بررسی آزمایشگاهی تاثیر اجسام شناور چوبی مستطیلی بر آبشستگی پایه های مربعی و مربعی دماغه تیز

اجسام شناور چوبی بزرگ lwd (large woody debris) سطح مقطع رودخانه را کاهش، جریان آب را منحرف و سرعت جریان را در اطراف پایه¬های پل افزایش می¬دهند. بنابراین باعث افزایش سرعت فرسایش و عمق گودال آبشستگی در اطراف پایه پل می¬شوند. کنده¬ها و شاخ و برگ¬های انباشته شده در اطراف پایه¬های پل اندازه¬ و شکل متفاوتی دارند. که در طبیعت بیشتر به شکل مستطیلی در جلو پایه¬های پل تجمع می¬یابند. هدف از این تحقیق، تحلیل و بررسی آزمایشگاهی تاثیر تجمع اجسام شناور چوبی در جلو¬ پایه پل¬های مربعی و مربعی با دماغه تیز بر عمق آبشستگی است. این تحقیق آزمایشگاهی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهرکرد، در فلومی با طول 20 متر، عرض 60 سانتی¬متر و ارتفاع 60 سانتی¬متر انجام شد. در این تحقیق اجسام شناور چوبی در موقعیت¬های قرار¬گیری مختلف (بالای سطح، هم سطح و زیر سطح آب) در جلو پایه نصب و مورد مطالعه قرار گرفتند. تمام آزمایش¬ها در شرایط آب زلال و با دبی¬های 15، 20، 30 و 40 لیتر بر ثانیه انجام گرفت. در این آزمایش¬ها حداکثر عمق گودال آبشستگی با وجود تجمع اجسام شناور چوبی در جلو پایه، با حداکثر عمق گودال آبشستگی در شرایط بدون تجمع اجسام شناور (آزمایش شاهد) مقایسه شد. نتایج نشان داد وجود اجسام شناور در جلو پایه پل¬های مربعی و مربعی با دماغه تیز تأثیر قابل ملاحظه¬ای بر روی عمق، عرض و طول گودال آبشستگی دارد. به طوریکه در اثر تجمع اجسام شناور در جلو پایه مربعی و در موقعیت¬های قرارگیری بالای سطح، هم سطح و زیر سطح آب، حداکثر عمق آبشستگی به ترتیب برابر 8/1، 9/1 و 43/2 برابر، نسبت به نمونه شاهد افزایش می¬یابد و در حالت تجمع اجسام شناور در جلو پایه مربعی با دماغه تیز، حداکثر عمق آبشستگی به ترتیب 76/1، 84/1 و 2/2 برابر نسبت به نمونه شاهد افزایش می¬یابد. علاوه بر این، زمانی که درصد انسداد (نسبت مساحت اشغال شده جریان توسط اجسام شناور به سطح مقطع جریان) برابر با %29/35 و اجسام شناور در زیر سطح آب قرار گرفته باشند، بیشینه عمق آبشستگی برای پایه مربعی و مربعی با دماغه تیز ( به ترتیب 43/2 و 2/2 برابر نمونه شاهد) رخ می¬دهد. همچنین تاثیر تجمع اجسام شناور و شکل هندسی پایه¬ها بر روی میدان جریان توسط نرم¬افزار fluent به صورت سه¬بعدی شبیه¬سازی شد. نتایج نشان داد که گستره¬ طولی شدت جریان در جلو و اطراف پایه مربعی نسبت به پایه مربعی با دماغه تیز بیشتر می¬باشد. همچنین با قرارگیری جسم شناور در جلو هر یک از پایه پل¬های ذکر شده، رژیم جریان تغییر می¬کند. به طوریکه وقتی جسم شناور در موقعیت زیر سطح آب قرار گرفته باشد حداکثر سرعت جریان مشاهده می¬شود. بعلاوه گردابه¬های تشکیل شده در پشت پایه مربعی شدت بیشتری نسبت به پایه مربعی با دماغه تیز دارد (45/1 برابر). به همین دلیل (افزایش سرعت جریان و گردابه¬ها) باعث افزایش کف¬کنی¬ و میزان بیشینه عمق آبشستگی در جلو پایه مربعی نسبت به پایه مربعی با دماغه تیز می¬شود (39/1 برابر). لذا اگر اجسام شناور چوبی در جلوی پایه مربعی شکل تجمع یابند، میزان آبشستگی بطور چشمگیر افزایش می¬یابد و خطر آبشستگی آن به مراتب بیشتر از پایه مربعی با دماغه تیز می¬باشد. همچنین با استفاده از آنالیز ابعادی معادله¬ جدیدی برای پیش بینی حداکثر عمق آبشستگی با وجود تجمع اجسام شناور چوبی در جلو هر یک از پایه¬های مربعی و مربعی با دماغه تیز ارائه گردید.