چکیده

در خم رودخانه ها به دلیل اندرکنش بین جریان های ثانویه و عدم یکنواختی پروفیل سرعت در عمق، الگوی جریانی به نام جریان حلزونی تشکیل می شود که این الگوی جریان باعث آشفتگی شدید جریان می شود. تحت تأثیر تشکیل جریان حلزونـی در خم رودخانه ، ذرات رسوبی کف به سمت قوس داخلی و جریان سطحی به سمت قـوس خـارجی انتقـال مـی یابـد. حرکـت رسوبات از قوس خارجی به سمت قوس داخلی باعث گود شدن و ایجاد حفره فرسایشی در قـوس خـارجی و بـالا آمـدن سـطح رسوبات در قوس داخلی می شود. یکی از روش هایی که در سال های اخیر، بر مبنای مطالعات تئوری، آزمایشگاهی و صحراحی برای کنترل فرسایش و رسوب گذاری در رودخانه ها پیشنهاد گردیده است، استفاده از سـرریز w شـکل مـی باشـد. در نتیجـه استفاده از این نوع سرریز، دو گودال کنار هم در اعماق مختلف، بصورت مسیر های فرعی در پایین دست سازه ایجاد گردیـده و در بالا دست آن آب زلال با شرایط زیستگاهی مناسب برای آبزیان حاصل خواهد شد. در تحقیق حاضر به بررسـی آزمایشـگاهی تأثیر سرریز w شکل بر توپوگرافی بستر در خم ۹۰ درجه پرداخته ایم. در این تحقیق آزمایش ها روی فلومی با قوس۹۰ درجه یکنواخت انجام گرفته است. سرریز w دو موقعیت قرارگیری ( ( =۳۰ ,۹۰ نسبت به محور جریان ورودی نصب و در دو حالت شرایط جریان ورودی ۱۵ و۲۰ لیتر بر ثانیه آزمایشات صورت گرفت که نتایج این مطالعه نشان می دهـد کـه سـرریز w شـکل باعث بوجود آمدن جریانی آرام در بالا دست سازه می شود بطوریکه تقریبا تغییرات توپوگرافی در بالا دست سـازه صـفر بـوده و فرسایشی در ساحل خارجی اتفاق نمی افتد و همچنین در پایین دست سازه الگوی جریانی سـه بعـدی و دارای آشـفتگی زیـاد بوجود می آید که باعث تشکیل چاله های فرسایشی در پایین دست سازه می شود. همچنـین در مقایسـه انجـام شـده بـین دو موقعیت مختلف نصب سرریز، دیده شد زمانی که سرریز w شکل در زاویه ۹۰ درجه (انتهای قوس) قرار می گیرد تآثیر بهینـه تری دارد زیرا فرسایش دیواره خارجی در محل قوس اتفاق نیافتاده و حداکثر عمق و حجم آبشستگی در پایین دست سازه نیـز کمتر می باشد.

واژه های کلیدی : : سرریز w شکل، قوس ۹۰ درجه، چاله فرسایشی، زاویه نصب

۱ – Ideh Golrokh 2 – Mahmood Shafai Bejestan

۱

مقدمه

رودخانه ها تحت تاثیر عوامل طبیعی و یا دخالتهای انسانی دچار تغییرات مورفولوژی می گردند. این تغییرات مورفولوژی به صورت فرسایش و آبشستگی بستر و دیواره و یا رسوب گذاری ظهور می نماید .تداوم رفتارهای فرسایشی رودخانه ها هر ساله موجب تخریب اراضی کشاورزی، تاسیسات ساحلی، پلها و اماکن عمومی حاشیه ای و … می شود . همچنین باعث تخریب و تغییر زیستگاه ماهی ها و جانوران درون رودخانه ها می شود. [۱]

آبشستگی را می توان به صورت فرآیند تداخل جریان آب با خاک تلقی نمود،که در آن ماهیت فرسایش جریان موجب جدا شدن و انتقال مصالح بستر و کناره ها می گردد.در این ارتباط،با توجه به اینکه فرسایش در قوس رودخانه ها نسبت به کانال های مستقیم تشدید می گردد و همواره میزان فرسایش و رسوبگذاری در طول قوس ها تأثیر مخرب بیشتری بر محیط در برگیرنده ی آن دارد، لذا توجه به موضوع فرسایش و بررسی راه حل های کنترل و کاهش آن،از اهمیت زیادی برخوردار است.از جمله عوامل فرسایش در محل قوس خارجی نیروی گریز از مرکز می باشد که باعث میگردد تا منطقه ی با سرعت زیاد به سمت ساحل خارجی هدایت شود و نیز سبب تشکیل جریان های ثانویه می گردد که عامل مهم فرسایش در محل پاشنه ی ساحل خارجی و ریزش سواحل می گردد. برای به حداقل رساندن اثرات ناشی از جریان حلزونی در خم رودخانه و بهسازی و ترمیم کناره و بستر آنها از سازه های مختلفی همچون سرریزها ، تیغه ها ، بال ها و … استفاده می شود.[۱]

