نيمرخ هاي آبشستگي و تغييرات تنش هاي برشي در حفره در پاياب حوضچه هاي آرامش با شيب معكوس

Scour Profiles and Variation of Shear Stresses in Scour Holes Downstream of Adverse Stilling Basins

- در اين مطالعه تشابه نيم‌رخ هاي آب‌شستگي حاصل از جريان مستغرق خروجي از دريچه هاي كشويي در پاياب حوضچه هاي آرامش با شيب معكوس بررسي شده است. براي اين منظور از نتايج 233 آزمايش و برداشت 3262 نيم‌رخ حفره در گستره وسيعي از اعداد فرود، دانه بندي ذرات رسوبي، عمق پاياب، طول و شيب حوضچه معكوس استفاده شد. نتيجه تحقيقات نشان داد نيم‌رخ هاي آب‌شستگي در پاياب هر شيب حوضچه، خودمتشابه هستند. معادله اي چندجمله اي براي توصيف نيم‌رخ هاي بدون بعد حفره در شيب هاي مختلف ارايه گرديد. در يك حالت خاص از عدد فرود ذره، عمق پاياب و طول حوضچه، افزايش شيب حوضچه معكوس از صفر به 6/15%، سبب كاهش 15% در عمق بيشينه آب‌شستگي خواهد شد. روشي نظري جهت تقريب تنش ناشي از وزن ذره، تنش برشي بستر و تنش برشي در آستانه حركت ذره در طول حفره آب‌شستگي، ارايه شد. مشاهدات نشان داد تنش هاي برشي بستر و وزن در طول حفره، بر اساس يك روند مشابه با زمان تغيير مي كنند. در پايان، تاثير هندسه حوضچه بر تغييرات تنش هاي برشي و وزن بررسي گرديد.

This research is focused on local scour downstream of adverse stilling basins where the flow jet was issuing from a submerged sluice gate. Totally, 233 tests were performed and 3262 scour profiles were recorded in a wide range of Froude numbers, sediment grain sizes, tail-water depths, stilling basin lengths and bed slopes. The results showed that the scour holes are self-similar at any slopes. A polynomial equation was derived to define the non-dimensional scour profiles at different slopes. In a certain condition of sediment grain Froude number, tail-water depth and length of basin, a change in the slope of basin from 0 to 15.6%, caused a decrease of 15% in maximum depth of scour hole. A theoretical approach was also derived to evaluate the bed shear stress, weight shear stress and shear stress at threshold state along the scour hole. It was found that the weight and bed shear stresses along the scour hole follow a time-dependent similar trend of variation. Finally, the geometry of basin was investigated to examine its effects on the weight and bed shear stresses.