پایان نامه بررسی آبشستگی و روش های حفاظت پایین دست سازه های هیدرولیکی رودخانه ای (مطالعه موردی پل دوم رودخانه میناب)

فهرست:

چکیده ‌ک

فصل اول (کلیات تحقیق)

1-1-ضرورت و اهداف تحقیق- 3

1-2- فرضیه های تحقیق: 5

1-3- روش تحقیق- 5

1-4- ساختار تحقیق- 6

فصل دوم )مروری بر تحقیقات انجام شده(

2-1- آبشستگی- 8

2-1-1- انواع آبشستگی از نظر بوجود آمدن- 8

2-1-1-1- آبشستگی عمومی- 8

2-1-1-2- آبشستگی انقباضی- 8

2-1-1-3- آبشستگی موضعی- 9

2-1-2- انواع آبشستگی از نظر حمل رسوب- 10

2-1-2-1- آبشستگی آب زلال- 10

2-1-2-2- آبشستگی در حالت بستر متحرک(زنده) 10

2-1-3- آبشستگی کلی- 13

2-2- مکانیزم آبشستگی در اطراف سازه‌های آبی- 13

2-3- روش های مطالعه و بررسی پدیده آبشستگی- 17

2-3-1- روش تئوری- 17

2-3-2- روش تجربی- 17

2-3-3- روش عددی- 18

2-4- پیشینه تحقیق- 19

2-4-1- مروری بر مطالعات انجام گرفتۀ آزمایشگاهی در جهان  و ایران- 19

2-4-2- مروری بر مطالعات عددی آبشستگی پایه پل در جهان و ایران طی چند سال اخیر 27

2-4-3- مروری بر مطالعات انجام شده بر روی رودخانۀ میناب در سالیان گذشته 31

فصل سوم (معادلات حاکم و روش حل آنها)

- 3-1- معرفی نرم افزار Flow-3D: 33

3-2- معادلات حاکم بر جریان: 35

- 3-3 مدلسازی تلاطم توسط نرم افزار  Flow3D: 38

3-4- انتقال رسوب- 42

فصل چهارم (مواد و روش ها)

4-1- معرفی منطقه مورد مطالعه 49

4-1-1-  معرفی پل دوم رودخانه میناب: 49

4-2- مورفولوژی بازه مورد مطالعه رودخانه میناب- 50

4-3- زمین شناسی رودخانه میناب (از محل سد استقلال تا پل دوم رودخانۀ میناب) 51

4-4- هیدرولوژی حوزه آبخیز میناب- 51

4-5- برآورد آبدهی در محل سد میناب- 52

4-6- پوشش گیاهی بازه مورد مطالعه رودخانه میناب- 53

4-7- اندازه گیری دادههای میدانی و آزمایشگاهی مورد نیاز مدل های نرم افزاری- 54

4-7-1- تهیه نقشه های توپوگرافی بزرگ مقیاس از بازه مورد مطالعه 54

4-7-2-  نمونه برداری رسوب بستر و دیواره رودخانه 55

4-7-2-1- آزمایش دانه بندی رسوب- 55

4-7-2-2- وسایل مورد نیاز 55

4-7-2-3 روش آزمایش-- 55

4-7-3-  تعیین ضریب زبری بر اساس ، بازدیدها و نتیجه های دانه‌بندی مواد بستر و پوشش گیاهی- 57

