مطالعه آزمایشگاهی تأثیر شکل‌های مختلف آبشکن بر تغییرات زمانی آبشستگی پیرامون آنها

نیر, شهاب; فرزین, سعید; کرمی, حجت; رستمی, محمد

doi:10.22092/idser.2017.114741.1238

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان.

² استادیار گروه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

³ استادیار گروه مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده عمران، دانشگاه سمنان

⁴ پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

https://doi.org/10.22092/idser.2017.114741.1238

چکیده

رودخانهپدیده‌ای است طبیعی و فعالکه کناره‌ها و بستر آن همواره در حال تغییر و فرسایش است. همین امر سبب شده تا مسیر رودخانه طی زمان دستخوش تغییرات و تحولات اساسی شود. روش‌هایی گوناگون برای کاهش فرسایش کناری وجود دارد که یکی از آنها استفاده از آبشکن است. در این پژوهش آزمایشگاهی، تأثیر آبشکن‌‌های سری ساده، T شکل و L شکل در کانال مستقیم بر تغییرات زمانی آبشستگی اطراف آنهابررسی، مقایسه و تحلیل شد. نتایج بهدست آمده نشان میدهد که آبشکن T شکل در 10 درصد اول مدت زمان آبشستگی به بیش از 90 درصد آبشستگی تعادلی می‌رسد. برای آبشکن ساده و L شکل در 15 درصد اول مدت زمان آبشستگی، این مقدار بیش از 80 درصد است. همچنین، بیشترین عمق آبشستگی در آبشکن ساده و L شکل دیده شده است، این مقدار در حدود سه برابر عمق جریان است. آبشکن T شکل در حدود y3/0 (y عمق جریان است) کمتر از سایر هندسه‌ها درجایگاه اول آبشستگیدارد. عمق حداکثر آبشستگی در همۀ هندسه‌ها کمی عقب‌تر از نوک دماغه ایجاد می‌شود. نتایج مقایسۀ عمق آبشستگی اطراف سه نوع آبشکن در مقاطع مختلف نشان میدهد که آبشستگی متوسط آبشکن T شکل نسبت به آبشستگی متوسط آبشکن ساده y4/0 و نسبت به آبشستگی متوسط آبشکن L شکل y25/0 کمتر است. سرانجام اینکه برای محاسبۀ تغییرات زمانی آبشستگی، با توجه به شکل هندسی آبشکن، رابطه‌ای پیشنهاد گردید.عمق آبشستگی حاصل از این آزمایش‌ها و رابطۀ پیشنهادی با رابطههای تخمینی دیگر محققان مقایسه شد. همچنین دیده شد که بیشترین فرسایش در ساحل مقابل آبشکن‌‌ها مربوط به آبشکن L شکل است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental Study on the Effect of Spur Dike’s Different Shapes and on Time Variation of Scour Depth around Them

نویسندگان [English]

shahab nayyer ¹
saeed farzin ²
hojat karami ³
mohammad rostami ⁴

¹ Msc. Student of Water Engineering and Hydraulic Structures, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan.

² Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran

³ Assistant Professor, Department of Water and hydraulic structures engineering, Faculty of Civil Engineering, semnan University

⁴ Assistant Professor of Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Tehran.

چکیده [English]

The river is an active natural phenomenon, which continuously changes its sides and its bed. This has caused the river course to undergo major changes over time. There are different ways to reduce erosion, one of the ways is using spur dike in sides. In this experimental study, the effect of simple L and T shapes series spur dike on time variation of scour depth around spur dike was analyzed and compared under straight channel condition. The results showed that T shape spur dike within 10% of elapsed time reaches to more than 90% of equilibrium scouring, whereas for simple and L shape spur dike within 15% of elapsed time reaches to more than 80% of equilibrium scouring or erosion. Simple and L shape spur dike had the maximum scouring depth which was found to be equivalent to 3times of the flow depth, which was created a bit behind the spur dike's nose. The scouring of T shaped spur dike was 0.3y (y is flow depth) less than other shapes in first position. The results of scour depth comparison in different section around the spur dikes showed that the average of scouring value for T-shaped spur dike was 0.4y and 0.25y less than simple and L-shaped spur dike, respectively. Finally, an equation for calculation of time variation of scour depth due to the shape of the spur dike is proposed. Further, the experimental results of scouring depth as a result of present study was compared with results obtained by other researchers. Also maximum side erosion on the opposite shore was found to belong to L-shaped spur dike.

