پ رپ (n)عمق کارگزاری ریپ رپ (T)تعداد حالات آزمایش4333333
در انجام آزمایشات این تحقیق پارامترهای فوق مورد بررسی قرار میگیرند. در انتخاب تعداد حالات هر آزمایش از استانداردهای موجود در زمینه آبشکنهای رودخانهای استفاده خواهد شد.
در این تحقیق زوایای مورد بررسی 3 زاویه میباشد در حالت اول زاویه آبشکن عمود در حالت دوم زاویه 60 درجه و در حالت سوم زاویه آبشکن 120 درجه میباشد
L
? W
.

استاندارد موجود در خصوص طول آبشکن عبارت از 10 تا 25 درصد عرض کانال اصلی میباشد که دراین تحقیق خواهیم داشت:

در این تحقیق فاصله آبشکن بر اساس تحقیقات قبلی صورت گرفته لحاظ میگردد در تحقیقات قبلی صورت گرفته بوده که در این تحقیق هم تلاش میگردد از این رابطه استفاده شود.
تحققیات قبلی صورت گرفته بر روی پایداری ریپ رپ اطراف پایه پل نشان میدهد که عمق کارگزاری ریپ رپ نیز بر روی پایداری آنها موثر میباشد. در آن تحقیقات که در این تحقیق در
مرحله اول ریپ رپ بر روی سطح بستر و در مرحله بعد ریپ رپ در عمق معادل و در مرحله بعد ریپ رپ در عمق قرار داده میشود.
جنبههای تازگی و نوآوری تحقیق
بررسیهای به عمل آمده از تحقیقات پیشین صورت گرفته در خصوص هیدرولیک آبشکن و پایداری ریپ رپ نشان میدهد تا کنون تحقیق جامعی صورت نگرفته است ایده این تحقیق از بررسی مطالعات صورت گرفته در خصوص الگوی جریان و رسوب در قوسها و همچنین تحقیقات صورت گرفته در خصوص پایداری پایههای پل و با توجه به اینکه هیچ گونه معیاری در خصوص پایداری آبشکنها وجود ندارد، آغاز و پس از برگزاری هشتمین کنفرانس مهندسی رودخانه و صحبت با دکتر ویلی هاگر تکمیل گردید. لازم به ذکر است که تحقیق مشابهی در دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز بر روی برخی دیگر از جنبههای پایداری آبشکن در قوسها در حال انجام میباشد که در آن تحقیق پارامترهای متغیر عبارتند از: طول آبشکن، ارتفاع آبشکن، قطر ریپ رپ و تعداد ردیفهای ریپ رپ.
در این تحقیق که به عنوان ادامه تحقیق قبل میباشد پارامترهای متغیر مورد بررسی عبارتند از: زاویه آبشکن، طول آبشکن، فاصله طولی آبشکن، ضخامت ریپ رپ و عمق کارگزاری ریپ رپ میباشد.
آنالیز ابعادی
پارمترهای موثر در این تحقیق عبارتند از:
1- خصوصیات مربوط به هندسه سیستم
شیب کانال اصلی (Sm)، عرض کانال اصلی (B)، شعاع قوس (R)، زاویه مرکزی محل استقرار آبشکن در قوس (?)، زاویه آبشکن (?)، فاصله طولی آبشکنها (L)، طول آبشکن (w)، تعداد ردیفهای ریپ رپ(n)،قطر ریپ رپ ، ضخامت ریپ رپ (T)
2- خصوصیات مربوط به جریان
دبی جریان در بالادست آبشکن (Q)، عمق جریان در کانال اصلی (y)، شتاب ثقل (g)، شتاب ثقلی نسبی
3- خصوصیات مربوط به سیال
جرم واحد حجم مایع (?)، لزجت دینامیکی (?)
4- خصوصیات مواد رسوبی
قطر متوسط ذرات رسوبی (ds)، چگالی رسوبات (s?)، انحراف معیار رسوبات ، قطر ریپ رپ
5- تعداد آبشکن
6- متوسط سرعت مقطع عرضی در محیط رسوبی
7- متوسط سرعت مقطع عرضی در شکست ریپرپ
8- طول نسبی آبشکن
9- ارتفاع نسبی آبشکن
10- ارتفاع آبشکن
از جمله پارامترهای بدون بعد در این تحقیق میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
1) نسبت فاصله طولی آبشکن به طول آبشکن
2) نسبت طول آبشکن به عرض کانال
3) زاویه آبشکن
4) عدد فرود ذره
5) عدد فرود آستانهای
6) عدد رینولدز
7) نسبت طول آبشکن به عمق جریان
8) نسبت عمق جریان به دانهبندی رسوبات
9) نسبت عمق جریان به ضخامت ریپرپ
10) نسبت سرعت بحرانی به سرعت برشی بحرانی جریان
11) نسبت شعاع به زاویه آبشکن
12) فاکتور بالا آمدگی هیدرولیکی
13) فاکتور بالا آمدگی هیدرولیکی آبشکن
14) شعاع هیدرولیکی جریان آستانهای
15) فاکتور هندسی آبشکن
16) فاکتور ریپرپ
17) نسبت رسوبات
بررسیهای به عمل آمده نشان میدهد که:
همانگونه که در بخش مروری بر منابع بیان خواهدگردید بر اساس نظرات هاگر و الیوتو (2002) تمام اثراتی که از جریان سیال و رسوبات منشا می گیرند در ضابطه شیلدز دیده شده اند و اضافه کردن هرگونه پایه و یا دیواره ای تنها باعث تاثیرات هندسی می گردد.
بنابراین می توان از نسبت شکل آبشکن که حاصلضرب نسبت انسداد و ارتفاع نسبی آبشکن میباشد و نیز تعداد ردیف های ریپ رپ و قطر ریپ رپ به عنوان تاثیر آبشکن بر آستانه حرکت ذرات استفاده نمود. که این مورد از دیگر اهاف این تحقیق می باشد.
شیلدز در سال 1936 دیاگرامی ارائه داد که در آن عدد رینولدز ذره را به مربوط میکرد. در این رابطه u*= سرعت برشی، i?= تنش برشی آستانه میباشد. این رابطه نقدهای زیادی را به همراه داشته ولی تا امروز به عنوان بهترین رابطه جهت آستانه حرکت رسوبات به حساب میآید. امروزه معادلات متعددی جهت منحنی آستانه حرکت شیلدز معرفی شده ولی اغلب آنها پیچیده میباشند. یکی از این معادلات توسط هاگر و دلجودس (2000) براساس عدد بیبعد اندازه ذره محدوده مورد نظر را به سه قسمت تقسیم کردند. در رابطه فوق میباشد. بر این اساس دیاگرام شیلدز را میتوان به صورت زیر نشان داد:

در این معادلات که به عنوان تنش برشی بیبعد آستانه حرکت شناخته میشود. از آنجا که تخمین S0 کار بسیار مشکلی است میتوان با استفاده از معادله مانینگ- استریکلر آن را حذف کرد.
که در آن V= سرعت متوسط مقطع، S0= شیب سطح آزاد و Rh= شعاع هیدرولیکی میباشد. با توجه به رابطه استریکلر میتوان ضریب زبری مانینگ را بر حسب اندازه متوسط ذره نوشت:

حال میتوان نوشت که

پس از آن عدد فرود آستانه حرکت ذره بصورت زیر خواهد بود:

براین اساس برای سه محدوده D* که قبلا معرفی شد معادلاتی بر اساس دینامیک سیال، مشخصات رسوب و عمق جریان نسبی وجود خواهد داشت.
از دیگر مسائل مورد بررسی در این تحقیق بررسی هیدرولیک جریان میباشد. همان گونه که اشاره گردید در آزمایشات این تحقیق از سرعت سنج سه بعدی به منظور اندازه گیری سرعت استفاده خواهد گردید. لذا با داشتن مولفههای سه بعدی جریان خواهیم توانست مقادیر تنش برشی را در نقاط مختلف قوس تعیین کنیم. بررسیهای اولیه حاکی از آن است که:

(ضمیمه ج)
پیشینه موضوع در ایران و جهان با ذکر منابع معتبر:
از آنجا که در زمینه هیدرولیک جریان و پایداری ریپ رپ در اطراف آبشکن در قوس مطالعات محدودی صورت گرفته در این قسمت علاوه بر این مطالعات، تحقیقات صورت گرفته در زمینه هیدرولیک جریان و رسوب در قوسها و نیز مطالعات مربوط به هیدرولیک جریان در اطراف آبشکنها ارائه میگردد.
تحقیقات محققین داخلی
در ایران به خصوص در سالهای اخیر مطالعات گستردهای در زمینه هیدرولیک جریان و رسوب در قوس و نیز پایداری ریپ رپ اطراف آبشکن صورت گرفته که از جمله مهمترین این تحقیقات میتوان به موارد زیر اشاره کرد.
فتحی (1371) با استفاده از فلوم آزمایشگاهی با طول 15 متر و عرض و عمق 60 سانتیمتر با کف و دیواره بتنی به انجام آزمایشاتی به منظور بررسی اثر نسبت بدون بعد S/L (فاصله دو آبشکن به طول آبشکن) بر روی عمق آبشستگی پرداخت. آزمایشات بر روی دو اندازه آبشکن به طول 18 و 12 سانتیمتر، 3 شیب و 3 دبی انجام شد. قطر متوسط رسوبات بستر 2 میلیمتر بوده است. براساس آزمایشات این محقق اگر این نسبت کمتر از 2 باشد جریانهای ثانویه تشکیل نشده و رسوبگذاری بین دو آبشکن بندرت صورت
میگیرد و در صورتی که این نسبت بیش از 4 باشد جریان بین دو آبشکن باعث افزایش فرسایش موضعی دماغه آبشکن و کاهش میزان رسوبگذاری میشود و فرسایش ساحل کناری بیشتر میگردد. پیشنهاد این محقق برای این نسبت بین 2 تا 4 میباشد که باعث افزایش رسوبگذاری و کاهش فرسایش موضعی
میشود.
شریفی منش (1374) با استفاده از مدل فیزیکی به انجام آزمایشاتی به منظور مطالعه حداکثر عمق آبشستگی اطراف آبشکن پرداخت. این آزمایشات در یک فلوم ازمایشگاهی به طول 14 متر، عرض 2 متر و عمق 5/0 متر که در مرکز تحقیقات آب وزارت نیرو به همین منظور طراحی و ساخته شده بود انجام گرفت. در طی انجام آزمایشات عمق جریان، دبی جریان و نسبت بازشدگی آبشکنها به عنوان پارامترهای متغیر درنظر گرفته شده و تاثیر هریک از این عوامل بر روی آبشستگی اطراف آبشکنها مورد بررسی قرار گرفت. در هر آزمایش تعداد 4 آبشکن به طول 5/0 متر مورد استفاده قرار گرفت، همچنین فاصله آبشکنها 5/1 متر درنظر گرفته شده بود. نتایج حاصل از این آزمایشات نشان داد که: (1) هرچه درصد بازشدگی آبشکن بیشتر باشد از میزان حداکثر عمق آبشستگی اطراف آن کاسته میشود. (2) در آبشکن بسته حفره آبشستگی اطراف دماغه آبشکن می‌باشد در حالیکه در آبشکن باز آبشستگی در سرتاسر آبشکن اتفاق می‌افتد.