ارزیابی آزمایشگاهی پروفیل طولی و عرضی آبشستگی در بستر کانال با قوس 180 درجه: کاربرد آبشکن مثلثی نفوذپذیر

یکی از روش های جدید جهت کنترل فرسایش در ساحل خارجی قوس رودخانه ها استفاده از صفحات متصل به ساحل می باشد. صفحات متصل به ساحل از جمله سازه های زیست محیطی هستند که برای کنترل فرسایش سواحل، انحراف جریان از سواحل به طرف مرکز مجرا، بهتر شدن وضعیت انتقال رسوب، توسعه رودخانه جهت قایقرانی، ترمیم و توسعه زیستگاه آبزیان رودخانه استفاده می شوند. علیرغم مزایای فراوان صفحات متصل به ساحل اما اطلاعات دقیقی در رابطه با وضعیت فرسایش و رسوب گذاری و الگوی جریان در اطراف آنها تحت شرایط هیدرولیکی و هندسی مختلف وجود ندارد و تحقیقات بسیار اندکی صورت گرفته است. در تحقیق حاضر تاثیر سناریوهای مختلف نصب آب شکن های نفوذپذیر مثلثی بر تغییرات پروفیل طولی و عرضی رسوب بستر در کانال آزمایشگاهی با قوس 180 درجه ارزیابی شده است.

روش پژوهش: 

در این  تحقیق هدف اصلی بررسی الگوی رسوب گذاری و فرسایش در قوس رودخانه ها با استفاده از صفحات مثلثی متصل به ساحل می باشد؛ که در این راستا در مورد تاثیر فاصله بین صفحات مثلثی و طول موثر صفحات مثلثی و نیز عدد فرود جریان بر کنترل فرسایش دیواره خارجی قوس 180 درجه تمرکز شده است. آزمایش ها در یک فلوم آزمایشگاهی با قوس 180 درجه ملایم با نسبت    و مقطع عرضی مستطیلی به عرض  0.6 متر انجام می پذیرد. زاویه نصب صفحات مثلثی ثابت برابر با 60 درجه  نسبت به ساحل بالادست، ارتفاع صفحات مثلثی نفوذپذیر از سطح رسوب ثابت برابر 10cm و نفوذپذیری صفحات مثلثی ثابت برابر 12 درصد در نظر گرفته شد. آزمایش-ها در حالت آب زلال انجام شد. طول موثر صفحات تهیه شده برابر با W/L=5، W/L=4 و W/L=3 (W= عرض مقطع جریان برابر 60 سانتیمتر ، L= طول موثر به ترتیب برابر 12 و 15 و 20 سانتیمتر) و با فواصل نصب برابر با  D/L=5 (D= فواصل نصب به ترتیب 60، 75 و 100 سانتیمتر برای 3 طول موثر) در نظر گرفته شد و در دو دبی ورودی مختلف اجرا گردید.

یافته ها:

 بررسی تاثیر تغییرات فاصله قرارگیری صفحات مثلثی نفوذپذیر بر توپوگرافی بستر نشان می دهد در هر عدد فرود با افزایش فاصله صفحات از یکدیگر، حداکثر عمق آبشستگی افزایش می یابد، نتایج مطالعه نشان می دهد استفاده از صفحات مثلثی نفوذپذیر باعث انحراف جریان از قوس بیرونی به طرف مرکز و سپس قوس داخلی فلوم خواهد شد که این مزیت در عمل باعث کنترل فرسایش در قوس بیرونی رودخانه ها می شود. با افزایش دبی جریان ورودی و افزایش طول موثر صفحات مثلثی (طول عمود بر جریان) و فاصله صفحات مثلثی از یکدیگر در قوس 180 درجه، حداکثر عمق آبشستگی و حجم آبشستگی افزایش پیدا کرده است، نصب صفحات مثلثی با طول موثر برابر   و فاصله صفحات مثلثی برابر 5L، باعث انحراف جریان از ساحل بیرونی به طرف دماغه صفحات و میانه فلوم و در نتیجه تنش برشی بستر در میانه فلوم کاهش می یابد و این امر سبب کاهش حداکثر عمق آبشستگی کانال فرسایشی و ایجاد خط القعر در دماغه صفحات خواهد شد.

نتایج نشان داد که با نصب آب شکن، تپه های رسوبی در حدفاصل بین آن ها ایجاد می شوند. بنابراین در طول موثر برابر با  W/L=5 معادل 12 سانتیمتر حداکثر ارتفاع تپه رسوبی در دیواره خارجی برابر با 30 و 31 درصد عمق آب، به ترتیب بین زاویه های صفر تا 170 درجه و 7/68 تا 115 درجه معادل 11 برابر و 3 برابر فاصله بین صفحات به ترتیب برای دبی های 5/13 و 5/15 لیتر بر ثانیه بوده است. همچنین برای شرایط ذکر شده عرض تپه رسوبی در دیواره خارجی به ترتیب به 85 و 75 درصد طول موثر صفحات رسید. آبشکن‫های مثلثی نفوذپذیر شش پایه برای رودخانه‫های میاندری مانند کارون و در قوس 90 و 180 درجه توصیه می‫شوند. این رودخانه‫ها دارای پیچش و انحنای زیاد و همچنین عمق جریان زیاد و سرعت جریان در آنها کم که حاوی رسوبات معلق زیاد می‫باشند و شیب این نوع رودخانه ها 001/0 یا کمتر بوده و به واسطه شیب کم پتانسیل حمل رسوب آنها کم و بار رسوبی عمدتا ریزدانه دارند.