تعیین شرابط آبشستگی موضعی اطراف سری آبشکن های L شکل

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :عمران

گرایش :مهندسی آب 

عنوان :  تعیین شرابط آبشستگی موضعی اطراف سری آبشکن های L شکل

تعداد صفحات :141

  چکیده

جهت انحراف جریان از ساحل فرسایش پذیر رودخانه و حفاظت دیواره خارجی رودخانه ها از سازه هایی مختلف، بایستی استفاده نمود و از آن جمله می توان گفت که آبشکن­های بسته یا نفوذناپذیر از جمله سازه­های حفاظتی هستند که برای این منظور و حفاظت از حواشی آسیب­پذیر رودخانه یا ایجاد شرایط مساعد پاکسازی مسیر از انباشته­های رسوبی در رودخانه­های با بار بستر زیاد استفاده نمود. در این نوع سازه­ها سرعت جریان آب در میدان آبشکن تقلیل یافته و با ترسیب مواد رسوبی شرایط لازم پایداری در امتداد کناره­ها فراهم می­گردد. در عین حال سازه­های آبشکن، هر چند با هدف رسوبگذاری و جلوگیری از فرسایش کناره­ها و تثبیت موقعیت رودخانه احداث می­گردند اما خود تحت تأثیر فرسایش ناشی از تمرکز جریان بخصوص در قسمت دماغه می­باشند. در قسمت دماغه، افزایش تنش­های حاصله از افزایش سرعت و وقوع جریان چرخشی منجر به تشکیل چاله آبشستگی گردیده و سلامت و استحکام سازه را به مخاطره می­اندازد. در این تحقیق با مطالعه آزمایشگاهی بر روی سری آبشکن های L شکل در شرایط آب زلال، آزمایشاتی با سه نوع دانه بندی مختلف، با تغییر در میزان دبی ورودی در سه حالت مختلف و با سه فاصله متغییر بین آبشکن ها انجام گرفته است و نتایج تحقیق نشان می دهد که در یک فاصله ثابت بین آبشکن ها هر چقدر دبی افزایش یابد میزان عمق آبشستگی افزایش می یابد. همچنین تغییر فاصله بین آبشکن­ها اثر قابل توجه­ای بر میزان عمق آبشستگی ایجاد شده در طول آبشکن اولی ایجاد نمی­کند، بلکه بر روی فرسایش و رسوبگذاری بین آبشکن ها تاثیر می گذارد. در یک دبی ثابت با افزایش فاصله بین آبشکن­ها، میزان نسبت عمق آبشستگی به عمق جریان روند کاهشی دارد و بیشترین میزان عمق آبشستگی در طول آبشکن اول اتفاق می­افتد. همچنین در یک دانه بندی ثابت، با افزایش عدد فرود جریان، میزان نسبت عمق آبشستگی به عمق جریان روند افزایشی دارد.

فصل اول: کلیات

1-1) مقدمه

نیاز انسان به آب باعث شده تا اکثر تمدن های بشری در کنار رودخانه ها شکل بگیرند. انسان های اولیه با زندگی در کنار رودخانه ها بطور فطری و تجربی آموخته بودند که جهت استفاده بهینه از این منابع خدادادی، می باید رودخانه ها را دوست داشت و حتی در بعضی از فرهنگ های کهن آب و رودخانه بعنوان موجودی مقدس و حیات بخش مورد ستایش و احترام بود. با توسعه شهرنشینی و اجراءی طرح های عمرانی و دور شدن انسانها از رودخانه این دوستی گسسته شد و انسان با برداشت بی رویه شن و ماسه از بستر رودخانه، خانه و شهرک سازی در حریم و بستر رودخانه، احداث سازه های تقاطعی و غیره اقدام به تعرض به رودخانه و بر هم زدن رژیم متعادل و پایدار آن نمود. رودخانه ها به مثابه موجودات زنده ای هستند که در مقابل این تعارض، اقدام متقابل نموده و در نتیجه رژیم هیدرولیکی آن در یک روند تغیرپذیری، در رسیدن به تعادل مجدد، تلاش می نماید، مهندسی رودخانه علمی است که این اعمال اندرکنشی را بطور سیستماتیک، هماهنگ و هدایت خواهد نمود. به عبارتی دیگر مهندسی رودخانه شامل تمام مراحل برنامه ریزی، طراحی، اجراءء و بهره برداری از عملیات مختلفی است که به منظور بهبود وضعیت رودخانه در جهت استفاده بهتر از آن اعمال می گردد.