4-7-4- مشخصات رسوبات بستری- 57

4-7-4-1- قطر متوسط ذرات) : 57

4-7-4-2- دانسیتۀ رسوبات:. 57

4-7-4-3- ضریب دراگ: 57

4-7-4-4- تخلخل: 57

4-8- تهیه مدل: 57

4-8-1-مقطع کنترل: 57

4-8-2- شرح  روش: 58

4-8-3 تعریف مدل Shallow water: 58

4-8-4- مدل CCHE2D- 59

4-8-4-1- داده های مورد نیاز مدل CCHE GUI : 60

4-8-5- واسنجی مدل- 60

4-8-6- ورود اطلاعات به نرم افزار Flow-3Dبرای تهیه مدل Shallow water: 65

4-8-6-1- زمان: 65

4-8-6-2- نیروی ثقل و Shallow water): 66

4-8-6-3- مشخصات فیزیکی سیال، سیستم واحد: 66

4-8-6-4- هندسه مدل: 66

4-8-6-5- مش بندی: 67

4-8-6-7- شرایط مرزی: 68

4-8-7- ورود اطلاعات به نرم افزار Flow3Dبرای تهیه مدل Sediment scour: 69

4-8-7-1- زمان: 69

4-8-7-2- نیروی ثقل، ، ویسکوزیته، مدل اغتشاش و Sediment scour: 69

4-8-7-3- مشخصات فیزیکی سیال، سیستم واحد: 70

4-8-7-4- مش بندی: 70

4-8-7-5- شرایط مرزی: 71

فصل پنجم(بحث و نتیجه گیری)

5-1- بررسی جریان در محدودۀ مورد مطالعه: 73

5-2- بررسی توزیع سرعت، الگوی جریان و آبشستگی اطراف پایه های 2،1و3- 76

5-2-1- بررسی توزیع سرعت و الگوی جریان- 76

5-2-2- بررسی آبشستگی- 77

5-2-3- مقایسۀ وضعیت کنونی با مدل، پایه ها ی 1 تا 3 : 79

5-3- بررسی توزیع سرعت، الگوی جریان و آبشستگی اطراف پایه های 4،5و6- 80

5-3-1- بررسی توزیع سرعت و الگوی جریان- 80

5-3-2- بررسی آبشستگی- 81

5-3-3- مقایسۀ وضعیت کنونی با مدل، پایه های 4 تا 6- 83

5-4- بررسی توزیع سرعت، الگوی جریان و آبشستگی اطراف پایه های 7،8،9و10- 85

5-4-1- بررسی توزیع سرعت و الگوی جریان- 85

5-4-2- بررسی آبشستگی- 86

5-4-3- مقایسۀ وضعیت کنونی با مدل، پایه های 7 تا 10- 88

5-5- بررسی توزیع سرعت، الگوی جریان و آبشستگی اطراف پایه های 10 تا 15- 89

5-5-1- بررسی توزیع سرعت و الگوی جریان- 89

5-5-2- بررسی آبشستگی، 90

5-5-3- مقایسۀ وضعیت کنونی با مدل، پایه های 11 تا 15- 92

5-6- بررسی توزیع سرعت، الگوی جریان و آبشستگی اطراف پایه های 16 تا 19- 94

5-6-1- بررسی توزیع سرعت و الگوی جریان- 94

5-6-2- بررسی آبشستگی- 95

5-7- نتیجه گیری- 96

5-8-پیشنهادات: 97

منابع:

منابع فارسی : 100

منابع غیر فارسی: 102

منبع:

منابع فارسی :

کتب

سیفی، ا؛ نجفی،س؛ ریاحی،ح؛ (1392). "طراحی و مدل سازی دینامیک سیالات و تحلیل نتایج در Flow-3D"، چاپ اول، انتشارات اندیشه سرا: تهران.

شفاعی بجستان، م؛ (1384). "هیدرولیک انتقال رسوب، چاپ سوم"، انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز.

صالحی نیشابوری، ع؛ نصیری صالح، ف؛(1387). "مدل‌های آشفتگی و کاربرد آن‌ها در هیدرولیک". چاپ اول، پژوهشکده‌ی مهندسی آب دانشگاه تربیت مدرس: تهران.

قاسم زاده، ف.( 1392). "شبیه سازی مسایل هیدرولیکی در فلوتری دی"، چاپ اول، انتشارات نوآور:تهران.

محمودیان شوشتری، م.( 1387). "اصول جریان در مجاری باز جلد اول"، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه شهید چمران: اهواز.