کلیدواژه‌ها [English]

Simple Spur Dike
T-Shaped Spur Dike
L-Shaped Spur Dike
Series Spur Dikes
Scour depth

مراجع

Abbasi, A. A. and Maleknejad, M. 2012. Experimental study of the impact of direct permeable spur dike parameters and the T-shaped on the scouring around them. Irrig. Water Eng. J. 8, 95-107. (in Persian)

Ahmad, M. 1953. Experiments on design and behavior of spur-dikes. Proceedings of International Hydraulics Convention. Minneapolis, USA.

Ardeshir, A., Karami, H., Saneie, M., Salamatian, S. A. 2011. Investigation of temporal development of scouring around impervious spur dikes in direct channel and its prediction with artificial neural networks. Iran-Watershed Manage. Sci. Eng. 4(13): 39-50. (in Persian)

Ballio, F. and Orsi, E. 2001. Time evolution of scour around bridge abutments. Water Eng. Res.
2(4): 243-259.

Coleman, S. E., Lauchlan, C. S. and Melville, B. W. 2003. Clear-water scour development at bridge abutments. J. Hydraul. Res. 41(5): 521-531.

Dey, S. and Barbhuiya, A. K. 2005. Time variation of scour at Abutments. J. Hydraul. Eng. ASCE.
131(1): 11-23.

Eghbali, P., Daneshfaraz, R. and Saghebian, S. M. 2013. Simulation of temporal development of scour
hole around a wing-wall abutment using gene expression programming. Water Soil Sci. 23(1): 177-188. (in Persian)

Fayazbakhsh. S. 2003. Scour investigation in L-shaped groins, M. Sc. Thesis. Amirkabir University. Tehran, Iran. (in Persian)

Froehlich, D. C. 1989. Local scour at bridge abutments. Proceedings of the National Conference on Hydraulic Engineering. Aug. 14-18. New Orleans, LA, USA.

Garde, R. Subramanya, K. S. and Nambudripad, K. D. 1961. Study of scour around spur-dikes. J. Hydraul. Div. 87(6): 23-37.

Ghodsian, M. and Tehrani, S. H. 2001. Scour around groins. Int. J. Sediment Res. 16(1): 60-68.

Gill, M. A. 1972. Erosion of sand beds around spur dikes. J. Hydraul. Div. ASCE. 98(9): 1587-1610.

Karami, H., Ardeshir, A., Behzadian, K. and Ghodsian, M. 2011. Protective spur dike for scour mitigation of existing spur dikes. J. Hydraul. Res. 49(6): 809-813.

Karami, H., Ardeshir, A., Saneie, M. and Salamatian. S. A. 2012. Prediction of time variation of scour depth around spur dikes using neural networks. J. Hydroinform. 14(1):180-191.

Karami, H., Basser, H., Ardeshir, A. and Hosseini, S. H. 2014. Verification of numerical study of scour around spur dikes using experimental data. Water Environ. J. 28(1): 124-134.

Kayaturk, S. Y. 2005. Scour and scour protection at bridge abutments. Ph. D. Thesis. Department of Civil Engineering. Middle East Technical University (METU). Ankara, Turkey.

Kirkgoz, M.S. and Ardichoghlu, M. 1997. Velocity profiles of developing and developed open channel flow. J. Hydraul. Eng. 123(12): 1099-1015.

Kuhnle, R. A., Alonso, C. V. and Shields, F. D. 1999. Geometry of scour holes associated with 90 spur dikes. J. Hydraul. Eng. 125(9): 972-978.

Lacey, G. 1936. Discussion of stable channels in erodible material. In Lane, E. W. (Ed.) Proceedings of the ASCE. 237(5): 775- 779.

