مقدمه:
رودخانه ها یکی از مهمترین منابع حیاتی طبیعت هستند. رودخانه ها نه تنها در سیمای کلی سطح زمین نقش دارند، بلکه شکل زیستن انسان در کره زمین را تعیین می کنند. همواره در طول تاریخ بشر، رودخانه ها کانون توسعه بوده و تمدنهای کهن در کناره های آن شکل گرفته است (Morisw,1968).
از دیرباز مسئله انتقال آب از رودخانه ها برای مقاصد کشاورزی، شرب و بعدها به منظور استفاده در صنعت و نیز تأمین انرژی، معمول بوده است و می توان ادعا نمود که قدمت آن به قدمت تمدن بشر می رسد. در کنار مسئله انتقال آب همواره مشکل رسوبات وارده به کانالها و سیستمهای انتقال نیز وجود داشته که مسائل و مشکلات بسیاری به همراه دارد. بنابراین هدف طراحان، کاهش میزان رسوبات انتقال یافته، تا حد امکان می باشد. (صالحی نیشابوری و ایزدپناه 1375).
بنابراین جلوگیری از ورود رسوبات به داخل آبگیر و رودخانه (جریان اصلی) از مواردی می باشد که اهمیت بسزایی دارد و یکی از مواردی که باید توجه داشت کنترل جریان های ثانویه و جریان اصلی و کنترل حجم رسوب ورودی می باشد به جهت کاهش ورود رسوبات به حداقل رساندن آلودگیهای زیست محیطی می بایست راهکاری مناسب تمهیدات ویژه ای اتخاذ کرد بنابراین استفاده از مدل فیزیکی و تحلیلی و بررسی موارد ذکر شده انجام می گیرد.

 

تحلیل تغییرات بستر در محدوده آبگیر های جانبی موجود در کانالهای قوسی در حالت آب صاف

تحلیل تغییرات بستر در محدوده آبگیر های جانبی موجود در کانالهای قوسی
در حالت آب صاف

فهرست مطالب

فصل اول-کلیات وطرح موضوع

1- 1) هدف…………………………………………………………………………….. 1

1- 2) رفتار و ساماندهی رودخانه……………………………………………………. 2
1- 3) اهداف ساماندهی رودخانه ها …………………………………………………4
1-3- 1) طبقه بندی عملیات ساماندهی رودخانه…………………………………… 5
1-3- 2) انواع عملیات ساماندهی رودخانه…………………………………………… 5
1-4- مکانیزم فرسایش…………………………………………………………………. 6
1- 5) انواع آبشستگی…………………………………………………………………. 8
1- 6) روشهای جلوگیری از فرسایش و آبشستگی………………………………… 9
1-7) کلیاتی در ارتباط با انحراف رودخانه ها ………………………………………….10
1- 7- 1) مرفولوژی…………………………………………………………………….. 11
1- 8) شرایط احداث آبگیروانتقال آب از کانال اصلی …………………………………12
1- 8- 1) لزوم احداث آبگیر و نکات مهم در طراحی آبگیرها………………………… 12
1- 9) آبگیر جانبی………………………………………………………………………. 13
1- 10) مناسبترین محل جا نمایی آبگیر جانبی……………………………………… 13
1- 11) الگوی جریان در کانال قوسی………………………………………………… 14
1- 12) تحلیل و بررسی انتقال رسوب و عوامل تاثیرگذار در آبگیر و رسوبات…….. 16
1- 13) مکانیزم نیروی بالا برنده ذرات در جربان ……………………………………..18
1- 14) کنترل ورود رسوبات………………………………………………………….. 19
1-15) هدف از انجام تحقیق………………………………………………………….. 20

