برآورد کل بار رسوبی کف در آبراهه ها براساس مدل رگرسیون ... |
![]() |
شکل ۲‑۳: ضریب تصحیح در توزیع لگاریتمی سرعت (Einstein, 1950)
رویکرد اَیکرز و وایت
اَیکرز و وایت به این نتیجه رسیدند که تنها بخشی از تنش برشی موجود در بستر آبراهه در به حرکت در آوردن رسوبات درشتدانه مؤثر است. ولی در مورد رسوبات ریزدانه، بار معلق غالب بوده و کل تنش برشی در حرکت رسوب تأثیر دارد (Ackers & White, 1973). با این فرض، تحرک یا پتانسیل حرکت رسوب با پارامتر زیر توصیف می شود:
(۲‑۷)
که برای رسوبات درشتدانه صفر و برای ریزدانه واحد است. غلظت وزنی کل رسوبات به صورت زیر به دست می آید:
(۲‑۸)
به طوری که ، ، و به قطر بی بعد ذره وابسته است. روابط ارائه شده برای پارامترهای ، ، و با بهره گرفتن از داده های فلوم برای محدوده اندازه ذرات ۰۴/۰ تا ۴ میلیمتر بدست آمده است. این روابط در ذیل ملاحظه می شود:
(۲‑۹)
(۲‑۱۰)
(۲‑۱۱)
که ، ، و پارامترهای غلظت رسوبی؛ غلظت وزنی کل رسوبات؛ قطر متوسط ذرات؛ لزجت سینماتیکی آب؛ V سرعت متوسط جریان؛ قطر بیبعد ذرات؛ سرعت برشی؛ SG چگالی نسبی مواد بستر و D عمق جریان است. در شرایطی که و با هم یکسان باشند آستانه حرکت اتفاق میافتد. روش اَیکرز و وایت غلظت رسوبات ریز و خیلی ریزدانه را دست بالا برآورد می کند.
رویکرد اِنجلاند و هانزن
اِنجلاند و هانزن افت انرژی یا شیب اصطکاکی ناشی از شکل بستر را به صورت زیر بیان نمودند:
(۲‑۱۲)
در اینجا، افت اصطکاکی ناشی از شکل موجی بستر با طول موج L؛ q دبی جریان بر واحد عرض؛ D عمق متوسط جریان و دامنه امواج ماسهای است. مواد شسته شده در قسمت بالادست حوزه آبریز از طریق آبراهه ها به خروجی حوزه منتقل میشوند. فرسایش در آبراهه ها مجاز نیست. انتقال به طور محدود و مشروط صورت میپذیرد ولی تهنشینی مواد رسوبی مجاز است. اِنجلاند و هانزن (۱۹۶۷) مفهوم توان جریان و اصل تشابه بگنولد را به کار بردند و غلظت وزنی رسوب را به صورت زیر به دست آوردند.
(۲‑۱۳)
که در این رابطه، SG چگالی نسبی رسوب؛ V متوسط سرعت آبراهه؛ Sf شیب اصطکاکی کانال؛ g شتاب ثقل؛ dsi قطر اندازه کسر i و Rh شعاع هیدرولیکی آبراهه است. این فرمول براساس قطر متوسط مواد بستر d50 به صورت زیر توسعه یافت:
(۲‑۱۴)
که پارامتر بدون بعد شیلدز؛ پارامتر بدون بعد انتقال رسوب و f ضریب اصطکاک است که به صورت زیر به دست میآیند:
(۲‑۱۵)
(۲‑۱۶)
(۲‑۱۷)
در این روابط تنش برشی در طول بستر؛ SG چگالی نسبی رسوب؛ وزن مخصوص آب؛ دبی وزنی کل رسوبات بستر بر واحد عرض؛ g شتاب ثقل؛ S شیب انرژی؛ V متوسط سرعت جریان و D عمق جریان است (Engelund & Hansen, 1972).
رویکرد گراف
گراف (۱۹۷۱) رابطه معروفش را منتشر کرد که معمولاً در حل مسائل رسوبگذاری به کار میرود. گراف رابطهاش را به صورت زیر بیان نمود:
(۲‑۱۸)
که شعاع هیدرولیکی؛ دبی حجمی کل رسوبات بر واحد عرض؛ دبی آب بر واحد عرض؛ V سرعت متوسط جریان؛ g شتاب ثقل؛ اندازه متوسط ذره (۵۰ درصد مواد از لحاظ وزنی ریزتر از باشند)؛ شیب سطح آب و SG چگالی نسبی رسوب است (Graf, 1971).
رویکرد یانگ
یانگ دو رابطه رگرسیونی (برای ماسه وشن) را براساس داده های اندازه گیری شده در رودخانههای مختلف را توسعه داد. یانگ رابطه توان واحد جریان بدون بعد را برای برآورد انتقال رسوب در فلومهای آزمایشگاهی و رودخانههای طبیعی پیشنهاد نمود (Yang, 1972).
(۲‑۱۹)
در این معادله غلظت کل مواد رسوبی بستر برحسب (PPM by weight)؛ سرعت سقوط ذره رسوبی در آب؛ d قطر متوسط ذره؛ لزجت سینماتیکی آب؛ سرعت برشی؛ V متوسط سرعت جریان؛ VS توان واحد جریان؛ سرعت متوسط بحرانی جریان در آستانه حرکت است. سرعت بحرانی بیبعد در آستانه حرکت به صورت زیر محاسبه می شود:
(۲‑۲۰)
وقتی که غلظت رسوب پایین باشد، لازم است که معیار شرایط جریان در آستانه حرکت در نظر گرفته شود. هنگامی که نرخ انتقال رسوب افزایش مییابد، نیاز به در نظر گرفتن معیار آستانه حرکت در معادله انتقال رسوب کاهش پیدا می کند. یانگ معادله توان واحد جریان زیر را برای غلظتهای رسوب بیشتر از ۱۰۰PPM پیشنهاد نمود:
(۲‑۲۱)
فلوچارت شکل (۲-۴) معادلات انتقال رسوب مربوط به محققین مختلف را نشان میدهد. معادلات نشان داده شده با بهره گیری از رویکردهای متنوعی از قبیل رگرسیون، مفهوم احتمالاتی، روشهای گرافیکی، و مفهوم توان جریان بدست آمده بودند. در صورتی که این روابط در موقعیتهای مختلف جوابهای مختلفی ارائه میدهند.
معادلات انتقال رسوب (روشهای متداول)
شکل ۲‑۴: معادلات متداول انتقال رسوب و رویکردهای مربوط به آنها
مفاهیم احتمالاتی:
Einstein (1950)
Laursen (1958)
مفهوم توان واحد جریان:
Yang and Molinas (1996)
Engelund and Hansen (1967)
Molinas and Wu (2001)
فرم در حال بارگذاری ...
[سه شنبه 1400-08-04] [ 08:27:00 ب.ظ ]
|