ارزیابی آزمایشگاهی پروفیل طولی و عرضی آبشستگی در بستر کانال با قوس 180 درجه: کاربرد آبشکن مثلثی نفوذپذیر

زمینه و هدف: یکی از روش های جدید جهت کنترل فرسایش در ساحل خارجی قوس رودخانه ها استفاده از صفحات متصل به ساحل می باشد. صفحات متصل به ساحل از جمله سازه های زیست محیطی هستند که برای کنترل فرسایش سواحل، انحراف جریان از سواحل به طرف مرکز مجرا، بهتر شدن وضعیت انتقال رسوب، توسعه رودخانه جهت قایقرانی، ترمیم و توسعه زیستگاه آبزیان رودخانه استفاده می شوند. علیرغم مزایای فراوان صفحات متصل به ساحل اما اطلاعات دقیقی در رابطه با وضعیت فرسایش و رسوب گذاری و الگوی جریان در اطراف آنها تحت شرایط هیدرولیکی و هندسی مختلف وجود ندارد و تحقیقات بسیار اندکی صورت گرفته است. در تحقیق حاضر تاثیر سناریوهای مختلف نصب آب شکن های نفوذپذیر مثلثی بر تغییرات پروفیل طولی و عرضی رسوب بستر در کانال آزمایشگاهی با قوس 180 درجه ارزیابی شده است.روش پژوهش: در این تحقیق هدف اصلی بررسی الگوی رسوب گذاری و فرسایش در قوس رودخانه ها با استفاده از صفحات مثلثی متصل به ساحل می باشد؛ که در این راستا در مورد تاثیر فاصله بین صفحات مثلثی و طول موثر صفحات مثلثی و نیز عدد فرود جریان بر کنترل فرسایش دیواره خارجی قوس 180 درجه تمرکز شده است. آزمایش ها در یک فلوم آزمایشگاهی با قوس 180 درجه ملایم با نسبت و مقطع عرضی مستطیلی به عرض 0.6 متر انجام می پذیرد. زاویه نصب صفحات مثلثی ثابت برابر با 60 درجه نسبت به ساحل بالادست، ارتفاع صفحات مثلثی نفوذپذیر از سطح رسوب ثابت برابر 10cm و نفوذپذیری صفحات مثلثی ثابت برابر 12 درصد در نظر گرفته شد. آزمایش-ها در حالت آب زلال انجام شد. طول موثر صفحات تهیه شده برابر با w/l=5، w/l=4 و w/l=3 (w= عرض مقطع جریان برابر 60 سانتیمتر ، l= طول موثر به ترتیب برابر 12 و 15 و 20 سانتیمتر) و با فواصل نصب برابر با d/l=5 ( d= فواصل نصب به ترتیب 60، 75 و 100 سانتیمتر برای 3 طول موثر) در نظر گرفته شد و در دو دبی ورودی مختلف اجرا گردید.یافته ها: بررسی تاثیر تغییرات فاصله قرارگیری صفحات مثلثی نفوذپذیر بر توپوگرافی بستر نشان می دهد در هر عدد فرود با افزایش فاصله صفحات از یکدیگر، حداکثر عمق آبشستگی افزایش می یابد، نتایج مطالعه نشان می دهد استفاده از صفحات مثلثی نفوذپذیر باعث انحراف جریان از قوس بیرونی به طرف مرکز و سپس قوس داخلی فلوم خواهد شد که این مزیت در عمل باعث کنترل فرسایش در قوس بیرونی رودخانه ها می شود. با افزایش دبی جریان ورودی و افزایش طول موثر صفحات مثلثی (طول عمود بر جریان) و فاصله صفحات مثلثی از یکدیگر در قوس 180 درجه، حداکثر عمق آبشستگی و حجم آبشستگی افزایش پیدا کرده است، نصب صفحات مثلثی با طول موثر برابر و فاصله صفحات مثلثی برابر 5l، باعث انحراف جریان از ساحل بیرونی به طرف دماغه صفحات و میانه فلوم و در نتیجه تنش برشی بستر در میانه فلوم کاهش می یابد و این امر سبب کاهش حداکثر عمق آبشستگی کانال فرسایشی و ایجاد خط القعر در دماغه صفحات خواهد شد.نتایج: نتایج نشان داد که با نصب آب شکن، تپه های رسوبی در حدفاصل بین آن ها ایجاد می شوند. بنابراین در طول موثر برابر با w/l=5 معادل 12 سانتیمتر حداکثر ارتفاع تپه رسوبی در دیواره خارجی برابر با 30 و 31 درصد عمق آب، به ترتیب بین زاویه های صفر تا 170 درجه و 68.7 تا 115 درجه معادل 11 برابر و 3 برابر فاصله بین صفحات به ترتیب برای دبی های 13.5 و 15.5 لیتر بر ثانیه بوده است. همچنین برای شرایط ذکر شده عرض تپه رسوبی در دیواره خارجی به ترتیب به 85 و 75 درصد طول موثر صفحات رسید. آبشکن‫های مثلثی نفوذپذیر شش پایه برای رودخانه‫های مئاندری مانند کارون و در قوس 90 و 180 درجه توصیه می‫شوند. این رودخانه‫ها دارای پیچش و انحنای زیاد و همچنین عمق جریان زیاد و سرعت جریان در آنها کم که حاوی رسوبات معلق زیاد می‫باشند و شیب این نوع رودخانه ها 0.001 یا کمتر بوده و به واسطه شیب کم پتانسیل حمل رسوب آنها کم و بار رسوبی عمدتاً ریزدانه دارند.

