بخشی از مقاله
چکیده
احداث سازه های هیدرولیکی در مسیر جریان سبب تغییرات عمدهای در رژیم جریان میگردد. از جمله این تغییرات میتوان به اختلاف فشار هیدرواستاتیکی بوجود آمده در بالادست و پایین دست سازه اشاره کرد. این اختلاف فشار حاصله سبب بروز پدیدهای به نام آبشستگی موضعی میگردد که در برخی اوقات میتواند پایداری سازه را به خطر انداخته و شکست سازه را به دنبال دارد. در این مطالعه روشهای مختلفی برای حفاظت سازههای هیدرولیکی از پدیده آبشستگی موضعی ارائه شدهاست. در نهایت عملکرد برخی از این روشها توسط مدل عددی سه بعدی SSIIM 2.0 مورد بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
بستر رودخانههاغالباً در معرض فرسایش و تخریب قرار دارند. مکانیزم تخریب و شکست دیوارهها نه تنها بستگی به نوع و شدت فرسایش دارد بلکه به ویژگی های بستر و سازه نظیر شکل سازه و ویژگیهای مکانیکی مواد تشکیل دهنده آنها نیز از قبیل شکل سازه وابسته است . و یا ویژگیهای شیمیایی، از قبیل جنس خاک و یا درجه اسیدی بودن آب و یا به هیدرولیک از قبیل سرعت جریان و دانسیته آب وابسته است.با شسته شدن بستر در اثر جریان، اولاً خود مواد بستر در اثر فرسایش شسته شده و با آب حمل میگردند و ثانیاً به علت شستهشدن کف ارتفاع و شیب دیواره افزایش یافته و این مورد باعث ریزش وتخریب احتمالی سازه میگردد.
روشهای ساماندهی رودخانه مبتنی بر هدفی است که بر اساس آن ساماندهی صورت می گیرد. برای حفاظت در مقابل آبشستگی موضعی و فرسایش در مقابل جریان در دو مسیر میتوان گام نهاد. راه اول حفاظت سازه درمقابل عوامل مهاجم است که در این زمینه میتوان از روکشهای مختلف و سازههای گوناگون استفاده کرد. راه دوم آن است که عامل مهاجم به گونهای تغییر یابد، و اثر مخرب آن از بین برود، که برای انجام این روش با ایجاد سازههایی، الگوی جریان را بهگونهای تغییر میدهیم که اثر مخرب بر دیوارههای رود نداشته باشد. روشهای حفاظت سواحل به دو گروه زیر تقسیم میشوند - پرزدوسکی، . - 1995
الف - روشهای حفاظت مستقیم - Direct Methods -
ب - روشهای حفاظت غیرمستقیم - Indirect Methods -
روش مستقیم
منظوراز حفاظت مستقیم عملیاتی است که مستقیماً بر روی بستر انجام می گیرد تا مقاومت آن در مقابل عوامل مخرب و فرساینده افزایش یابد. در روشهای حفاظت مستقیم از ابزارهایی استفاده میشود که این ابزارها با ایجاد حایل در برابر جریان آب در قسمتهای بحرانی رودخانه، بستر و یا دیواره کانال را از خطر فرسایش محافظت میکنند. در این زمینه میتوان از روشهای طبیعی، ساختمانی و یا روشهای ترکیبی استفاده کرد. حفاظت مستقیم روشهای مختلفی را شامل میشود که مهمترین آنها عبارتند از:
-1 حفاظت به وسیله سنگ چین
-2 حفاظت به وسیلهCTB
-3 حفاظت به وسیله توری سنگ - گابیون -
-4 تثبیت بستر به وسیله پوشش بدنه با کیسههای محتوی ماسه و سیمان.مقابله با آبشستگی موضعی اطراف سازهها شامل مقابله با پیشرفت جریان در محدوده سازه، کاهش آبشستگی در محدوده مورد نظر و جابهجایی آبشستگی موضعی به ناحیهای دورتر از سازه میباشد . در این روش با توجه به سرعت بحرانی و آستانه حرکت ذرات مصالح بستر در محدوده حفره آبشستگی، جهت افزایش مقاومت در برابر تنشهای وارده، مصالح بستر تغییر داده میشود. در حالت کلی استفاده از سنگچین - Rip rap - و CTB - Cable Tied Block - به عنوان روش مستقیم مستعمل میباشد - پترسون، .
- حفاظت پوششی
با توجه به این که در اغلب موارد محافظها در معرض تخریب و شکست می باشند، روش حفاظت مستقیم در ابتدا میتواند روش قابل قبولی برای مقابله کوتاه مدت در برابر آبشستگی باشد. برای محافظت طولانی مدت بایستی مسائلی چون نگهداری، بازسازی و نصب محافظهای اضافی برای پاسخگویی به جریان طبیعی رودخانه مدنظر قرار گرفته شوند. در میان روشهای محافظتی پوششی، سنگچین - Rip rap - و - CTB - نوعی سنگچین به صورت بلوکهای به هم پیوسته و چسبیده مستعملتر میباشند ملویل و همکاران در سال 2003 مطالعاتی در زمینه اندازه و نوع لایه محافظ بستر برای حالت بستر زنده اطراف تکیهگاه دیوار بالهای انجام دادهاند. در این آزمایشها Rip rap و CTB مورد بررسی قرار گرفتهاند.
نتایج آزمایش به شرح زیر میباشد:
- 1 آبشستگی ناشی از زیر شویی کف تکیهگاه در کناره خارجی رخ می دهد.
- 2 برای بستر زنده آبشستگی تکیهگاه اغلب تابعی از اندازه شکل بستر عبوری از تکیهگاه میباشد که همراه با آبشستگی موضعی رخ میدهد.
- 3 هر زمان شکل بستر قبل از سنگچین گسترش یابد، کف شسته شده و سنگچین دچار زیر شویی و نشست میشود.
- 4 سنگ های گوشه خارجی سنگ چین متمایل به نشست و حرکت به سمت دورتر از تکیهگاه هستند، در صورتی که CTB به صورت سالم میماند - ملویل و همکاران، . - 2003
روش غیرمستقیم:
منظور از روش غیر مستقیم، تغییر الگوی جریان در اطراف تکیهگاه و استفاده از روشهای مدیریتی میباشد از این روشها می توان به استفاده از آبشکن و طوق اشاره کرد.
- آبشکن
طی چندین دهه گذشته مطالعات فراوانی پیرامون تأثیر سازهای آب شکنها به عنوان یک روش ساماندهی و احیای رودخانه در مقابله با آبشستگی، انجام شده است. طول آب شکن، زاویه قرارگیری، الگوی جریان اطراف آبشکن، مصالح تشکیل دهنده و بسیاری از پارامترهای دیگر مورد بررسی قرار گرفتهاند. آبشکن ها در سراسر دنیا به عنوان یک سازه ساماندهی رودخانه، برای افزایش عمق قایقرانی، کنترل سیلاب و محافظت از سواحل استفاده میشوند. از سازههای عرضی میتوان به آبشکن، سدهای عرضی، خاکریز عرضی، انحراف کنندهها و سدهای عرضی اشاره کرد. آبشکن ممکن است نفوذپذیر یا نفوذناپذیر باشد. مواد تشکیل دهنده آبشکن شامل بلوک سیمان، سنگ فولاد، ورقه چوبی، گابیون و حصار چوبی میباشد.
موارد استفاده از آبشکن شامل:
-1 ساماندهی رودخانه
-2 محافظت ساحل در برابر فرسایش
-3 افزایش عمق برای قایقرانی
-4 تغییر الگوی جریان اطراف سازه مورد نظر و متعاقب آن کاهش عمق آبشستگی
در طراحی و اجرای آبشکنها ممکن است یک و یا ترکیبی از اهداف فوق مدنظر باشد. در میان روشهای مختلف حفاظت غیرمستقیما، ساخت آبشکنها یکی از معمولترین روشها میباشد که امروزه کاربرد بسیار زیادی دارد. آبشکنها معمولاً بصورت یک سری متوالی و گاهی بصورت منفرد باعث انحراف آب از محل کنارهها و یا سازه مورد نظر شده و با تغییر الگوی جریان و ایجاد یک ناحیه آرام و کم سرعت در محافظت سازههای هیدرولیکی در مقابل آبشستگی مورد استفاده قرار میگیرد. شکل - 1 - نمونهای از آبشکنهای احداث شده را نشان میدهد.
آبشکنها با کاهش مقطع رودخانه، الگوی جریان را بهطور محسوسی تحت تأثیر قرار میدهند. خطوط جریان با نزدیک شدن به سازه آبشکن آرایش خود را تغییر داده و به تبعیت از ساختار هندسی، نوع سازه - آبشکن نفوذپذیر یا غیرقابل نفوذ - و سایر مشخصات فنی، الگوهای متفاوتی از جریان در دماغه و میدان آبشکن پدیدار میگردد. ایجاد فرسایش در دماغه و یا در امتداد بدنه آبشکن و همچنین رسوب گذاری در محدوده بین دو سازه از نوع و ویژگی الگوی جریان پیروی میکند.
بعلاوه تعیین فاصله و طول آبشکنها و همچنین امتداد نسبت به خط ساحلی و بهطور کلی بسیاری از مشخصههای فنی مستلزم توجه به الگوی جریان ایجاد شده در محدوده آبشکن میباشد. با انحراف جریان بالادست به میانه رودخانه، سرعت متوسط و دبی واحد عرض در مجرای اصلی افزایش مییابد. افزایش سرعت متوسط منجر به افزایش گرادیان سرعت و توسعه گردابهها و جریان متلاطم در اطراف آبشکن میگردد - پرزدوسکی، . - 1995
