بخشی از مقاله
چکیده
فرسایش بستر از جمله پدیده هاي بسیار شایع در اطراف سازه هاي آبی در مجاورت رودخانه ها می¬ باشد. جهت جلوگیري از فرسایش بستر در حاشیه سازه هاي آبی، مطالعات بسیاري تا کنون انجام شده است. اما در اینجا با بررسی کلیه روشهاي موجود و انتخاب روش استفاده از سنگچین پایدار به عنوان یکی از کارآمدترین روشها با استفاده از مدل فیزیکی به بررسی فرسایش در تقاطع دو رودخانه و اثرات آن بر کاهش میزان فرسایش در محل، جهت بهرهبرداري بهینه و طولانی مدت از سازه¬هایی که در این مسیرها احداث میشوند، پرداخته شده است. در این بررسی مشخص شد در هر نسبت دبی ثابت ، با کاهش عمق پایاب و افزایش سرعت پایاب، اندازه قطر سنگچین که در آستانه حرکت قرارگرفته است افزایش می یابد.
مقدمه
محل تلاقی به محدودهاي گفته میشود که جری ان آب دو رودخانه یا دو رودخانه در آنجا به همدیگر میپیوندد. تغییر پروفیل سطح و عمق جریان، نحوه توزیع سرعت، ناحی ه رکود، تنگشدگی مجراي عمومی، افت انرژي و همچنی ن به وجود آمدن پرش هیدرولیکی ازجمله مهمترین متغیرهاي هیدرولیکی در ای ن محل هست. ای ن محل بهعنوان ناحیهاي با الگوهاي پیچیده از حرکت جریان سهبعدي و همچنین مکان بیشترین اغتشاش جریان در دستگاههاي رودخانه اي شناختهشده است - جباري صاحباري،. - 1386 شرایط جریان در صورت وجود بستر فرسایش پذیري بسیار پیچیدهتر می شود.
شکل بستر در این ناحیه به علت به وجود آمدن جریانهاي ثانویه و افزایش تنش برشی ناشی از تنگشدگی جریان تغییر مییابد و حفرههاي آب شستگی و محلهاي رسوبگذاري در کف رودخانهها به وجود میآیند. ای ن مسئله باعث وارد شدن خسارت به سازههاي در مسیر جریان شده و راندمان انتقال آب را کاهش میدهد. پیشبینی محل و تعیین میزان فرسای ش و رسوبگذاري و نحوه تغیی ر شکل بستر می تواند در حفاظت و نگهداري بستر رودخانهها، ساماندهی رودخانهها و احداث سازههاي هیدرولیکی مؤثر باشد.
تاکنون درزمینه شرایط جری ان در محل اتصال رودخانهها بررسیهاي زیادي توسط محققی ن مختلف انجامگرفته است ولی در مورد کنترل فرسای ش و رسوبگذاري در محل اتصال رودخانهها تحقیقات آزمایشگاهی زیادي صورت نپذیرفته است. در آبراهههایی که بستر آنها از مواد سست و رسوبی تشکیل شده است، درصورتیکه شرایط جریان آب در جهت حرکت ذرات تغییر نماید، با افزایش مقدار جریان - درنتیجه افزایش سرعت جریان - ذرات بستر شروع به حرکت خواهند کرد. ای ن ذرات در ابتدا بهصورت پرشی و بدون انتقال جابجا شده و با افزایش جریان بهتدریج ذرات بهطرف پائیندست شروع به حرکت خواهند کرد، لحظهاي را که ذرات شروع به حرکت میکنند، آستانه حرکت نامیده میشود.
تعری ف آستانه حرکت در بین همه محققین یکسان نیست. بعضیها شروع حرکت قابل رؤیت یک ی ا چند ذره را بهعنوان آستانه حرکت تعریف میکنند. تعداد دیگر دانشمندان هیدرولیک ازجمله اینشتین وجود لحظهاي بهعنوان آستانه حرکت را قبول ندارند. این گروه معتقدند که به دلیل جریانهاي متلاطم نمیتوان حد متوسطی را بهعنوانشروع حرکت ذره در نظر گرفت که مثلاً براي شرایط جریان کمتر از آن حد، تمام ذرات بستر ثابت و براي شرایط جریان بی شتر از آن حد تمام ذرات بستر در حال حرکت باشند . چراکه در جریانهاي متلاطم نیروي رانش - نیرویی که باعث حرکت ذره میشود - در هرلحظه نسبت به شرایط حد متوسط جریان در حال تغییر هست - شفاعی بجستان، . - 1378
مواد و روشها
در این تحقیق با استفاده از یک کار آزمایشگاهی بر روي مدل هیدرولیکی به بررسی آستانه حرکت سنگچین یا ریپ رپ در تقاطع رودخانهها و بررسی اثراتی که نسبت دبی هاي مختلف بر سنگچینها و تغییرات عمق پایاب بر آستانه حرکت میگذارد پرداختهشده است. این مطالعه براین فرضیه استوار هست که با افزایش اندازه سنگچین در محل آب شستگی - چاله فرسایشی - در تلاقی رودخانهها، قدرت فرسایشی جریان کم یا به عبارتی مقاومت سنگ در برابر تنشهاي برشی بالا افزایشیافته و از آب شستگی جلوگیري به عمل میآید. هدف اصلی این مطالعه کنترل چاله فرسایشی ایجادشده در محل تلاقی رودخانهها و درنتیجه کنترل رسوب منتقلشده به سمت پاییندست محل تلاقی کنهایتاًه باعث بالا رفتن ضریب اطمینان و راندمان بازدهی شبکه آبیاري زهکشی میگردد.
تجهیزات آزمایشگاهی
در این تحقیق با انجام آزمایشهایی روي مدل فیزیکی و هیدرولیکی در آزمایشگاه دانشگاه شهید چمران، به بررسی پایداري تا حد شرایط آستانه حرکت و آستانه شکست سنگچین - حالتی کهتقریباً تمامی ذرات سنگچین شروع به حرکت میکنند - در تقاطع رودخانهها و بررسی اثراتی که نسبت دبیهاي مختلف بر پایداري سنگچینها و تغییرات عمق پایاب بر آستانه حرکت می گذارد پرداختهشده است. این مطالعه براین فرضیه استوار هست که با افزایش اندازه سنگچین در محل آب شستگی در تلاقی رودخانهها، قدرت فرسایشی جریان کم یا به عبارتی مقاومت سنگ در برابر تنشهاي برشی بالا افزایشیافته، که درنتیجه میزان پایداري سنگچین بالا رفته و از آب شستگی جلوگیري به عمل میآید.
تجهیزات آزمایشگاهی که در این پژوهش بهکاررفته است شامل حوضچه مکش، ای ستگاه پمپاژ و سازههاي وابسته، مخزن تأمین هد، مخازن فرعی - آرامکننده جریان - ، وسایل اندازهگیري و تنظیم دبی و عمق جریان هست. رودخانه اصلی داراي طول 9 متر و پهناي مفید 0/35 متر هست. ارتفاع رودخانه از کف متغیر هست - براي ایجاد نسبت دبی هاي مختلف - بطوریکه 2 متر ابتداي رودخانه داراي ارتفاع مفید 0 /7 متر و 7 متر بقیه داراي ارتفاع مفید 0/40 متر هست . رودخانه فرعی در طول 2/8 و پهناهاي متغیر 0/35 - در محل تلاقی با رودخانه اصلی با زاوی ه 60 درجه - و 0/25 متر - در ابتداي رودخانه فرعی - ساختهشده است. ارتفاع آن در تمام طول یکسان - 0/40 - متر هست کف و جدارهاي رودخانه اصلی و فرعی از شیشه 10 و 6 میلیمتري ساختهشده است. - شکل - 1
روش انجام آزمایشها
در این تحقیق از دو نوع مصالح با چگالی هاي - Gs - ، 2/65 و 1/61 استفاده گردیده که براي مصالح سنگی با چگالی ذرات - Gs - ، برابر 2/65 در اندازههاي با قطر میانگین - D50 - برابر 3/53، 7/14، 11/11، 15/87 و 22/22 میلیمتر، و براي مصالح با چگالی ذرات - Gs - ، برابر 1/61 در اندازههاي با قطر میانگین - D50 - ، برابر 11/11، 15/87 و 22/22 میلی متر آزمایششده است. در این تحقیق دبیهاي کل - Qt - ، 25 و 30 لیتر بر ثانیه در نظر گرفتهشده است و در هر دبی کل، از شش نسبت دبی - Qr - ، 0/25، 0/5، 1، 1/25، 1/5 و 2 براي هراندازه سنگچین D50 - - ، آزمایش تکرار گردیده است در مورد مصالح با چگالی 1/61 از دبی کل 25 لیتر بر ثانیه استفادهشده است.
