علوم آب و خاک

---

کانال‌های جانبی کاربردهای گسترده‌ای در شبکه‌های انتقال و توزیع آب، سدهای مخزنی، تأسیسات تصفیه آب و فاضلاب، و در مجاری زه‌کشی سطحی دارند. جریان در این سازه‌ها از نوع متغیر مکانی با افزایش دبی است، و نیم‌رخ سطح آب آن از فاکتورهای مهم طراحی محسوب می‌شود. معمولاً علاوه بر افزودن عرض کف کانال در جهت جریان، در انتهای پایین‌دست کانال، سرریزی نصب می‌شود تا ضمن ایجاد مقطع کنترل، شرایطی فراهم نماید که نیم‌رخ سطح آب هموارتری در کانال به وجود آید. در این مقاله نتایج یک پژوهش آزمایشگاهی گزارش شده که برای تعیین میزان تأثیر نصب سرریز انتهایی با ارتفاع‌های مختلف بر ویژگی‌های سطح آب در یک کانال جانبی با مقطع غیر منشوری انجام شده بود. در هر آزمایش شش نیم‌رخ طولی به طور مشخص و متمایز دیده شد. اختلاف میان اعماق آب نقاط میانی نیم‌رخ‌های حداقل و حداکثر هر برداشت در بررسی اثر نصب سرریز به کار رفت. نتایج نشان داد که اختلاف اعماق نیم‌رخ‌های یاد شده بین نصف تا یک برابر عمق بحرانی ایجاد شده در انتهای پایین‌دست کانال جانبی می‌باشد. هم‌چنین، به کمک منحنی پوش داده‌ها روشی پیشنهاد گردید که در آن حداکثر میزان محتمل تأثیر یک سرریز انتهایی تعیین می‌گردد تا به عنوان راهنمای طراحی ارتفاع مناسب سرریز به کار گرفته شود.

---

آبگیرهای قائم معمولاً نسبت به دیگر گزینه‌ها سازه‌هایی اقتصادی بوده و به جهت آن که در نزدیکی سطح آب کار گذاشته می‌شوند، از ورود رسوبات درشت ‌دانه به داخل سیستم جلوگیری می‌نمایند. از مشکلات اصلی که آبگیرهای قائم با آن مواجه‌اند ایجاد گرداب‌های قوی در دهانه آنهاست. این گرداب‌ها منجر به کاهش بازدهی سیستم آبگیری می‌شوند. شناخت مهندسین و طراحان از عوامل مؤثر بر گرداب، می‌تواند آنها را در طراحی صحیح و اصولی چنین سازه‌هایی کمک نماید. در این پژوهش به کمک مدل آزمایشگاهی تأثیر سرعت مماسی، جهت جریان در خروجی کانال تقرب بر ضریب تخلیه C_d آبگیر قائم مورد بررسی قرار گرفته و با آنالیز ابعادی نشان داده شده که اعداد بدون بعد رینولدز، فرود، وبر، سیرکولاسیون و استغراق بر تشکیل گرداب در دهانه آبگیر قائم مؤثرند. ارتباط بین عدد فرود، عدد سیرکولاسیون و عدد استغراق ارائه گردیده است که با استفاده از آنها می‌توان عدد استغراق را به دست آورده و توسط آن ضریب تخلیه آبگیر قائم را محاسبه نمود.

---

قرار دادن سنگ‌چین در اطراف پایه‌های پل‌ها مانع از ایجاد آب‌شستگی موضعی اطراف آنها می‌گردد. ارائه الگوی مناسب پوشش سنگ‌چین یک اصل ضروری برای اقتصادی بودن این روش است. در مطالعه حاضر محدوده پوشش سنگ‌چین در گروه پایه‌ها بررسی و با نتایج بدست آمده برای تک پایه مقایسه شده است. گروه‌پایه‌های دوتایی و سه‌تایی در یک خـط موازی با جهت جریـان با قطر 02/0 متـر در فاصله‌های دو و چهار برابر قطر پایـه قرار گرفتند. چهار اندازه سنگ‌چین با قطرهای 86/2، 67/3، 38/4 و 18/5 میلی‌متر برای پوشش دور پایه‌ها استفاده شد. نتایج نشان داد که در گروه پایه‌ها، پدیده حفاظت‌کننده و تقویت‌کننده در پایه جلویی و عقبی به ترتیب باعث 31 درصد کاهش و 60 درصد افزایش طول محدوده سنگ‌چین شد. افزایش فاصله بین پایه‌ها اگرچه موجب کاهش تأثیر پدیده تقویت‌کننده و حفاظت‌کننده شد ولی اثری بر تغییر الگوی پوشش سنگ‌چین نداشت. پدیده حفاظت‌کننده در گروه‌پایه‌های دوتایی و سه‌تایی، گودال آب‌شستگی در پایه عقبی را به ترتیب به میزان 46 درصد و 54 درصد نسبت به تک پایه کاهش داده است. مقدار کاهش ابعاد گودال آب‌شستگی در پایه عقبی گروه‌پایه سه‌تایی نسبت به گروه پایه دوتایی 67 درصد بوده که به دلیل عامل حفاظ پایه‌های اول و دوم بر آن است. مناسب‌ترین شکل برای این‌که از آب‌شستگی بستر در انتهای محدوده سنگ‌چین در پشت پایه جلوگیری کند، نیم‌بیضی است. طول سنگ‌چین در پشت گروه‌پایه‌های دوتایی و سه‌تایی به ترتیب نسبت به تک‌پایه به میزان 31 و 5/37 درصد کاهش یافته است.

