برآورد نيمرخ آبشستگي در پايين‌دست دريچه با وجود بستر چسبنده

Prediction of scour profile in cohesive beds downstream of vertical ‎sluice gates

آبشستگي پديده­‌اي است كه در بعضي مواقع به تخريب سازه­‌هاي زيربنايي منجر شده و وقايع جبران‌ناپذيري را به همراه دارد. تحقيقات معدود قبلي نشان داده كه در شرايطي كه بستر متشكل از ذرات ريزدانه چسبنده باشد، كاربرد معيارهاي مبتني بر رسوبات غيرچسبنده ابعاد گودال آبشستگي موضعي را بيش از واقعيت برآورد نموده و هزينه‌­هاي گزافي را به طرح تحميل مي‌كند. بر اساس اين تحقيقات، ميزان و نوع رس بر آبشستگي بستر چسبنده بسيار موثر مي­‌باشد. در مقاله حاضر، آبشستگي موضعي ناشي از جت افقي مستغرق خروجي از دريچه كشويي قايم در شرايط وجود مصالح چسبنده در بستر فرسايش‌­پذير به­‌صورت آزمايشگاهي مطالعه شد. در ابتدا عوامل اصلي موثر بر اين پديده شناسايي و رس بنتونيت به‌­عنوان مصالح چسبنده انتخاب شد. مجموعاً 48 آزمايش با در نظر گرفتن چهار ميزان رس، سه بازشدگي دريچه و چهار عمق پاياب، در يك فلوم مستطيلي در آزمايشگاه پژوهشكده حفاظت خاك و آبخيزداري انجام­ شد. نتايج نشان داد، با افزودن رس بنتونيت به بستر فرسايش­‌پذير، اثر چسبندگي در ميزان رس 10 درصد نمايان شده و با افزايش ميزان رس، بيشينه عمق آبشستگي كاهش چشمگيري مي‌­يابد. به‌­نحوي كه در شرايط وجود 20 درصد رس بنتونيت در بستر به‌طور متوسط 76 درصد كاهش در بيشينه عمق آبشستگي نسبت به مصالح غيرچسبنده رخ مي­‌دهد. بر اساس نتايج آزمايش‌ها، يك رابطه كلي ارايه ­شد كه قابليت برآورد بيشينه عمق آبشستگي هم در شرايط وجود مصالح چسبنده و هم غياب آن را با خطاي متوسط 19 درصد دارا مي­‌باشد. حساسيت عوامل موجود در رابطه برآورد بيشينه عمق آبشستگي سنجيده و با رابطه محقق پيشين مقايسه­ شد. نتايج تحقيق حاضر در قالب دو نوع نيمرخ براي حفره آبشستگي تعريف شد كه با روابط قبلي تطبيق نسبتا مناسبي را نشان داد.

Scour phenomena can impair infrastructures and result in non-reparable‏ ‏damages. Few ‎researches conducted so far show that application of non-cohesive criteria for situations ‎where the bed is formed of cohesive materials, overestimates dimensions of the scour hole ‎and will impose large costs to the project. According to the previous researches, type and ‎content of clay also significantly affects scour in the cohesive materials. In this paper, the ‎local scour in the cohesive bed due to a horizontal submerged jet issued from a vertical ‎sluice gate is experimentally studied. Initially, the effective factors were identified and ‎Bentonite clay was selected as cohesive material. A total of 48 tests, considering four ‎different clay contents, three amounts of gate openings and four different tailwater depths, ‎were conducted in a rectangular flume of Soil Conservation and Watershed Management ‎Research Institute laboratory. The results show that by adding Bentonite clay to the ‎erodible bed, effect of cohesion appears in the 10% ratio and with further increase of the ‎clay content the scour depth decreases considerably. So that in a bed containing 20% ‎Bentonite clay the maximum scour depth reduces by 76% on average in relation with a ‎non-cohesive bed. Based on the experimental results, a general equation for predicting the ‎maximum scour depth valid in both conditions of presence and absence of the cohesive ‎materials is presented. A sensitivity analysis on the existing parameters that effect on scour ‎depth was conducted and compared with the results of previous researches. Finally, two ‎types of scour hole profiles were defined which showed a relatively‏ ‏good agreement with ‎previous empirical relationships.‎