محمودیان شوشتری، م.( 1387). "اصول جریان در مجاری باز جلد دوم"، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه شهید چمران: اهواز.

 پایان نامه:

آبادزاده، ا؛ (1392). "مدلسازی عددی آبشستگی در اطراف پایه پل در شرایط بستر متحرک با نرم‌افزار FLOW-3D"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات هرمزگان.

بغدادی ، ح .1390. بررسی عددی آبشستگی موضعی ناشی از جت‌های افقی و مستغرق با مدل Flow 3D .پایان نامه کارشناسی ارشد عمران دانشگاه علوم و تحقیقات تهران.

جعفرپور،ع؛ (1392). "ساماندهی و تعیین محل استقرار سازه­های حفاظتی بستر و دیواره رودخانه با استفاده از مدل CCHE2D ( مطالعه موردی: بازه پایین‌دست سد میناب)"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه هرمزگان . منطقه مورد مطالعه تا پل اول.

    خسروی، غ؛ (1391). "شبیه­سازی عددی جریان و رسوب توسط مدل CCHE2D (مطالعه موردی: پیچانرود پایین دست میناب)"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه هرمزگان . منطقه مورد مطالعه تا پل اول.

رستمی، ف.( 1386). "مطالعه عددی جریان زیر و فوق بحرانی از دریاچه سد به سرریز تنداب منتهی به حوضچه آرامش پرش هیدرولیکی. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، دانشکده عمران"

کنعانی ، ا .( 1391). "پیش‌بینی آبشستگی اطراف پایه گروه کج با استفاده از شبکه عصبی و سیستم فازی بهینه شده با الگوریتم ژنتیک". پایان نامه کارشناسی ارشد عمران دانشگاه علوم و تحقیقات هرمزگان.

نظری، عباس.( 1381). پایان نامه کارشناسی ارشد، "کنترل و کاهش آبشستگی موضعی پایه پل با استفاده از شکاف در گروه پایه‌های مستطیلی نوک گرد".

جزوات

سازمان مدیریت منابع آب ایران، (1385). "راهنمای روش‌های محاسبۀ آبشستگی موضعی".

صدری،ع.( 1385). "گزارش نهایی برداشت اصولی شن و ماسه از رودخانۀ میناب"، مجری: دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکدۀ مهندسی معدن، متالوژی و نفت

قربانی ، ب ؛ حیدرپور، م.( 1384). "کنترل و کاهش آبشستگی موضعی با استفاده همزمان از شکاف و سنگچین". گزارش طرح تحقیقاتی بین دانشگاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد و دانشگاه صنعتی اصفهان

معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور،1390. "راهنمای روش محاسبۀ آبشستگی موضعی"

مقالات

ارونقی، ه؛ فرسادی زاده، د؛ حسین زاده دلیر، ع؛ فاخری فرد، ا؛ (1388). "تعیین ابعاد طوق مستطیلی در کاهش آبشستگی پایه پل،" مجله دانش آب و خاک، دوره ( 19):  صفحه های 51 تا 64.

آریانفر ، ع و شفاعی بجستان، م (1387)، "بررسی توزیع تنش برشی در محدوده پایه های پل شکافدار توسط مدل FLUENT،" هفتمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه صنعت آب و برق شهید عباسپور، تهران

بشارتی گیوی، م؛ حکیم زاده، ح. (1387). "بررسی عددی سه بعدی الگوی جریان و تنش برشی بستر اطراف پایه های مخروطی،" نشریه مهندسی دریا سال ششم، شماره 11، صفحه های 16 تا 24 .

بهشتی ، ع ؛ عطایی آشتیانی ، ب.( 1383). "آبشستگی در شرایط آب صاف در اطراف گروه پایه". اولین کنگره ملی مهندسی عمران 22 تا 24 اردیبهشت، دانشگاه صنعتی شریف.