laboratory valuation of longitudinal and transverse profiles of scour in a 180-degree channel: application of permeable triangular vanes

background and objectives: one of the new methods for controlling erosion on the outer bank of river curve is the use of plates connected to the riverbank. coastal vanes are the environmental structures which are used to control bank erosion, divert flow from bank to river center, improve sediment transport status, develop river for sailing, restorate and develop river's aquatic habitat. despite the many advantages of coastal vanes, there is no detailed information about erosion and sedimentation and flow patterns around them under different hydraulic and geometric conditions and fewer research have been done. in the present study, the effect of different installation scenarios of triangular permeable vanes on bed sediment longitudinal and transverse profile changes in a laboratory channel with a 180-degree bend is evaluated.methods: in this research, the main purpose is to investigate sedimentation and erosion patterns in the rivers rsquo; bend using coastal triangular vanes; in this regard, the impact of distance between triangular vanes, their effective length, and froud number on the erosion control of the outer bank of the 180 degree bend is focused. experiments in a laboratory flume with a mild 180-degree bend with a ratio and a rectangular cross section with a width of 0.6 meters is done. the angle of fixed triangular vanes is 60 degrees, the height of the permeable triangular vanes from the sediment surface is 10cm and the permeability of the triangular vanes is 12%. the experiments were carried out with limpid water mode. the effective lengths of the prepared vanes were 12, 15 and 20 cm with installation intervals of 60, 75 and 100 cm respectively and were run at two different inlet discharges.results: investigating the effect of the distance between permeable triangular vanes on bed topography shows that in each froud number, with increasing the distance of vanes from each other, the maximum scour depth will be increased. the results demonstrate the use of permeable triangular vanes causes the flow deviation from the outer bank to the center and then the inner bank of the flume, which leads to control the erosion in the river outer bank. by increasing the inlet flow discharge and increasing the effective length of triangular vanes and the distance of triangular vanes from each other in a 180-degree bend, the maximum scour depth and volume are increased. the installation of triangular vanes with an effective length of and a distance of 5l causes the flow deviation from the outer bank to the vanes cape and the middle of the flume, consequently results in a decrease in the shear stress in the middle of the flume and scour depth of the erosion channel and creates thalweg in the vanes cape.conclusion: the results illustrate that by installing the triangular vanes, the point-bars are created in the interval between them. therefore, during the effective length of 12cm, the maximum height of the point-bar on the outer bank equals to 30 and 31% of water depth, between the 0 to 170 degrees and 68.7 to 115 degrees equal to 11 times and 3 times the distance between the vanes, for discharge values of 13.5 and 15.5 l/sec, respectively. also, for the mentioned conditions the width of the point-bar on the outer bank reaches 85% and 75% of vanes rsquo; effective length , respectively. permeable triangular vanes with six pillars are recommended for meandering rivers like karun in 90 and 180-degree arcs. these rivers have high torsion and curvature as well as high flow depth and low flow velocity in them, which contain high suspended sediments and the slope of this type of rivers is 0.001 or less and due to the low slope, their sediment carrying potential. sediment loads are mostly fine.