صفحه محصول - مبانی نظری مطالعه آزمایشگاهی آبشستگی موضعی اطراف سری آبشکن های L شکل

توضیحات

دانلود مبانی نظری پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته ی مهندسی آب - سازه های آبی

مطالعه آزمایشگاهی آبشستگی موضعی اطراف سری آبشکن های L شکل و تعیین شرابط آن

چکیده

جهت انحراف جریان از ساحل فرسایش پذیر رودخانه و حفاظت دیواره خارجی رودخانه ها از سازه هایی مختلف، بایستی استفاده نمود و از آن جمله می توان گفت که آبشکن-های بسته یا نفوذناپذیر از جمله سازه های حفاظتی هستند که برای این منظور و حفاظت از حواشی آسیب پذیر رودخانه یا ایجاد شرایط مساعد پاکسازی مسیر از انباشته های رسوبی در رودخانه های با بار بستر زیاد استفاده نمود. در این نوع سازه ها سرعت جریان آب در میدان آبشکن تقلیل یافته و با ترسیب مواد رسوبی شرایط لازم پایداری در امتداد کناره ها فراهم می گردد. در عین حال سازه های آبشکن، هر چند با هدف رسوبگذاری و جلوگیری از فرسایش کناره ها و تثبیت موقعیت رودخانه احداث می گردند اما خود تحت تأثیر فرسایش ناشی از تمرکز جریان بخصوص در قسمت دماغه می باشند.

در قسمت دماغه، افزایش تنش های حاصله از افزایش سرعت و وقوع جریان چرخشی منجر به تشکیل چاله آبشستگی گردیده و سلامت و استحکام سازه را به مخاطره می اندازد. در این تحقیق با مطالعه آزمایشگاهی بر روی سری آبشکن های L شکل در شرایط آب زلال، آزمایشاتی با سه نوع دانه بندی مختلف، با تغییر در میزان دبی ورودی در سه حالت مختلف و با سه فاصله متغییر بین آبشکن ها انجام گرفته است و نتایج تحقیق نشان می دهد که در یک فاصله ثابت بین آبشکن ها هر چقدر دبی افزایش یابد میزان عمق آبشستگی افزایش می یابد. همچنین تغییر فاصله بین آبشکن ها اثر قابل توجه ای بر میزان عمق آبشستگی ایجاد شده در طول آبشکن اولی ایجاد نمی کند، بلکه بر روی فرسایش و رسوبگذاری بین آبشکن ها تاثیر می گذارد. در یک دبی ثابت با افزایش فاصله بین آبشکن ها، میزان نسبت عمق آبشستگی به عمق جریان روند کاهشی دارد و بیشترین میزان عمق آبشستگی در طول آبشکن اول اتفاق می افتد. همچنین در یک دانه بندی ثابت، با افزایش عدد فرود جریان، میزان نسبت عمق آبشستگی به عمق جریان روند افزایشی دارد.

کلمات کلیدی:

تعیین شرابط

عمق آبشستگی

فاصله بین آبشکن

آبشستگی موضعی

آبشکن های L شکل

حفاظت دیواره خارجی رودخانه ها

مقدمه

نیاز انسان به آب باعث شده تا اکثر تمدن های بشری در کنار رودخانه ها شکل بگیرند. انسان های اولیه با زندگی در کنار رودخانه ها بطور فطری و تجربی آموخته بودند که جهت استفاده بهینه از این منابع خدادادی، می باید رودخانه ها را دوست داشت و حتی در بعضی از فرهنگ های کهن آب و رودخانه بعنوان موجودی مقدس و حیات بخش مورد ستایش و احترام بود. با توسعه شهرنشینی و اجراءی طرح های عمرانی و دور شدن انسانها از رودخانه این دوستی گسسته شد و انسان با برداشت بی رویه شن و ماسه از بستر رودخانه، خانه و شهرک سازی در حریم و بستر رودخانه، احداث سازه های تقاطعی و غیره اقدام به تعرض به رودخانه و بر هم زدن رژیم متعادل و پایدار آن نمود. رودخانه ها به مثابه موجودات زنده ای هستند که در مقابل این تعارض، اقدام متقابل نموده و در نتیجه رژیم هیدرولیکی آن در یک روند تغیرپذیری، در رسیدن به تعادل مجدد، تلاش می نماید، مهندسی رودخانه علمی است که این اعمال اندرکنشی را بطور سیستماتیک، هماهنگ و هدایت خواهد نمود. به عبارتی دیگر مهندسی رودخانه شامل تمام مراحل برنامه ریزی، طراحی، اجراءء و بهره برداری از عملیات مختلفی است که به منظور بهبود وضعیت رودخانه در جهت استفاده بهتر از آن اعمال می گردد.

رودخانه ها شریان های اصلی حیات کلیه سازه های آبی محسوب می شوند و حفاظت و بهره برداری بهینه از آنها و همچنین حراست از بستر و حریم آنها از مهم ترین مسئولیت های وزارت نیرو می باشد. استفاده بهینه از رودخانه ها به لحاظ اهمیتی که این منابع طبیعی در برآورد نیازهای بشری، از دیرباز تاکنون داشته اند، از انگیزه های مهم به وجود آمدن شاخه دیگری از مهندسی آب به نام مهندسی رودخانه بوده است. به علت نزدیکی سازه های تغذیه کننده از آب رودخانه و زمین های کشاورزی اطراف رودخانه، نیاز به یک برنامه ریزی علمی جهت حفظ و حراست از این سازه ها، اجتناب ناپذیر می باشد. علمی که در مورد کلیه مراحل مطالعه و برنامه ریزی، طراحی، اجراءء و بهره برداری جهت بهبود و یا تغییر وضعیت موجود یک رودخانه به منظور برآورد نیازهای عمرانی بحث می کند، مهندسی رودخانه نامیده می شود. کلیه رودخانه ها در معرض تغییر و تحول قرار دارند و کارهای مهندسی رودخانه برای تغییر دبی، مطالعه بده رسوبی، مسیر رودخانه، عمق آبراهه، پهنه سیل گیر و کیفیت آب مورد نیاز می باشد. روش های معمول در راه رسیدن به این اهداف استفاده از سازه های مختلف به تنهایی یا ترکیبی از آنها مثل سد، سیل بند خاکی یا بتنی، پوشش بدنه، آبشکن یا به کار گرفتن راه حل های قدیمی مثل لایروبی می باشد. از جمله مباحث مهم در مهندسی رودخانه شناخت شکل رودخانه (مرفولوژی)، تثبیت سواحل و بستر رودخانه، کانالیزه کردن و کنترل سیلاب می باشد.

فهرست مطالب

1-1. مقدمه 1

1-2. مرفولوژی رودخانه 2

1-2-1. تثبیت بستر رودخانه 3

1-2-2. تثبیت دیواره رودخانه 4

1-2-3. علل فرسایش دیواره ها 4

1-2-4. انواع فرسایش دیواره ها 4

1-2-5. راه حل های جلوگیری از فرسایش دیواره ها 5

1-3. آبشکن 9

1-3-1. اهداف ساخت آبشکن 10

1-3-2. مروری بر انواع آبشکن ها و نقش آنها در فرآیند فرسایش و رسوبگذاری 12

1-3-3. آبشکن های باز 13

1-3-4. آبشکن های بسته 14

1-3-5. انواع آبشکن های بسته از نظر قرارگیری نسبت به امتداد جریان 15

1-3-6. مصالح ساخت آبشکن 16

1-3-7. طبقه بندی آبشکن ها 17

1-4. تاریخچه علم رسوب 18

1-5. آبشستگی 20

1-5-1. فرایندهای آبشستگی 25

1-5-2. آبشستگی عمومی 26

1-5-3. افت سراسری تراز بستر 26

1-5-4. آبشستگی تنگ شدگی 27

1-5-5. آبشستگی در خمیدگی ها 28

1-5-6. آبشستگی در چند شاخه ها 28

1-5-7. آبشستگی موضعی 29

1-5-8. آبشستگی آب زلال 30

1-5-8. آبشستگی کل 32

1-5-8. آبشستگی استاتیکی و دینامیکی 32

1-6. اهداف 33

1-7. روش کار و محدوده تحقیق 33

1-8. نحوه تدوین پایان نامه 34

2-1. مقدمه 36

2-2. طول و فاصله آبشکن ها 38

2-3. جهت آبشکن 42

2-4. نفوذپذیری 45

2-5. ارتفاع آبشکن، حالت تاج، شکل دماغه آبشکن 47

2-6. محاسبه زمان 48

2-7. اثر سرعت جریان 49

2-8. اثر اندازه رسوب 51

2-9. مکانیسم آبشستگی 52

2-10. مطالعه های صورت گرفته بر آبشستگی در زمینه آبشکن ها 54

2-11. رابطه های آزمایشگاهی 60

منابع

فهرست اشكال

شکل 1-1. نمایش اجزاء مختلف سازه آبشکن 11

شکل 1-2. وضعیت قرار گرفتن آبشکن نسبت به راستای جریان 11

شكل 1-3. تقسیم بندی آبشكن ها از نظر شكل هندسی 12

شکل 1-4. نمونه ای از آبشکن نفوذپذیر 13

شکل 1-5. مقطع یک آبشکن بسته (ساخته شده از سنگ) 15

شکل 1-6. پلان یک آبشکن بسته (ساخته شده از سنگ) 15

شکل 1-7. حالت کلی آبشکن های سه گانه مورد استفاده در رودخانه-ها از نظر انحراف جریان 16

شکل 1-8. مراحل توسعه حفره آبشستگی 21

شکل 1-9. فرسایش تنگ شدگی 27

شکل 1-10. عمق بستر در یک خمیدگی رودخانه 28

شکل 1-11. الگوی جریان، رسوب گذاری و فرسایش در تقاطع دو رودخانه 29

شکل 1-12. عمق آبشستگی به عنوان تابعی از زمان 31

شکل 1-13. اجزای آبشستگی 32

شکل 2-1: نمایش ابعاد طولی، زوایا و فاصله در انواع آبشكن ها 39

شکل 2-2: جریانات اطراف یک تکیه گاه پل 53

فهرست جداول

جدول 2-1: نسبت فاصله بین دو آبشکن متوالی (L) به طول موثر آبشکن ها (b) و به عرض بازه اصلاح شده (B2) در منابع مختلف 5

جدول 2-2: مقادیر پیشنهادی برای زاویه انحراف آبشکن 23

جدول 2-3: محدوده رسوب ها 32

جدول 2-4: رابطه های آبشستگی ارائه شده توسط محققان مختلف 32