الگوی فرسایش و رسوب با وجود سرریزهای مستغرق در قوس 90 درجه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 گروه آب دانشگاه ارومیه، ایران

3 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 مهندسی عمران، معماری و محیط‌زیست، دانشگاه پادوا، پادوا، ایتالیا

چکیده

سرریزهای مستغرق سازه‌هایی با ارتفاع کوتاه هستند که کاملاً زیر سطح آب قرار داشته و جهت کنترل جابجایی قوس‌ها، بهبود شرایط کشتیرانی، ایجاد زیستگاه آبزیان و ... احداث می‌شوند. هدف این تحقیق ارزیابی الگوی فرسایش و رسوبگذاری در یک قوس 90 درجه با شعاع انحناء نسبی 3/3 با حضور سرریزهای مستغرق می‌باشد. برای رسیدن به این هدف، مجموعه‌ای از سرریزها با ارتفاع نسبی 30 و 70 درصد و شیب تاج صفر و 7 درصد در قسمت دیواره خارجی قوس احداث شدند. زاویه سرریزها 60 درجه، طول سرریزها 30 درصد عرض کانال و فاصله بین سرریزها 3 برابر طول سرریزها به‌صورت ثابت در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که با احداث سرریزهای با ارتفاع نسبی 70 درصد و شیب تاج صفر، بیشترین رسوبگذاری (66/56 درصد بیشتر از حالت بدون سازه) در محل حداکثر آبشستگی صورت گرفت. ماکزیمم عمق نسبی آبشستگی در سرریزهای با ارتفاع نسبی 70 درصد، در حدود 17 درصد بیشتر از مقدار آن در سرریزهای با ارتفاع نسبی 30 درصد بود. با افزایش شیب تاج برای سرریزها با ارتفاع نسبی 30 درصد، متوسط ماکزیمم عمق نسبی آبشستگی در تمامی شرایط هیدرولیکی اطراف سرریز W5 تقریباً 27 درصد کاهش پیدا کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The patterns of erosion and sedimentation with bendway weirs at a 90 ° bend

نویسندگان [English]

  • Mohsen Salehzadeh 1
  • Mohammad Hemmati 2
  • Mehdi Yasi 3
  • Stefano Lanzoni 4
1 Department of Water Engineering, University of Urmia, Urmia, Iran
2 WATER ENG. DEPT. URMIA UNIVERSITY, Iran
3 Department of Irrigation and Reclamation Engineering, University of Thran, Tehran, Iran
4 Department of Civil, Environmental and Architectural Engineering ICEA, University of Padua, Padua, Italy
چکیده [English]