Laursen, E. M. 1962. Discussion of Study of scour around spur dikes. J. Hydraul. Div. ASCE. 89, 225-228.

Liu, H. K., Chang, F. M. and Skinner, M. M. 1961. Effect of Bridge Construction on Scour and Backwater. Colorado State University Press.

Mehraein, M., Noorbakhsh, S. M. and Ghodsian, M. 2015. Turbulent flow structure around submerged
T-shape spur dike. Modares Civil Eng. J. 15(3): 171-178. (in Persian)

Mehrnahad, A. and Ghodsian, M. 2012. Experimental investigation on the effect of length of spur dike and grain size on scour around T-shaped spur dike in a 90-degree bend. J. Iran-Water Resour. Res.
8(2): 71-79. (in Persian)

Melville, B. W. 1992. Local scour at bridge abutments. J. Hydraul. Eng. 118(4): (615). doi:10.1061/(ASCE)0733-9429(1992)118:4(615).

Mosavi, B. S., Saneie, M., Salajegheh, A. and Motamed-Vaziri, B. 2010. Experimental investigation of groin length effect on river bank erosion reduction. Iranian J. Watershed manage. Sci. 4 (12): 65-68. (in Persian)

Neill, C. R. 1973. Guide to bridge hydraulics. Roads and Transportation Association of Canada, University of Toronto Press, Toronto, Canada.

Noorbakhsh, S. M., Vaghefi, M. and Ghodsian, M. 2013. Experimental investigation of scour pattern around submerged T-shape spur dike in straight channel. J. Iran-Water Resour. Res. 9(2): 52-63. (in Persian)

Norouzi, H., Salehi-Neishabori, S. A., Nasiri-Saleh, F. and Azarderakhsh, M. 2009. Three-dimensional numerical simulation of scour around a spur dike. Modares Tech. Eng. J. 36, 13-22. (in Persian)

Oliveto, G. and Hager, W. H. 2002. Temporal evolution of clear-water pier and abutment scour. J. Hydraul. Eng. 128(9): 811-820.

Pandey, M., Ahmad, Z. and Sharma, P. K. 2015. Estimation of maximum scour depth near a spur dike. Can. J. Civil Eng. 43(3): 270-278.

Sadat, S. H. and Tominaga, A. 2015. Optimal Distance between pile-group and spur-dike to reduce local scour. J. Japan Soc. Civil Eng. 71(4): 187-192.

Sobhan, S. A. and Kumar, S. 1999. Spacing of straight spurs in series. J. Civil Eng. The Institution of Engineers, Bangladesh. 27(2): 175-181.

Vaghefi, M., Ghodsian, M. and Akbari, M. 2017. Experimental investigation on 3D flow around a single T-shaped spur dike in a bend. Period. Polytech. Civil Eng. 61(3): 462-470.

Yanmaz, A. M. and Kose, O. 2007. Time-wise variation of scouring at bridge abutments. Sadhana. 32(3):
199-213.

Zaghloul, N. A. 1983. Local scour around spur-dikes. J. Hydrol. 60, 123-140.

Zhang, Y. and Du, X. 1997. Limited scour around spur dike and the evaluation of its depth. J. Xi'an Highway Transport. Uni. 17(4): 56-97.

Zhang, H., Nakagawa, H., Kawaike, K. and Yasuyuki, B. A. 2009. Experiment and simulation of turbulent flow in local scour around a spur dyke.Int. J. Sediment Res. 24(1): 33-45.

تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی

مطالعه آزمایشگاهی تأثیر شکل‌های مختلف آبشکن بر تغییرات زمانی آبشستگی پیرامون آنها

مراجع

مراجع

دوره 19، شماره 72 - شماره پیاپی 72
آبان 1397
صفحه 33-50

مطالعه آزمایشگاهی تأثیر شکل‌های مختلف آبشکن بر تغییرات زمانی آبشستگی پیرامون آنها

مراجع

مراجع

دوره 19، شماره 72 - شماره پیاپی 72آبان 1397صفحه 33-50

دوره 19، شماره 72 - شماره پیاپی 72
آبان 1397
صفحه 33-50