بررسي آزمايشگاهي فرسايش رسوب هاي چسبنده در حضور رسوب هاي درشت دانه بستر

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF COHESIVE SEDIMENTS EROSION IN THE PRESENCE BED COARSE-GRAIN SIZE SEDIMENTS

در نوشتار حاضر، به بررسي فرسايش رسوب هاي چسبنده در حضور رسوب هاي بستر پرداخته شده است. آزمايش هاي فرسايش با استفاده از فلوم دايره يي و براي 6 حالت بستر)بستر صاف و 5 دانه بندي رسوب هاي درشت دانه از $rm{D_{50}=2/8 mm}$ تا $rm{D_{50}=48 mm}$(، پنج تنش برشي جريان و رسوبات ته نشين شده با دوره ي تحكيم 24 ساعت انجام شد. پارامترهاي هيدروليكي جريان با استفاده از دستگاه سرعت سنج صوتي اندازه گيري شد و نتايج نشان داد با وجود افزايش تنش برشي در بسترهاي حاوي رسوب هاي درشت دانه، ميزان فرسايش رسوب هاي چسبنده نسبت به بستر صاف كاهش مي يابد.مقادير غلظت رسوب هايفرسايش يافتهپس از پايان يافتن آزمايش ها براي بسترهايصافو غيرصاف)با موادبستر $rm{D_{50}=48/2 mm}$(به ترتيب 47 و 1٫9 گرم بر ليتر به دست آمد، كهنشان مي دهد بستر درشت دانه توانسته است تا 96٪ نسبت به بستر صاف، فرسايش رسوب هاي چسبنده را كاهش دهد. اين در حالي است كه به ازاي يك نيروي ثابت، تنش برشي متوسط جريان در بستر درشت دانه، 5٫5 برابر بستر صاف است. كاهش پديده ي فرسايش و نرخ آن در بسترهاي حاوي رسوب هاي درشت دانه ناشي از تله اندازي رسوب هاي ريزدانه در ميان فضاي خالي رسوب هاي درشت دانه ي بستر است كه اجازه ي دوباره معلق شدن پيدا نمي كنند. در پژوهش حاضر، تنش برشي آستانه ي فرسايش رسوب هاي چسبنده در بستر صاف، 0٫12 نيوتن بر مترمربع به دست آمد. اين در حالي است كه تنش برشي بحراني فرسايش براي بستر زبر)$rm{D_{50}=2/8 mm}$ تا $rm{D_{50}=48 mm}$(به ترتيب 0٫16 و 0٫92 نيوتن بر مترمربع به دست آمده است.

This paper studies the erosion of cohesive sediments in case of bed having coarse-grain size. Experiments were conducted in an annular flume with six different bed material grain sizes (D50=2.8 mm to D50=48 mm) at five different shear stresses and 24 hours of self-consolidated cohesive sediment placed on the bed material. The hydraulic parameters were measured using an Acoustic Doppler Velocimeter (ADV). The results showed that despite increase in flow shear stress in bed containing coarse grains, the amount of erosion of deposited cohesive sediments on the bed materials significantly decreased in comparison with the case of the smooth bed. Final concentrations of eroded cohesive sediment in the flow for smooth bed and coarse-grain size bed (D50 = 48.2 mm) were observed 47 and 1.9 g/l, respectively, showing that the coarse-grain size bed caused a reduction in the rate of cohesive sediment erosion up to 96% in comparison with the smooth bed, while the shear stress in case of the rough bed was 5.5 times more than that of smooth bed. The significant reduction in the erosion rate might be because of cohesive sediment trapping inside the void space of the bed materials so that the trapped fine sediment would not be re-suspended into the flow. In this work, the critical shear stress for erosion of deposited cohesive sediment was obtained as 0.12 N/m2 for smooth bed and 0.16 and 0.92 N/m2 for bed material with grain sizes of 2.8 and 48 mm, respectively.