شبیه‌سازی آبشستگی پایین دست کف‌بند افقی با استفاده از مدل عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه‌های آبی ، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

2 استادیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

3 استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

چکیده

یکی از مهمترین عوامل آسیب و تخریب سازه‌های هیدرولیکی، وقوع آبشستگی موضعی است. در بررسی و مطالعه سازه‌های هیدرولیکی درون رودخانه‌ای ، تعیین میزان فرسایش و رسوب گذاری امری ضروری است. تعیین مقدار فرسایش و یا رسوبگذاری در زمانی که یک سازه هیدرولیکی اجرا شده است، می‌تواند از تخریب سازه و تغییر ژئومرفولوژی رودخانه ممانعت بعمل آورد و باعث کاهش هزینه های اقتصادی شود. در این تحقیق کارایی مدل عددی Flow 3D به منظور شبیه‌سازی آبشستگی پایین دست کف بند افقی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج صحت سنجی این مدل عددی با مدل آزمایشگاهی ولی زاده و همکاران نشان‌دهنده قابلیت مدل مذکور در شبیه سازی پدیده مورد نظر بود. با توجه به ماهیت بستر و کارایی کف‌بند افقی، از سناریوهای مختلف شبیه سازی استفاده شد که این سناریوها شامل پنج عدد فرود، سه ضریب زبری مانینگ و یک قطر ذره به میزان 1.8 میلیمتر برای پایین دست کف بند افقی می باشد. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد که با افزایش ضریب زبری، سرعت جریان گذرنده و آبشستگی پایین دست نیز کاهش یافته است. علاوه بر این، نتایج این پژوهش نشان داد که با افزایش ضریب زبری، رسوب گذاری و تنش برشی افزایش یافته است. با توجه به تاثیر پذیری پدیده آبشستگی و رسوبگذاری نسبت به عدد فرود، نتایج نشان داد که با افزایش عدد فرود نیز آبشستگی افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


حمیدی‌فر، حسین.، و امید، محمد حسین. (1389). بررسی آزمایشگاهی رسوبات غیر چسبنده در پایین دست کف بند. مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی، (2)11، 28-17. https://dorl.net/dor/20.1001.1.26454531.1389.11.2.2.3
شهرکی، نیما.، فرسادی زاده، داود.، و شهرکی، توحید. (1392). بررسی آزمایشگاهی آبشستگی ناشی از جت مستغرق در پایین دست کف بند افقی. هفتمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، زاهدان. https://civilica.com/doc/216870
فتح الهی، سیاوش.، اسماعیل لو، شیرین.، و میرشاهی، دانیال. (1394). مطالعه آزمایشگاهی تاثیر اندازه ذرات رسوبی بر سرعت برشی. اولین کنگره ملی آبیاری و زهکشی ایران. https://sid.ir/paper/869410/fa
قادری، امیر.، دسینه، مهدی.، و عباسی، سعید. (1397). بررسی تاثیر تنگ‌شدگی‌های قائم ورودی بر روی مشخصات هیدرولیکی  شیب‌شکن قائم با استفاده از مدل عددی. مجله علمی-پژوهشی، زنجان .https://sid.ir/paper/124243/fa
کوچک، پریسا.، و شفاعی بجستان، محمود. (1391). بررسی تغییرات طول آبشستگی پایین دست کف­بند افقی زبر. نهمین سمینار بین المللی مهندسی رودخانه، دانشگاه شهید چمران اهواز. https://civilica.com/doc/186664/
ولی زاده، رضوان.، آرمان، علی.، قبادیان، رسول. (1401). بررسی تاثیر کف بند مایل حفاظت کننده بر میزان آبشستگی زیر لوله نیمه مدفون در قوس 90 درجه ملایم. بیست و یکمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه شهید چمران اهواز. https://conf.iha.ir/paper?manu=58378
Adduce, C., & Sciortino, G. (2006). Scour due to a horizontal turbulent jet:  Numrecul and experimental investigation. J. hydra. Res, 44(5),663-673. https://doi.org/10.1080/00221686.2006.9521715
Dargahi, B. (2003). Scour downstream of a spillway. J. hydra. Res, 41(4),417-426.  https://doi.org/10.1080/00221680309499986
Farhoudi. J., & Smith, K. V. H. (1985). Local scour profiles downstream of hydraulic jump. J. Hydraul. Res, 23(4), 342-358. https://doi.org/10.1080/00221688509499344
Fath Elahi, S., Ismail Lu, sh., & Mirshahi, D. (2014). Laboratory study of the effect of sediment particle size on shear rate. The first national congress of irrigation and drainage of Iran. https://sid.ir/paper/869410/fa. [in Persian]
Ghaderi, A., Dasineh, M., Aristodemo, F., & Ghahramanzadeh, A. (2020). Characteristics of free and submerged hydraulic jumps over different macroroughnesses. Journal of Hydroinformatics, 22 (6), 1554–1572. https://doi.org/10.2166/hydro.2020.298. [in Persian]
Hamidifar, H., & Omid, M. H. (2018). Noncohesive Sediment Scour Downstream of an Apron. Journal of Agricultural Engineering Research, 11(2), 7-28. https://dorl.net/dor/20.1001.1.26454531.1389.11.2.2.3 . [in Persian]
Koochack, P., & Shafa'i Bejestan, M. (2011). Investigation of the changes in scour length downstream of the rough horizontal pavement. The 9th International Seminar on River Engineering, Shahid Chamran University, Ahvaz. https://civilica.com/doc/186664. [in Persian]
Kumcu, S.Y., & Ispir, K. (2022). Experimental and numerical modeling of various energy dissipater designs in chute channels. Journal of Applied Water Science, 12, 266.  https://doi.org/10.1007/s13201-022-01792-3
Lim, S., & Yu, G. (2002). Scouring Downstream of Sluice Gate. First International Conference of Scour Foundation, Texas Transportation Institute, Texas A and M University, Texas, USA, 17-20. https://core.ac.uk/download/pdf/326240612.pdf
 
Shahraki, N., Farsadizadeh, d., & Shahraki, T. (2012). Laboratory investigation of scouring caused by submerged jet downstream of horizontal weir. 7th National Congress of Civil Engineering, Shahid Nikbakht Faculty of Engineering, Zahedan. https://civilica.com/doc/216870. [in Persian]
Valizadeh, R., Arman, A., & Ghobadian, R. (1401). Investigation of the effect of the protective inclined floor on the amount of scour under the semi-buried pipe in a mild 90-degree bend. 21st Iranian Hydraulic Conference, Shahid Chamran University of Ahvaz. https://conf.iha.ir/paper?manu=58378. [in Persian]
Yen, B. C. (2002). Open Channel Flow Resistance. Journal of Hydraulic Engineering, 128(1), 20-39. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2002)128:1(20)