بررسی آزمایشگاهی تاثیر رسوبات درشت‌دانه بستر بر تنش‌برشی بحرانی ته‌نشینی رسوبات معلق

اهمیت مطالعات رسوب در مباحث مهندسی رودخانه و احداث سازه های هیدرولیکی به خوبی شناخته شده است. در این میان تنش برشی بحرانی ته نشینی رسوبات معلق یکی از پارامترهای بسیار مهم در مباحث هیدرولیک رسوب می‌باشد. از این رو در این تحقیق به بررسی تنش برشی بحرانی ته نشینی رسوبات در حضور رسوبات بستر پرداخته شده است. به همین منظور آزمایش های ته نشینی با استفاده از یک فلوم دایره ای به قطر 1/9 و عرض 0/3 متر و در سه تنش برشی جریان، شش حالت از بستر (بستر صاف و پنج دانه بندی رسوبات درشت دانه) و با غلظت های اولیه 5 ،10 و 20 گرم بر لیتر انجام شد. نتایج نشان داد به ازای غلظت اولیه یکسان و سرعت برابر چرخش فلوم، ته نشینی رسوبات معلق در بستر حاوی رسوبات نسبت به حالت بستر صاف بیشتر است. این در حالی است که برای سرعت های مشخص چرخش فلوم، رسوبات درشت دانه بستر موجب افزایش تنش برشی متوسط جریان می‌شوند. همچنین مشخص شد رسوبات بستر به طور کلی موجب افزایش تنش برشی ته نشینی کامل نسبت به بستر صاف می‌شوند. بر این اساس می‌توان اظهار داشت که در بستر با رسوبات درشت دانه، در جریان با آشفتگی بیشتر، همچنان شرایط ته نشینی کامل برای رسوبات معلق فراهم است. نتایج این تحقیق برای مقادیر تنش برشی آستانه ته نشینی نشان داد در بستر صاف به ازای تنش های برشی کمتر از 1/28 نیوتن بر متر مربع رسوبات در آستانه ته نشینی قرار می‌گیرند، اما برای بستر های حاوی رسوب درشت دانه مشاهده شد که در هر تنش برشی جریان رسوبات معلق ته نشین و در میان رسوبات بستر تله اندازی می‌شوند. بر این اساس می‌توان بیان داشت که به دلیل پدیده تله اندازی رسوبات معلق، در بسترهای حاوی رسوبات درشت دانه نمی‌توان تنش برشی آستانه فرسایش برای رسوبات معلق در نظر گرفت.

Experimental Investigation of the Effect of Bed’s Coarse Grain Sediments on the Critical Shear Stress for Deposition of Suspended Sediments

The importance of sediments studies for safety design of hydraulic structures has been drawn attention by river engineers. Determining the critical shear stress for suspended sediment is of highly significant in sediment hydraulics. Therefore in this research, the deposition process of suspended sediment in the presence of bed sediment has been investigated. Deposition experiments were carried out in the circular flume for three values of shear stress, six types of beds (smooth bed and five coarse[1]grained sediments) with initial concentrations of 5, 10 and 20 g/l. The results showed that, for the same initial concentration and equal velocity of flume rotation, the deposition of suspended sediments in the bed containing sediments is higher than that of the smooth bed. However, for specific flume rotation velocity, the bed coarsegrained increased the average of flow shear stresses. It was also found that bed sediments generally increased the critical shear stress for all deposition relative to the smooth bed. Accordingly, it can be explained that in the bed with coarse grain sediments, in the flow with bigger turbulence, full deposition conditions for suspended sediments still exist. The results of this study showed for threshold critical shear stress in a smooth bed, for shear stress of less than 1.28 N/m2, sediments are in the state of the deposition threshold, but for bed containing coarse grain sediment was observed in which the suspended sediments was deposited in each flow shear stress and trapped among bed sediments. Also, it can be stated that due to the phenomenon of trapping suspended sediments in the bed containing coarse grain sediments, cannot be considered threshold critical shear stress for deposition of suspended sediments.