فصل دوم : مروری بر مطالعات انجام شده

2- 1) مقدمه…………………………………………………………………………… 21
2- 2) مشخصات پروژه و حدود آن…………………………………………………… 21
2- 3) شاخصه های هیدرولیکی حریان در انحراف آب از رودخانه ها……………. 22
2- 3- 1) جریانهای ثانویه…………………………………………………………….. 22
2- 3- 1-1) تحقیقات انجام شده بر روی الگوی جریان در قوس واثر جریانهای ثانویه…………………………………………………………………………………… 23
2- 3- 2) افزایش آشفتگی جریان………………………………………………….. 27
2- 4) پارامترهای موثر بر الگوی ……………………………………………………..30
2- 5) تحقیقات انجام شده بر روی تنش برشی بستر…………………………… 31
2- 6) کلیاتی در زمینه انحراف آب از رودخانه (Raudkivi,1993) ا………………..37
2- 7)پارامترهای موثر بر الگوی جریان در آبگیری از قوس رودخانه از دیدگاه …….39
2- 7- 1) موقعیت آبگیر………………………………………………………………… 39
2- 7- 2) زاویه انحراف…………………………………………………………………. 41
2- 8) بررسی الگوی جریان در محل آبگیر جانبی………………………………….. 43
2- 9) تجریبات آزمایشگاهی 2 دیدگاه در خصوص الگوی جریان وحالت رسوب در …………………………………………………………………………………………….46
2-9-1) حرکت رسوب در زمینه جریان……………………………………………….. 46
2- 9- 2) کنترل رسوب جذب شده در تغییر مسیرهای جانبی……………………. 46
2- 10) نتیجه گیری و بیان لزوم انجام تحقیق……………………………………….. 48

فصل سوم-روش انجام تحقیق

3- 1) مقدمه………………………………………………………………………………. 51
3- 2)تجهیزات آزمایشگاهی و نرم افزاری و نحوه برداشت داده ها…………………. 51
3-2-1) مدل آزمایشگاهی استفاده شده ………………………………………………51
3- 2- 2) معرفی نرم افزار Ansys و هدف از انتخاب آن……………………………….. 55
3- 2- 3) معرفی نرم افزار Arc GIS ا………………………………………………………75
3- 2- 3-1) محاسبه تنش برشی بستر…………………………………………………. 76
3-2-3-2) مکان مناسب جانمایی آبگی…………………………………………………ر 79
3- 2- 3-3) زاویه آبگیر…………………………………………………………………….. 79

فصل چهارم- تجزیه وتحلیل داده های آزمایشگاهی

4- 1) مقدمه……………………………………………………………………………… 81

4- 2) بررسی اصول کلی حرکت سیال در فلوم قوسی U شکل…………………. 81
4- 2- 1) سیال………………………………………………………………………….. 81
4- 2- 2) لزجت………………………………………………………………………….. 82
4- 2- 3) بررسی توزیع تنش برشی…………………………………………………. 82
4- 2- 4) تخمین ضریب زبری مانینگ (n) ا………………………………………………83
4- 2- 5) تعیین ضریب شزی…………………………………………………………….. 83
4-3-1) محل آبگیری……………………………………………………………………… 84
4-3-2) زاویه انحراف……………………………………………………………………… 84
4- 3- 3) رژیم جریان بر اساس عدد فرود………………………………………………. 85
4- 4) مراحل پردازش داده های آزمایشگاهی و بررسی این داده ها به کمک ArcGISا…………………………………………………………………………………… 85
4- 4- 1) مراحل تعیین طول وعرض آبشستگی……………………………………… 90
4- 5) بررسی تغییرات طول و عرض آبشستگی و تأثیر عدد فرود…………………. 99
4- 6) روابط تجربی به دست آمده از اندازه گیریهای آزمایشگاهی با بستر متحرک…………………………………………………………………………………… 102
4- 8) تحلیل هیدرولیکی، هندسی فلوم قوسی U شکل با استفاده از Ansys ا……………………………………………………………………………………………113
4- 9) مراحل شبیه سازی وپردازش فلوم قوسی U شکل به کمک نرم افزار Ansys ا……………………………………………………………………………………………115
4- 10) بررسی تغییرات تنش برشی در محدوده آبگیر جانبی و کف بستر کانال اصلی…………………………………………………………………………………… 116
4- 11) محدوده های فرسایش ورسوبگذاری………………………………………. 118
4- 11- 1) محدوده احتمال فرسایش در بالا دست دهانه………………………… 118
4- 11- 2) محدوده احتمال فرسایش در پایین دست دهانه……………………… 119
4- 11- 3) محدوده احتمال رسوبگذاری قوس داخلی در پایین دست دهانه…… 119

فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات

5- 1- نتیجه گیری ………………………………………………………………….  126
5- 2- پیشنهادات  …………………………………………………………………. 127
پیوست  ……………………………………………………………………………. 131

فهرست منابع فارسی ………………………………………………………….. 128
فهرست منابع لاتین …………………………………………………………….. 129
چکیده انگلیسی………………………………………………………………… 132

فهرست جدول ها

2- 1 : جدول تحقیقات محققین در ارتباط باموضوع پدیده آبشستگی …………………  22
2- 2 : جدول تحقیقات محققین در ارتباط با پدیده آبشستگی …………………………  49
2- 3 : جدول تحقیقات محققین در ارتباط با پدیده آبشستگی ورابطه آن با تنش برشی  …………………………………………………………………………………………………. 50
4- 1 : جدول تغییرات طول وعرض حفر آبشستگی با توجه به زوایای آبگیری ………..  100
4- 2 : جدول مقادیر اندازه گیری شده عرض حفره آبشستگی با دبی و اعماق مختلف جریان………………………………………………………………………………………….   103
4- 3 : جدول مقادیر اندازه گیری شده عرض حفره آبشستگی با دبی و اعماق مختلف …………………………………………………………………………………………………  105
4- 4 : جدول مقادیر اندازه گیری شده طول حفره آبشستگی در کلیه آزمایشات…….. 107
4- 5 : جدول مقادیر اندازه گیری شده طول حفره آبشستگی با دبی و اعماق مختلف………………………………………………………………………………………….. 109
4- 6 : جدول تغییرات حجم حفره آبشستگی باتوجه زاوایای آبگیری 45، 60، 75، 90 …………………………………………………………………………………………………  112

فهرست نمودارها

4- 1 : نمودار پروفیل طولی وعرضی حفره آبشستگی درزاویه آبگیری 45 درجه ……….91
4- 2 : نمودار پروفیل طولی وعرضی حفره آبشستگی درزاویه آبگیری 45 درجه ………92
4- 3 :نمودار پروفیل طولی وعرضی حفره آبشستگی درزاویه آبگیری60 درجه………… 93
4- 4: نمودار پروفیل طولی وعرضی حفره آبشستگی درزاویه آبگیری60 درجه……….. 94
4- 5: نمودار پروفیل طولی وعرضی حفره آبشستگی درزاویه آبگیری75 درجه……….. 95
4- 6: نمودار پروفیل طولی وعرضی حفره آبشستگی درزاویه آبگیری75 درجه………… 96
4- 7 : نمودار پروفیل طولی وعرضی حفره آبشستگی درزاویه آبگیری90 درجه……….. 97
4- 8 : نمودار پروفیل طولی وعرضی حفره آبشستگی درزاویه آبگیری90 درجه……….. 98
4- 9 -الف: نمودار تاثیر عدد فرود با طول آبشستگی……………………………………. 101
4- 9 -ب: نمودار تاثیر عدد فرود با عرض آبشستگی…………………………………… 101
4- 10: نمودار حاصل از عرض آبشستگی محاسبه شده واندازه گیری شده………… 106
4- 11: نمودارترسیمی حاصل از طول آبشستگی محاسبه شده واندازه گیری شده………………………………………………………………………………………….. 110
4- 12: نمودار تغیرات حجم حفره آبشستگی نسبت به تغیرا ت عمق جریان……….. 113

