح آب ، رسوبگذاری، سنگریزه نفوذپذیر، مدل آزمایشگاهی

دستاوردها و نوآوری تحقیق

عموماً استفاده از سازهی سنگریزه در سازههای هیدرولیکی و سامانه های آبیاری و زهکشی به منظور کنترل سرعت جریان و کاهش فرسایش و تخریبها منجر به طراحی و اجرای آنها شده است. از نگاهی، اجرای سازه پیشنهادی سنگریزه در بستر رودخانهها، کانالهای طبیعی و مصنوعی، عاملی بر افزایش نفوذپذیری خواهد بود. مطالعههای پیشین نشان می دهد که این سازهها در سامانههای آبیاری و زهکشی و سامانه های آب و فاضلاب در بسترهای نفوذ ناپذیر اجرا شدهاند.

مقدمه

رودخانهها را از لحاظ ظاهری به سه دستهی مستقیم، پیچانرودی و شریانی و بر اساس بیلان رسوبی به رودخانههای رسوبگذار، فرسایشی و متعادل تقسیم میشوند. همچنین رودخانهها از لحاظ جریان به رودخانههای دائمی، غیر دائمی ( خشکهرود )، فصلی، جذر و مدی و میرا تقسیم میگردند. با توجه به مسئله کمبود آب در اکثر کشورها، می توان از طرحهای تغذیه مصنوعی به عنوان راه حل بهینه برای مقابله با بحران آب، بهره جست. تغذیه مصنوعی عبارت است از وارد کردن آب به یک سازه نفوذپذیر با هدف تغذیه سفره آب زیرزمینی و به منظور استفاده مجدد از آن با رژیم و کیفیتی متفاوت و به وسیله ایجاد تأسیسات اضافی یا تغییراتی در شرایط طبیعی منطقه است. در جریان سیلابها، در خشکرودها و یا رودخانههای فصلی با مقطع عریض و یا سیلابدشتی، با عبور سیلاب در مدت زمان کوتاه، فرصت کافی جهت تغذیه مصنوعی مهیا نمیشود. همچنین در جریان های ثابتعموماً( فصلی) که زمان طولانیتری نسبت به زمان سیلابی در بستر رودخانه جاری میشوند نیز با توجه به شرایط شریانی شدن جریان، (بصورت نهرهای کوچکی در قسمتهایی از بستر رودخانه جریان ادامه پیدا می کند) و بالا بودن سرعت جریان (با توجه به شیب طولی) بازهم فرصت تغذیه مهیا نمیشود. یکی از راهحلهایی که جهت کاهش شیب طولی، تسطیح عرضی مقطع رودخانه، کاهش سرعت طولی جریان و در نهایت توسعه سطح نفوذ مطرح میباشد، استفاده از سنگریز آزاد۱ یا همان سنگریز کم ارتفاع خاکی (سنگدانهای) است. یکی از سازههای پخش جریان بستر رودخانه سازههای سنگریز نفوذپذیر۲ هستند، که علاوه بر پایداری بستر رودخانه در پخش جریان در بستر رودخانه نیز نقش دارند. سنگریزها از قرار گرفتن سنگهایی با مقاومت نسبی تشکیل می شوند. ارتفاع سنگریزها بنا به تعریف کاربردی آنها کم انتخاب می شود.[۷] استفاده از سنگریزه به عنوان مصالح ساخت در بسیاری از سازههای هیدرولیکی نظیر سدهای سنگریزهای، گابیونها، سرریزها، موجشکنها امری متداول است. دلیل این امر را میتوان ارزانی، هماهنگی با شرایط محیط طبیعی و ویژگیهای هیدرولیکی به دلیل متخلخل بودن محیط ذکر نمود.[۲]

