بررسي آزمايشگاهي پارامترهاي موثر بر ظرفيت انتقال بار بستر در بسترهاي فرسايشي

Experimental investigation of the effective parameters on the bedload transport capacity of erodible bed

حركت بار بستر نقش مهمي در انتقال رسوب و خصوصيات ريخت‌شناسي رودخانه‌ها دارد. شيب، دبي جريان و اندازه ذرات از جمله پارامترهاي مهم در ميزان انتقال بار بستر در بسترهاي فرسايش‌پذير هستند. تا كنون، مطالعات گسترده‌اي در خصوص تاثير اين پارامترها در بسترهاي غير فرسايشي انجام شده است. در اين پژوهش، با انجام مدل آزمايشگاهي در بسترهاي فرسايش‌پذير، تاثير پارامترهاي شيب، دبي جريان، اندازه ذرات و غلظت ذرات معلق بر ميزان انتقال بار بستر مورد بررسي قرار گرفته است. آزمايش‌ها در دبي‌هاي 0.90 تا 4.75 ليتر در ثانيه با غلظت ذرات معلق صفر و 10 گرم در ليتر و شيب‌هاي دو، سه و پنج درصد بر روي بار بستر از ذرات غير چسبنده يكنواخت با دانه‌بندي‌ با قطرهاي متوسط 1.7 و 3.29 ميلي‌متر انجام و عدد فرود حاصل از 0.93 تا 1.51 و دبي بي ‌بعد بار بستر در محدوده 0.004 تا 0.311 به‌­دست آمد. در نتايج آزمايشگاهي، نحوه تغييرات ظرفيت انتقال بار بستر نسبت به دبي جريان در شيب‌ها و دانه‌بندي‌هاي مختلف نشان داده شد. همچنين، با افزايش غلظت ذرات معلق به ميزان 10 گرم بر ليتر تاثير قابل توجه­‌اي در ظرفيت انتقال بار بستر مشاهده نشد. با انجام تحليل ابعادي، پارامترهاي تاثيرگذار بر دبي بي‌بعد بار بستر(ϕ) بررسي و رابطه‌اي تجربي در محدوده انجام آزمايش براي تعيين آن نسبت به تنش برشي بي‌بعد (θ)، اندازه بي‌بعد ذرات (D*) و شيب (S) ارائه شد. نتايج حاكي از آن بود كه در بسترهاي فرسايشي در شيب‌هاي تند، در نظر گرفتن شيب و اندازه بي‌بعد ذرات به­‌صورت پارامترهاي مستقل در تعيين دبي بي‌بعد بار بستر نتيجه بهتري نسبت به اصلاح تنش‌ برشي دارد. تحليل حساسيت پارامترهاي موثر بر رابطه تجربي نشان داد كه پارامتر شيب بيشترين تاثير را در رابطه تجربي دارد.

Bedload movement plays an essential role in the process of bedload transport and morphological characteristics of rivers. Slope, flow rate and particle size are important parameters in the amount of bedload transport in the erodible beds. Many studies have been investigated the effects of these parameters on the non-erodible beds. In this research, performing a laboratory model in the erodible substrates, the effects of slope, flow rates, particle size and suspended particle concentration on the amount of bedload transport was investigated. The experiments were carried out in the discharge rate of 0.90 to 4.75 ls-1 with the concentrations of the suspended particles 0, 10gl-1 and the slopes of 2, 3 and 5 percent, on the uniform non cohesive particles with the grain diameter of 1.7 and 3.29 mm. The Froude numbers of these currents were obtained in the range of 0.93 to 1.51 and the non-dimensional bed load discharge was calculated in the range of 0.004-0.131. In the experimental results, the variation of the bedload transport capacity in relation to the discharge was shown in the different slopes and grain sizes. Furthermore, increasing the concentration of suspended particles to 10 gl-1, did not has a significant effect on the bed transport capacity. Applying dimensional analysis, the effective parameters on the non-dimensional bed load discharge (ϕ)were investigated. Moreover, to determine ϕ relation to the shear stress (ϴ), particle size (D*) and slope (S). In the scope of the experiment, an experimental relationship was proposed. Results indicated that for determining the non-dimensional bedload discharge in the steep slopes of erodible beds, considering the slope and dimensionless particle diameters as independent parameters had a better result than shear stress correction. Sensitivity analysis of effective parameters on the experimental relationship showed that the slope parameter had the most effect on the experimental relationship.