رضاپوریان، س؛ صمدی بروجنی، ح؛ قربانی،ب؛(1388)، "بررسی آزمایشگاهی تعیین موقعیت مناسب سری پره های مستغرق در کنترل آب شستگی پای پلها"، هشتمین کنفرانس هیدرولیک ایران، تهران، انجمن هیدرولیک ایران، دانشکده فنی دانشگاه تهران،

سرورام، ح؛ حسن زاده، ی؛ و حکیم زاده، ح؛ (1388)، "بررسی توزیع سرعت جریان در اطراف پایه پل با استفاده از مدل عددی"، هشتمین کنگره بین المللی مهندسی عمران، شیراز، دانشگاه شیراز

شریعت رضوی ،م؛ لشکرآرا ،ب؛ فتحی‌مقدم ، م؛(1391). "شبیه سازی عددی جریان و انتقال رسوب در اطراف پایه پل". یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران ، دانشگاه ارومیه ، آبان ماه.

عباس نیا،ا.( 1389). "بررسی عددی اثر وجود توام حلقه و پره در آبشستگی اطراف پایه پل. نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران. آبان ماه 1389، دانشگاه تربیت مدرس"

عباسی چناری، س؛ و شیرآلی، م. (1390)، "بررسی عددی الگوی جریان اطراف پایه های پل شکاف داربا استفاده از نرم افزارFlow-3D،" چهارمین کنفرانس ملی عمران (مقاوم سازی و حفظ بناهای ماندگار)، اراک.

عزیزیان ، ا ؛ امیری تکلدانی ، ا ؛ قلی‌زاده، م .( 1389). "ارزیابی آبشستگی پایه پل‌ها با استفاده از مدل عددی Hec-Ras و نتایج آزمایشگاهی" ،پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران .دانشگاه فردوسی مشهد.

علیزاده ارمکی، ح؛ واقفی، م؛ و قدسیان، م؛ (1390)، "بررسی آزمایشگاهی هندسه چاله آبشستگی و نرخ آبشستگی حول آبشکن سرسپری جاذب و دافع"، دهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، رشت، انجمن هیدرولیک ایران، دانشگاه گیلان

عیاری ، ش ؛ حکیم‌زاده ، ح ؛ حسن‌زاده ، ی .( 1388). "بررسی اشکال پایه پل بر الگوی جریان در اطراف آن با استفاده از نرم افزار فلوئنت" . مجموعه مقالات هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران ، دانشگاه شیراز : شیراز ، 21 تا 23 اردیبهشت.

مرتضوی، و؛ ظهیری، ع؛ دهقانی، ا؛ مفتاح هلقی،م؛(1390). "بررسی آزمایشگاهی تاثیر مشخصات هندسی پایه برعمق بیشینه آبشستگی موضعی پایه پل" اولین کنفرانس بین المللی و سومین کنفرانس ملی سد و نیروگاههای برق آبی، تهران.

موحدی ، ن؛ دهقانی ، ا؛ اعرابی ، م ، ج ؛ ظهیری ، ع .( 1391). "تاثیر فاصله بین پایه‌ها بر توسعه‌ زمانی آبشستگی موضعی در گروه پایه‌های دو تایی عمود بر مسیر جریان" . مجموعه مقالات یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران ، دانشگاه ارومیه: ارومیه .1، تا 18 آبان ، ص 84.

نوری‌فر ، م؛ مغربی ، م؛ حسن‌زاده ، ی؛ نورانی ، و.( 1389). "بررسی عددی عملکرد شکاف پایه در پایه‌های استوانه‌ای پل تحت شرایط جریان با زاویه برخورد گوناگون" . مجموعه مقالات نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران ، دانشگاه تربیت مدرس: تهران 18 تا 20 آبان.

منابع غیر فارسی:

Abdo M.I .1993 . Effect of sediment gradation and coarse material fraction on clear water scour around bridge piers. PhD Dissertatio , Department of Civil Engineering,Colorado State University, 205 pp .

