بهینه یابی موقعیت آبشکن نفوذناپذیر مستقیم در کرانه مخالف استقرار تکیه گاه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه آب و سازه‌های هیدرولیکی دانشگاه زنجان

2 استادیار گروه مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشگاه زنجان

چکیده

فرسایش کرانه ی رودخانه ها از مهم ترین دغدغه های مهندسین علم هیدرولیک است. استفاده از آبشکن ها، از جمله روش هایی است که به کنترل و کاهش فرسایش کمک می کند. در این مطالعه به منظور یافتن موقعیت بهینه استقرار آبشکن در کرانه ی رودخانه، شرایط جانمایی مختلف آن به‌صورت عددی بررسی شد. برای مدل سازی از نرم افزار FLOW-3D بهره گرفته شد. نتایج عددی و آزمایشگاهی باهم مقایسه شده و این مقایسه نشان داد که نتایج عددی از تطابق نسبی خوبی با نتایج آزمایشگاهی برخوردار است. در این مطالعه میزان حفاظت از کرانه مورد بررسی قرار گرفت. مدلسازی ها با شش موقعیت قرار گیری مختلف آبشکن انجام شد. نتایج نشان داد که با تغییر موقعیت آبشکن به سمت پایین دست، آبشکن در محل استقرار d/L=1.834 (آبشکن مستقر در فاصله 66 سانتی متری بعد از شروع تکیه گاه) سطح بیشتری از کرانه را در برابر فرسایش محافظت نموده است. آبشکن در این موقعیت مقدار سطح فرسایش کرانه را در مقطع عرضی تا 21.65 درصد و در مقطع طولی تا 17.12 درصد کاهش داده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimization of the Impermeable Straight Dike Location in the Opposite Bank of the Base Location

نویسندگان [English]

  • mohammad saghafi zanjani 1
  • Saeed Abbasi 2
1 M.Sc. student, Department of Water and Hydraulic Structures Engineering, Zanjan University, Zanjan, Iran
2 Assistant Professor, Department of Water and Hydraulic Structures Engineering, Zanjan University, Zanjan, Iran
چکیده [English]

Erosion of riverbank edges is one of the major concerns of the hydraulic engineers. Using spur dikes is one of the methods which help to control and reduce the erosion. In the present study, the location of the spur dikes in the riverbank was optimized numerically using the FLOW-3D numerical model. Comparison of the numerical and experimental results showed a good agreement between them. In addition, the level of riverbank protection was also studied in the present study considering six different spur dike locations. The results showed that by changing the location of the spur dike toward downstream, the spur dike in the location with a dimensionless ratio of d/L=1.834 (the spur dike located 66 cm away from the base beginning) protected a greater riverbank area against erosion. The spur‌ dike in the mentioned location decreased the riverbank erosion in a the cross-section and in the longitudinal section by 21.65% and 17.12%, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spur Dike
  • Bank protection
  • Spur Dike Location
  • Flow-3D
هدف تحقیق حاضر بررسی موقعیت بهینه استقرار آبشکن برای حفاظت کرانه­ی رودخانه با مقطع ذوزنقه­ای می­باشد که می­توان با توجه به نمودارها و جداول ارائه شده، مهم­ترین نتایج را به صورت زیر برشمرد:
آبشکن مورد استفاده در قبل تکیه­گاه (417/0- d/L=)، در پروفیل عرضی مقطع بحرانی A-A، 41/4 درصد و در مقطع طولی کانال 66/2 درصد از سطح رسوب کرانه را نسبت به مدل مبنا (بدون آبشکن) محافظت نموده که مقدار ناچیزی بوده و نتیجه می­شود آبشکن مورداستفاده در قبل تکیه­گاه تأثیر قابل توجهی در حفاظت از کرانه را ندارد. همچنین حداکثر عمق آبشستگی که در پای تکیه‌گاه به وجود آمده از دیگر موقعیت­های قرارگیری آبشکن، بیشتر است که از حیث ناپایداری تکیه­گاه قابل ‌قبول نمی­باشد. لذا با تغییر موقعیت جانمایی آبشکن به سمت پایین‌دست، آبشکن کارایی بهتری در حفاظت از کرانه را دارد و مشاهده می‌شود که از موقعیت 1 d/L= تا 834/1 d/L= میزان حفاظت کرانه به مرور بهبود می­باید و در موقعیت 834/1 d/L= ایده­آل­ترین نتایج را حاصل می­دهد و از موقعیت 834/1 d/L= به سمت پایین‌دست، میزان حافظت از کرانه روند نزولی پیدا می­کند.
آبشکن مورد استفاده در موقعیت 834/1 d/L=، در پروفیل عرضی مقطع بحرانی A-A، 65/21 درصد و در پروفیل طولی کانال 12/17 درصد از سطح رسوب کرانه را نسبت به مدل مبنا (بدون آبشکن) محافظت نموده است. علاوه بر این طبق جدول­(6)، مشاهده می­شود که به جز موقعیت 834/1 d/L=، در دیگر موقعیت­ها درصد رسوب برجای­مانده در کل پروفیل عرضی مقطع بحرانی نسبت به مدل مبنا منفی بوده و این بدین معناست که درصد رسوب فرسایش یافته نسبت به مدل مبنا بیشتر می­باشد؛ اما درصد رسوب برجای­مانده در کل پروفیل عرضی مقطع با آبشکن به موقعیت 834/1 d/L=، 857/1 درصد بوده که نسبت به دیگر مدل­ها، مقدار قابل قبولی می‌باشد. همچنین مقدار حداکثر عمق آبشستگی آبشکن با موقعیت 834/1 d/L= حداقل و آبشکن با موقعیت 417/0- d/L=، حداکثر بوده و علت این موضوع را می‌توان تأثیر آبشکن با موقعیت 834/1 d/L= در کم کردن شدت گردابه­های نعل اسبی دانست.
درنهایت با توجه به نتایج بدست آمده، موقعیت بی­بعد 834/1 d/L= از حیث حفاظت کرانه­ی رودخانه و همچنین کنترل و کاهش حداکثر عمق آبشستگی نسبت به سایر موقعیت­ها بهینه بوده و استفاده از این موقعیت مناسب­تر به نظر می­رسد.
 
