بررسی آزمایشگاهی اثرات اندازه دانه و عدد رینولدز مرزی در عدد جابجایی و عدد پایداری در مقابل زبری نسبی بر آستانه حرکت در بارهای بستر رودخانه ها

نویسندگان

1 دانشیار ، گروه مهندسی عمران ، واحد شهر قدس ، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران ، ایران

2 گروه مهندسي عمران، واحد شهرقدس، دانشگاه آزاد اسلامي، تهران، ايران.

3 گروه مهندسي عمران، واحد شهرقدس، دانشگاه آزاد اسلامي، تهران، ايران.

doi
چکیده

زمينه و هدف: آبگذري در سازه­هاي انتقال آب بدليل وجود رسوبات معلق در آب باعث کاهش سطح مقطع جريان و همچنين افزايش زبري مي­شود که در نتيجه کاهش آبدهي سازه را بدنبال خواهد داشت. رودخانه­هاي کشورمان در مقايسه با رودخانه­هاي جهان رسوب بالايي را با خود حمل مي­کنند. اين امر نشان دهنده شدت فرسايش و وضعيت نامناسب منابع طبيعي، فشار بيش از حد به مراتع، تخريب اراضي جنگلي و بهره­برداري نامناسب از اراضي کشاورزي مي­باشد. روش پژوهش: يکي از مسائل مهمي که در هيدروليک رودخانه نقش اساسي دارد موضوع پيش بيني شرايط آستانه و حرکت اوليه ذرات بستر رودخانه مي­باشد. بطور کلي لحظه­اي را که ذرات شروع به حرکت مي­کنند اصطلاحاً آستانه حرکت مي­نامند که معمولاً به صورت مشاهده عيني صورت مي­پذيرد و با توجه به اينکه شرايط آب زلال براي مشاهده حرکت ذرات مناسب­تر است، لذا اکثر محققين آستانه حرکت را در شرايط آب زلال بررسي نموده­اند حال نظر به اينکه در طبيعت، آب رودخانه­ها همراه خود رسوبات را نيز انتقال مي­دهند تاکنون تحقيقي در زمينه تاثير غلظت رسوب معلق در آستانه حرکت به صورت آزمايشگاهي بدليل رويت نامناسب حرکت ذرات و سختي­هاي اجرايي نشده است، لذا در اين مقاله در ابتدا موارد صورت گرفته در محيط آزمايشگاه بر روي 5 نمونه دانه­بندي شرح داده شده و در مورد آستانه حرکت ذرات رسوبات غير چسبنده در بستر رودخانه در دو حالت آب زلال و بار معلق و مقايسه اين دو حالت در شرايط آزمايشگاهي پرداخته شد و سپس با نتايج کسب شده نسبت به انجام محاسبات قطر بدون بعد دانه، عدد قابليت حرکت، سرعت برشي بحراني، عدد پايداري ذره، عدد رينولدز مرزي، پارامتر زبري نسبي و سرعت ته نشيني اقدام نموده و نسبت به مقايسه نموداري با روابط و نتايج ديگر محققين در نمودار و همچنين تطبيق داده­ها بر روي منحني‌­هاي آستانه ارائه شده (روش­هاي جايگزين) پرداخته شد. يافته‌ها: نتايج ذرات در بازه 5/0 تا 15 ميليمتر نشان مي‌دهد که عدد پايداري در بازه 7/1 تا 8/2 تغييرات دارد. نتايج آزمايشات نشان داده است که شرايط آستانه حرکت در رسوبات بستر نه تنها به اندازه ذرات و رسوبات وابسته بوده بلکه به غلظت آب هم ارتباط دارد. استفاده از عدد قابليت حرکت به عنوان يک تابعي از ، مزيت ­ هاي مشخصي نسبت به تابع حرکت شيلدز ( ) دارد و با افزايش زبري نسبي يک روند کاهشي در پايداري ذره حاصل مي­گردد. نتيجه‌گيري: هر چقدر مقدار بار معلق افزايش يابد منجر مي­شود که تنش برشي بحراني جريان در آستانه حرکت ذره افزايش يابد. لذا بزرگتر بودن تنش برشي درحالت بار معلق نسبت به تنش برشي آب زلال، منجر به مشاهده زودتر حرکت ذرات بستر در حالت بار معلق خواهد شد. با افزايش بار معلق در هر مقطع از رودخانه، اثرات تخريبي و آوردهاي رسوبي در بالا دست افزايش مي­يابد .