Bendway weirs are short-height structures that are completely submerged and are constructed to control the movement of bends, improve shipping conditions, create aquatic habitats, etc. The purpose of this study was to evaluate the pattern of erosion and sedimentation in a 90 degree bend with a relative radius of curvature 3.3 in the presence of Bendway weirs. To achieve this goal, a series of weirs with relative height 30 and 70% and crest slope of 0 and 7% were constructed on the outer wall of the bend. The angle (〖60〗^°), length (30% of channel width) and distance between weirs (3 times of weir length) were considered constant. The results show that due to the construction of weirs with relative height of 70% and flat crest slope, the maximum sedimentation (56.66% higher than the no-structure state) occurred at the maximum scour location. The maximum relative depth of scour in weirs with a relative height of 70% was about 17% higher than its value in weirs with a relative height of 30%. By increasing the crest slope for weirs with a relative height of 30%, the average maximum relative scour depth decreased by almost 27% in all hydraulic conditions around weir 5.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Inner wall
  • Outer wall
  • Point bar
  • Scour
  • Thalweg
جراح­زاده، ف.، شفاعی بجستان، م. 1391. بررسی آزمایشگاهی وضعیت خط­القعر تحت تأثیر وجود سرریز مستغرق در خم 90 درجه تند. پژوهش­های آبخیزداری. شماره 97.
دارابی، پ.، همتی، م.، حق­دوست، ن. 1396. تأثیر ارتفاع سرریز­های مستغرق در پیچ آبراهه 90 درجه بر الگوی فرسایش و رسوب­گذاری. تحقیقات مهندسی سازه­های آبیاری و زهکشی. جلد 18. شماره68. ص 66-51.
کوچک، پ.، کاشفی­پور، س.م.، قمشی، م.، فتحی، ا. 1396. بررسی اثر نوع آبشکن بر تغییرات توپوگرافی بستر در قوس 90 درجه ملایم در شرایط مستغرق. نشریه مهندسی عمران و محیط­زیست. جلد 47. شماره 1. 80-73.
مشکور­نیا، ه.، جراح­زاده، ف.، رامش، س.، شفاعی­بجستان، م. 1389. بررسی آزمایشگاهی تأثیر طول آبشکن مستغرق بر میزان آبشستگی بستر در خم 90 درجه. نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران.
مهردار، ل.، همتی، م.، یاسی، م. 1395. بررسی آزمایشگاهی تأثیر ارتفاع و شیب تاج سرریز­های مستغرق بر الگوی جریان در قوس 90 درجه. تحقیقات آب و خاک ایران. دوره 47. شماره 3. ص 516-505.
واقفی، م.، قدسیان، م.، عظیمی، ا. 1392. مطالعه عددی الگوی آبشستگی در کانال قوسی با استفاده از نرم افزار Flow3d. فصلنامه علمی پژوهشی پژوهش­های فرسایش محیطی. سال سوم. شماره 9. ص 72-59.
همتی، م.، قمشی، م.، کاشفی­پور، س. م. 1391. بررسی آزمایشگاهی تأثیر زاویه سرریزهای مستغرق بر الگوی رسوب و فرسایش در پیچان­رود. تحقیقیات منابع آب ایران. سال هشتم. شماره 3. ص 76-66.
همتی، م.، قمشی، م.، کاشفی­پور، س. م. 1392. بررسی آزمایشگاهی تأثیر طول سرریزهای مستغرق بر الگوی رسوب و تراز آب در پیچان­رود. نشریه مهندسی عمران و محیط­زیست. جلد 43. شماره 1.
Alvarez, J.A.M. 1989. Design of groynes and spur dikes. 14–18August. New Orleans. Louisiana In: Proceedings of the 1989 National Conference on Hydraulic Engineering. pp. 296–301.
Armanini, A., Sartori, F., Tomio, G., Cerchia, F and Vergnani, M. 2010. Analysis of a fluvial groynes system on hydraulic scale model. Proc. International Conference on Fluvial Hydraulics River Flow.
Brown, S.A. 1985. Design of spur-type stream bank stabilization structures. FHWA. Report No. FHWA/RD-84.101. Final Report. 98.
Cunningham, R., Lyn, D. 2016. Laboratory study of bendway weirs as a bank erosion countermeasure. J. Hydraul. Eng. 142 (6), 04016004.
Darrow, J. 2004. Effects of bendway weir characteristics on resulting flow conditions. M.S. Thesis: Colorado State University. Fort Collins. CO.
Derrick, D. L., Boyd, M. B., Crutchfield, J. P., Henderson, R. R., and Pokrefke, T. J. 1994. Design and development of bendway weirs for the Dogtooth Bend reach. Mississippi River, hydraulic model investigation.Technical Rep. HL-94-10, Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS.
Derrick, D.L. 1999. Bendway weir history, theory and design. Available from: http://chl.wes.army.mil/research/hydstruc/ bankprotect/bendweir/work.htp.
Ehsan Zabih, M. 1976. Study of river banh protection methods. Water Resource Development Training Centre University Of Roorkee. Indiana.