رودخانه ها شریان های اصلی حیات کلیه سازه های آبی محسوب می شوند و حفاظت و بهره برداری بهینه از آنها و همچنین حراست از بستر و حریم آنها از مهم ترین مسئولیت های وزارت نیرو می باشد. استفاده بهینه از رودخانه ها به لحاظ اهمیتی که این منابع طبیعی در برآورد نیازهای بشری، از دیرباز تاکنون داشته اند، از انگیزه های مهم به وجود آمدن شاخه دیگری از مهندسی آب به نام مهندسی رودخانه بوده است. به علت نزدیکی سازه های تغذیه کننده از آب رودخانه و زمین های کشاورزی اطراف رودخانه، نیاز به یک برنامه ریزی علمی جهت حفظ و حراست از این سازه ها، اجتناب ناپذیر می باشد. علمی که در مورد کلیه مراحل مطالعه و برنامه ریزی، طراحی، اجراءء و بهره برداری جهت بهبود و یا تغییر وضعیت موجود یک رودخانه به منظور برآورد نیازهای عمرانی بحث می کند، مهندسی رودخانه نامیده می شود. کلیه رودخانه ها در معرض تغییر و تحول قرار دارند و کارهای مهندسی رودخانه برای تغییر دبی، مطالعه بده رسوبی، مسیر رودخانه، عمق آبراهه، پهنه سیل گیر و کیفیت آب مورد نیاز می باشد. روش های معمول در راه رسیدن به این اهداف استفاده از سازه های مختلف به تنهایی یا ترکیبی از آنها مثل سد، سیل بند خاکی یا بتنی، پوشش بدنه، آبشکن یا به کار گرفتن راه حل های قدیمی مثل لایروبی می باشد. از جمله مباحث مهم در مهندسی رودخانه شناخت شکل رودخانه (مرفولوژی)، تثبیت سواحل و بستر رودخانه، کانالیزه کردن و کنترل سیلاب می باشد.
1-2) مرفولوژی رودخانه

شناختن شکل و ساختمان رودخانه، مرفولوژی رودخانه نامیده می شود. به عبارتی به کمک مرفولوژی رودخانه، می توان اطلاعاتی از شکل هندسی آبراهه، شکل بستر و پروفیل طولی رودخانه به دست آورد. مرفولوژی یک رودخانه تحت تاثیر عوامل متفاوتی مثل سرعت جریان فرسایش و نحوه رسوب گذاری قرار دارد.

از نظر مرفولوژی، رودخانه ها به دو طریق زمین شناسی و نوع مسیر تقسیم می شوند:

– از نظر زمین شناسی: در این تقسیم بندی با رودخانه های جوان، کامل و مسن مواجه می شویم.

• رودخانه های جوان: رودخانه هایی هستند که در شیب های تند جریان دارند. فرسایش دره این رودخانه ها تا هنگامی که بستر به حالت تعادل نسبی برسد ادامه دارد.

• رودخانه های کامل: این نوع رودخانه ها در دره های پهن تری جریان داشته و از شیب نسبتاً ملایمی برخوردارند. فرسایش دیواره ها در این نوع رودخانه ها جایگزین فرسایش بستر می گردد، چرا که بستر قبلاً به یک حالت تعادل نسبی رسیده است.

• رودخانه های مسن: این رودخانه ها در دره های بسیار پهن جریان داشته، بسترشان دارای شیب ملایمی است و در مسیر آنها آبشاری وجود ندارد. مسیرهای نعل اسبی در حاشیه رودخانه حاکی از تغییر مسیر پیچ های رودخانه در طول زمان می باشد. رود کارون در ایران مثال خوبی از این نوع رودخانه هاست.