یکی از این سازه ها، سرریز w شکل می باشد که در خم رودخانه های با بستر رسوبی متحرک، به منظور کنترل رژیم جریان آب ، کاهش تنش برشی ساحل ، کنترل دانه بندی بستر و ایجاد زیستگاه های گوناگون رودخانه ای ، کار گذاشته می شود. این سازه از سنگ های گوشه دار ، تخت و یا مکعبی مقاوم در برابر فرسایش در آثر هوا و سوراخ شدن ساخته می شود. در نتیجه استفاده از این نوع سرریز، دو گودال کنار هم در اعماق مختلف، بصورت مسیر های فرعی در پایین دست سازه ایجاد گردیده و در بالا دست آن آب زلال با شرایط زیستگاهی مناسب برای آبزیان حاصل خواهد شد. [۲]

متن اصلی

مواد و روش ها

این تحقیق در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شده است. تجهیزات آزمایشگاهی که در این تحقیق به کار رفته است شامل ایستگاه پمپاژ، مخزن تأمین هد، حوضچه ورودی یا مخزن آرام کننده، فلوم با قوس ۹۰ درجه، دریچه کشوئی، دریچه خروجی، سرریز مثلثی جهت اندازه گیری دبی، وسایل اندازه گیری و سرریز w شکل طراحی شده می باشند. در شکل (۱) نمایی کلی از تجهیزات آزمایشگاهی و در شکل (۲) سرریز w شکل ساخته شده (از ورقات گالوانیزه) نشان داده شده است [۱]

شکل :(۱) نمایی کلی از تجهیزات آزمایشگاهی شکل 🙁 ۲) سرریز به کار گرفته شده در تحقیق حاضر

۲

در راستای تحقق اهداف این تحقیق ، آزمایشات در یک فلوم آزمایشگاهی، با مشخصاتی بدین شرح انجام گرفت. فلوم با قوس ۹۰ درجه ، عرض ورودی و خروجی ثابت ۴۰ سانتیمتر ، ارتفاع ۷۰ سانتیمتر ، طول کانال مستقیم قبل از قوس ۴ متر و بعد از قوس ۲/۲ متر. رسوبات کف با قطر متوسط d50 ۱٫۵ mm

ابتدا سرریز w شکل در موقعیت مورد نظر نصب گردید ، سپس بستر رسوبی تسطیح و تراز شد. پس از کنترل استخر(من بع آب اصلی)، بسته بودن تمامی شیرها و دریچه کشویی، در جهت تامین دبی ۲ پمپ روشن گردید و بعد از گذشت مدت زمان مناسب که آب درون مخزن هد ثابت کنترل شد به آرامی شیر ورودی باز می گردد تا اینکه آب وارد فلوم و تراز سطح اب به آرامی افزایش یابد. سرعت جریان ورودی در حدی نگه داشته شد تا اطمینان حاصل گردد که قبل از آماده شدن شرایط آزمایش فرسایشی اتفاق نیفتد. سپس به آرامی شیر کشویی ۶ اینچ را باز کرده تا آب به آرامی درون فلوم ارتفاع بگیرد. توضیح اینکه در این مدت دریچه کشوئی پایین دست کاملا بسته میباشد. پس از اینکه سطح آب تا حدی ارتفاع گرفت دریچه کشویی را به آرامی باز و همزمان دبی جریان به وسیله سرریز مثلثی لبه تیز کنترل تا به دبی مورد نظر آزمایش ها در این تحقیق که معادل ۱۵)و(۲۰ لیتر بر ثانیه می باشد برسد. بعد از حصول اطمینان از جریان یافتن دبی مورد نظر برای وقوع شرایط هیدرولیکی مناسب جهت انجام آزمایش، دریچه کشویی به آرامی باز گردید. با ادامه یافتن این روند، ارتفاع جریان را به ۱۵ سانتی متری از سطح رسوب رسانیده و در طی زمان انجام آزمایش ۹۰) دقیقه) با کنترل دریچه کشویی تراز سطح آب در همین حد ثابت نگه داشته می شد. بعد از اتمام زمان ۹۰ دقیقه آزمایش تلاش گردید از طریق شیر کشویی ۶ اینچ ورودی و دریچه کشویی خروجی سطح آب به آرامی افت کند و فرسایش بعد از زمان آزمایش صورت نپذیرد. بعد از گذشت زمان و تخلیه آب درون فلوم شروع به داده برداری کرده که این امر توسط متر لیزری انجام می پذیرد که با ارسال پرتوی لیرز فاصله را از منبع ارسال تا سطح رسوب به دست می آورد. اطلاعات بدست آمده ثبت می شد. داده برداری به این نحو بود که، به کمک متر لیزری ، در مسیر قوس ۹۰ درجه مقاطع عمود بر دیواره فلوم به فاصله ۲/۵ درجه و در مسیر مستقیم بعد از قوس هر ۱۰ سانتیمتر داده برداری انجام گرفت. این روش برای سایر دبیهای دیگر نیز انجام گرفت. مشخصات آزمایشهای انجام شده در جدول (۱) نشان داده شده است. پس از داده برداری، با کمک نرم افزارهای(,Excel, Surfer, Arc GIS (Auto cad و دیگر نرم افزار های مهندسی مرتبط اقدام به تجزیه و تحلیل خروجی های دستگاه نموده که به صورت نمودار و گراف و همچنین ارقام کمی ارائه شده است. [۱]