منابع
ثبات، م.، صالحی نیشابوری، ع.، و صفرزاده، م. 1399. مطالعه عددی جریان آشفته و فرآیندهای مؤثر بر آبشستگی حول آبشکن مستقیم با بستر صلب. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 14(1): 76-90.
عباسی، س.، پورشهباز، ح.، و تقوائی، پ. 1398. بررسی تغییرات مورفولوژی بستر در کانال‌های دارای سری آبشکن‌های موازی با طول‌های نامساوی و جهت‌گیری‌های مختلف. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران. 9(3): 38-48.
خلج، م.، گوهری، س.، و اخروی، س. ۱۳۹۸. بررسی عددی و آزمایشگاهی الگوی آبشستگی پیرامون آبشکن‌های چوگانی و مستقیم. مجله علوم آب و خاک. ۲۳ (۳): ۲۶۱-۲۷۳.
اقبال زاده، ا.، رستم نژاد، م.، واقفی، م.، و الیاسی، س. 1397. بررسی عددی تأثیر طول آب‌شکن مستغرق بر الگوی جریان در کانال باز مستقیم. دانش آب و خاک. 28(2):  57-69 .
اسدی، م.، و زمردیان، م. 1395. شبیه‌سازی عددی الگوی جریان متلاطم و آبشستگی موضعی بستر در اطراف آبشکن‌ قائم و زاویه­دار با مدل عددیFLOW-3D . علوم و مهندسی آبیاری. 39(2): 167-179.
واقفی، م.، اقبال زاده، ا.، و رستم نژاد، م. 1395. بررسی عددی اثر دبی بر الگوی جریان حول آبشکن ساده مستغرق در کانال رو باز. فصلنامه علمی - پژوهشی مهندسی منابع آب. 9(28): 67-80 .
Hang, H., Nakagawa, H., Kawaike, K., and Yasuyuki, B.A.B.A. 2009. Experiment and simulation of turbulent flow in local scour around a spur dyke. International Journal of Sediment Research. 24(1): 33-45.
Teraguchi, H., Nakagawa, H., Kawaike, K., Baba, Y., and Zhang, H. 2010. Morphological Changes induced by River Training Structures: Bandal-like structures and Groins. Annuals of Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University. 505-518.
Karami, H., Ardeshir, A., Behzadian, K. and Ghodsian, M. 2011. Protective spur dike for scour mitigation of existing spur dikes. Journal of Hydraulic Research. 49.6: 809-813.
Karami, H., Basser, H., Ardeshir, A., and Hosseini, S. H. 2014. Verification of numerical study of scour around spur dikes using experimental data. Water and Environment Journal. 28(1): 124-134.
Koken, M., and Gogus, M. 2015. Effect of spur dike length on the horseshoe vortex system and the bed shear stress distribution. Journal of Hydraulic Research. 53(2): 196-206.
Lee, K.S., and Jang, C.L. 2016. Numerical investigation of space effects of serial spur dikes on flow and bed changes by using Nays2D. Journal of Korea Water Resources Association. 49(3): 241-252.
Pourshahbaz, H., and Abbasi, S. 2017. Numerical scour modeling around parallel spur dikes in FLOW-3D. Drinking Water Engineering and Science Discussions. 1-16.
Kumar, T., Tyagi, D., Aggarwal, L., and Kumar, M. 2018. Comparison of scour around different shapes of groynes in open channel. International Journal of Recent Trends in Engineering and Research. 4.3: 382-392.
Gunawan, P.H., and Pudjaprasetya, S.R. 2018. Simulation of shoreline development in a groyne system, with a case study Sanur Bali beach. In Journal of Physics: Conference Series. 971. 1: 1-12.
Kumar, A., and Ojha, C.S.P. 2019. Near-bed turbulence around an unsubmerged L-head groyne. ISH Journal of Hydraulic Engineering. 1-8.
Dutta, D., and Kalita H.M. 2019. Performances of Straight Head and T-head Groynes as River Training Structures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 491.1. IOP Publishin.
Pandey, M., Valyrakis, M., Qi, M., Sharma, A., and Lodhi, A.S. 2020. Experimental assessment and prediction of temporal scour depth around a spur dike. International Journal of Sediment Research.