Ali K.H.M , Karim O . 2002 . Simulatio of flow around pier . journal Of  Hydraulic Research, IAHR, Vol. 40(2), pp. 161-174.

Babaeyan-Koopaei, k. (1997) "A Study of straight stable channels and their interactions with bridge structures" PhD Thesis, University of Newcastle upon Tyne, UK.

Breusers H.N.C., Nicollet G , shen H.W . 1977. Local scour aroudcylindricalpiers . Journal of Hydraulic Research, IAHR, 15(3),pp.211-252.

Breusers NHC and Raudkivi AJ,(1991). Scouring 2nd Hydraulic Structures Design Manual, IRHR,AA Balkema Roterdam The Netherlands.

Briud J.L , Chen H.C , Nurtjahyo P , Wang J. 2004 . Pier and Contraction Scour in Cohesive Soils . Transportation Research Board , Washington , D.C. 118 pp.

Chabert J., and Engeldinger P. (1956). –Etude des affouillements autour des piles de points Study of scour at bridge piers). Bureau Central dʼEtudes les Equipment dʼOutre-Mer, Laboratoire National dʼHydraulique, France

Chang F , Davis S . 1998 . Maryland SHAProcedure for Estimating Scour at Bridge Abutments , ASCE , Copendium of Conference Scour Paper , pp. 412-416.

Chiew Y.M , Melville B.W . 1999 . Local scour around bridge piers . Journal of Hydraulic Research, Vol. 25, No. 1, pp. 15-26.

Chiew, Y.M., (1992). Scour Protection at Bridge Piers. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol.118(9), 1260-1269.

Dey S , Bose,S.K , Sastry G.L.N .1995 . Clear water scour at circular piers:a model . Journal of Hydraulic Engineering, vo1.121,No.12,pp.869-876.

Dey S , Raikar R.V . 2007 . Characteristics of horseshoe vortex in developing scour holes at piers . journal of hydraulic engineering ASCE.

Graf W.H , Istiarto I . 2001 . Flow pattern in the scour hold around a Cylinder . Journal of hydraulic Reaserch , Vol. 40, no .1, pp.13-20.

Hjorth, P . 1975 . Studies on the Nature of Local Scour . Bulletin Series A, No.46, Institutionen for tekniskvattenresurslara , Lund , Sweden.

Hughes,S.A., (1995),  ‘physical modeling and laboratory  techniques in coastal Engineering’, World scientific publishing co. pte. Ltd.pp. 568, Singapore.

Joens J.S , Kilgore R.T , Misitichelli M.P . 1992 . Effect of footing location on bridge pier scour . Journal of Hydraulic Engineering , ASCE, Vol. 118, No.2, PP 280-290.

Jones J.S , Kilgore R.T , Misitichelli M.P . 1992 . Effect of footing location on bridge pier scour . Journal of Hydraulic Engineering , ASCE, Vol. 118, No.2, PP 280-290.

Karim, O.A. and Ali, K.H.M. (2000). "Prediction of patterns in local scour holes caused by turbulent water jets", J. Hydraulic Res., Vol.38, No.4, PP. 279-288.

Karim, O.A. and Ali, K.H.M. (2000). "Prediction of patterns in local scour holes caused by turbulent water jets", J. Hydraulic Res., Vol.38, No.4, PP. 279-288.

Keshavarzi A , Gazni R , Homayoon H . 2012 . Case study: Prediction of scouring around an arch-shaped bed sill using Neuro-Fuzzy model . Journal of Hydraulic Engineering , ASCE, Vol.132, No.5, PP. 440-449.

Kirkil G , Constantinescu  S.G , Ettema R . 2008 . Coherent structures in the flow field around a circular cylinder with scour hole . journal of hydraulic engineering ASCE .

Kothyari U.C , Grade R.J , RangaRaju K.G . 1992 . Temporal variation of scour around circular bridge piers . Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 118(8). pp. 1091-1106.

Laursen E.M . 1958 . Scour at bridge crossings . Bull. No.8,Iowa Hwy. Res. Board,Ames. Iowa.

Melville B.W , Coleman S.E . 2002 . Bridge Scour . Water Resources Publications LLC , Colorado, USA.

Melville B.W , Raudkivi A.J . 1996 . Effect of foundation geometry on bridge pier scour . Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 122 (4), 203-209.

Melville B.W , Sutherland A.J .1988 . Design Method for Local Scour at BridgePiers . Journal of Hydraulic Engineering , ASCE, Vol. 114(10), pp. 1210-1226.

Melville B.W . 1997 . Pier and Abutment Scour: Integrated Approach . Journal of Hydraulic Engineering , ASCE , Vol. 123, No. 2, PP 125-136.

Muzzammil M , Gangadhariah T . 2003 . The mean characteristics of horseshoe vortex at a cylindrical pier . Journal of HydroulicEngineering. 41 (3). pp. 285–297.

Oliveto, G., Hager, W. H. (2002). Temporal evolution of clear-water pier and abutment scour. J. Hyd. Eng., ASCE, 128(9), 811-820.

Qiping Yang (2005):"Numerical investigations of scale effects on local scour around a bridge pier". A thesis for the degree of Master of Science. The Florida State University, FAMUFSU college of Engineering

Ranga Raja, K.G, Grade, RJ, and kothyari, u.c. 1992. Temporal variation of scour around circular bridge piers. . Journal of Hydroulic Engineering, ASCE, Vol.118, No.8, PP.1091-1106

Raudkivi A.J , Ettema R . 1983 . Effect of sediment gradation on clear-water scour . Journal of Hydraulics Division, Vo1.103, No.HY10, PP 1209-1212.

Richardson E.V , Davis S.R . 2001 . Evaluating Scour at Bridges . 3rd edition Hydraulic Engineering Circular No.18 , Publication No FHWA IP-90-017 U.S.Department of Transportation, Federal Highway Administration, Washington.

Salaheldin T.M , Imran J , Chaudhry M.H . 2004 . Numerical modeling of three-dimensional flow field around circular piers . Journal of hydraulic engineering, ASCE.,130(2),pp.91-100.

Shen H.W , Schneider V.R , Karaki S.S . 1969 . Local scour around bridge piers . procedings ASCE, Journal of Hydraulic Division, Vo1. 95,No.HY6, pp. 1919-1940

Shen H.W , Schneider V.R , Karaki S.S . 1969 . Local scour around bridge piers . procedings ASCE, Journal of Hydraulic Division, Vo1. 95,No.HY6, pp. 1919-1940

Sheppard, D.M, odeh, M and Glassert. 2004. Large scale clear-water local pier scour Experiments. Journal of Hydroulic Engineering, ASCE, Vol.130, No.10, PP.957.

Shirhole A.M , Holt R.C . 1991 . Planning for a comprehensive bridge safetyprogram. Transportation Research Record 1290 , Vol. 1 ,Transportation Reasech Board, National Reaserch council, Washington D.C. , U.S.A., 39-50.

Sumer B M , Rouland.A., Fredsoe, J. and Michelesen. J., 2002 . The mechnics of  scour in the marine environment . World Scientific Publication Co.  Pte. Ltd., Advanced Series on Ocean Engineering . Vol17.

Sumer, B.M., Christiansen, N. and Fredsøe, J. (1993), Influence of cross section on wave scour around piles. J. Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, ASCE, vol. 119, No. 5, 477-495

Tseng M , Yen C.L , Song C.C.S . 2000 . Computation of three-dimensional flow around square and circular piers . International Journal for Numerical Method in Fluids ,Vol34, pp207-227.

Tseng M , Yen C.L , Song C.C.S . 2000 . Computation of three-dimensional flow around square and circular piers . International Journal for Numerical Method in Fluids ,Vol34, pp207-227.