– از لحاظ نوع مسیر: در این نوع تقسیم بندی، رودخانه ها با مسیر مستقیم، پیچان و شریانی، از یکدیگر مشخص می شوند.

• رودخانه ها با مسیر مستقیم: این نوع رودخانه ها، بیشتر دربازه های کوتاه، این شکل را پیدا می کنند که خود یک حالت ناپایدار و انتقالی است و پس از برخورد با مانع در مسیر رودخانه، این حالت از بین می رود.

• رودخانه ها با مسیر پیچان: نمای بالای این رودخانه ها شامل یک رشته پیچ های پی در پی می باشد که با مسیرهای مستقیم به یکدیگر وصل شده اند. رودخانه های پیچان دارای شیب ملایم می باشند و غالباً ناپایداری در مسیر آنها دیده می شود. در ساحل بیرونی پیچ، سرعت جریان زیاد شده که همین امر باعث ایجاد فرسایش در این سمت و در نتیجه رسوبگذاری در ساحل مقابل می گردد. این فعل و انفعالات به مرور زمان باعث پیش روی پیچ به سمت ساحل بیرونی و هم زمان با آن به طرف پایین دست رودخانه می گردد.

• رودخانه ها با مسیر شریانی: این رودخانه ها شامل یک تعداد آبراهه می باشند که در طول مسیر از هم جدا شده و دوباره به یکدیگر می پیوندند.

1-2-1) تثبیت بستر رودخانه ها

این نوع فرسایش بیشتر در رودخانه های جوان که بستر آنها به حالت تعادل نرسیده، دیده می شود و بستر رودخانه به علت شیب تند و سرعت زیاد جریان، فرسایش یافته و مواد شسته شده به پایین دست رودخانه منتقل می گردد. راه حل معمولی برای تثبیت بستر رودخانه احداث شیب شکن در طول بازه مورد نظر می باشد. این شیب شکن ها می توانند از جنس بتنی یا گابیونی ساخته شوند. ارتفاع متوسط شیب شکن ها و فاصله آنها از یکدیگر، پس از انجام مطالعات هیدرولیکی دقیق و با توجه به شرایط و جنس خاک قابل طراحی می باشد. شیب شکن ها را با توجه به شرایط جریان بر روی بستر رودخانه و یا در زیر بستر رودخانه می توان احداث کرد که با مرور زمان رسوبات بین این سدهای کوتاه، ته نشین می شود و در نتیجه یک شیب ملایم در کف رودخانه ایجاد می گردد.
1-2-2) تثبیت دیواره رودخانه ها

فرسایش دیواره رودخانه ها که در رودهای مسن با آنها مواجه هستیم، باعث بروز خسارات زیادی در زمین های اطراف رودخانه و سازه ها شده و حریم کاذبی برای رودخانه ها به وجود می آورد که به این ترتیب از پتانسیل زمین های قابل استفاده اطراف رودخانه ها می کاهد.

1-2-3) علل فرسایش دیواره ها

اگر جنس مصالح دیواره ها ریزدانه رسی و یا چسبنده باشد، به علت نفوذپذیری کم، در زمان فروکش سیلاب، سطح آب سریع پایین آمده، امکان زهکش سریع موجود نبوده و کاهش نیروی برشی بین ذرات سبب فرو ریختن دیواره ها خواهد شد. اگر جنس مصالح دیواره ها ریزدانه غیرچسبنده باشد، در اثر برخورد امواج با دیواره ها فرسایش سطحی به وقوع می پیوندد. در حالتی که مصالح دیواره ها انواعی از مصالح فوق باشند، بالا آمدن سطح آب زیرزمینی و زهکشی آب از دیواره ها به سمت رودخانه، ذرات ریز را شسته، باعث ریزش ذرات درشت بالایی می شود.

