بررسی آزمایشگاهی عملکرد سازه‌های سنگریز در تثبیت نقاط‌شکست در کانال مستطیلی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی عمران- مهندسی آب، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

2 استاد گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

چکیده

معمولاً نقاط‌ شکست در بستر رودخانه ­ها به صورت پایین افتادگی­های متوالی بستر شکل می­گیرند. پسروی نقاط‌ شکست باعث ناپایداری، فرسایش، کف­کنی و حرکت رسوبات در رودخانه می­شود و ممکن است به سازه­ هایی همچون پل­ها و بدنه آبراهه خسارات عمده وارد سازد. در تحقیق حاضر، دو نقطه‌شکست متوالی با شیب ده درصد به فاصله یک متر در بستر ماسه­ ای یک کانال مستطیلی روباز با شیب ملایم 003/0 احداث شد و فرسایش بستر، توسعه و مهاجرت نقاط شکست به ازای دبی ­های مختلف بررسی گردید. سپس عملکرد چهار نوع سازه‌ی آستانه سنگریز، آستانه شیب‌دار، خیزآب نیوبری و خیزآب باله­ای عرضی در تثبیت هرکدام از دو نقطه ‌شکست به طور آزمایشگاهی مطالعه ­شد. تمام سازه­ ها در کنترل فرسایش بستر موفق بودند، اما خیزآب­ها بهتر از آستانه ­ها عمل کردند؛ به‌ویژه خیزآب نیوبری که همراه با تمرکز جریان در میانه کانال، مهاجرت نقطه شکست را به خوبی متوقف کرد و موقعیت آن را کاملاً تثبیت نمود.آزمایش­ها نشان داد که احداث سازه­ کنترل، نه تنها در تثبیت یک نقطه­ شکست مؤثر است، بلکه توسعه نقطه شکست مجاور آن را نیز کند می­سازد.

کلیدواژه‌ها


ژولین، پ. ی. (1387). "مکانیک رودخانه"، ترجمه‌ شده­ی جعفرزاده، م. ر.، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد.

شفاعی بجستان، م. (1387). "مبانی نظری و عملی هیدرولیک انتقال رسوب".چاپ اول، انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز.

فولادی سمنان، ا. و جعفرزاده، م. ر. (1395). "بررسی تغییرات تراز در رودخانه‌های با بستر ماسه‌ای تحت تأثیر دو نقطه‌شکست متوالی"، نشریه هیدرولیک، 11(3)، 1-14.

Abrahams, A.D., Li, G. and Atkinson, J.F. (1995). “Step-pool streams: adjustment to maximum flow resistance”, Water Recourses Research, 31(10): 2593-2602.

Anderson, A.G., A.S. Paintal, and J.T. Davenport. (1970). “Tentative design procedure for riprap lined channels”. Report No. 108. Highway Research Board, National Academy of Sciences, National Academy of Engineering. Washington, DC. 75 p.

Beechie, T.J., Sear, D.A., Olden, J.D., Pess, G.R., Buffington, J.M., Moir, H., Roni, P. and Pollock, M.M. (2010). “Process-based principles for restoring river ecosystems”, BioScience 60 (3), 209–222, http://dx.doi.org/10.1525/bio.2010.60.3.7.

Bravard, J.P., Kondolf, G.M. and Piégay, H. (1999). “Environmental and societal effects of channel incision and remedial strategies”, In: Darby, S.E., Simon, A. (Eds.), Incised River Channels. Wiley, Chichester, pp. 304-341.

Brookes, A. and Shields, F.D. (Eds.), (1996). “River channel restoration:guiding principles for sustainable projects”, Wiley, Chichester, UK.

Brush, L.M. and Wolman, M.G. (1960). “Knickpoint behavior in non-cohesive material: A laboratory study”, Geological Society of America Bulletin, 71: 59-74.

Cantelli, A. and Muto T. (2014). “Multiple knickpoints in an alluvial river generated by a single instantaneous drop in base level: experimental investigation”, Earth Surf. Dynam., 2: 271–278.

Chaney, E., Elmore, W., Platts, W.S. (1990). “Livestock grazing on western riparian areas”, environmental protection agency, Washington, DC.

Chang, H. H. (1992). “Fluvial processes in river engineering”. Krieger Publishing Company, Malabar, FL.

