بررسی آزمایشگاهی تأثیر توأمان تعریض و نصب صفحات مستغرق در رودخانه بر نحوه انتقال باربستر

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 دانشیار، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران،

3 استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: صفحات مستغرق جهت تثبیت بستر رودخانه، حفاظت سواحل رودخانه، کاهش فرسایش در محل قوس رودخانه، برای جلوگیری از ورود رسوبات بار بستر رودخانه به سازه‌های آبگیری، اصلاح مقطع رودخانه در مجاورت پایه‌های پل مورد استفاده قرار می‌گیرند. در پژوهش حاضر با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی با تغییر پارامترهای مختلف مربوط به صفحات مستغرق، نحوه انتقال بار بستر در بخش تعریض شده مجرا مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: هدف از انجام این پژوهش بررسی تأثیر صفحات مستغرق بر نحوه انتقال بار بستر در مقطع تعریض شده مجرا می‌باشد. به این منظور بخش میانی فلوم، برای ایجاد مقطع تعریض شده (مقطع آزمایشی) در نظر گرفته شد. از ابتدای فلوم به فاصله 7/0 متر با همان عرض اولیه فلوم به عنوان قسمت آرام‌کننده جریان در نظر گرفته شد. پس از آن، از دو باکس شیشه‌ای به طول 4 متر، عرض 075/0 متر برای کاهش عرض فلوم در بالادست مقطع آزمایشی استفاده گردید. سپس طولی برابر 5/1 متر با همان عرض اولیه فلوم به عنوان مقطع آزمایشی در نظر گرفته شد. از انتهای مقطع آزمایشی تا انتهای فلوم آزمایشگاهی شرایط کانال بالادست تکرار گردید. پس از اتمام آزمایش، میزان پیشروی رسوبات در مقطع آزمایشی ثبت می‌شود. همچنین پس از اتمام آزمایش، مقطع آزمایشی زهکشی شده و با استفاده از دستگاه متر لیزری، در یک شبکه 3×5، الگوی توزیع رسوبات در مقطع آزمایشی برداشت می‌شود. در این آزمایش‌ها، ابعاد، زاویه، آرایش و فاصله طولی صفحات مستغرق تغییر و تأثیر آن بر عملکرد صفحات مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: بررسی تأثیر ابعاد صفحات بر نحوه انتقال بار بستر نشان داد، با افزایش ابعاد صفحات، پارامتر عملکرد صفحات مستغرق نیز افزایش یافته است. به گونه‌ای که با افزایش طول بی‌بعد از 19/0 به 38/0 در ارتفاع بی‌بعد 31/0، عملکرد صفحات مستغرق از 10 به 46 درصد افزایش یافته است. با افزایش نسبت طول بی‌بعد صفحات مستغرق، فاصله عرضی بین صفحات کاهش می‌یابد و باعث افزایش شعاع تأثیر جریان‌های گردابه‌ای می‌گردد و این باعث حرکت چرخشی رسوبات پیرامون صفحات مستغرق و عدم تشکیل جبهه رسوبی می‌گردد. این عمل باعث پراکندگی و انباشتگی رسوبات پیرامون صفحه مستغرق شده و سرعت انتقال بار بستر را کاهش می‌دهد. برای تعیین عملکرد صفحات در آرایش‌های مختلف هشت آزمایش انجام شد. پارمتر عملکرد صفحات مستغرق در تمامی آرایش‌ها بیش از صفر بوده که نشان دهنده کاهش سرعت انتقال بار بستر و همچنین کاهش فاصله پیشروی بار بستر در مقطع آزمایشی نسبت به حالت شاهد است. در آرایش‌های موازی و زد شکل به دلیل تعداد صفحات بیشتر در ردیف اول و تأثیر جریان‌های گردابی صفحات بر یکدیگر باعث کاهش سرعت انتقال رسوبات شده است. بطور کلی پارامتر عملکرد صفحات مستغرق برای این سری از آزمایش‌ها بین 7 تا 25 درصد متغیر می‌باشد. برای تعیین تأثیر زاویه نصب بر عملکرد صفحات مستغرق، آزمایش‌ها شامل شش زاویه است. نتایج نشان داد، تمامی زوایای نصب دارای عملکرد مثبت می‌باشند و صفحات مستغرق تحت زاویه 90 درجه نسبت به جریان نزدیک ش‌نده، نسبت به سایر زوایای نصب صفحات مستغرق، بیشترین عملکرد را که برابر 23 درصد بود، نشان دادند.
نتیجه‌گیری: بطور کلی می‌توان نتیجه گرفت، نصب صفحات مستغرق در مقطع آزمایشی باعث تغییر در سرعت پیشروی رسوبات و تغییر در الگوی توزیع رسوبات شده است. همچنین نتایج نشان داد، افزایش ابعاد صفحات مستغرق، باعث کاهش سرعت انتقال رسوبات و افزایش انباشتگی رسوبات پیرامون صفحات ردیف اول شده است. نتایج مربوط به آرایش‌ها نشان داد، در آرایش همگرا با زاویه 30 درجه نسبت به جریان نزدیک‌شونده، صفحات مستغرق بهترین عملکرد خود را نشان دادند. همچنین، آرایش شطرنجی به دلیل فاصله عرضی نسبتاً زیاد در ردیف‌های دوتایی صفحات، دارای عملکرد مطلوبی نیست.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory investigation of the effect of river widening and installation of submerged vanes simultaneously on bed load transport

نویسندگان [English]

  • mahdi jafari 1
  • hossein khozeymehnezhad 2
  • Yousef Ramezani 3
1 M.Sc. Student, Hydraulic Structures, University of Birjand, Birjand, Iran
2 Associate professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Birjand, Birjand, Iran.
3 Assistant professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Birjand, Birjand, Iran.
چکیده [English]

Submerged vanes technique has been used for strengthening river bed, protection of river banks, decreasing erosion in the river bend, preventing penetration of river bed sediments to intake structures, correcting river cross section in the adjacent bridge bases. In the present research using an experimental model by changing different parameters related to submerged vanes, the way of transferring bed load was examined in a separate section.
The objective of this research is examination of the effect of submerged vanes on load convey in a separate section. For this purpose, the middle part of the flume was considered for creating separated and broadened section. From the beginning of the flume 0.7 meter with original width of the flume was considered as slowing down current for establishing a uniform current. After that, two glass boxes with 4 meters length, 0.075 meters width were used for decreasing flume width in higher part of the experimental cross section. Then 1.5 meter length with original width of flume was considered as experimental cross section. From the end of the experimental section to the end of the flume, the conditions of the upstream canal were repeated. After finishing experiment, the rate of sediment progression is recorded in experimental section. Also after finishing experiment, the experimental section is drained and using laser meter device in a 5×3 matrix, the topography of the sediments in experimental section is set. In these experiments, dimensions, angle, arrangement and length distance of submerged vanes change and its effect on vane performance were examined.
Examining the effect of vane dimensions on how to transfer bed load indicated that by increasing submerged vane dimensions, submerged vane performance parameter is also increased. So that it increased from 10 to 46 percent with increasing the dimensionless length from 0.19 to 0.38 in dimensionless height of 0.31. By increasing the ratio of the dimensionless length, the width distance between vanes is decreased and causes increase in effect domain of whirling currents and this causes whirling movement of sediments around submerged vanes and not forming sediment beds. This causes dispersion and accumulation of sediments around submerged plane and decreases the speed of transferring bed load. For detecting vane performance in different arrangements, eight experiments were conducted. submerged vane performance parameter was higher than zero in all arrangements indicates decreasing bed load transfer and also decreasing bed load progression distance in experimental cross section relation to the observing state. the more number of vanes in Z and parallel arrangement and influence of vortex flows cause that sediment transport velocity is decreased. Generally, experiment parameter varies between 7 to 25 percent. For detecting the effect of installation angle on submerged vanes performance, experiments included six angles. Results indicated that all of the installation angles have positive performance and the submerged vanes in 90 degrees in relation to approaching current showed the highest performance than other installation angles of submerged vanes that was 23 percent.
In general, we can conclude that installation of submerged vanes in experimental phase causes change in progression velocity of sediments and change in sediment distribution pattern. Also the results indicated that increasing dimensions of submerged vanes causes decrease of sediment transfer and increase of sediment accumulation around the first row vanes. According to the results of arrangements, in convergent arrangement with 30 degrees to approaching current, the submerged vanes indicated the best performance. Also chess arrangement because of its rather high width distance in double rows of the vanes has not satisfactory performance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • bed load
  • widening
  • river
  • Submerged Vanes
  • physical model