فهرست مطالب

فصل اول:

کلیات

1-1. مقدمه

1-2. مرفولوژی رودخانه

1-2-1. تثبیت بستر رودخانه

1-2-2. تثبیت دیواره رودخانه

1-2-3. علل فرسایش دیواره ها

1-2-4. انواع فرسایش دیواره ها

1-2-5. راه حل های جلوگیری از فرسایش دیواره ها

1-3. آبشکن

1-3-1. اهداف ساخت آبشکن

1-3-2. مروری بر انواع آبشکن­ها و نقش آنها در فرآیند فرسایش و رسوبگذاری

1-3-3. آبشکن­های باز

1-3-4. آبشکن­های بسته

1-3-5. انواع آبشکن­های بسته از نظر قرارگیری نسبت به امتداد جریان

1-3-6. مصالح ساخت آبشکن

1-3-7. طبقه بندی آبشکن­ها

1-4. تاریخچه علم رسوب

1-5. آبشستگی

1-5-1. فرایندهای آبشستگی

1-5-2. آبشستگی عمومی

1-5-3. افت سراسری تراز بستر

1-5-4. آبشستگی تنگ شدگی

1-5-5. آبشستگی در خمیدگی ها

1-5-6. آبشستگی در چند شاخه ­ها

1-5-7. آبشستگی موضعی

1-5-8. آبشستگی آب زلال

1-5-8. آبشستگی کل

1-5-8. آبشستگی استاتیکی و دینامیکی

1-6. اهداف

1-7. روش کار و محدوده تحقیق

1-8. نحوه تدوین پایان نامه

فصل دوم:

مروری بر منابع تحقیق    

2-1. مقدمه

2-2. طول و فاصله آبشکن­ها

2-3. جهت آبشکن

2-4. نفوذپذیری

2-5. ارتفاع آبشکن، حالت تاج، شکل دماغه آبشکن

2-6. محاسبه زمان

2-7. اثر سرعت جریان

2-8. اثر اندازه رسوب

2-9. مکانیسم آبشستگی

2-10. مطالعه­های صورت گرفته بر آبشستگی در زمینه آبشکن­ها

2-11. رابطه­های آزمایشگاهی

فصل سوم:

مواد و روش تحقیق

3-1. مقدمه

3-2. وسایل آزمایشگاهی مورد استفاده

3-2-1. معرفی فلوم آزمایشگاهی و سیستم جریان بسته آب

3-2-2. موقعیت نصب آبشکن

3-2-3. توزیع اندازه ذرات

3-2-4. اندازه گیری دبی

3-2-5. اندازه گیری عمق

3-2-6. مشخصات آبشکن بکار رفته در آزمایش ها

3-2-7. تنظیم عمق در محل مورد نظر

3-3. نحوه انجام آزمایش ها

3-3-1. تعیین سرعت آستانه حرکت ذرات بستر

3-3-2. تنظیم عمق جریان توسط دریچه انتهایی

3-3-3. آزمایش­های اولیه تعیین زمان تعادل

3-3-4. انجام آزمایش های اصلی

3-4. آنالیز ابعادی

3-5. الگوی جریان

3-5-1. الگوی جریان در اطراف یک آبشکن

3-5-2. الگوی جریان در بین دو آبشکن

3-6. آزمایش های مربوط به عمق آبشستگی و سری آزمایش ها

 فصل چهارم:

مشاهدات و تجزیه و تحلیل

4-1. تغییرات زمانی فرسایش و رسوبگذاری در طول دوره 23 ساعته

4-2. الگوی جریان اطراف آبشکن ها

4-3. رابطه عمق آبشستگی با قطر متوسط ذرات

4-4. تغییرات حداکثر عمق آبشستگی با عدد فرود

4-5. اثر فاصله بر روی حداکثر عمق آبشستگی نسبی

4-6. اثر فاصله بین آبشکن­ها بر روی حداکثر عمق آبشستگی برای ذرات ثابت

4-7. فرسایش و توپوگرافی بستر

4-8. ارائه رابطه برازشی به منظور برآورد حداکثر عمق آبشستگی

فصل پنجم:

نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات

5-1. نتیجه گیری

5-2. پیشنهادها

منابع

پیوست الف: سایر نمودارها

پیوست ب: عکس های اضافی

قيمت فايل ورد پروژه : 14000 تومان

 دانلود فایل ورد بلافاصله بعد از پرداخت هزینه

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

پشتیبانی سایت :        09010633413

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید