بررسی آزمایشگاهی پارامترهای موثر بر ظرفیت انتقال بار بستر در بسترهای فرسایشی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری، گروه مهندسی عمران آب، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی عمران آب، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

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

چکیده

حرکت بار بستر نقش مهمی در انتقال رسوب و خصوصیات ریخت‌شناسی رودخانه‌ها دارد. شیب، دبی جریان و اندازه ذرات از جمله پارامترهای مهم در میزان انتقال بار بستر در بسترهای فرسایش‌پذیر هستند. تا کنون، مطالعات گسترده‌ای در خصوص تاثیر این پارامترها در بسترهای غیر فرسایشی انجام شده است. در این پژوهش، با انجام مدل آزمایشگاهی در بسترهای فرسایش‌پذیر، تاثیر پارامترهای شیب، دبی جریان، اندازه ذرات و غلظت ذرات معلق بر میزان انتقال بار بستر مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش‌ها در دبی‌های 0.90 تا 4.75 لیتر در ثانیه با غلظت ذرات معلق صفر و 10 گرم در لیتر و شیب‌های دو، سه و پنج درصد بر روی بار بستر از ذرات غیر چسبنده یکنواخت با دانه‌بندی‌ با قطرهای متوسط 1.7 و 3.29 میلی‌متر انجام و عدد فرود حاصل از 0.93 تا 1.51 و دبی بی ‌بعد بار بستر در محدوده 0.004 تا 0.311 به‌­دست آمد. در نتایج آزمایشگاهی، نحوه تغییرات ظرفیت انتقال بار بستر نسبت به دبی جریان در شیب‌ها و دانه‌بندی‌های مختلف نشان داده شد. همچنین، با افزایش غلظت ذرات معلق به میزان 10 گرم بر لیتر تاثیر قابل توجه­‌ای در ظرفیت انتقال بار بستر مشاهده نشد. با انجام تحلیل ابعادی، پارامترهای تاثیرگذار بر دبی بی‌بعد بار بستر(ϕ) بررسی و رابطه‌ای تجربی در محدوده انجام آزمایش برای تعیین آن نسبت به تنش برشی بی‌بعد (θ)، اندازه بی‌بعد ذرات (D*) و شیب (S) ارائه شد. نتایج حاکی از آن بود که در بسترهای فرسایشی در شیب‌های تند، در نظر گرفتن شیب و اندازه بی‌بعد ذرات به­‌صورت پارامترهای مستقل در تعیین دبی بی‌بعد بار بستر نتیجه بهتری نسبت به اصلاح تنش‌ برشی دارد. تحلیل حساسیت پارامترهای موثر بر رابطه تجربی نشان داد که پارامتر شیب بیشترین تاثیر را در رابطه تجربی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental investigation of the effective parameters on the bedload transport capacity of erodible bed

نویسندگان [English]

  • Ehsan Hajibabaei 1
  • Seyed Abbas Hosseini 2
  • Mojtaba Saneie 3
1 PhD, Department of Civil Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Associated Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Trhran, Iran
چکیده [English]

Bedload movement plays an essential role in the process of bedload transport and morphological characteristics of rivers. Slope, flow rate and particle size are important parameters in the amount of bedload transport in the erodible beds. Many studies have been investigated the effects of these parameters on the non-erodible beds. In this research, performing a laboratory model in the erodible substrates, the effects of slope, flow rates, particle size and suspended particle concentration on the amount of bedload transport was investigated. The experiments were carried out in the discharge rate of 0.90 to 4.75 ls-1 with the concentrations of the suspended particles 0, 10gl-1 and the slopes of 2, 3 and 5 percent, on the uniform non cohesive particles with the grain diameter of 1.7 and 3.29 mm. The Froude numbers of these currents were obtained in the range of 0.93 to 1.51 and the non-dimensional bed load discharge was calculated in the range of 0.004-0.131. In the experimental results, the variation of the bedload transport capacity in relation to the discharge was shown in the different slopes and grain sizes. Furthermore, increasing the concentration of suspended particles to 10 gl-1, did not has a significant effect on the bed transport capacity. Applying dimensional analysis, the effective parameters on the non-dimensional bed load discharge (ϕ)were investigated. Moreover, to determine ϕ relation to the shear stress (ϴ), particle size (D*) and slope (S). In the scope of the experiment, an experimental relationship was proposed. Results indicated that for determining the non-dimensional bedload discharge in the steep slopes of erodible beds, considering the slope and dimensionless particle diameters as independent parameters had a better result than shear stress correction. Sensitivity analysis of effective parameters on the experimental relationship showed that the slope parameter had the most effect on the experimental relationship.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Erodible Bed
  • Shear Stress
  • Slope
  • Concentration
  • Non-dimensional bed load discharge