Chin, A., Anderson, S., Collison, A., Ellis-Sugai, B.J., Haltiner, J.P., Hogervorst, J.B., Kondolf, G.M., O'Hirok, L.S., Purcell, A.H., Riley, A.L. and Wohl, E. (2009). "Linking theory and practice for restoration of step-pool streams", Environmental Management, 43(4): 645-661.

Chow V. T. (1958). Open channel hydraulics, Mc Graw Hill Book Co.

Cooper, C.M., Testa, S. and Shields, F.D. (1997). “Invertebrate response to physical habitat changes resulting from rehabilitation efforts in an incised unstable stream”, In: Wang, S.S.Y., Langendoen, E.J., Shields Jr., F.D. (Eds.), Management of Landscapes Disturbed by Channel Incision. University of Mississippi, Oxford, MS, pp. 887– 892.

Derrick, D.L. (2012). “Methods of grade control: at grade, hinged and underground”, U.S. Army Engineer Research and Development Center, Vicksburg, Mississippi.

Isbash, S. V. (1936). “Construction of dams by depositing rock in running water.” Second congress on large dams, Washington, DC, 123–136.

Klingeman, P.C., Bravard, J.P., Giuliani, Y., Olivier, J.M. and Pautou, G. (1998). “Hydropower reach by passing and dewatering impacts in gravel-bed rivers”, In: Klingeman, P.C., Beschta, R., Komar, P., Bradley, J. (Eds.), Gravel-Bed Rivers in the Environment. Water Resources Publications, Littleton, CO, pp. 313– 344.

Kondolf, G.M., Boulton, A.J., O’Daniel, S., Poole, G.C., Rahel, F.J., Stanley, E.H., Wohl, E., Bång, A., Carlstrom, J., Cristoni, C. and Huber, H. (2006). “Process based ecological river restoration: visualizing three-dimensional connectivity and dynamic vectors to recover lost linkages”, Ecol. Soc. 11 (2), 5, http://www.ecologyandsociety.org
/vol11/iss2/art5/
.

Lamb, M. P., Dietrich, W. E., and Venditti, J.-G. (2008). “Is the critical Shields stress for incipient sediment motion dependent on channel bed slope?” J. Geophys. Res., 113(F02008), 20.

Lenzi, M.A. (2002). “Stream bed stabilization using boulder check dams that mimic step pool morphology features in Northern Italy”, Elsevier Scientific, Geomorphology, 45: 243-260.

Leopold, L.B., Wolman, G.M. and Miller, J.P. (1964). “Fluvial processes in geomorphology”, W.H. Freeman and Co., San Francisco, 522pp.

May, J.H. (1989). “Report 4: Geologic and hydrodynamic controls on the mechanics of knickpoint migration”, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS.

McLaughlin Water Engineers (MWE), Ltd. (1986). “Evaluation of and design recommendations for drop structures in the Denver Metropolitan Area”, A Report Prepared for the Denver Urban Drainage and Flood Control District.

Mendrop, K.B., Little, P.E. (1997). “Grade stabilization requirements for incised channels”, In: Wang, S.S.Y., Langendoen, E.J., Shields Jr., F.D. (Eds.), Management of Landscapes Disturbed by Channel Incision. University of Mississippi, Oxford, MS, pp. 223– 228.

Nakato, T. (1998). "A review of international literature of design practice and experience with low-head alluvial-channel grade-control structures", Sponsored by: U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, Iowa Institute of Hydraulic Research, College of Engineering, University of Iowa, Iowa.

Newbury, R.W. and Gaboury, M.N. (1993). “Exploration and rehabilitation of hydraulic habitats in streams using principles of fluvial behavior”, Freshwater Biology, 29: 195-210.

Newbury, R.W., Gaboury, M.N. and Bates, D. (1996). “The art of river restoration: Constructing riffles and pools in channelized streams”, International conference arranged by the European Centre for River Restoration, September 9-13, Silkborg, Denmark.

Newbury, R.W. (2008). “Designing pool and riffle streams”, Canadian River Institute, Manitoba, Canada.

Palmer, M.A., Bernhardt, E.S., Allan, J.D., Lake, P.S., Alexander, G., Brooks, S., Carr, J., Clayton, S., Dahm, C.N., Follstad Shah, J. and Galat, D.L. (2005). “Standards for ecologically successful river restoration”, J. Appl. Ecol. 42 (2), 208–217, http://dx.doi.org/10.1111/j.1365-2664.2005.01004.
x
.

Papanic