5351
شناسه خبر: 5351
بازدید: 13

در این پست تصمیم داریم جهت آشنایی بیشتر با سازه های آبشکن و بررسی کاربردهای آن ها، مطالبی را در اختیار شما بازدیدکنندگان قرار دهیم.

مقدمه

حفاظت ساحل رودخانه در مقابل فرسایش از اهداف اصلی ساماندهی رودخانه ها در توسعه پایدار منابع آب به شمار می آید، چرا که فرسایش سواحل رودخانه ها، باعث خسارت به اراضی کشاورزی، آسیب دیدن سازه های مجاور مانند پل ها و جاده ها، عریض شدن آبراهه جریان و مسائل زیست محیطی قابل توجهی می باشد. این مسأله سبب می شود هر ساله مبالغ زیادی برای حفاظت از سواحل رودخانه در برابر فرسایش هزینه شود. روش های حفاظت سواحل از دیدگاه عملکرد سازه ها به دو گروه کلی حفاظت مستقیم و غیر مستقیم تقسیم می شوند. در روش غیرمستقیم، تثبیت رودخانه ها توسط احداث سازه های عرضی یا آبشکن در طول ساحل فرسایش پذیر انجام می گیرد. با وجود پژوهش های متعددی که برای بهینه سازی اجزای آبشکن و کارایی یا عدم کارایی سازه ها، نظیر ارزیابی عمق آبشستگی پیرامون سازه و میزان رسوب گذاری و فرسایش ساحل رودخانه صورت گرفته، تاکنون روشی که همزمان قادر به بررسی ملاحظات طراحی، اقتصادی و تغییرات دینامیکی رودخانه باشد، ارائه نشده است.

آبشکن، سازه ای عرضی است که در کناره رودخانه ها اجرا شده و باعث انحراف آب از محل کناره ها می شود. مدل بهینه سازی آبشکن ها  متشکل از سه زیر مدل مورفولوژیکی، طراحی و بهینه سازی است. برای بررسی پایداری رودخانه از زیر مدل مورفولوژیکی استفاده می شود. در این زیر مدل ابعاد مقطع پایدار با استفاده از تئوری حدی حداکثر ظرفیت انتقال رسوب محاسبه می شود. سپس با به کارگیری ضوابط طراحی مناسب برای اجزای آبشکن از قبیل طول، ارتفاع، فاصله، تعداد و عمق آبشستگی آبشکن در زیر مدل طراحی، هزینه های ساخت کمینه خواهد شد. نتایج حاصل از دو زیر مدل مورفولوژیکی و طراحی در زیرمدل بهینه سازی، با استفاده از روش وزن دهی به صورت یک مدل بهینه سازی چند هدفه غیرخطی فرموله شده و مورد بررسی قرار می گیرد تا به این وسیله ابعاد بهینه آبشکن محاسبه شود. به عبارتی زیر مدل بهینه سازی از ترکیب وزنی دو تابع هدف زیر مدل طراحی و زیر مدل مورفولوژیکی تشکیل شده است. مدل توسعه یافته، روند تغییرات هزینه ساخت سازه را نسبت به ظرفیت حمل رسوب کانال که بیانگر وضعیت پایدار رودخانه است، محاسبه می کند.

طبیعت سه بعدی جریان و آشفتگی های موجود در قوس رودخانه ها از یک طرف و تغییرات غیر یکنواخت توپوگرافی بستر و عمق جریان از طرف دیگر، باعث تشکیل جریان های پیچیده در قوس رودخانه ها می شود. این جریان ها تأثیر زیادی بر کف قوس رودخانه می گذارند، به طوری که سرعت بالای جریان در قوس خارجی باعث فرسایش بستر رودخانه و ساحل خارجی و در نتیجه تخریب آن می شود. کارایی اصلی آبشکن های رودخانه ای، انحراف جریان از کناره رودخانه و هدایت آن به سمت مجرای اصلی است. نتیجه انحراف جریان، توسعه یک ناحیه چرخشی با تلاطم شدید در پیرامون آبشکن است که به صورت گسترده تری در پایین دست آبشکن ظاهر می شود. با استقرار آبشکن در قوس خارجی رودخانه، به دلیل اندر کنش بین الگوی جریان در قوس و الگوی جریان حول آبشکن، تحلیل جریان در اطراف آبشکن های مورد استفاده در قوس، از پیچیدگی بیشتری برخوردار است. در مورد الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن مستقر در رودخانه ها تحقیقات عددی و آزمایشگاهی متعددی انجام گرفته است.

پل ها در برقراری راه های ارتباطی از اهمیت زیادی برخوردارند. همه ساله پل های متعددی در سراسر جهان به دلیل عدم درک صحیح از هیدرولیک جریان اطراف پایه و رعایت نکردن ملاحظات فنی در طراحی و اجرای آنها تخریب می شوند که دلیل عمده آن آبشستگی موضعی می باشد. تخریب و خسارت وارده به پل ها که اغلب در هنگام سیلاب رخ می دهد، علاوه بر ضررهای مالی، به علت قطع راه های ارتباطی، کمک به مناطق سیل زده را مختل نموده و از این نظر عواقب اجتماعی نیز به دنبال دارد.

پیشنهاد مطالعه : انواع سریز سد و انتخاب دبی طرح برای آنها

ضرورت بررسی پدیده آبشستگی زمانی آشکار می گردد که عمق آبشستگی قابل ملاحظه باشد به گونه ای که این عمق به پی سازه های رودخانه ای برسد و پایداری این سازه ها را در معرض خطر قرار دهد و نهایتاً موجب تخریب آنها گردد. در ایران بر طبق آمار ارائه شده مشکل آبشستگی موضعی در پایه های پل عامل اصلی تخریب آنها می باشد. تحقیقات انجام شده در هشت منطقه و استان کشور نشان می دهد که ۴۲ % از پل های این محدوده دچار آبشستگی شده اند. همچنین نتایج بررسی های انجام شده نشان می دهد که از تعداد کل پل ها که نیاز به مرمت و تعمیر دارند، ۵۷ % آنها به جهت آبشستگی نیاز به تعمیرات دارند. در شکل 1 یک نمونه آبشکن نشان داده شده است.

بنابراین شناخت این پدیده، پیش بینی میزان آن و لحاظ کردن آن در طراحی پل ها و مهم تر از همه به کار بردن تمهیدات لازم برای کنترل و کاهش آبشستگی موضعی امری بسیار ضروری می باشد. مکانیسم عمل آبشستگی موضعی به این صورت است که پس از برخورد جریان به پایه پل، با توجه به اینکه سرعت جریان از بستر رودخانه به طرف سطح آب بیشتر می شود، فشار بیشتری در تراز های بالاتر بر روی پایه ایجاد می شود و به این ترتیب گرادیان فشاری روی پایه از بالا به پایین به وجود می آید که خود باعث ایجاد یک جریان رو به پایین در عقب پایه می شود. جریان رو به پایین در حین برخورد به بستر رودخانه، ضمن حفر بستر به هر طرف پراکنده می شود. با حفر بستر در عقب پایه، این جریان وارد حفره شده و به طرف بالا گرداب هایی با نام گرداب نعل اسبی ایجاد می نماید. از سوی دیگر، جریان برخورد کرده به پایه در کناره آن از پایه جدا می گردد و موجب ایجاد گرداب هایی می شود که محور آنها عمود بر بستر رودخانه می باشد. این گرداب ها با عنوان گرداب برخاستگی، همچون گردباد ذرات بستر را به سمت بالا مکیده و در معرض جریان قرار می دهند و به این ترتیب به حمل مصالح کنده شده از جلو و اطراف پایه، به سمت پایین دست کمک می نماید و در عین حال نیز یک حفره آبشستگی مستقل در پایین دست پایه ایجاد می گردد. از این رو شناخت آبشکن بر کاهش عمق آبشستگی اطراف پایه پل ها در پیچ رودخانه ها ضروری می باشد.