پیشینه تحقیق

لنزی وآگوستینو (۲۰۰۰) به منظور یافتن شباهت بین مورفولوژی پله حوضچههای واحدهای فیزیوگرافی و سازههای تثبیت سنتی، مراحل طراحی بندهای تنظیمی پارهسنگی را به دقت بررسی کردند و مشخص شد پروفیل طولی پله حوضچهای رودخانه شبیه به یک سری بندهای تنظیمی است.[۳] همچنین لنزی و همکاران (۲۰۰۲) به منظور اثر مصنوعی این سازههای بتنی، پیشنهاد کردند که این سازههای بتنی به بندهای تنظیمی که از تخته سنگ درست شدهاند تبدیل شوند.[۴] ماریون و همکاران (۲۰۰۴) در رودخانههای کوهستانی و در شرایط واقعی جریان بالادست که حاوی رسوب باشد، میزان آبشستگی تغییری نمیکند. به عبارتی با تأمین رسوب بالادست، پتانسیل آبشستگی در طول جریانهای سیلابی به طور قابل ملاحظهای کاهش مییابد، همچنین ماریون و همکاران (۲۰۰۴) نشان دادند، در رودخانههای کوهستانی با شیب بیش از %۴-%۳ ، کاهش ارتفاع۳ هر سازه یا به عبارت دیگر همان پرش مورفولوژیک و انرژی مخصوص در آستانه مهمترین کمیت فیزیکی در کنترل آبشستگی محسوب میشود.[۶] پرتانی و همکاران

(۱۳۸۷) به بررسی عملکرد هیدرولیکی سازه های آبخیزداری و ساماندهی رودخانه (کف بندها و روگذرها) درهگاهان تفت پرداختند.[۱]

آنها طول مسیر جریان را پس از مطالعههای هیدرولوژیکی و محاسبات اطلاعات پایه مورد نیاز و سیلاب های طرح، هیدرولیک جریان در دو حالت با و بدون وجود سازه هایی مذکور مورد تحلیل قرار دادند. در هر یک از شبیهسازی های هیدرولکی رودخانه سرعت جریان، عددفرود، پتانسیل و قدرت کف کنی، تحلیل امکان سنجی فرسایش جانبی در فواصل مؤثر قبل و بعد از سازه و روی محور سازه مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. همچنین عمق و نوع جریان و منشأ تغییرات ژئومورفولوژیکی مسیر رودخانه نیز که متأثر از ساز ههای مذکور بوده است مورد مطالعه قرار گرفت. در پایان به ارزیابی کلی انواع این سازه ها و نقش آنها در کنترل جریان و حفاظت بستر وکنارههای رودخانهها پرداختند.

محاسبه حداکثر عمق آبشستگی در پایین دست سنگریزهها:

لنزی (۲۰۰۲) برای رودخانه ها با شیب کم عمق حفره آبشستگی (Zs) مطابق شکل ۱ به صورت رابطهی (۱) ارائه داد:[۵]

همچنین طول استخر ایجاد شده (lp) بر اساس آزمایشهای صورت گرفته روی شن به صورت رابطهی (۲) ارائه شده است:

برای رودخانه ها با شیب تند (Zs) از رابطه (۳) محاسبه می شود:[۵]

همچنین طول استخر ایجاد شده (lp) در رودخانه های با شیب تند صورت رابطهی (۴) ارائه شده است:[۵]

در روابط بالا : (lp) طول حوضچه آبشستگی، :(Zs) عمق آبشستگی در پایین دست سازه که از لبه سازه تا پایین ترین نقطه در حفره آبشستگی اندازه گیری میشود، :(HS) انرژی مخصوص جریان بحرانی از روی سرریز، :(q) دبی در واحد عرض عبوری از سرریز، : (g)

شتاب ثقل، :a1 پرش موفولوژیک مطابق رابطه زیر محاسبه می شود a1=(S0 ‐ Seq)ls ، :(ls) فاصله افقی بین سرریزها، :(Seq) شیب تعادلی بعد از آبشستگی است که از رابطه (۵) تخمین زده میشود.

در این رابطه تنش برشی بدون بعد یا ثابت شیلدز می باشد که با استفاده از قطر ذرات محاسبه خواهد شد دانستیه نسبی
مستغرق مواد بستر میباشد. :D50 قطر میانه مواد بستر می باشد. آزمایشهای لنزی (۲۰۰۲) در شرایط
اعمال شد.

