بررسي آزمايشگاهي حداكثر عمق و طول گودال‌هاي ايجاد شده ناشي از برداشت مصالح رودخانه‌اي تحت شرايط جريان زيربحراني

سابقه و هدف: برداشت شن و ماسه از بستر و كناره‌هاي رودخانه سبب تغيير در شرايط هيدروليكي، هيدرولوژيكي، افزايش فرسايش بستر و كناره‌هاي رودخانه و همچنين تخريب سازه‌هاي موجود در مسير رودخانه مي‌گردد. هدف از تحقيق حاضر بررسي حداكثر عمق و طول انتقال گودال‌هاي ايجاد شده تحت اثر برداشت مصالح رودخانه‌اي است.مواد و روش‌ها: براي اين تحقيق از كانال مستطيلي شكل به طول 5 متر، عرض 0.3 متر و ارتفاع 0.45 متر با شيب ثابت استفاده شد. گودال‌هايي نيز با اندازه‌هاي مختلف و تحت سرعت‌هاي نسبي جريان 0.83، 0.89، 0.94 و 1 براي حالت با و بدون اعمال دريچه در دانه بندي‌هاي 0.15 و 0.6 ميلي‌متر ايجاد گرديد. در اين تحقيق زمان آزمايش براي حالت بدون اعمال دريچه 1 ساعت و براي حالت با اعمال دريچه 1.5 ساعت مي‌باشد كه زمان تعادل براي هر دو حالت 15 دقيقه آخر آزمايش ذكر گرديد. براي برداشت داده از نيمرخ سه بعدي بستر در هر دو حالت، بعد از قطع جريان آب و ثبت عمق آب در نقاط مختلف، از اسكنر سه بعدي ليزري استفاده شد. همچنين از مقطع كناري بستر متحرك نيز اقدام به عكسبرداري از نحوه گسترش گودالهاي ايجاد شده گرديد. سپس با استفاده از نرم افزارهاي MATLAB ، Tec-Plot 360، Grapher و Excelاقدام به مرتب سازي و آرايش مجدد دادهها و رسم نمودارهاي برداشت شده گرديد. در طول آزمايشهاي انجام شده تشكيل فرم‌هاي بستر نيز در بالا و پاييندست گودالهاي ايجاد شده مشاهده و نحوه تغييرات آنها با زمان ثبت شد. يافته‌ها: نتايج آزمايش‌ها نشان داد كه با كاهش عدد فرود و كاهش عمق گودال‌ها و همچنين با ايجاد جريان ثانويه در داخل گودا‌ل‌ها، نسبت‌ بي‌بعد ارتفاع گودال به عمق جريان ( H/y) كاهش، طول وعرض گودال به عمق جريان ( L/yو B/y) افزايش مي‌يابد. در ضمن مشخص گرديد كه با افزايش تنش برشي و عدد فرود، نسبت سرعت برشي بحراني به سرعت جريان ( u*cr/V) افزايش خواهد يافت. همچنين نيمرخ طولي و نمايي سه بعدي از انتقال گودال‌ها براي تمامي شرايط هيدروليكي و رسوبي مختلف مشاهده و ترسيم شد. در انتها معادلات تجربي براي حداكثر طول و عمق آبشستگي براي گودال مستطيلي شكل به همراه آناليز حساسيت ارائه گرديد. در حالت كلي نشان داده شد كه زاويه ايستايي مصالح داخل آب (φ) بيشترين تأثير را در افزايش و ارتفاع گودال به عمق جريان (H/y) بيشترين تأثير را در كاهش طول و عمق آبشستگي گودال دارد. نتيجه‌گيري: نتايج آزمايش‌ها بصورت ارائه روابط بي‌بعد براي حداكثر عمق و طول آبشستگي گودال‌ها براي هر دو حالت با و بدون اعمال دريچه در هر دو دانه بندي 0.15 و 0.6 ميلي‌متر تحت شرايط جريان زيربحراني و نشان دادن بيشترين و كمترين اثر پارامترها و بكارگيري آناليز حساسيت براي روابط حاصل شده، مي‌باشد. همچنين مشاهده شد كه كمترين درصد خطا براي حداكثر عمق آبشستگي مربوط به دانه بندي 0.15 ميلي‌متري در حالت بدون اعمال دريچه با درصد خطاي نسبي 2.98% و خطاي RMSE(بدون واحد)، 0.23 مي‌باشد. كمترين درصد خطا براي حداكثر طول آبشستگي نيز مربوط به دانه بندي 0.6 ميلي‌متري براي حالت با اعمال دريچه با درصد خطاي نسبي 4.75 % و خطايRMSE (بدون واحد)، 0.5 مي‌باشد.