فهرست شکل ها
شکل 1-1 :اجزای سیستم آبرسانی(Razvan,1989)ا…………………………………. 4
شکل 1-2 : جریان حلزونی در قوس رودخانه (Razvan,1989)ا…………………………6
شکل 1-3: جریان حلزونی در قوس رودخانه (Razvan,1989)ا…………………………7
شکل 1-4: نمایشی از جریان ثانویه و اصلی :الف)توزیع در ارتفاع ب) برش در مقطع ………………………………………………………………………………………………15
شکل 1-5: نمایشی از جریان حلزونی :الف)الگوی جریان (DHI , 2004), ب) بردار ……………………………………………………………………………………………..16
شکل 1-6: بردار سرعت جریان در کف وسطح آب(Dietrich,1987)..ا……………..16
شکل 1-7: نحوه شکل گیری و تقسیم جریان آب به سمت آبگیر…………………17
شکل 1-8: نحوه شکل گیری و تقسیم جریان آب به سمت آبگیر……………….18
شکل 1-9: الگوی جریان ثانویه در قوس (Dietrich.1987).ا………………………19
شکل 2-1: نحوه جریان در خم رودخانه (جریان مارپیچی)………………………. 23
شکل 2-2: مشخصات جریان در قوس رودخانه (Kinori and Mavorach,1984) ا…………………………………………………………………………………………25
شکل 2-3- الف: جریان حلزونی در قوس رودخانه(Kinori and Mavorach,1984 ا…………………………………………………………………………………………25
شکل 2-3-ب: مشخصات سطح مقطع جریان در قوس(Kinori an Mavorach,1984) ا………………………………………………………………………………………25
شکل 2-4: نحوه شکل گیری رسوب وفرسایش در قوس رودخانه ها. …….. 29
شکل2- 5: پارامتر های موثر بر الگوی جریان…………………………………… 30
شکل2- 8: الگوی 3بعدی جریان بارکدل (١٩٩٧)………………………………..36

شکل2- 9-الف: محل تقریبی حداکثر آبشستگی در قوس رودخانه (Raudkivi,1993).ا…………………………………………………………………. 41

شکل 2-9-ب: موقعیت ورودی آبگیر(Razvan,1989) ا……………………………41

شکل2- 10- الف: الگوی سه بعدی جریان در آبگیر جانبی ((Neary, 1995.ا……………………………………………………………………………… 44

