بررسی آزمایشگاهی حداکثر عمق و طول گودال های ایجاد شده ناشی از برداشت مصالح رودخانه ای تحت شرایط جریان زیربحرانی

برداشت شن و ماسه از بستر و کناره های رودخانه سبب تغییر در شرایط هیدرولیکی، هیدرولوژیکی، افزایش فرسایش بستر و کناره های رودخانه و همچنین تخریب سازه های موجود در مسیر رودخانه می گردد. هدف از تحقیق حاضر بررسی حداکثر عمق و طول انتقال گودال های ایجاد شده تحت اثر برداشت مصالح رودخانه ای است. برای این تحقیق از کانال مستطیلی شکل به طول 5 متر، عرض 3/0 متر و ارتفاع 45/0 متر با شیب ثابت استفاده شد. گودال هایی نیز با اندازه های مختلف و تحت سرعت های نسبی جریان 83/0، 89/0، 94/0 و 1 برای حالت با و بدون اعمال دریچه در دانه بندی های 15/0 و 6/0 میلی متر ایجاد گردید. در این تحقیق زمان آزمایش برای حالت بدون اعمال دریچه 1 ساعت و برای حالت با اعمال دریچه 5/1 ساعت می باشد که زمان تعادل برای هر دو حالت 15 دقیقه آخر آزمایش ذکر گردید. برای برداشت داده از نیمرخ سه بعدی بستر در هر دو حالت، بعد از قطع جریان آب و ثبت عمق آب در نقاط مختلف، از اسکنر سه بعدی لیزری استفاده شد. همچنین از مقطع کناری بستر متحرک نیز اقدام به عکسبرداری از نحوه گسترش گودالهای ایجاد شده گردید. سپس با استفاده از نرم افزارهای MATLAB ، Tec-Plot 360، Grapher و Excelاقدام به مرتب سازی و آرایش مجدد داده ها و رسم نمودارهای برداشت شده گردید. در طول آزمایشهای انجام شده تشکیل فرم های بستر نیز در بالا و پاییندست گودالهای ایجاد شده مشاهده و نحوه تغییرات آنها با زمان ثبت شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که با کاهش عدد فرود و کاهش عمق گودال ها و همچنین با ایجاد جریان ثانویه در داخل گودا ل ها، نسبت بی بعد ارتفاع گودال به عمق جریان () کاهش، طول وعرض گودال به عمق جریان (و) افزایش می یابد. در ضمن مشخص گردید که با افزایش تنش برشی و عدد فرود، نسبت سرعت برشی بحرانی به سرعت جریان () افزایش خواهد یافت. همچنین نیمرخ طولی و نمایی سه بعدی از انتقال گودال ها برای تمامی شرایط هیدرولیکی و رسوبی مختلف مشاهده و ترسیم شد. در انتها معادلات تجربی برای حداکثر طول و عمق آبشستگی برای گودال مستطیلی شکل به همراه آنالیز حساسیت ارائه گردید. در حالت کلی نشان داده شد که زاویه ایستایی مصالح داخل آب () بیشترین تاثیر را در افزایش و ارتفاع گودال به عمق جریان () بیشترین تاثیر را در کاهش طول و عمق آبشستگی گودال دارد. نتایج آزمایش ها بصورت ارائه روابط بی بعد برای حداکثر عمق و طول آبشستگی گودال ها برای هر دو حالت با و بدون اعمال دریچه در هر دو دانه بندی 15/0 و 6/0 میلی متر تحت شرایط جریان زیربحرانی و نشان دادن بیشترین و کمترین اثر پارامترها و بکارگیری آنالیز حساسیت برای روابط حاصل شده، می باشد. همچنین مشاهده شد که کمترین درصد خطا برای حداکثر عمق آبشستگی مربوط به دانه بندی 15/0 میلی متری در حالت بدون اعمال دریچه با درصد خطای نسبی 98/2% و خطای RMSE(بدون واحد)، 23/0 می باشد. کمترین درصد خطا برای حداکثر طول آبشستگی نیز مربوط به دانه بندی 6/0 میلی متری برای حالت با اعمال دریچه با درصد خطای نسبی 75/4 % و خطایRMSE (بدون واحد)، 5/0 می باشد.