---

هر ساله با وقوع سیلاب در هر رودخانه تعداد زیادی از پل‌ها درست زمانی که بیشترین نیاز به آنها وجود دارد، تخریب می‌شوند. یکی از مؤثرترین عوامل این تخریب‌ها آبشستگی موضعی اطراف پایه‌ها در قوس رودخانه می‌باشد. یکی از روش‌های کاهش آبشستگی اطراف پایه‌های پل، نصب طوقه محافظ روی پایه است. طوقه‌ها بستر را در مقابل جریان‌های گردابی اطراف پایه محافظت می‌کنند. به منظور بررسی اثر طوقه در کنترل آبشستگی اطراف پایه پل در قوس رودخانه‌ها، آزمایش‌هایی در یک فلوم آزمایشگاهی با قوس 180 درجه و شعاع مرکزی 8/2 متر و عرض 6/0 متر با از جنس پلاکسی گلاس انجام پذیرفت. در این تحقیق با قرار دادن یک پایه استوانه‌ای به همراه چهار طوقه دایره‌ای با اندازه‌های مختلف در یک موقعیت از قوس با دبی و عمق ثابت، پدیده آبشستگی حول پایه‌ها در حالت آب زلال بررسی شد. محل نصب طوقه در آزمایش‌ها در 4 ارتفاع متفاوت انتخاب شد. برای مصالح کف فلوم از ماسه طبیعی با دانه‌بندی یک‌نواخت با قطر mm2 =50D و ضریب یک‌نواختی 3/1 استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد با افزایش قطر طوقه میزان آبشستگی موضعی در اطراف پایه به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد به‌طوری‌که حداقل میزان آبشستگی در هنگام نصب یک طوقه با قطر مؤثرسه برابر قطر پایه روی یک پایه استوانه‌ای در D 1/0 زیر بستر 93 درصد نسبت به حالت بدون طوقه ایجاد شد.

---

سرریز نیلوفری یکی از انواع سرریزها است که در مواقعی که امکان استفاده از سایر سرریزها فراهم نباشد از آن استفاده می‌شود. با شروع استغراق و ایجاد افت جریان و نیز شدت یافتن جریان‌های چرخشی و گرداب‌ها، کارایی سرریز به‌شدت افت کرده و با کاهش شدید ضریب دبی سرریز، ارتفاع آب مخزن افزایش می‌یابد که باعث افزایش احتمال آسیب دیدن سد بر اثر عدم توانایی سرریز در تخلیه جریان‌های بزرگ می‌شود. تیغه های گرداب شکن برای حل این مشکل استفاده می شوند. درصورتی‌که بتوان آستانه استغراق سرریز را افزایش داد، امکان عبور جریان‌های بزرگ‌تر، بدون مستغرق شدن سرریز و بروز پیامدهای منفی آن فراهم می‌شود. علاوه بر کاربرد تیغه‌های گرداب‌شکن در اصلاح جریان چرخشی و گردابی، ممکن است تیغه‌ها در افزایش آستانه استغراق نیز مؤثر باشند. به‌منظور بررسی امکان این موضوع تعداد ۱۱۰ آزمایش به‌وسیله مدل فیزیکی روی سرریزهایی با مقطع مربعی و دایره‌ای و باحالت‌های مختلف تعداد و زاویه گرداب‌شکن انجام شد. نتایج نشان داد با افزایش تعداد تیغه‌ها آستانه استغراق افزایش می‌یابد و سرریزها ارتفاع و جریان ورودی بیشتری را بدون آن‌که مستغرق شوند از خود عبور می‌دهند. میزان این تأثیر در سرریز دایره‌ای بیشتر از مربعی بود، چون جریان‌های چرخشی و گردابی در سرریز دایره‌ای بیشتر است. همچنین حالت استفاده از تیغه‌های گرداب‌شکن با4 گرداب شکن و زاویه قرارگیری ۹۰ درجه بیشترین ضریب تخلیه جریان را دارند.

---

جریان‌های سیلابی با ایجاد آب‌شستگی موضعی در کناره‌های پایه پل‌ها، از عوامل تهدید‌کننده پایداری پل محسوب می‌شوند. یکی از روش‌های کاهش آب‌شستگی موضعی تقویت بستر در مقابل تنش‌های وارده است. از جمله روش‌هایی که به‌صورت ‌مستقیم در کاهش و کنترل آب‌شستگی موضعی پایه‌های پل می‌تواند مناسب واقع شود، به‌کار بردن ژئوتکستایل در اطراف پایه پل می‌باشد. در تحقیق حاضر، تأثیر لایه ژئوتکستایل در کاهش آب‌شستگی موضعی تک پایه استوانه‌ای مورد بررسی قرارگرفت و بهترین الگوی پوشش برای بیشترین تأثیر به‌دست آمد، به‌طوری که لایه‌هایی با اشکال دایروی و بیضی به‌صورت نسبتی از قطر پایه در اطراف پایه قرار گرفت و عملکرد هر کدام با حالت پایه بدون محافظ مقایسه گردید. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که با نصب لایه ژئوتکستایل با پوشش بیضوی در کنار پایه عمق نهایی آب‌شستگی به D25/1 می‌رسد. همچنین در مقایسه ژئوتکستایل و طوقه به ابعاد D2، کارکرد ژئوتکستایل در تأخیر فرایند آب‌شستگی حدود 40 برابر بیشتر از کارایی طوقه است ولی طوقه عمق نهایی آب‌شستگی را بیشتر کاهش می‌دهد.

---