فصل اول-کلیات وطرح موضوع
1- 1) هدف
یکی از قدیمی ترین و در عین حال ارزانترین روشهای انتقال آب رودخانه برای مصارف گوناگون، ساخت آبگیرهای ثقلی می باشد. آبگیری از رودخانه با استفاده از نیروی ثقل که در گذشته به شکل شق نهر صورت گرفته است اکنون به یک سازه هیدرولیکی تکامل یافته با معیارهای طراحی تبدیل شده است.
با توجه به اینکه جریان رودخانه شامل رسوبات ریز و درشت دانه بوده و در مواقع سیلابی، دهانه ورودی می بایست دو وظیفه مهم زیر را انجام دهد (صفرزاده، 1383):
• جذب و کنترل جریان منحرف شده از رودخانه و هدایت آن به داخل کانال آبگیری
• جلوگیری از ورود رسوبات و اجسام شناور به داخل آبگیر
با توجه به مشکلات ورود رسوب به آبگیر، لازم است تا شرایطی فراهم شود تا جریان انحرافی به سمت آبگیر، دارای حداکثر دبی انحرافی با حداقل دبی رسوب باشد. مهمترین اقدام در این زمینه جانمایی مناسب آبگیر بر روی رودخانه می باشد. انتخاب صحیح محل انحراف در طرحهای آبرسانی از ملزومات است. یک محل مناسب خسارات مخرب ناشی از ورود رسوبات را به حداقل می رساند. همچنین یک انتخاب اشتباه در جانمایی به سختی می تواند پس از اجرای پروژه قابل جبران باشد. بنابراین اولین اقدام در طراحی، انتخاب محل مناسب برای انحراف است (پیرستانی، 1383).
آبشستگی گاهی به صورت غیر طبیعی و به دلیل تغییرات ایجاد شده توسط بشر ایجاد میشود ، مثل ایجاد سازه های هیدرولیکی مختلف در مسیر رودخانه ، گودال های ایجاد شده در اثر آبشستگی در اطراف این سازه ممکن است خطرات جدی را به همراه داشته باشد.
تجربه نشان داده که شکست های برشی ، پدیده تراش ایجاد شده در اثر آبشستگی باعث خرابی در انتهای بستر محافظت شده گردیده است از این رو بررسی مکانیزم آبشستگی و روشهای جلوگیری از فرسایش در کانال رودخانه و مخصوصاً آبشستگی در پایین دست سازه های هیدرولیکی مانند دریچه های آبگیر ، و کانال های آبگیر و حوضچه های آرامش ، پایه های پل و … اهمیت زیادی برخوردار است .
بنابراین مساله اصلی که همان بررسی آبشستگی و تاثیر آن بر روی بستر که به دنبال انتقال آب از رودخانه معذل رسوب در مدخل آبگیر و آبسشتگی و تجمع رسوب در کانال می باشد .
از جمله جنبههای مجهول طرح میتوان به عدد فرود و زاویه انحراف اشاره کرد که خود عدد فرود شامل Q (دبی) و عمق (Y) می باشد و نظر به اینکه هدف اصلی این تحقیق تاثیرگذاری پارامترهای هیدرولیکی و هندسی بر روی تغییرات بستر در محدوده آبگیرهای جانبی موجود در کانالهای قوسی است و کاهش رسوبات و احتمال وقوع آبشستگی است و بنابراین قابل ذکر است که تمامی مطالعات و کارکردها بر این اساس می باشد .
.برخی از پارامترهای موثر در انتقال رسوب با توجه به جریان موجود در آبگیرهاعبارتتند از :
● دبی ورودی رودخانه ● محل مناسب آبگیر ● زاویه انحراف آبگیر● عرض آبگیر ● شعاع انحنای رودخانه
● میزان بار رسوبی (اندازه و وزن مخصوص) ● سازه های پایین دست ابگیر و شرایط جریان بالا دست.
● میزان زبری کف رودخانه ● هندسه ورودی آبگیر عرض کانال انحرافی BD
1- 2) رفتار و ساماندهی رودخانه
رودخانه ها آبراهه های طبیعی هستند که مقدار بسیار زیادی از اب را از حوضه آبریز به صورت رواناب جمعآوری کرده و انتقال میدهند. آنها از کوه ها شروع شده ، پس از عبور از دشت ها در نهایت به دریاها یا اقیانوس ها تخلیه می شوند. دبی رودخانه در طول مسیر آن از کوه تا دریا به دلیل افزایش مساحت حوضه آبریز و پیوستن تعداد زیادی از شاخه های فرعی به آن، افزایش مییابد. رودخانه ها آب را برای منظورهای مختلف تامین میکنند. از این رو جای تعجب نیست که تمدن های اولیه در مجاورت سواحل رودخانهها توسعه یافتهاند. حتی جوامع شهری مدرن کوچک و بزرگ نیز عموماً در مجاورت سواحل رودخانه ها یا در جایی که آب به مقدار کافی وجود داشته است، ساخته شده اند.
رودخانه ها بسته به وضعیت توپوگرافی منطقه به صورت مجاری کاملاً مشخص یا نسبتاً مشخص در طول مسیر شکل می گیرند. آنها آب حاصل از بارندگی و ذوب برف را از حوضههای آبریز زهکشی کرده و به دریاها تخلیه میکنند. بنابراین رودخانهها بخش مهمی از سیکل هیدرولوژی را تشکیل می دهند. رودخانه ها علاوه بر آب مقداری سیلت یا رسوباتی که از حوضه آبریز شسته می شوند، با خود حمل می کنند . همچنین این رسوبات در اثر فرسایش بستر و سواحل رودخانه ها نیز به وجود می آیند. رسوبات نقش مهمی در رفتار رودخانهها در مناطق آبرفتی به عهده دارند.
رودخانه ها همانطور که برای بشر فواید زیادی دارند ممکن است در مواقع طغیان ایجاد خطر کنند. سیل در رودخانه ها باعث ویرانی و بدبختی زیادی برای بشر شده است. در زمان های قدیم به طور مطلق هیچگونه کنترلی روی رودخانهها نبوده است. با پیشرفت علم و تکنولوژی رفتار رودخانه ها بهتر شناخته شده و روش های گوناگون ساماندهی رودخانهها بکار گرفته شده است. به منظور ایجاد مخازن بزرگ آبی برای مصارف شرب ، کشاورزی ، برق آبی و غیره، بر روی رودخانهها سدها احداث می شوند. این مخازن برای کنترل سیل نیز مفید هستند . برای منحرف کردن آب از رودخانه ها به کانالها (برای مصارف کشاورزی، شرب ، برق آبی و کشتیرانی ) از سدها و سرریزها استفاده می شود.
به منظور کاهش خسارت حاصله از رودخانهها، روشهای مختلف کنترل و ساماندهی رودخانهها ابداع شده اند. برای انجام یک طراحی خوب لازم است که رفتار رودخانهها شناخته شود. این فصل به توضیح رفتار کنترل و ساماندهی رودخانه ها می پردازد.

تحلیل تغییرات بستر در محدوده آبگیر های جانبی موجود در کانالهای قوسی در حالت آب صاف

تحلیل تغییرات بستر در محدوده آبگیر های جانبی موجود در کانالهای قوسی
در حالت آب صاف

فصل دوم-مروری بر مطالعات انجام شده 2- 1) مقدمه
از جمله مباحث بسیار پیچیده و مهم در مهندسی رودخانه مبحث فرسایش است این موضوع از زمان گذشته تا حال نظر بسیاری از محققین در زمینه هیدرولیک رودخانه را به خود جلب کرده است. فرسایش یه صورت کلی در رودخانه باعث حمل مواد جامد و ذرات معلق و انتقال آن به پایین دست می شود که باعث رسوبگذاری در پایین دست و تغییر مقاطع رودخانه را در بالا دست ایجاد می کند. اگر چه آبشستگی (Scouring) بستر و دیواره رودخانه ها پدیده ای است طبیعی و به عنوان بخشی از تغییرات مورفولوژیکی (Morphological) رودخانه شناخته می شود ولی آبشستگی گاهی به صورت غیر طبیعی و به دلیل تغییرات ایراد شده توسط بشر نیز ایجاد می شود مثل ایجاد سازههای هیدرولیکی مختلف در مسیر رودخانه گودالهای ایجاد شده در اثر آبشستگی در اطراف این سازه ها ممکن است خطرات جدی را به همراه داشته باشد .
تجربه نشان داده شده که شکست های برشی (Shear falares) و پدیده تراوش (Seepage) ایجاد شده در اثر پدیده آبشستگی باعث خرابی در انتهای بستر محافظت شده گردیده است.
بر اساس موضوعیت این پروژه که در خصوص بحث پدیده آبشستگی در دهانه آبگیر می باشد لازم است در این فصل جهت شناخت و تحلیل و بررسی و اثرات پدیده آبشتگی ، تاثیر رژیم جریان و همچنین محل و زاویه انحراف و تاثیر آن در روند حمل رسوب با توجه به مطالعات محقق مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد.
2- 2) مشخصات پروژه و حدود آن
بر اساس موضوع پروژه که بررسی نحوه آبشستگی در دهانه آبگیر جانبی در قوس خارجی با توجه به مدل فیزیکی و داده های آزمایشگاهی که توسط (1383، پیرستانی) انجام گرفته به بحث و بررسی موضوع پیرامون مسایل مختلف آن پرداخته می شود.
بر اساس تحقیقات محققین بر روی جریان در قوس رودخانه ها، چنین می توان ادا کرد که به دلیل نوع الگوی جریان در قوس رودخانه ها و توسعه یافتگی جریان ثانویه در این محلها، محل قرار گیری آبگیرهای جانبی ساحل خارجی قوس رودخانهها پیشنهاد می شودو بسیاری از محققین دیگر، عموماً مکان مناسب جهت احداثآبگیر جانبی ساحل خارجی می دانند از جمله چون :

2- 3) شاخصه های هیدرولیکی حریان در انحراف آب از رودخانه ها
اصولاً برای حداقل نمودن رسوبات منحرف شده هنگام انحراف آب دو مشخصه هیدرولیکی عمده با یستی مورد توجه قرار گیرند. این مشخصه ها عبارتند از:
2- 3- 1)جریانهای ثانویه
2- 3- 2)افزایش آشفتگی جریان
2-3-1) جریانهای ثانویه
این جریانها در خم رودخانه ها تحتق تاثیر جریانهای منحنی دار به علت تغییر مسیر جریان بوجود آمده ، همچنین در مسیرهای مستقیم رودخانهها و کانالهای انحرافی ، این جریانها به علت همگرایی و واگرایی مقاطع
ایجاد می شود. (Brakdoll)
جریانهای ثانویه به خصوص در نزدیکی بستر رودخانه سبب می شود که رسوبات از این قسمت جریان که غلظت بالایی است به لایه های سطحی جریان که غلظت رسوبات نسبتاً کم است ، رانده می شود لذا باید دقت شود که آبگیرها در محلی احداث شوند که جریانهای بستری وارد آنها نگردد . این شرایط در بخشی خارجی خمرودخانه ها ایجاد می شود. (شکل 2- 1 نمایش جریان ، مارپیچی در خم رودخانه). (ایزدپناه – زهرا – 1375)

