بررسی آزمایشگاهی عوامل مؤثر بر کاهش آبشستگی در آبشکن باندال‌لایک T شکل

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد سازه‌های آبی، گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

2 نویسنده مسئول، دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

3 استاد گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

4 دانشجوی دکتری سازه‌های آبی، گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: ازجمله عوامل مهمی که پایداری، تعادل و اکوسیستم رودخانه‌ها را تهدید می‌‌کند و مانع بهره‌برداری مناسب انسان از این منابع آبی باارزش می‌شود، فرسایش طبیعی سواحل و تخریب‌های ناشی از سیلاب است. آبشکن‌ها یکی از راهکارهای حفاظت از سواحل رودخانه‌ها هستند که از طریق انحراف جریان از کناره‌ها به قسمت میانی رودخانه از فرسایش و تخریب سواحل جلوگیری نموده و با کاهش سرعت جریان در کناره‌ها سبب ته‌نشینی رسوبات و درنتیجه تثبیت سواحل و ایجاد شرایط مناسب برای رشد آبزیان می‌شوند. آبشکن‌ها در انواع مختلف نفوذپذیر، نفوذناپذیر و باندال‌لایک (ترکیب نفوذپذیر و نفوذناپذیر) در شکل‌های متنوعی ازجمله مستقیم، T شکل و L شکل از ساحل رودخانه احداث می‌شوند. هدف از پژوهش حاضر بررسی آبشستگی موضعی پیرامون نوع جدیدی از آبشکن تحت عنوان آبشکن باندال‌لایک T شکل که ترکیب آبشکن باندال‌لایک و آبشکن T شکل است به‌صورت آزمایشگاهی و مقایسه‌ عملکرد آن با آبشکن نفوذناپذیر T شکل است.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش آبشکن‌هایی با سه نسبت طول جان آبشکن به طول بال آبشکن 5/0، 75/0 و 1، سه نسبت تقارن طول بال بالادست به بال پایین‌دست 5/0، 1 و 2 در چهار دبی 6، 9، 12 و 15 لیتر بر ثانیه، با سه نفوذپذیری 33، 50 و 60 درصد برای آبشکن باندال‌لایک T شکل، درمجموع در 66 آزمایش موردبررسی قرار گرفتند. آزمایش‌های این پژوهش در آزمایشگاه تحقیقات آب و رسوب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان در فلومی به طول 12 متر، عرض و ارتفاع 6/0 متر در شرایط غیرمستغرق و آب زلال انجام گردید.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که با افزایش نفوذپذیری آبشکن باندال‌لایک T شکل میزان حداکثر عمق آبشستگی نسبی کاهش می‌یابد به‌طوری‌که حداکثر عمق آبشستگی در حضور آبشکن‌های باندال‌لایک T شکل با نفوذپذیری 33، 50 و 60 درصد به‌طور میانگین به ترتیب 63، 78 و 83 درصد نسبت به آبشکن شاهد نفوذناپذیر T شکل کاهش یافت. با افزایش طول آبشکن در هر دو سازه باندال‌لایک T شکل و نفوذناپذیر T شکل حداکثر عمق آبشستگی نسبی به‌طور میانگین 46 درصد افزایش یافت. همچنین نتایج نشان داد که حداکثر عمق آبشستگی نسبی با افزایش دبی جریان در هر دو نوع سازه افزایش می‌یابد اما بین حداکثر عمق آبشستگی نسبی و نسبت تقارن در هر دو نوع آبشکن ارتباطی یافت نشد.
نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، میزان نفوذپذیری آبشکن، طول آبشکن (میزان تنگ‌شدگی کانال) و دبی جریان ازجمله عوامل مؤثر بر آبشستگی موضعی اطراف آبشکن باندال‌لایک T شکل می‌باشند. همچنین کاهش قابل‌توجه میزان حداکثر عمق آبشستگی نسبی در آبشکن‌های باندال‌لایک T شکل با درصدهای نفوذپذیری متفاوت نسبت به آبشکن نفوذناپذیر T شکل نشان‌دهنده‌ عملکرد بهتر آبشکن باندال‌لایک T شکل نسبت به نوع نفوذناپذیر آن در کنترل آبشستگی، پایداری سازه و حفاظت ساحل است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An Experimental Investigation on the Effective Factors of Local Scouring Reduction around T-Shaped Bandal-Like Groynes

نویسندگان [English]

  • Bita Zamani 1
  • Mehdi Meftah Halaghi 2
  • Amir Ahmad Dehghani 3
  • Razieh Karimi Demneh 4
1 M.Sc. Graduate in Water Structures, Dept. of Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
2 Corresponding Author, Associate Prof., Dept. of Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
3 Professor, Dept. of Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
4 Ph.D. Student in Water Structures, Dept. of Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: The ecosystem and equilibrium of rivers can be significantly affected by the river bank erosion which can also limit the human access to the rivers. Groyne is an important river restoration structure that prevents bank erosion through deviation of flow from the river banks to the main channel. From the permeability aspect, these structures can be classified into three types of permeable, impermeable, and bandal-like ( hybrid type which includes permeable and impermeable types ). Moreover, these structures can be categorized to straight, T-shaped, and L-shaped configurations. This research aims to investigate the local scour around a new type T-shaped bandal like groyne.
Materials and methods: The total number of 66 experiments were conducted through a straight flume ( 12 m length, 0.6 m width, and 0.6 m depth ) under non-submerged and clear water conditions. T-shaped bandal like and T-shaped impermeable groyne structures were fabricated in three web to wing length ratios of 0.5, 0.75, and 1. Also, three upstream to downstream wing ratios of 0.5, 1, and 2 and the permeabilities of 33%, 50%, and 60% were selected for the T-shaped banal like structure. The experiments were carried out at the flow discharge of 6 Ls-1, 9Ls-1, 12 Ls-1 and 15 Ls-1 in the presence of the T-shaped impermeable groynes and the T-shaped bandal-like groynes.
Results: It was revealed that, increasing the structure permeability resulted in decreasing of the maximum relative scour depth. Under 33%, 50%, and 60% permeabilities of the T-shaped bandal-like groynes, the maximum scour depth was decreased by 63%, 78%, and 83%, respectively compared to the T-shaped impermeable groynes. Moreover, it was observed that the maximum relative scour depth was increased by the average of 46% as for the greater values of structure length. The maximum relative scour depth was also increased for the greater values of flow discharge. It was found that there is no relationship between the maximum scour depth and the ratio of upstream wing length to the downstream wing length of groyne.
Conclusion: Based on the results, the permeability and length of the groynes and the flow discharge are among the factors affecting local scouring around T-shaped bandal-like groyne. The significant decrease in the relative scour depth in T-shaped bandal-like groynes compared to T-shaped impermeable groynes indicates that the T-shaped bandal-like groynes have better performance than the impermeable ones in scouring control, structural stability and river bank protection.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Scour
  • T-shaped bandal-like
  • Bandal-like groyne
  • T-shaped groyne
  • Maximum scour depth

مراجع

1.Julien, P.Y. 2002. River Mechanics. Cambridge University Press, New York, pp. 501-553.
2.Ezzeldin, M.M., Saafan, T.A., Rageh, O.S., and Nejm, L. 2007. Local scour around spur dikes. Eleventh International Water Technology Conference, IWTC11. Sharm El-Sheikh, Egypt. (pp. 779-795).‏
3.Vaghefi, M., Ghodsian, M., and Salehi Neyshaboori, S.A.A. 2009. Experimental study on scouring around single T-shaped spur dike on a 90 degree bend. Iran Water Resources Research. 4: 3. 57-69. (In Persian)
4.Vaghefi, M., Ghodsian, M., and Salehi Neyshaboori, S.A.A. 2009. Experimental study on the effect of a T-shaped spur dike length on scour in a 90 channel bend. Arabian Journal for Science and Engineering. 34: 2. 337-348.
5.Mehrnahad, A.R., and Ghodsian, M. 2012. Experimental Investigation on the Effect of Length of Spur Dike and Grain Size on Scour Around T-shaped Spur dike in a 90° Bend. Iran-Water Resources Research, 8: 2. 71-79.
6.Badpa, Z., Heidari, Z., and Fazli, M. 2018. Experimental study of the effect of the length of gabion spur dike on flow pattern and topography of bed in a channel with movable bed. 49: 4. 891-905.
7.Abbasi, A.A., and Maleknejad Yazdi, M. 2012. Experimental Investigation the Effect of Geometry Parameters of Straight and T Shape Gabion Groynes on Local Scouring. Journal of irrigation and water engineering. 2: 4. 95-107. (In Persian)
8.Nayyer, Sh., Farzin, S., Karami, H., and Rostami, M. 2018. Experimental Study on the Effect of Spur Dike’s Different Shapes and on Time Variation of Scour Depth around Them. Irrigation and Drainage Structures Engineering Research. 19: 72. 33-50. (In Persian)
9.Teraguchi, H., Nakagawa, H., Kawaike, K., Baba, Y., and Zhang, H. 2011. Alternative method for river training works: bandal-like structures. Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B1 (Hydraulic Engineering). 67: 4. 151-156.‏
10.Teraguchi, H., Nakagawa, H., Kawaike, K., Baba, Y., and Zhang, H. 2011. Effects of hydraulic structures on river morphological processes. International Journal of Sediment Research. 26: 3. 283-303.‏
11.Nakagawa, H., Teraguchi, H., Kawaike, K., Baba, Y., and Zhang, H. 2011. Analysis of bed variation around bandal-like structures. Disaster Prevention Research Institute Annuals. 54: 497-510.
12.Zhang, H., Nakagawa, H., Ogura, M., and Mizutani, H. 2013. Experiment study on channel bed characteristics around spur dykes of different shapes. Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A2 (Applied Mechanics (AM)). 69: 2. 489-499.‏
13.Sardasteh, A., Ayyoubzadeh, S.A., Bejestan, M.S., and Samani, J.M.V. 2020. River bed sediment management by the winged bandal-like structure and selection of optimum structure using ranking of SAW and TOPSIS methods. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering. 44: 4. 1373-1383.
14.Sardasteh, A., Shafai Bejestan, M., Ayyoubzadeh, S.A., and MV Samani, J. 2021. Hydrodynamic Performance of Triangular Winged Bandal-like Structure in a 180-degree Bend. Journal of Agricultural Science and Technology. 23: 3. 737-749.‏
15.Sardasteh, A., Ayyoubzadeh, S. A., Shafai Bajestan, M., and Mohammad Vali Samani, J. 2022. Experiment Study on Bed Topography around Wedged Bandal-like, Bandal-like and Impermeable Spur dike Structures at 180 Degree Bend in Non-Submerged Conditions. Irrigation Sciences and Engineering, 45: 3. 63-77.
16.Jalili, M., Bakhtiyari, M., Kashefipour, S.M., and Shehni Karam Zadeh, N. 2018. Experimental Analysis of The Effect of Bandal-like Spur Dike Submergence on Bed Topography in 90 Degree Bend. Journal of irrigation sciences and engineering. 40: 4. 141-154. (In Persian)
17.Jalili, M., Bakhtiyari, M., Kashefipour, S.M., and Shehni Karam Zadeh, N. 2018. Experimental investigation the effect of submersible Bandal like and normal type of spur dike on bed elevation changes at 90 degree mild bend. Journal of water and soil conservation. 25: 1. 147-164. (In Persian)
18.Rahimi, S., Kashefipour, S.M., Shafai Bajestan, M., and Fathi, A. 2017. Experimental investigation on the scour hole geometric dimensions in different spur dikes in 90 degree bend for non-submerged conditions. Journal of water and soil (Agricultural sciences and technology). 31: 1. 101-111. (In Persian)
19.Koochak, P., Kashefipour, S. M., Ghomeshi, M., and Fathi, A. 2018. Investigation of the effect of the Bandal-like permeability on the maximum scour depth in a 90 degree bend and in submerged condition. Journal of marine sciences and technology. 17: 1. 97-109. (In Persian)
20.Shojaeian, Z., Kashefipour, S.M., and Mosavi Jahromi S.H. 2015. Experimental study of the effect of permeability percentage of Bandal like spur dike on maximum depth of scour hole. Water and soil science (Agricultural Science). 25: 3. 1-11.
21.Mia, M.F., and Nago, H. 2003. Design method of time-dependent local scour at circular bridge pier. Journal of Hydraulic Engineering. 129(6):420-427.‏ doi: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2003) 129:6(420).
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 30، شماره 1
فروردین 1402
صفحه 49-70

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار