بررسي اندازه قطر سنگدانه به‌منظور پايداري آن‌ها در اطراف تك آبشكن قايم در قوس 180 درجه رودخانه

Investigation of diameter of riprap for stability around the vertical-single spur dike at 180 degree river bend

سابقه و هدف: هر ساله با وقوع سيلاب در رودخانه‌ها تعداد زيادي از آبشكن‌ها درست زماني كه بيش‌ترين نياز به آن‌ها وجود دارد، تخريب مي‌گردند. يكي از موثرترين عوامل تخريب آبشكن‌ها، آبشستگي موضعي اطراف آن‌ها است. احداث آبشكن باعث ايجاد تنگ‌شدگي مسير جريان شده كه اين موضوع باعث افزايش سرعت جريان در نزديكي سازه و افزايش سرعت متوسط در مقطع تنگ شده آبراهه مي‌گردد. افزايش سرعت متوسط باعث ايجاد آشفتگي و گرداب‌هاي نعل‌اسبي در اطراف آبشكن مي‌شود. گرداب نعل‌اسبي اساسي‌ترين نقش را در فرآيند آبشستگي در دماغه آبشكن ايفا مي نمايند. از جمله روش‌هاي كنترل آبشستگي در اطراف آبشكن استفاده از سنگ‌چين مي‌باشد. مواد و روش‌ها: در اين مطالعه به‌منظور بررسي اندازه قطر سنگ‌چين در اطراف آبشكن قايم، آزمايش‌هايي در يك فلوم آزمايشگاهي با قوس 180 درجه با 7/4R/B= (=R شعاع مركزي قوس، =B عرض فلوم) از جنس پلاكسي‌گلاس انجام پذيرفت. در اين پژوهش با قرار دادن يك تك آبشكن با دماغه دايره‌اي از جنس پلكسي‌گلاس به همراه سنگ‌چين در اطراف آن آزمايش‌هايي انجام شد. آزمايش‌ها با استفاده از سه نوع سنگ‌چين با چگالي‌هاي نسبي 7/1، 1/2 و 42/2 با اندازه قطر متوسط 76/4، 52/9، 7/12، 1/19 ميلي‌متر در چهار دبي چهار دبي 17، 20، 23، 27 ليتر بر ثانيه در حالت آب زلال انجام شد. در هر آزمايش عمق جريان در شرايط آستانه حركت و آستانه شكست اندازه‌گيري و سپس با استفاده از داده‌هاي به‌دست آمده روابط مورد نظر محاسبه گرديد. يافته‌ها و نتيجه‌گيري: نتايج حاصل نشان داد با افزايش عدد فرود و قطر نسبي سنگدانه‌ها عدد پايداري در دو حالت آستانه حركت و شكست كاهش مي‌يابد. در هر چگالي با دبي ثابت، با افزايش عدد فرود در دو شرايط آستانه حركت و آستانه شكست، عدد پايداري كاهش مي‌يابد. به‌ازاي دبي ثابت، با افزايش قطر نسبي سنگدانه‌ها، عدد پايداري در دو حالت آستانه حركت و شكست كاهش مي‌يابد. در همه دبي‌ها، با افزايش عدد فرود، قطر نسبي سنگدانه‌ها در دو حالت آستانه حركت و شكست افزايش مي‌يابد. در هر چگالي به‌ازاي يك دبي ثابت، با افزايش اندازه قطر سنگ‌چين، عمق ناپايداري در آستانه حركت و شكست كاهش مي‌يابد و با افزايش دبي، عمق ناپايداري در آستانه حركت و شكست سنگ‌چين افزايش مي‌يابد. بر اساس آناليز ابعادي، رابطه‌اي بين عدد فرود، قطر نسبي سنگدانه‌ها و چگالي سنگ‌چين در دو شرايط آستانه حركت و شكست ايجاد گرديد كه اين روابط ضمن سادگي و داشتن همبستگي بالا، مبتني بر عدد فرود جريان، قطر نسبي سنگ‌چين و چگالي سنگ‌چين مي‌باشند.

Background and Objectives: Every year a large number of flood in river breakwater spur dike when it is most needed there and destruction. Local scour is one of the most important factors to destruction of spur dike. Increase in average speed leads to confusion and horseshoe vortices around the breakwater. Horseshoe vortex fundamental role in the process of scouring the breakwater head play. Riprap can be used as a method to control of scour around the spur dike. Materials and Methods: In this study, in order to investigation of diameter of riprap around the vertical-single spur dike, experiments were in a laboratory flume under 180 degree bend and R/B=4.7 (R= central radius of bend, B=flume width) made of Plexiglas. In this research, several experiments were by placing a single spur dike with semicircular tip made of Plexiglas along with a series of riprap. Experiments were by three different types of riprap with different density (1.7, 2.1 and 2.42), four different diameters (4.76, 9.52, 12.7 and 19.1) and four rates of discharge (17, 20, 23 and 27 L/S) under pure water condition. In each experiment, flow depth in terms of moving threshold and failure threshold measured and then the formulas were calculated by using data obtained. Results and Conclusions: The results showed that the relative diameter of riprap increased with increasing Froude number in terms of moving threshold and failure threshold. The density of a fixed rate, with an increase in the threshold of the Froude number and the failure threshold value decreases stability. For a fixed rate, with an increase in the relative size of aggregates, a number of sustainability in both the threshold and failure are reduced and to increase the discharge, the instability and the failure to move riprap increases. Based on dimensional analysis, a relationship between the number of landing, the relative size and density of the stone aggregates and failure to move riprap in terms of simplicity and a high correlation was established that the relationship is based on the Froude number, relative size and density of riprap.