2- 3-1-1) تحقیقات انجام شده بر روی الگوی جریان در قوس واثر جریانهای ثانویه
بستر اغلب رودخانه ها، به ندرت به صورت مسیرهای مستقیم بوده، بلکه در مسیر خود دارای پیچ و خمهای فراوانی می باشد که بوسیله مسیرهای کوتاه مستقیم به هم متصل شده اند (Razvzn,1989) از جمله مشخصات بارز جریان در قوسها وجود جریان حلزونی است که از اندر کنش جریان ثانویه و جریان اصلی بوجود می آید (Booij,2003). مرفولوژی رودخانه های مئاندری همانند فرسایش بستر و کناره و انتقال رسوب به خواص جریان به خصوص حرکت حلزونی ناشی از جریان ثانویه مربوط است. سرعت عرضی ناشی از حرکت حلزونی در قوس باعث حرکت عرضی رسوبات از سواحل خارجی قوس به سمت ساحل داخلی می شود. بنابراین گرادیان عرضی باعث ایجاد یک شیب رو به بالا نزدیک ساحل داخلی رودخانه می شود. به مرور زمان مقاومتی در برابر حرکترسوبات به سمت سواحل داخلی ایجاد شده و حالت تعادل ایجاد می گردد (Fares,2000). فرسایش کناره و مئاندری شدن رودخانه نیاز به مدلهایی که الگوی جریان و توپوگرافی بستر را در کانالهای قوس نشان می دهند, افزایش داده است. پیش بینی الگوی جریان و توپوگرافی بستر در کانالهای قوسی اساسی طراحی منطقی سازه های کنترل جریان و رسوب می باشد. (Bergs,1190)..
Werner,1951)) و )Anderson,1967)) با یکسری بررسی های آزمایشگاهی و صحرایی نوع جریان در قوس رودخانه ها را ناشی از اثر متقابل اصطکاک, مثل نیروی ثقل، نیروی جانب مرکز و نیروهای فشاری و اینرسی می دانند. سرعت آب نزدیک کف بستر به دلیل مقاومت و اصطکاک خیلی کم می شود. ولی در سطح آب، سرعت زیادتر و ذرات مایع دارای اینرسی بیشتری می باشند. ضمناً هر ذره آب در حال حرکت در قوس، علاوه بر نیروی ثقل، تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز نیز می باشد که می خواهد آن را از مسیر حرکت مستقیم و محور جریان دور نماید. طبق شکل (2- 2) جریان اصلی و نیروی گریز از مرکز سعی دارند ذره آب را به ترتیب در جهت های x و y هدایت کنند که منجر به بر هم خوردن تعادل دینامیکی د ر مقطع جریان می گردد. برای بازگرداندن این تعادل شیبی در سطح آب بوجود می آید که ناشی از عکس العمل نیروی گریز از مرکز است و موجب بالا رفتن سطح آب در قوس خارجی و پایین آمدن آن در قوس داخلی می گردد. ضمناً با توجه به توزیع نامتقارن سرعت در عمق، سرعت در سطح بیشتر از سرعت متوسط و در کف کمتر از سرعت متوسط بوده و چون نیروی گریز از مرکز متناسب با سرعت جریان در جهت x ایجاد می گردد، به این ترتیب ذرات نزدیک سطح با نیروی بیشتری به طرف قوس خارجی و ذرات در کف بستر تحت تأثیر نیروی عکس العمل گریز از مرکز به طرف قوس داخلی کشیده می شوند و به این ترتیب در جهت y هم سرعت ثانویه دارای توزیعی مانند شکل می گردد. برآیند این دو توزیع سرعت در جهات x و y ، علاون بر شیب سطح آب در جهت y یک جریان حلزونی سه بعدی با شرایط ماندگار و زیربحرانی مطابق شکل (2-2) ایجاد می کند


مقطع : کارشناسی ارشد

فایل pdf
قیمت 25000تومان

فایل word
قیمت 35000تومان

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید