علوم آب و خاک

در این مطالعه، عمق حفره آبشستگی در پائین¬دست سرریزهای سنگی با شکل¬های مختلف J، I، U و W توسط یک روش نوین هوش مصنوعی تحت عنوان ماشین آموزش نیرومند خارج از محدوده (ORELM) شبیه¬سازی شد. داده¬های مشاهداتی به دو دسته آموزش (70 درصد) و تست (30 درصد) تقسیم شدند. سپس تابع فعال¬سازی بهینه برای شبیه¬سازی عمق آبشستگی در پائین¬دست سرریزهای سنگی انتخاب شد. در ادامه، با استفاده از پارامترهای ورودی که شامل نسبت طول سازه به عرض کانال (b/B)، عدد فرود تراکمی (Fd)، نسبت اختلاف عمق جریان بالادست و پائین¬دست سازه به ارتفاع سازه (Δy/hst) و فاکتور شکل سازه (φ)، یازده مدل مختلف ORELM برای تخمین عمق آبشستگی توسعه داده شدند. با انجام یک تحلیل حساسیت، مدل برتر و مؤثرترین پارامترهای ورودی شناسایی شدند. مدل برتر مقادیر آبشستگی¬ها را توسط پارامترهای بدون بعد b/B, Fd, Δy/hst شبیه¬سازی کرد. برای این مدل، مقادیر ضریب همبستگی (R)، شاخص عملکرد  (VAF)و ضریب نش (NSC) برای مدل برتر در شرایط تست به¬ترتیب مساوی با 0/956، 91/378 و 0/908 بدست آمدند. همچنین، پارامترهای بدون بعد b/B, Δy/hst به¬عنوان مؤثرترین پارامترهای ورودی شناسایی شدند. همچنین، نتایج مدل برتر با مدل ماشین آموزش نیرومند نیز مقایسه شدند که مدل ORELM دقت بیشتری داشت. علاوه بر این، تحلیل عدم قطعیت نشان داد که مدل ORELM مقادیر آبشستگی¬ها را بیشتر از واقعیت تخمین زد. در ادامه، برای مدل برتر، یک تحلیل حساسیت مشتق نسبی (PDSA) اجرا گردید.

آبشستگی زیر لوله‌های انتقال گاز، نفت و آب خطر خمیدگی لوله و شکستن آن را به دنبال دارد. این پدیده می‌تواند به محیط زیست و صنعت نفت و گاز آسیب‌های فراوانی وارد کند. در ایﻦ پژوهش تأثیر تغییرات قطر، فاصله از کف و زاویه قرارگیری لوله‌های انتقال بر میزان کاهش عمق آبشستگی زیر لوله‌های مستغرق در بستر رسوبات چسبنده بصورت آزمایشگاهی بررسی شده است. آزﻣﺎیﺶﻫﺎ برای ﺣﺎﻟﺖ آﺑﺸﺴﺘﮕﯽ زیﺮ ﻟﻮﻟﻪ ﺑﺎ زاویﻪ ﺑﺮﺧـﻮرد صفر، 15 و 30 درﺟﻪ و در 3 ﻣﻮﻗﻌﯿـﺖ روی ﺑﺴـﺘﺮ، ﻓﺎﺻـﻠﻪ D/2 و D/4 از ﺑﺴﺘﺮ انجام شد. همچنین، در اﻧﺠﺎم آزﻣﺎیﺶﻫﺎ از سه قطر 10، 20 و 40 میلی‌متر اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻧﺘﺎیﺞ این مطالعه ﻧﺸـﺎن داد، زاویﻪ ﺑﺮﺧﻮرد ﺟﺮیﺎن روی ﻣﮑﺎن ﻗﺮارﮔﯿﺮی ﺑﯿﺸﯿﻨﻪ ﻋﻤﻖ آﺑﺸﺴﺘﮕﯽ و ﻧﺤﻮه ﻋﻤﻠﮑـﺮد ﮔﺮداﺑـﻪﻫـﺎ ﻣـﺆﺛﺮ است، به‌طوری¬که با افزایش زاویه، عمق آبشستگی زیر خط لوله کاهش می‌یابد و به ازای افزایش ﻓﺎﺻــﻠﻪ ﺑــﯿﻦ ﻟﻮﻟــﻪ و ﺑﺴــﺘﺮ، میزان آبشستگی به‌صورت معنی¬داری تا میزان 18 درصد، کاهش ﭘﯿــﺪا ﮐﻨــﺪ، میزان آﺑﺸﺴﺘﮕﯽ زیﺮ ﻟﻮﻟﻪ ﮐﻤﺘﺮ ﻣﯽﺷﻮد. همچنین مشاهده شد که قطر لوله بر میزان عمق آبشستگی تأثیر دارد و بدلیل تأثیر روی جریان به سمت پایین و جریان‌های گردابی، هرچه قطر لوله افزایش یابد، عمق آبشستگی نیز افزایش می‌یابد. درنهایت با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی حداکثر میزان آبشستگی لوله، رابطه‌ای بر پایه رگرسیون غیر خطی برای تخمین حداکثر میزان آبشستگی ارائه شد

امروزه تکیه‌گاه‌ها، جریان عادی رودخانه‌ها را مختل می‌کنند و سبب آبشستگی و فرسایش مواد رسوبی در اطراف خود و ایجاد چاله می‌شوند. این امر هر ساله خسارت زیادی به بار می‌آورد. پژوهشگران روش‌های زیادی را برای کاهش قدرت فرسایش آبی پیشنهاد کرده‌اند. یکی از روش‌های ضروری در این زمینه، ایجاد شکاف در تکیه‌گاه‌ها است. باتوجه‌به گسترش چاله آبشستگی، پایداری سازه پل را به مخاطره می‌اندازد، در این پژوهش بررسی تأثیر ابعاد شکاف در تکیه‌گاه روی ابعاد چاله آبشستگی صورت گرفت. نتایج نشان داد، وجود شکاف باعث کاهش ابعاد چاله آبشستگی شده است. شکاف در تکیه‌گاه توانست تا 50 درصد میزان حجم چاله آبشستگی را کاهش دهد. همچنین با افزایش ۷۵ درصدی سرعت نسبی، میزان آبشستگی تا ۱۴۰ درصد عمق چاله را افزایش داد و با افزایش عمق شکاف، میزان عمق چاله آبشستگی تا 85 درصد کاهش یافت.

در گذشته روش‌های مختلفی برای کنترل آبشستگی پاشنه ساحل پیشنهاد شده است برای رودخانه‌های کم‌عمق (نظیر رودخانه‌های کوهستانی) از انواع سرریزها استفاده می‌شود؛ بنابراین در این پژوهش به بررسی توسعه آبشستگی در سازه‌های cross vane و w-weir برای حفاظت سواحل پرداخته شد. نتایج نشان داد، با نصب سازه w-weir در موقعیت 90 درجه نسبت به موقعیت 30 و 60 درجه به‌ترتیب شاهد 37/9 و 19/7 درصد کاهش آبشستگی هستیم. همچنین با نصب سازه cross vane در موقعیت 90 درجه نسبت به موقعیت 30 و 60 درجه به‌ترتیب شاهد 35/4 و 21/2 درصد کاهش آبشستگی هستیم. با افزایش عرض (L/B) (نسبت عرض سازه به عرض فلوم) سازه w-weir از 1/5 به 2، میزان آبشستگی 7/9 درصد کاهش داشته است. همچنین با افزایش عرض (L/B) سازه cross vane از 1/3 به 1/7، میزان آبشستگی 4/7 درصد کاهش داشته است. سازه w-weir به‌طور متوسط 7/3 درصد آبشستگی کمتری نسبت به سازه cross vane داشته است.