Fischenich, J. C. 2003. Effects of riprap on riverine and riparian ecosystems. Rep. ERDC/EL TR-03-4, U.S. Army Corps of Engineers. Engineer Research and Development Center Environmental Laboratory.Vicksburg. MI.
FHWA. 1997. Bridge scour and stream instability countermeasures (SI). Federal Highway Administration, Hydraulic Engineering Circular Number 23, FHWA HI-97-030.
Heintz, M. L. 2002. Investigation of bendway weir spacing. Colorado State Univ., Engineering Research Center. Fort Collins, CO.
Haghnazar, H., Hashemzadeh-Ansar, B., Asadzadeh, F and Akbar-Salehi-Neyshabouri, S.A. 2018. Experimental study on the effect of single spur-dike with slop sides on location scour pattern. Journal of Civil Engineering and Materials Application.
Hemmati, M., Ghomeshi, M., Kashefipour, S.M., Shafai-Bejestan, M and Lanzoni, S. 2012. Experimental investigation of the effects of angle and length of bendway weirs on scouring and sedimentation in a meander river. J. Am. Sci. 8 (9), 912–917.
Hemmati, M., Ghomeshi, M., Ahmadi, H and Lanzoni, S. 2016. Scour depth around flat and sloped crest bendway weirs: a laboratory study. Int. J. River Basin Manage. 14 (1). 83–93.
Hemmati, M and Darabi, p. 2019. Erosion and sedimentation patterns associated with restoration structures of  bendway weirs. Journal of Hydro-environment Research.19-28.
Jamieson, E.C., Rennie, C.D., Townsend, R.D, 2013. 3D flow and sediment dynamics in laboratory channel bend with and without stream barbs. J. Hydraul. Eng. 139 (2), 154-166.
Jarrahzade, F and  Shafai-Bejestan, M. 2011. Comparison of maximum scour depth in Bank line and nose of submerged weirs in a sharp bend. Scientific Research and Essays. 6(5): 1071-1076.
Kinzli, K. 2005. Effects of bendway weir characteristics on resulting eddy and channel flow conditions. Thesis (M.S.). Colorado State University. Department of Civil Engineering, Fort Collins, CO.
Kinzli, K and Thornton, C. 2009.  Predicting velocity in bendway weir eddy fields, river research and applications. Published online in Wiley Inter Science (www.interscience.wiley.com) DOI: 10.1002/rra.1289.
Lagasse, P. F., Clopper, P.E., Pagan-Ortiz, J.E., Zevenbergen, L.W., Arneson, L.A., Schall, J.D and Girard, L. 2009. Bridge scour and stream stability countermeasures. HEC-23, FHWA-NHI-09-111. Federal Highway Administration. U. S. Dept. of Transportation. Washington, DC.
Mashkoornia, H., Shafai-Bejestan, M., Jarrahzade, F and Ramesh, S. 2010. Experimental study on bendway weirs. River Flow 2010 - Dittrich, Koll, Aberle & Geisenhainer (eds) - © 2010 Bundesanstalt für Wasserbau ISBN 978-3-939230-00-7. 
Matsuura, T and Townsend, R. 2004. Stream-barb installations for narrow channel bends—A laboratory study. Can. J. Civ. Eng. 31(3). 478–486.
Reinauer, R and Hager, W. H. 1997. Supercritical bend flow. Journal of Hydraulic Engineering. ASCE. Vol. 123, No. 3. 208.
Rhoads, B. L. 2003. Protocols for geomorphic characterization of meander bends in Illinois. Dept. of Geography, Univ. Illinois Urbana-Champaign. Urbana Champaign, IL.
Richardson, E.V., Stevenson, M.A and Simons, D.B., 1975. The design of spurs for river training. Sao Paulo, Brazil In: Proceedings of the 16th IAHR Congress. pp. 382–388.
Rozovskii, I.L. 1957. Flow of water in bends of open channels. Academy of Sciences of the Ukrainian SSR. Kiev. 233 p.
Smith, S.P and Wittler, R.J. 1999. Bendway weirs and highway protection in Colorado: A case study on the Blue River. Water Operation and Maintenance Bulletin. No.187. pp: 1-6.
Sin, K.S., Thornton, C.I., Cox, A.L and Abt, S.R. 2010. Methodology for calculating shear stress in a meandering channel.  Master thesis. Colorado State University.
Sui, J., Fang, D and Karney, B.W. 2006. An experimental study into local scour in a channel caused by a 90 bend. Can. J. Civ. Eng. 33 (7). 902–911.
Uijttewaal, W.S. 2005. Effects of groyne layout on the flow in groyne fields: laboratory experiments. J. Hydraul. Eng. 131 (9). 782–791.
Wilkerson, C.A. 1972. Stone dikes for river channels. Mil. Eng March–April.