بررسي آزمايشگاهي آب‌شستگي موضعي در پايين‌دست سازه‌ كنترل تراز بستر سطح شيب‌دار

Experimental Investigation on Local Scour at Downstream of the Inclined Grade Control Structure

حفظ تراز بستر رودخانه به‌ويژه‌ در بازه‌هايي كه شيب بستر به ­دلايل مختلف از جمله برداشت شن و ماسه دچار افزايش ناگهاني شده است، از منظر حفاظت رودخانه اهميت زيادي دارد. از جمله سازه‌هاي محيط­ زيست‌دوست كه براي تثبيت بستر و ديواره‌هاي رودخانه كاربرد زيادي دارد، سازه‌هاي كنترل تراز بستر سطح شيب‌دار هستند. از پارامترهاي مهم در طراحي اين سازه‌ها، آگاهي از مقدار ابعاد گودال آب‌شستگي در پايين‌دست آنها مي‌باشد. در تحقيق حاضر، تأثير پارامترهاي مختلف هندسي و هيدروليكي بر عمق حداكثر آب‌شستگي پايين‌دست سازۀ كنترل تراز بستر سطح شيب‌دار به‌صورت آزمايشگاهي بررسي شده است. آزمايش‌هايي براي شيب‌هاي كارگذاري سطح شيب‌دار 14، 20 و 33 درصد، دبي‌هاي واحد عرض 5/45-4/28 ليتر بر ثانيه بر متر، عمق‌هاي پاياب yc 6-5/3 و اندازۀ زبري‌هاي 4 تا 10 ميلي‌متر اجرا گرديد. تجزيه و تحليل نتايج به­دست آمده نشان مي­دهد كه در شيب كارگذاري سطح شيب‌دار 33 درصد، عمق پاياب رابطۀ مستقيم با افزايش عمق حداكثر آب‌شستگي دارد به‌ طوري‌كه با افزايش عمق پاياب از yc5/4 به yc6، عمق حداكثر آب‌شستگي در دامنۀ دبي‌ها و زبري­هاي حداقل و حداكثر، به ­طور متوسط 13 درصد افزايش مي يابد. با كاهش شيب سطح شيب‌دار به 20 و 14 درصد، افزايش عمق پاياب رابطۀ معكوس با عمق حداكثر آب‌شستگي خواهد داشت به‌گونه‌اي كه با افزايش عمق پاياب از yc 5/3 به yc 5/4، مقدار عمق حداكثر آب‌شستگي به ­طور متوسط در هر يك از شيب‌هاي مذكور 9 و 25 درصد كاهش مي­يابد. مقايسۀ نتايج به­دست آمده حاكي از آن است كه افزايش اندازۀ زبري در دامنۀ دبي‌ها و عمق‌هاي پاياب مختلف، منجر به كاهش حداكثر عمق آب‌شستگي به ­ميزان متوسط 21-5 درصد در دامنۀ زبري‌هاي حداقل و حداكثر مي­شود.

In river conservation practices, maintenance of a river bed level especially at under situations where the slopes of bed increases due to different reasons such as sand mining is very important. The inclined grade control structure is one of eco-friendly structures that is applied in order to stabilize rivers beds and banks. One of the important parameters for design of such structures, is estimation of a local scour depth around downstream of the structures. In present study, the effect of different hydraulic and geometric parameters on the maximum scour depth at the downstream of inclined grade control structure was experimentally investigated. Experiments were conducted for slopes of 14 to 33%, unit discharges of 28.4-45.5, tail water depths of 3.5-6 yc and roughness sizes of 4 to 10 mm. Comparison of results of the maximum scour depth for the grade control structure with slope of 33% showed that the tail water depth had direct effect on the scour depth increased from 4.5 to 6 yc, and the maximum scour depth increased by 13 percent. By decreasing the installation bed level to 20 and 14, increasing the tail water had inverse effect on the maximum scour depth in such a way that by increase of the tail water depth from 3.5 to 4.5 yc, average reduction of the maximum scour depth was found to be 9 and 25 percent for slopes of 20 and 14 percent, respectively. Comparison of the results indicated that increasing the roughness of bed caused decrease in the maximum scour depth from 5 to 21 percent within the range of the minimum and maximum roughness.