آبشکن

شکل 1 . بررسی آبشکن

همان طور که بیان گردید، یکی از راه های تثبیت دیواره در قوس خارجی استفاده از سازه ای به نام آبشکن است. آبشکن ها به صورت منفرد یا به صورت متوالی، در یک و یا در دو سمت رودخانه احداث می گردند. آبشکن ها می توانند مستغرق و یا غیر مستغرق باشند، آبشکن های مستغرق بیشتر در مسائل کشتیرانی و آبشکن غیر مستغرق در مسائل آبخیزداری کاربرد دارند. کارایی اصلی آبشکن های رودخانه ای، انحراف جریان از کناره رودخانه و هدایت آن به سمت مجرای اصلی است. نتیجه انحراف جریان، توسعه یک ناحیه چرخشی با تلاطم شدید در پیرامون آبشکن است که به صورت گسترده تری در پایین دست آبشکن ظاهر می گردد. فرآیند هیدرولیکی این جریان، توسعه حفره آبشستگی در پیرامون آبشکن و تهنشینی بار رسوبی در پایین دست و کناره رودخانه است. آبشستگی یک خطر جدی برای سازه آبشکن و در نتیجه برای رودخانه محسوب می شود. در خصوص جنبه های مختلف آبشکن ها به عنوان مثال بررسی وضعیت قرار گیری آبشکن ها، اندازه آبشکن ها، زاویه قرار گیری آن ها در مسیرهای مستقیم و غیر مستقیم تحقیقات گوناگونی صورت گرفته است، ولی تاکنون در خصوص پایداری آبشکن ها تحقیقات زیادی صورت نگرفته و تحقیقات اندک موجود غالباً در مسیر مستقیم بوده است، در حالی که عمده ترین کاربرد استفاده از آبشکن ها در قوس ها می باشد. با توجه به ماهیت پیچیده جریان در خم رودخانه نمی توان اطلاعات مربوط به کانال های مستقیم را برای رودخانه های طبیعی به کار برد. جهت مقابله با آبشستگی ایجاد شده در اطراف پایه ها، دیواره ها و آبشکن ها روش های متعددی ارائه شده که یکی از ساده ترین و در عین حال اقتصادی ترین روش ها، استفاده از سنگ چین می باشد. مطالعه پایداری و شناخت حالت های مختلف شکست سنگ چین محافظ آبشکن ضروری می باشد. در شکل 2 یک نمونه آبشکن نشان داده شده است.

بررسی آبشکن

شکل 2 . بررسی آبشکن

آبشکن بحرانی، آبشکنی است که رسوبات بستر اطراف آن سریع تر حرکت می نمایند و چاله آبشستگی ایجاد می گردد. سپس سنگ چین ها در اطراف آبشکن بحرانی قرار داده می شوند. بجز آبشکن بحرانی، آبشکن قبل و بعد از آبشکن بحرانی نیز با سنگ چین ها محافظت می شوند.

منابع :

1 . مقاله ی مطالعه عددی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن T مستقر در قوس 90 درجه با بستر تعادل یافته از محمد واقفی و همکاران

2 . مقاله ی مدل بهینه سازی طراحی ابعاد آبشکن های رودخانه ای و نقش آن در پایدارسازی مورفولوژیکی رودخانه از فریبا استادی و همکاران

3 . مقاله ی اثر آبشکن بر کاهش عمق آبشستگی اطراف پایه پل ها در پیچ رودخانه ها از معصومه زارع و تورج هنر

4 . مقاله ی بررسی حالت های مختلف شکست سنگ چین های محافظ آبشکن مستغرق از ابتسام جاسمی زرگانی و همکاران

نویسنده

محدثه شیخ علی
فارغ التحصیل ارشد مهندسی عمران از دانشگاه شیراز هستم. علاقه مندم، موضوعات مورد علاقه ی خود را که سد و سازه های مرتبط با آن است، با شما به اشتراک بگذارم.

مشاوره از طریق واتساپ