بررسی آزمایشگاهی تغییرات شیب کناره و شیب لایه های آبرفتی بر فرسایش درونی در رودخانه های آبرفتی

فرآیندهای فرسایش و رسوبگذاری در رودخانه ها در واقع پاسخ به اختلال های ایجادشده در مشخصات هیدرولوژیک و مورفولوژیک آن ها می باشد، لذا این اختلال ها باید شناسایی شده تا در صورت امکان، بازسازی شوند. فرسایش کناره رودخانه، یکی از انواع بسیارمهم فرسایش در رودخانه ها است. با رخداد این پدیده عرض رودخانه تغییر یافته و در نتیجه ابعاد مقطع عرضی خودبه-خود تغییر می کند که این به نوبه خود بر روی رژیم رودخانه تاثیر بسزایی می گذارد. بنابراین فرسایش کناره می تواند یکی از عوامل تعیین کننده رژیم رودخانه باشد. لذا شناخت هر چه دقیق تر این پدیده در رودخانه ها از اهمیت بسزایی برخوردار است. فرسایش درونی یکی از مکانیزم های فرسایش کناره می باشد. در این پدیده جریان زیرسطحی از میان لایه های نفوذپذیر انتقال یافته، ذراتی از مصالح لایه ی نفوذپذیر دچار فرسایش شده و ترک در لایه ی رویی در کناره ی رودخانه ایجاد می شود. پژوهشگران متعددی به منظور بررسی فرسایش درونی در رودخانه های آبرفتی، مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی متعددی را انجام داده اند. در اغلب این آزمایش ها، شیب کناره به صورت قائم در نظر گرفته شده است و اندک مطالعاتی با درنظرگرفتن کناره ی شیب دار انجام پذیرفته است. همچنین در اکثر تحقیقات به عمل آمده، فرسایش درونی در لایه های آبرفتی افقی مورد مطالعه قرار گرفته است و در موارد انگشت شماری این بررسی محدود به تاثیر شیب در لایه های آبرفتی با کناره قائم شده است. از این رو.در تحقیق حاضر سعی شده است تا قسمتی از کاستی های پژوهش های قبلی که مورد بررسی قرار نگرفته و در شرایط طبیعی رودخانه ها رخ می دهد، مورد بررسی قرار گیرند. با توجه به مطالعات انجام شده و با در نظر گرفتن اهداف مورد نظر در این پژوهش، مطالعه آزمایشگاهی برای مطالعه ی جنبه های مختلف شیب کناره و شیب لایه های آبرفتی در رودخانه ها در دو مرحله درآزمایشگاه انجام گردید. در مرحله ی اول، 9 آزمایش به منظور بررسی اثر شیب کناره بر فرسایش درونی رودخانه های آبرفتی در حالت لایه ی افقی و در مرحله ی دوم، 9 آزمایش به منظور بررسی اثر شیب کناره بر فرسایش رودخانه ها در حالت شیب دار لایه های آبرفتی انجام گردیده است.دو حالت ذکرشده در سه رنج متفاوت دانه بندی انجام شده است. جهت انجام آزمایش ها یک فلوم آزمایشگاهی به طول 50 سانتی متر، عرض 20 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی متر تعبیه شد.فلوم آزمایشگاهیمورداستفاده شامل دو مخزن خاک و آب می باشد که دو مخزن خاک و آب توسط یک صفحه ی مشبک پلکسی به هم مرتبط شده اند. نمونه ی شبیه سازی شده در فلوم شامل سه لایه بود، لایه ی زیرین، رس با ارتفاع 5 سانتی متر و نفوذپذیری پایین بوده است. لایه ی میانی، ماسه به ارتفاع 10 سانتی متر با سه دانه بندی متفاوت می باشد. لایه ی رویی، خاک محل به ارتفاع 15 سانتی متر در نظر گرفته و در مخزن قرار داده شد. آب از طریق شیر ورودی وارد مخزن آب می‏شد و از طریق صفحه ی مشبک به داخل نمونه نفوذ می کرد. در هر آزمایش به مدت 30 دقیقه ارتفاع آب در سطح معینی ثابت نگه داشته می شد تا در مدت مذکور پدیده های احتمالی مشاهده و اندازه گیری گردد. تمامی آزمایش ها تا زمانی ادامه داشت که لایه ی ماسه دچار فرسایش گردد و ترک کششی در لایه ی رویی ایجاد شود. نتایج آزمایش ها نشانگر این امر بودند که با افزایش شیب کناره ی رودخانه، از میزان طول حفره ی آبشستگی، گرادیان هیدرولیکی ، عدد رینولدز و پارامتر انتقال رسوب کاسته می گردد. همچنین با کاهش شیب لایه های آبرفتی، بر میزان پارامتر انتقال رسوب، طول پسروی، گرادیان هیدرولیکی و عدد رینولدز افزوده می گردد. با استفاده از روش حداقل مربعات، رابطه تجربی مناسبی برای برآورد طول حفره ی آبشستگی پیشنهاد شد. مقایسه نتایج تحقیق حاضر با داده های اندازه گیری شده توسط سایر محققین، نشان دادند که رابطه از دقت نسبتاً مناسبی برخوردار است.