بررسی آزمایشگاهی تاثیر بازشدگی تک دریچه مایتر بر حجم و عمق آبشستگی بستر رودخانه (مطالعه موردی؛ دریچه کشتیرانی بهمنشیر)

دریچه کشتیرانی از نوع مایتر در مسیر رودخانه و شرایط عبور جریان از دریچه در حال حرکت (باز و بسته شدن دریچه) پیچیدگی خاصی دارد که بررسی تاثیر آن بر آبشستگی بستر پایین دست دریچه را ضروری می نماید. تحقیق حاضر بر روی دریچه مایتر (در حالت بازشدگی تک دریچه) انجام شده و به بررسی آزمایشگاهی تاثیر سرعت بازشدگی تک دریچه مایتر بر حجم و عمق آبشستگی بستر رودخانه (مطالعه موردی؛ دریچه کشتیرانی بهمنشیر) پرداخته است.تیموتی لاود (2012) با استفاده از مدل فیزیکی اقدام به بررسی وضعیت آبشستگی در بالادست سد شماره 24 رودخانه می سی سی پی نمود. نتایج تحقیق نشان داد که حفره های متعددی تشکیل شده که عمیق ترین آن حدود 22/1 متر عمق دارد.

براساس امکانات و شرایط آزمایشگاهی و اصل تشابه سازی، اقدام به ساخت یک مدل فیزیکی با مقیاس 1:20 (LR=20) شد. مدل فیزیکی دریچه مایتر در داخل یک فلوم مستطیلی به طول 6 متر، عرض 30/1 متر و عمق 5/0 متر قرار داده شد. عمق رسوبات از محل دریچه تا انتها (بطول 3 متر) به عمق 20 سانتیمتر بود و در بالادست دریچه مایتر هیچگونه رسوباتی در نظر گرفته نشد. ذرات رسوبی از محل رودخانه بهمنشیر تامین شد که قطر متوسط (D50) آنها توسط آزمایشگاه ژیوتکنیک و برابر 25/0 میلیمتر (D50=0.25 mm) تعیین گردید؛ جنس ذرات رسوبی از نوع ماسه بود. جریان به آرامی و با دبی کم وارد کانال شده و بار هیدرولیکی مورد نظر در دو طرف دریچه (بالادست و پایین دست دریچه) تنظیم و کنترل می گردید و در نهایت جریان پس از عبور از دریچه و محدوده قفل آبی از طریق کانال پایین دست وارد مخزن پمپاژ شده و دوباره به چرخه باز می گشت. دریچه مایتر با عبور نسبت های دبی مختلف و نیز سرعت های بازشدگی مختلف در شرایطی که یک دریچه آن باز شد مورد آزمایش قرار گرفت و پس از پایان آزمایش با استفاده از متر لیزری اقدام به قرایت داده های رقوم بستر فلوم (فرسایش و رسوبگذاری) گردید که مقادیر آن بصورت حجمی و ارتفاعی محاسبه شد.

با توجه به نتایج حاصل از آنالیز ابعادی به روش باکینگهام، آزمایشات متعددی برای تعیین تاثیر پارامترهایی همچون نسبت سرعت بازشدگی دریچه (نسبت سرعت بازشدگی مدل نسبت به پروتوتایپ) (2 ، 4/2 و 3) و نسبت دبی های مختلف جریان (نسبت دبی جریان به دبی حداکثر مدل) (5/0، 75/0 و 1) و نسبت اختلاف بار هیدرولیکی قبل و بعد از دریچه بر حجم و عمق آبشستگی در طول فلوم انجام گردید که نتایج تحقیق در قالب رسم نمودارهای حجم آبشستگی در مقابل نسبت دبی جریان و نسبت سرعت بازشدگی ارایه شد.

نتایج بررسی تاثیر نسبت سرعت بازشدگی دریچه مایتر بر حجم و عمق آبشستگی نشان داد بطور کلی با افزایش سرعت باز شدگی دریچه حجم آبشستگی افزایش و عمق آن کاهش یافت که به دلیل تمرکز جریان به مدت زمان بیشتر در حالت سرعت کمتر باز شدگی بود و باعث فرسایش عمقی بیشتر نسبت به حالت بازنمودن دریچه با سرعت بیشتر شد. نتایج نشان داد با افزایش سرعت باز شدگی دریچه حجم فرسایش تا 3/17 درصد افزایش یافت همچنین با افزایش سرعت بازشدگی دریچه عمق فرسایش تا 23 درصد کاهش نشان داد. لازم به ذکر است با افزایش دبی هم عمق و هم حجم چاله فرسایش افزایش یافت عمق فرسایش تا 18 درصد و حجم چاله تا 17 درصد افزایش نشان داد. در خصوص بار هیدرولیکی نیز نتایج نشان داد با افزایش بار هیدرولیکی عمق فرسایش تا 42 درصد افزایش و حجم آبشستگی نیز تا 85 درصد افزایش یافت.