مطالعه‌ی آزمایشگاهی اثر نصب کف‌بند بر کاهش آب‌شستگی موضعی در پایین‌دست سازه‌های کنترل تراز بستر سطح شیب‌دار

کاهش تراز بستر رودخانه‌ها، یکی از مهمترین مسائلی می‌باشد که امروزه مهندسین رودخانه با آن مواجه هستند. سازه‌های کنترل تراز بستر سطح شیب‌دار از جمله سازه‌هایی هستند که علاوه‌بر حفاظت رودخانه در مقابل فرسایش پیش‌رونده در بستر، دارای شرایط مناسب محیط‌زیستی از منظر سهولت در عبور آبزیان به بازه‌های بالادستی و نیز افزایش اکسیژن محلول در آب هستند. یکی از موضوعات مهم در طراحی و ایمن‌سازی این سازه‌ها، پیش‌بینی مقدار عمق آب‌شستگی در پایین‌دست آن‌ها و اتخاذ روش‌های کاهش آن است. در تحقیق حاضر تاثیر حضور کف‌بند بر تغییرات مشخصات آب‌شستگی موضعی در پایین‌دست سازه کنترل تراز بستر سطح شیب‌دار با و بدون زبری سطح سازه به‌صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌ها برای شیب‌های کارگذاری 1:3و 1:5، نسبت عمق بحرانی به ارتفاع سازه 0.2-0.14، زبری سطح سازه با اندازه‌های 5.2-1.15 سانتی‌متر و چیدمان‌های مختلف و نیز کف‌بند با طول‌های برابر و نصف ارتفاع سازه در آزمایشگاه هیدرولیک و مدل‌های فیزیکی هیدرولیکی دانشگاه گیلان طی سال‌های 1399 و 1400، اجرا گردید. تجزیه و تحلیل نتایج در شیب‌های مختلف سازه نشان داد که ایجاد کف‌بند رابطه مستقیم با کاهش عمق حداکثر نهایی آب‌شستگی دارد به‌گونه‌ای که با نصب کف‌بند به طول برابر با ارتفاع سازه، عمق حداکثر نهایی آب‌شستگی در دامنه دبی‌ها و زبری‌های حداقل تا حداکثر، برای شیب‌های 1:3 و 1:5 بطور متوسط به ترتیب 58 و 43 درصد نسبت به حالت بدون کف‌بند و بدون زبری کاهش می‌یابد. بررسی نتایج نشان می‌دهد که با افزایش اندازه زبری در بهترین عملکرد آن، از عمق حداکثر نهایی آب‌شستگی در دامنه دبی‌های حداقل تا حداکثر و شیب‌های مورد بررسی، بطور متوسط 39 تا 62 درصد نسبت به حالت بدون زبری کاسته می‌شود. مقایسه نتایح حاکی از آن است که در شیب‌ 1:3 تغییر چیدمان زبری از وضعیت یک در میان به متراکم در محدوده زبری درشت‌دانه، تاثیری بر کاهش عمق حداکثر نهایی آب‌شستگی نداشت اما در شیب 1:5 منجر به کاهش 18 تا 42 درصدی عمق حداکثر نهایی آب‌شستگی شد.

experimental investigation of effect of the apron installation on local scour at the downstream of block ramp

river bed control is a critical issue that river engineers facing with it today. block ramps are grade control structures, implementing as a countermeasure to overcome successive erosion in rivers bed, having suitable environmental conditions in terms of aquatic migration to upstream reaches, and also increasing the dissolved oxygen in the water. one of the important issues in designing and safetying these structures is to predict and reduce the magnitude of scour depth in the downstream pools. in the present study, the effect of apron installation on the reduction of scour in the downstream of the block rams under the smooth and rough surface of the structure was investigated, experimentally. the experiments were performed for slopes of 1:3 and 1:5, the ratio of the critical depth to the height of the structure 0.14 0.2, roughness elements height of 1.15 5.2 cm with different arrangements; as well as apron installation with a length of equal and half of the height of the structure at the hydraulic and physical hydraulic lab of university of guilan in 2020 and 2021. the comparison of the results of all slopes of the structures showed that the apron installation is directly related to the reduction of the maximum scour depth, so that by installing an apron with length of equal to the structure height, the maximum scour depth for slopes 1:3 and 1:5 reduced by an average of 58 and 43%, respectively, compared to the smooth block ramp. by increasing the roughness height, the maximum scour depth over the range of minimum and maximum flow discharges and the structures slopes reduced by an average of 39 to 62 % compared to the corresponding smooth block ramp. a comparison of the results shows that for block ramp with the slope of 1:3, changing the roughness arrangement from staggered to compact in case of large roughness, had no effect on reduction of the maximum scour depth, but in the slope of 1:5, reduced the maximum scour depth in the range of 18 to 42 %.