بررسی اثر بستر نفوذپذیر متخلخل در حوضچه آرامش بر مشخصات پرش هیدرولیکی

سابقه و هدف: یکی از کاربردهای مهم پرش هیدرولیکی کنترل فرسایش پایین دست کانال از سیستم های انتقال آب با سرعت بالا مانند تنداب ها و سرریزها بوسیله مستهلک کردن مقدار زیادی از انرژی جنبشی پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش می باشد. حوضچه های آرامش معمولا از بتن صاف و نفوذ ناپذیر ساخته می شوند که این امر مشکلاتی از نظر زیست محیطی و همچنین هزینه و صعوبت اجرا به دنبال دارد. استفاده از حوضچه های آرامش در کانال های طبیعی پوشش داده شده با ریپ رپ و کانال های سنگی رو به گسترش است. این حوضچه ها ذاتا زبرتر و نسبت به حوضچه های آرامش سنتی نفوذپذیر می باشند. در حال حاضر تاثیر نفوذپذیری کانال بر روی مشخصات پرش هیدرولیکی مانند اعماق مزدوج و طول پرش نامشخص است. در این تحقیق مشخصات پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش با بستر نفوذپذیر متخلخل به عنوان جایگزینی برای حوضچه های بتنی در اینگونه موارد مورد بررسی قرار گرفته است. مواد و روش‌ها: برای انجام آزمایش‌ها یک کانال آزمایشگاهی به طول 6 متر و عرض 80 سانتی‌متر با جداره شیشه‌ای مجهز به مخزن تامین هد به ارتفاع 3 متر در ابتدای کانال در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه فردوسی مشهد طراحی و ساخته شد. دبی موردنیاز آزمایش‌ها توسط سیستم آب‌رسانی آزمایشگاه مجهز به پمپ سانتریفیوژ با توان آبدهی 100 لیتر بر ثانیه تامین گردید. از دو دریچه کشویی در ابتدا و انتهای کانال به‌منظور ایجاد جریان فوق بحرانی، تنظیم عمق پایاب و تثبیت موقعیت پرش استفاده شد. از سه نوع شن خوب دانه‌بندی شده با میانگین قطر دانه‌بندی مختلف در محدوده 9.8 تا 38 میلی‌متر با طول‌ها و ضخامت‌های متفاوت برای ایجاد بستر نفوذپذیر استفاده گردید. آزمایش‌ها برای پنج عدد فرود متفاوت در محدوده 5.3 تا 7.4 انجام شد. عمق اولیه، ثانویه و طول پرش برای هر آزمایش اندازه‌گیری شده و با نتایج حاصل از بستر صاف نفوذناپذیر مقایسه گردید. یافته‌ها: درمجموع اهداف مختلف موردنظر این تحقیق که در درجه اول شامل ارزیابی اثر بالقوه نفوذپذیری کف حوضچه آرامش بر روی مشخصات پرش هیدرولیکی مانند نسبت اعماق مزدوج و طول پرش بود، به دست آمد. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که پارامترهایی مانند میانگین قطر دانه‌بندی بستر حوضچه، طول و ضخامت بستر و عدد فرود جریان بر ابعاد پرش هیدرولیکی و میزان افت انرژی حاصل از آن موثرند. نتیجه‌گیری: نفوذپذیری بستر سبب کاهش ابعاد پرش هیدرولیکی شده بطوریکه نسبت اعماق مزدوج در مقایسه با بستر صاف به‌طور میانگین 19 درصد و نیز طول پرش حدوداً 31 درصد کاهش می‌یابد.