پژوهش آب ایران

پژوهش آب ایران

مقایسه ابعاد حفره آب‌شستگی ناشی از جت منفرد و متقاطع متقارن روی بستر رسوبی چسبنده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
2 مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
چکیده
بررسی آب‌شستگی در بسترهای رسوبی چسبنده، به دلیل پیچیدگی‌های ذاتی این پدیده، نیازمند مطالعات آزمایشگاهی دقیق است. این بررسی‌ها امکان تخمین دقیق ابعاد آب‌شستگی و پیش‌بینی مخاطرات احتمالی را فراهم می‌سازد. به همین منظور در این مطالعه به بررسی و مقایسه آب‌شستگی ناشی از جت‌های متقاطع متقارن و جت منفرد بر بستر رسوبی چسبنده با خاک رسی، تحت شرایط هیدرولیکی یکسان پرداخته شده است. آزمایش‌ها با دبی، عمق پایاب، زاویه قائم جت و قطر نازل ثابت انجام شد و تأثیر زاویه برخورد جت‌ها (45، 75 و 105 درجه)، رطوبت بستر (13، 16 و 19 درصد) و فاصله نازل تا سطح آب (8، 5/10 و 13 سانتی‌متر) بر ابعاد حفره آب‌شستگی ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که جت‌های منفرد به دلیل تمرکز انرژی، فرسایش سریع‌تر و عمیق‌تری (تا 30 درصد بیشتر از جت‌های متقاطع) ایجاد می‌کنند و پشته‌های رسوبی قابل‌توجهی در پایین‌دست شکل می‌دهند. در مقابل، فرسایش ناشی از جت‌های متقاطع با استهلاک انرژی، سبب ایجاد ابعادی کوچک‌تر برای حفره می‌گردند، به‌طوری‌که ابعاد حفره در زاویه 75 درجه تا 45 درصد و در زاویه 105 درجه تا 66 درصد کمتر از جت منفرد است. افزایش رطوبت بستر نیز منجر به کاهش عمق و طول حفره به ترتیب 12 و 33 درصد در جت‌های منفرد و تا 55 و 40 درصد در جت‌های متقاطع (زاویه 105 درجه) شده است. همچنین، افزایش فاصله نازل در جت منفرد سبب افزایش 16 درصدی در عمق و در جت‌های متقاطع تا 54 درصد کاهش را نسبت به جت منفرد نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

1-  Ahmad, Q. and Ghani, U., 2024. Experimental investigation of local scour around inclined bridge piers on clay-sand mixed cohesive sediment bed in clear-water conditions. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, pp.1-21. doi:10.1007/s40996-024-01354-7
 
2-  Ansari, S.A., Kothyari, U.C. and Raju, K.G.R., 2003. Influence of cohesion on scour under submerged circular vertical jets. Journal of Hydraulic Engineering, 129(12), pp.1014-1019. 129:12(1014) doi:10.1061/(ASCE)0733-9429
 
3-  Armaghani, A., Lashkarara, B. and Akhond Ali, A.M., 2017. The process of plunge pool bed form changes by a vertical jet impinging upon non-cohesive sediment. Irrigation Sciences and Engineering, 40(3), pp.77-85. doi:10.22055/jise.2017.13406
 
4-  Bleninger, T., 2007. Two-phase flow and morphology modelling of sediment transport in coastal waters. PhD dissertation, ETH Zurich. doi:10.3929/ethz-a-005512345
 
5-  Chanson, H., 2004. Hydraulics of open channel flow: An introduction. Oxford: Butterworth-Heinemann. doi:10.1016/B978-075065978-9/50008-5
 
6-  D’Agostino, V. and Ferro, V., 2004. Scour on alluvial bed downstream of grade-control structures. Journal of Hydraulic Engineering, 130(1), pp.24-37. doi:10.1061/(ASCE)0733-9429(2004)130:1(24)
 
7-  Dey, S. and Raikar, R.V., 2007. Scour below a high vertical drop. Journal of Hydraulic Engineering, 133(5), pp.564-568. 133:5(564). doi:10.1061/(ASCE)0733-9429
 