محاسبات پروفیل سطح آب در سازههای سنگریزهای

برای محاسبه پروفیل سطح آب در سازههای سنگریزهای، از معادله یک بعدی حاکم بر جریان در کانالهای آب استفاده میشود که در آن از معادلات جریان در سازههای سنگریزهای برای محاسبه شیب اصطکاکی استفاده میشود . این معادله عبارت است :

که در آن، (x) فاصله در طول مسیر، (y) عمق آب، so شیب طولی مسیر، (i) گرادیان هیدرولیکی (معادل شیب اصطکاکی)،

(Q) دبی جریان، (A) سطح مقطع جریان، (n) تخلخل (نسبت حجم فضای خالی توده خاک به حجم کل توده خاک) و (T) عرض سطح آزاد آب، میباشند. گرادیان هیدرولیکی به خواص فیزیکی محیط متخلخل بستگی دارد و برای محاسبه آن در عمل از روابط تجربی استفاده میشود.[۲]

در این تحقیق به روش آزمایشگاهی به بررسی تعیین میزان رسوبگذاری و پروفیل سطح آب در سازههای سنگریزهای پرداخته شد.

مواد و روشها

آزمایشهای این تحقیق در پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری انجام شد. آزمایشها در فلوم مستطیلی به عرض ۰/۴۵ متر، طول ۱۰ متر و ارتفاع ۰/۷ متر از جنس مصالح بتنی انجام و از مصالح ریزدانه با D50=4/8 میلیمتر و با ضریب یکنواختی Cu=12 و

انحراف از معیار ۳/۵ (g) در بستر کانال استفاده شد. در شکل ۲ منحنی دانهبندی مصالح مورد استفاده در بستر کانال مشاهده می-

گردد.

شکل-۲ منحنی دانهبندی

در این تحقیق از دو سنگریزه نفوذپذیر با مقطع ذوزنقه و با عرض تاج ۲۰ سانتیمتر، عرض کف ۵۰ سانتیمتر، ارتفاع ۵ سانتیمتر و با شیب بدنهی ۱:۳ (افقی : عمودی) به فاصله ۳/۷۰ متر از یکدیگر استفاده گردید که در عرض کانال به طور منظم روی هم چیده شدند. شکل ۳ نمایی شماتیک از سنگریزهی نفوذپذیر در طول کانال را نشان میدهد. برای سنگریزههای نفوذپذیر از مصالح درشت-
دانه رودخانهای رد شده از الک به ابعاد ۳/۸*۳/۸ سانتیمتر و مانده روی الک به ابعاد ۲/۵*۲/۵ سانتیمتر مورد استفاده قرار گرفت.

شکل ۴ نمایی از سنگریزههای نفوذپذیر در فلوم مستطیلی را نشان میدهد.

شکل-۳ نمایی شماتیک از جانمایی سنگریزهها در طول فلوم

شکل-۴ نمایی از سنگریزههای نفوذپذیر در طول فلوم

۶

آزمایشها با چهار دبی ۴، ۶، ۸ و ۱۰ لیتربرثانیه و با شیب بستر کانال ۲ و ۳ درصد انجام و از دوربین نیوو برای تنظیم شیب بستر کانال استفاده گردید. برای اندازهگیری پروفیل بستر از پروفایلر با دقت ۰/۱ میلیمتر و برای اندازه گیری سطح آب روی سازه سنگریزه و همچنین اندازهگیری ارتفاع آب روی سرریز مستطیلی از پوینت گیج با دقت ۰/۱ میلیمتر و برای تأمین آب از یک پمپ پرهای با توان
۱/۵ اسب بخار، دبی اسمی ۵۰ لیتر بر ثانیه و برای اندازهگیری دبی از سرریز مستطیلی با طول تاج ۶۰ سانتیمتر استفاده شد.

نتایج و بحث

در شکل ۵ پروفیل طولی بستر با شیب ۲ درصد و در شکل ۶ پروفیل طولی بستر با شیب ۳ درصد در محور مرکزی کانال برای تأثیر سنگریزه نفوذپذیر بر حجم رسوبگذاری و فرسایش بستر کانال را نشان میدهد. مشاهده میشود که با افزایش دبی میزان فرسایش بستر کانال بیشتر و به همان ترتیب حجم رسوبگذاری در پشت سنگریزهها بیشتر میشود. در نمودار زیر (Z) عمق مصالح بستر کانال،

(X) فاصله از ابتدای کانال میباشد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 11 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد