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

Abstract

سابقه و هدف: رودخانه¬ها همیشه در حال توسعه هستند. در سواحل و قوس رودخانه، فرسایش اتفاق می‌افتد و همچنین رسوب‌گذاری در نقاط دیگر رودخانه رخ می‌دهد. 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 مورداستفاده 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 موردبررسی 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 آرام¬کننده 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 آزمایش¬ها، 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 که با افزایش ابعاد صفحات، پارامتر عملکرد صفحات مستغرق نیز افزایش یافته است؛ به¬گونه¬ای که با افزایش طول بی¬بعد از 19/0 به 38/0 در ارتفاع بی¬بعد 31/0، عملکرد صفحات مستغرق از 10 به 46 درصد افزایش یافته است. با افزایش نسبت طول بی¬بعد صفحات مستغرق، فاصله عرضی بین صفحات کاهش می‌یابد و باعث افزایش شعاع تأثیر جریان‌های گردابه‌ای می‌گردد و بنابراین، 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 آرایش¬های مختلف هشت آزمایش انجام شد. پارامتر 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. به-طورکلی 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 که تمامی زوایای نصب دارای عملکرد مثبت می‌باشند و صفحات مستغرق تحت زاویه 90 درجه نسبت به جریان نزدیک¬شو¬نده، نسبت به سایر زوایای نصب صفحات مستغرق، بیشترین عملکرد را به میزان 23 درصد نشان دادند. نتیجه‌گیری: به¬طورکلی می¬توان 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 که افزایش ابعاد صفحات مستغرق، باعث کاهش سرعت انتقال رسوبات و افزایش انباشتگی رسوبات پیرامون صفحات ردیف اول شده است. علاوه براین، نتایج نشان داد که صفحات مستغرق در آرایش همگرا با زاویه 30 درجه نسبت به جریان نزدیک¬شونده، بهترین عملکرد خود را نشان دادند. همچنین، آرایش شطرنجی به دلیل فاصله عرضی نسبتاً زیاد در ردیف‌های دوتایی صفحات، دارای عملکرد مطلوبی نیست