8-  Deitrick, A.R., Ralston, D.K., Esposito, C.R., Baustian, M.M., Burgos, M.B., Courtois, A.J. and Nepf, H., 2024. Vegetation‐generated turbulence does not impact the erosion of natural cohesive sediment. Geophysical Research Letters, 51(14), p.e2024GL109730. doi:10.1029/2024GL109730
 
9-  Dong, C., Yu, G., Zhang, H. and Zhang, M., 2020. Scouring by submerged steady water jet vertically impinging on a cohesive bed. Ocean Engineering, 196, p.106781. doi:10.1016/j.oceaneng.2019.106781
 
10-               Feng, C., Kong, L., Wang, Y., Li, K. and Gao, Y., 2024. Numerical simulation of cohesive bed impinging by submerged pulsed and continuous waterjet based on SPH algorithm. Ocean Engineering, 314, p.119720. doi:10.1016/j.oceaneng.2024.119720
 
11-               Lee, J. and Choi, H., 2022. Scour mechanisms induced by submerged cross jets on cohesive sediment beds. International Journal of Sediment Research, 37(3), pp.201-215. doi:10.1016/j.ijsrc.2021.10.005
 
12-               Mazurek, K.A., Rajaratnam, N. and Sego, D.C., 2001. Scour of cohesive soil by submerged circular turbulent impinging jets. Journal of Hydraulic Engineering, 127(7), pp.598-606. 127:7(598) doi:10.1061/(ASCE)0733-9429
 
13-               Melville, B.W. and Chiew, Y.M., 1999. Time scale for local scour at bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering, 125(1), pp.59-65. 125:1(59). doi:10.1061/(ASCE)0733-9429
 
14-               Mirzaee, R., Mohammadi, M., Mousavi, S.F., Bagherzadeh, M. and Hosseini, K., 2023(b). Application of soft computing techniques to estimate the scouring depth formed by crossing jets. Water Science and Technology, 87(8), pp.1853-1865. doi:10.2166/wst.2023.097
 
15-               Mirzaee, R., Mousavi, F., Hosseini, K. and Choobi, F., 2023(a). Effect of moisture content and angle of impact of symmetric crossing jets on scour of cohesive bed. In: 22nd Iranian Hydraulics Conference. Maragheh, East Azerbaijan, Iran.
 
16-               Naini, S., Karami, H. and Hosseini, K., 2022. Effect of sediment gradation on scour by symmetric crossing jets: An experimental investigation. Water Supply, 22(11), pp.8211-8232. doi:10.2166/ws.2022.379
 
17-               Pagliara, S., Amidei, M. and Hager, W.H., 2008. Hydraulics of 3D plunge pool scour. Journal of Hydraulic Engineering, 134(9), pp.1275-1284. 134:9(1275). doi:10.1061/(ASCE)0733-9429.
 
18-               Pagliara, S., Hager, W.H. and Minor, H.E., 2006. Hydraulics of plane plunge pool scour. Journal of Hydraulic Engineering, 132(5), pp.450-461. doi:10.1061/(ASCE)0733-94291
 
19-               Pagliara, S., Palermo, M. and Carnacina, I., 2011. Scour process due to symmetric dam spillways crossing jets. International Journal of River Basin Management, 9(1), pp.31-42. doi:10.1080/15715124.2011.552918
 
20-               Pagliara, S., Palermo, M. and Roy, D., 2012. Stilling basin erosion due to vertical crossing jets. Journal of Hydraulic Research, 50(3), pp.290-297. doi:10.1080/00221686.2012.669201
 
21-               Singh, U.K. and Ahmad, Z., 2019. Transport rate and bed profile computations for clay–silt–gravel mixture. Environmental Earth Sciences, 78(15), pp.1-20. doi:10.1007/s12665-019-8475-4
 
22-               Xue, W.Y., Huai, W.X. and Qian, Z.D., 2010. Numerical simulation of sediment erosion by submerged plane turbulent jets. Journal of Hydrodynamics, Series B, 22(5), pp.593-598. doi:10.1016/S1001-6058(09)60094-7
 
23- Zhang, L. and Wang, Y., 2024. Numerical simulation of scour hole development under submerged jets on cohesive sediment beds. Water Resources Research, 60(4), pp.567-582.doi:10.1029/2023WR035678 
 

  • تاریخ دریافت 18 اسفند 1403
  • تاریخ پذیرش 28 اردیبهشت 1404
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1404