تأثیر پایه پل دایره ای بر آبشستگی موضعی در محدوده تلاقی 60 درجه با استفاده از مدل سه بعدی SSIIM1

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی آب دانشگاه رازی کرمانشاه

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی.

3 دانش آموخته کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی.

چکیده

     وقوعآبشستگیدراطراف پایه‌هایپلیکیازعمده‌تریندلایلتخریبپلهااست. این پدیده عموماً در آبراهه‌های مستقیم مورد بررسی قرار گرفته است و کمتر به مطالعه پایه پل در محل تلاقی رودخانه‌ها پرداخته شده است. به همین دلیل در این تحقیق با استفاده از مدل عددی SSIIM1 ابتدا الگوی جریان و رسوب­گذاری در یک تلاقی 60 درجه شبیه‌سازی ومدل با داده‌های اندازه‌گیری صحت‌سنجی شد. سپس به بررسی تأثیر وجود پایه پل با شعاع نسبی (r/w؛ r=شعاع پایه، w=عرض کانال اصلی) 05/0 ، 1/0 ، 15/0 و 2/0 در محدوده تلاقی بر الگوی فرسایش و رسوبگذاری پرداخته شد. نتایج نشان داد تطابق خوبی بین سرعت‌های افقی محاسبه شده توسط مدل عددی با داده‌های آزمایشگاهی وجود دارد. همچنین مدل توانایی نسبتاً خوبی، را در پیش‌بینی موقعیت و مقدار حداکثر عمق فرسایش دارد (خطایی کمتر از 10 درصد) ولی ارتفاع رسوب­گذاری را بیشتر از مقدار آزمایشگاهی برآورد می‌‌کند. علاوه بر این نتایج نشان داد که وقتی پایه پل کوچک است (1/0 و 05/0=r/w) به دلیل کاهش اختلاف سطح‌آب بالادست و پایین‌دست کانال‌اصلی نسبت به حالت بدون پایه، وجود پایه پل باعث کاهش عمق آبشستگی در محدوده تلاقی می‌گردد. این کاهش برایشعاع‌های نسبی 05/0 و 1/0 به ترتیب 38 و 6 درصد به­دست آمد. در حالی­که وقتی شعاع پایه‌پل بزرگ است (15/0 و 2/0=r/w) کاهش عرض موثر عبور جریان باعث تشدید آبشستگی در محدوده تلاقی و اطراف پایه می‌گردد. این افزایش برای  شعاع های نسبی 15/0 و 2/0 به ترتیب 17 و 68 درصد به­دست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Circular Bridge Piers on Local Scouring at 60° Channel Junctions Using SSIIM1 3D Numerical Model

نویسندگان [English]

  • rasool ghobadian 1
  • Mahsa Basiri 2
  • Zahra Seyedi Tabar 3
1 Associate professor, Department of Water Engineering, Razi University, Kermanshah
2 M.Sc. of Irrigation and Drainage, Department of Water Engineering, Razi University, Kermanshah.
3 M.Sc. of Hydraulic Structures, Department of Water Engineering, Razi University, Kermanshah.
چکیده [English]

Insertion of different water structures such as bridge piers in the flow path contracts the flow cross section and causes backwater at upstream sections. The velocity and turbulence of flow increases around these structures and bed scouring will occur. To discover the effect of different structures in the vicinity of channel junctions on flow and sediment patterns, precise studies should be conducted. The effects of bridge pier on flow and sediment patterns in stright and curve open channels have been investigated (Salaheldin et al., 2004, Tabib zadeh et al., 2005). However, its effect on flow and sediment patterns at open channel confluences has rarely been studied.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Local Scouring
  • Bridge pier
  • Open channel junction
  • Relative radius
  • SSIIM1
1-       Biron, P.M., Ramamurthy, A.S. and Han, S., 2004. Three-dimensional numerical modeling of mixing at river confluences. Journal of Hydraulic Engineering, 130(3), pp. 243-253.
 
2-       Dey, S., Raikar, R.V. and Roy, A., 2008. Scour at submerged cylindrical obstacles under steady flow. Journal of Hydraulic Engineering134(1), pp.105-109.
 
3-       Esmaeili, T., Kharaghnis, S. and Dehghani, A., 2009. Three-dimensional  numerical study of scouring around bridge pier under unsteady flow. Journal of Water Sciences Research, 1(1), pp.19-28 (In Persian).
 
4-       Froehlich, D.C., 1988. Analysis of onsite measurements of scour at piers. In Hydraulic engineering: proceedings of the 1988 national conference on hydraulic engineering, pp. 534-539.
 
5-       Ghobadian, R., 2007. Investigation of flow, scouring and sedimentation at river-channel confluences (Doctoral dissertation, Ph. D. Thesis, Department of Hydraulic Structures, Shahid Chamran University, Ahwaz, Iran).
 
6-       Ghobadian, R., Basiri, M. and Seydi Tabar, Z., 2014. The effect of circular bridge pier location on flow characteristics at 90 degree channel junction. 9th Symposium on Advances in Science & Technology, Mashhad, Iran (In Persian).
 
7-       Guemou, B., Seddini, A. and Ghenim, A., 2013. Numerical Investigations of the Bridge Pier Shape Influence on the Bed Shear Stress. Electronic Journal of Geotechnical Engineering18, pp.5685-5698.
 
 
8-       Hassanzadeh, Y., Hakimzadeh, H. and Ayari, S.,  2011. Study the effects of bridge pier shape on the flow pattern using the Fluent software. Iran-Water Resources Research 7(4), pp. 95-105 (In Persian).
 
9-       Heron, K.M.M., 2007. Vortex shedding on bridge piers. Thesis of Bachelor of Science, University of Southern Queensland.
 
10-   Homayoon, R., 2009. Effect of pier shape on scouring around bridge pier. National Conference on of Water Crisis Management, Marvdasht, Iran (In Persian).
 
11-   Laursen, E.M. and Toch, A., 1956. Scour around bridge piers and abutments (Vol. 4). Ames, IA: Iowa Highway Research Board.
 
 
12-   Laursen, E.M., 1962. Scour at bridge crossings. Transactions of the American Society of Civil Engineers127(1), pp.166-179. Laursen, E.M. 1962. Scour at bridge crossings. Transation ASCE 127:166-180.
13-   Liu, H.K., Chang, F.M. and Skinner, M.M., 1961. Effect of bridge constriction on scour and backwater. Report No. CER60-HKL22, Department of Civil Engineering, Colorado State University, Fort Collins, Colorado.
 
14-   Park, H., Jang, D. and Choi, G., 2014. A study on the flow characteristics influenced by hydraulic structure at a channel junction, 11th International Conference on Hydroinformatics, New York City, USA.
 
15-   Rouse, H., 1973. Modern conceptions of the mechanics of fluid turbulence. Transactions of the American Society of Civil Engineers, 102(1), pp. 463–543.
 
16-   Richardson, E.V., Karaki, S., Mahmood, K., Simons, D.B. and Stevens, M.A., 1975.  Highways in the River Environment, Hydraulic and Environmental Design Considerations.. TRAINING AND DESIGN MANUAL (No. FHWA-NHI-76-N005).
 
17-   Richardson, E.V., 1975. Highways in the River Environment, Hydraulic and Environmental Design Considerations.
18-  Salaheldin, T.M., Imran, J. and Chaudhry, M.H., 2004. Numerical modeling of three-dimensional flow field around circular piers. Journal of Hydraulic Engineering130(2), pp.91-100.
 
19-   Saneie, M. and Mohamadnejad, A.M., 2012. The effect of diameter of cylindrical pier on bridge pier scouring, Retrofitting and Rehabilitation Ind. 22, pp. 11-17 (In Persian).
 
20-   Tabibzadeh, M., Dehghani, A., Khanjani, M.J. and  Salehineyshabouri, A.A., 2005. Numerical simulation of scouring around circular bridge piers, 5th Iranian Hydraulic Conference, Kerman, Iran (In Persian).
 
21-   Rijn, L.C.V., 1984. Sediment transport, part II: suspended load transport. Journal of hydraulic engineering110(11), pp.1613-1641..
 
22-   Weerakoon, S.B., Kawahara, Y. and Tamai, N., 1991. Three-dimensional flow structure in channel confluences of rectangular section, paper presented at the 24th Congress of the IAHR. Int. Assoc. for Hydraul. Res., Madrid, Spain, pp. 373–380.
 
23-   Yarnell, D.L., 1934. Bridge piers as channel obstructions (No. 442). US Dept. of Agriculture.