بررسی آزمایشگاهی حداکثر عمق و طول گودال‌های ایجاد شده ناشی از برداشت مصالح رودخانه‌ای تحت شرایط جریان زیربحرانی

چکیده: سابقه و هدف: برداشت شن و ماسه از بستر و کناره‌های رودخانه سبب تغییر در شرایط هیدرولیکی، هیدرولوژیکی، افزایش فرسایش بستر و کناره‌های رودخانه و همچنین تخریب سازه‌های موجود در مسیر رودخانه می‌گردد. هدف از تحقیق حاضر بررسی حداکثر عمق و طول انتقال گودال‌های ایجاد شده تحت اثر برداشت مصالح رودخانه‌ای است. مواد و روش‌ها: برای این تحقیق از کانال مستطیلی شکل به طول 5 متر، عرض 3/0 متر و ارتفاع 45/0 متر با شیب ثابت استفاده شد. گودال‌هایی نیز با اندازه‌های مختلف و تحت سرعت‌های نسبی جریان 83/0، 89/0، 94/0 و 1 برای حالت با و بدون اعمال دریچه در دانه بندی‌های 15/0 و 6/0 میلی‌متر ایجاد گردید. در این تحقیق زمان آزمایش برای حالت بدون اعمال دریچه 1 ساعت و برای حالت با اعمال دریچه 5/1 ساعت می‌باشد که زمان تعادل برای هر دو حالت 15 دقیقه آخر آزمایش ذکر گردید. برای برداشت داده از نیمرخ سه بعدی بستر در هر دو حالت، بعد از قطع جریان آب و ثبت عمق آب در نقاط مختلف، از اسکنر سه بعدی لیزری استفاده شد. همچنین از مقطع کناری بستر متحرک نیز اقدام به عکسبرداری از نحوه گسترش گودالهای ایجاد شده گردید. سپس با استفاده از نرم افزارهای MATLAB ، Tec-Plot 360، Grapher و Excelاقدام به مرتب سازی و آرایش مجدد دادهها و رسم نمودارهای برداشت شده گردید. در طول آزمایشهای انجام شده تشکیل فرم‌های بستر نیز در بالا و پاییندست گودالهای ایجاد شده مشاهده و نحوه تغییرات آنها با زمان ثبت شد. یافته‌ها: نتایج آزمایش‌ها نشان داد که با کاهش عدد فرود و کاهش عمق گودال‌ها و همچنین با ایجاد جریان ثانویه در داخل گودا‌ل‌ها، نسبت‌ بی‌بعد ارتفاع گودال به عمق جریان ( ) کاهش، طول وعرض گودال به عمق جریان ( و ) افزایش می‌یابد. در ضمن مشخص گردید که با افزایش تنش برشی و عدد فرود، نسبت سرعت برشی بحرانی به سرعت جریان ( ) افزایش خواهد یافت. همچنین نیمرخ طولی و نمایی سه بعدی از انتقال گودال‌ها برای تمامی شرایط هیدرولیکی و رسوبی مختلف مشاهده و ترسیم شد. در انتها معادلات تجربی برای حداکثر طول و عمق آبشستگی برای گودال مستطیلی شکل به همراه آنالیز حساسیت ارائه گردید. در حالت کلی نشان داده شد که زاویه ایستایی مصالح داخل آب ( ) بیشترین تأثیر را در افزایش و ارتفاع گودال به عمق جریان ( ) بیشترین تأثیر را در کاهش طول و عمق آبشستگی گودال دارد. نتیجه‌گیری: نتایج آزمایش‌ها بصورت ارائه روابط بی‌بعد برای حداکثر عمق و طول آبشستگی گودال‌ها برای هر دو حالت با و بدون اعمال دریچه در هر دو دانه بندی 15/0 و 6/0 میلی‌متر تحت شرایط جریان زیربحرانی و نشان دادن بیشترین و کمترین اثر پارامترها و بکارگیری آنالیز حساسیت برای روابط حاصل شده، می‌باشد. همچنین مشاهده شد که کمترین درصد خطا برای حداکثر عمق آبشستگی مربوط به دانه بندی 15/0 میلی‌متری در حالت بدون اعمال دریچه با درصد خطای نسبی 98/2% و خطای RMSE(بدون واحد)، 23/0 می‌باشد. کمترین درصد خطا برای حداکثر طول آبشستگی نیز مربوط به دانه بندی 6/0 میلی‌متری برای حالت با اعمال دریچه با درصد خطای نسبی 75/4 % و خطایRMSE (بدون واحد)، 5/0 می‌باشد.