بررسی آزمایشگاهی هیدرولیک جریان حاوی رسوب درمحیط متخلخل ومقایسه آن برای جریان فاقد رسوب

سدهای پاره­سنگی به­علت طبیعت نفوذپذیر و توجیه اقتصادی به­ سبب تأمین مصالح مورد نیاز در محل، از جمله سازه­هایی هستند که برای تسکین و مهار سیلاب در حوضه­های آبریز مورد استفاده قرار گرفته­­اند. برای طراحی صحیح این­گونه سدها، شناخت هیدرولیک جریان عبوری از آنها امری ضروری است.  با توجه به اینکه تاکنون عمده تحقیقات بر روی رفتار جریان فاقد رسوب در این سازه­ها استوار بوده است، در این تحقیق به­منظور بررسی رفتار جریان حاوی رسوب، آزمایشاتی بر روی مدل آزمایشگاهی انجام شد.  این آزمایشات  در فلومی شیب­پذیر با در نظر گرفتن 3 شیب کف (001/0، 005/0 و 01/0) و تزریق 3 نوع رسوب غیرچسبنده (4/0، 6/0 و 8/0 میلی‌متر) و بهره­گیری از 4 محیط متخلخل پاره­سنگی (2 محیط ریزدانه و 2 محیط درشت­دانه) انجام شد. نتایج این تحقیق در دو بخش کلی تقسیم­بندی شده است. در بخش اول، با توجه به شبیه­سازی جریان درون سازه­های پاره­سنگی با جریان درون لوله­های تحت فشار، اصلی­ترین رابطه­ی این شبیه­سازی( رابطه­ی بین عددرینولدز و ضریب اصطکاک دارسی­ویسباخ) در شرایط جریان حاوی رسوب بررسی و اصلاح شد. همچنین در این قسمت با بهره­گیری از شبکه­های عصبی مصنوعی تخمین­های بهتری از ضریب اصطکاک در شرایط حاوی رسوب بدست آمد و در بخش دوم  با توجه به بدنه نفوذپذیر این سدها و توانایی آنها در به تله­انداختن رسوب در شرایط وقوع جریان سیلابی با استفاده از اصول آنالیز ابعادی، رابطه­ای برای تخمین میزان تله­اندازی رسوب در این سدها ارائه و حساسیت رابطه نسبت به پارامترهای ورودی به آن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان داد، بطورکلی جریان حاوی رسوب از ضریب اصطکاک بالاتری نسبت به جریان فاقد رسوب(بین 10 تا 20 درصد) برخوردار بوده و روابط ارائه شده توسط محققین قبلی که در شرایط جریان فاقد رسوب استخراج شده است، نمی­تواند تخمین مناسبی از ضریب اصطکاک دارسی­ویسباخ در شرایط جریان حاوی رسوب ارائه کند. همچنین نتایج نشان داد تله­اندازی رسوب با پارامترهای عدد رینولدز محیط متخلخل، شیب بالادست مسیر، نسبت اندازه ذرات و گرادیان هیدرولیکی نسبت معکوس دارد. از بین پارامترهای ورودی، گرادیان هیدرولیکی دارای بیشترین(css=1) و شیب بالادست مسیر دارای کمترین حساسیت(css=0/15) بر روی ضریب تله­اندازی رسوب می­باشند. همچنین رابطه ارائه شده قادر است با دقت مناسبی(R2=76%) ضریب تله­اندازی رسوب را تخمین بزند.

در ایران همانند سایر مناطق سیل­خیز دنیا در دهه­های اخیر، شدت وقوع سیلاب­ها و میزان خسارات ناشی از آن بطور قابل ملاحظه­ای افزایش یافته است. واقعه سیل که زمانی و در پاره­ای از مناطق کشور از نسلی به نسل دیگر نقل قول می­شد، هم­اکنون در غالب نقاط به عنوان یک واقعه انکار­ناپذیر طبیعت پذیرفته شده است.  اقدامات مربوط به جلوگیری از زیانهای سیلاب و مدیریت آن سعی بر آن دارد که اثرات سیلابی شدن بر شرایط اجتماعی و اقتصادی به­وجود آمده را کاهش دهد. برای کنترل سیلاب می­توان از طرح­های آبی مختلفی از جمله سدهای ذخیره­ای و تأخیری استفاده نمود که سد پاره­سنگی نمونه­ای از یک سد تأخیری است. این سدها را می­توان در تخلیه آرام مخزن از طریق بدنه آنها بکار برد. در این روش در اندازه حجم سیلاب تغییری حاصل نمی­شود ولی مقدار حداکثر آن کاهش یافته و به زمان تداوم آن افزوده می­گردد.  برای رسیدن به اهداف مورد نظر در سدهای پاره­سنگی، مهم­ترین مسئله، طراحی صحیح این سدها می­باشد که بدون آگاهی از اصول و روابط هیدرولیکی حاکم بر محیط متخلخل امکان­پذیر نخواهد بود. با طراحی سدهای پاره­سنگی (تعیین ابعاد سد و اندازه سنگها)، دبی اوج هیدروگراف خروجی را می­توان به مقداری قابل قبول رساند که این مقدار بر مبنای ظرفیت مجرای پایین دست تعیین می­شود تا از خسارت به نواحی پایین­دست جلوگیری شود.