سرریز(اپی) مستغرق Bendway
گردآورنده: دکتر بهزاد زراعت
Bendway سرریز(اپی) مستغرق
سرریز مستغرق
یک سری اپی مستغرق که با زاویه مشخصی نسبت به بالادست وبه منظور کنترل فرسایش ساحل خارجی در قوس نصب می شوند.
سرریز مستغرق باعث تغییر الگوی جریان می شود به نحوی که:
-لایه جریان با سرعت زیاد را از ساحل خارجی دور می کند. این مسئله باعث توزیع یکنواخت تر سرعت در عرض کانال می شود.باعث می شود خطالقعر به میانه رودخانه منتقل شود. ضمن اینکه توزیع سرعت عمقی را نیز یکنواخت تر می کند
– باعث افت انرژی و در نتیجه کاهش سرعت جریان در محل قوس خارجی می شود.
– از برخورد مستقیم جریان ثانویه رو به به پایین در محل پاشنه ساحل جلوگیری و محل برخورد را به میانه رودخانه هدایت می کند
Bendway
Bendway سرریز(اپی) مستغرق
اولین بار این سازه را برای اصلاح توزیع سرعت در مقطع عرضی توسط اداره مهندسی ارتش آمریکا در قوس رودخانه و به منظور بهتر کردن ناوبری شناورها بکار بردند.
بعدا از آن برای کنترل فرسایش ساحل هم استفاده شده که امروزه برای این هدف کاربردهای وسیعی در دنیا پیدا کرده است.
در مقایسه با اپی و یا روش های پوششی بسیار اقتصادی تر است.
مبانی طراحی
دبی طرح : معمولا دبی غالب یا دبی لب ریز یا دبی با دوره باز گشت 5/1 تا 2 ساله برای طراحی استفاده می شود.
تعیین شرایط هیدرولیکی متوسط : اجرای مدل یک بعدی و تعیین عمق متوسط ، سرعت متوسط و تنش برشی متوسط با دبی طرح و هندسه رودخانه.
حداکثر سرعت در محل قوس برای محاسبه اندازه سنگ برای پوشش را می توان با ضرب کردن سرعت متوسط در ضریب 75/1 تا 2 بدست آورد.
در صورت امکان از مدل های دو بعدی و یا سه بعدی می توان بهره گرفت تا پارامترهای موضعی را دقیقتر بدست آورد ولی از نظر طراحی و معیارهای فعلی نیازی نیست.
مبانی طراحی
پارامترهای طراحی همان پارامترهای طراحی اپی ها هستند که شامل زاویه قرار گیری، طول، فاصله بین اپی ها و البته در اینجا تعیین ارتفاع سرریز و یا حد استغراق آن است.
طول سرریز
طول سرریز بستگی به هدف پروژه دارد بخصوص
– در رودخانه های مئاندری به میزان پیش بینی پس روی بار رسوبی در قوس داخلی
– و در رودخانه های شریانی بستگی به میزان دور کردن سرعت جریان از ساحل دارد.
بیشتر مهندسین طول را برابر یک چهارم تا یک دوم عرض سطح آب در دبی پایه می گیرند.
نباید بیشتر از نصف عرض سطح آب در دبی پایه باشد
20 تا 30 درصد عرض سطح آب در دبی متوسط سالیانه.
برای کنترل فرسایش نباید بیش از یک چهارم عرض کانال باشد.
طولی برابر 5/1تا 2 برابر فاصله خط القعرتا ساحل برای کنترل فرسایش ساحل مناسب است.
ارتفاع سرریز
اصولا سرریز باید مستغرق باشد
ارتفاع آن باید برابر عمق آب در دبی متوسط حداقل و دبی متوسط سالانه باشد.
برابر یک سوم تا دو سوم (در بعضی منابع تا یک دوم) عمق آب در دبی غالب
30 تا 50 درصد عمق آب در دبی متوسط سالانه
فاصله بین سرریزها
معمولا بین 2 تا 3 برابر طول سرریز در نظر گرفته می شود.
R شعاع قوس، W عرض سطح آب L طول سرریز
S = (4 to 5)L (Saele 1994)
حداکثر فاصله
زاویه قرار گیری : بطور ایده آل زاویه برخورد خط جریان با محور سرریز نباید در دبی طراحی از 30 و در دبی های کم از 15 بزرگترباشد. زاویه بین خط عمود بر ساحل و محور سرریز نباید از 20 درجه و یا 30 درجه بیشتر باشد. زاویه خط عمود بر ساحل و محور سرریز 40 درجه مناسب ترین است زاویه بین محور سرریز و خط مماس بر ساحل از مرکز سرریز بین 50 تا 85 درجه است. مناسبترین زاویه در یکی از پروژه های می سی سی پی برابر 60 درجه بوده است. سرریز های اول و آخر بهتر است با زاویه کمتری نصب شوند . هرچه شعاع قوس کمتر باشد زاویه کمتر باشد
تعداد سرریزها
اولین در بالا دست محل فرسایش یا ابتدای قوس
آخری در پایین دست محل فرسایش یا انتهای قوس
حداقل سه سرریز باید باشد
سایر مشخصات
سرریز ها به سمت رودخانه دارای حداکثر شیب 5افقی به ا عمودی هستند
شیب بدنه سرریزها بستگی به مصالح مورد استفاده در ساخت آن دارد. برای سرریزهای خشکه چین شیب بدنه 5/1 به 1 تا 2 به یک.
سرریزها باید در ساحل و بستر به اندازه کافی ریشه داشته باشند. ریشه در ساحل از یک تا 4/2 متر در منابع بیان شده است. ریشه در بستر بستگی به پیشبینی حداکثر عمق آبشستگی در محل پاشنه سرریز دارد. حداقل برابر اندازه بزرگترین سنگ مورد استفاده باید منظور شود.
عرض بالای سرریزها بسته به مصالح مورد استفاده از یک تا 4 متر ممکن است در نظر گرفته شود
موقغیت سرریزها
با بکاربردن نقشه CAD موقعیت نقاط بالا و پایین دست قوس مشخص گرددPC و PT در شرایط دبی حداقل. از بین این نقاط قوس CRL را رسم کنید.
طول وتر قوس(فاصله طولی بین نقاط بالا و پایین دست) را محاسبه کنید و نصف آنرا تعیین وطول M را مشخص کنید.
شعاع قوس را از رابطه زیر بدست آورید
R=(4M2 +LC2)/8M
از نقاط PC و PT دو دایره به شعاع R رسم کنید تا مرکز قوس که محل تلاقی این دو است مشخص شود.
از نقطه مرکز خطوطی با زاویه d رسم کنید
موقعیت و زاویه سرریز مرکزی روی خط 5 به این صورت خواهد بود : محمور سرریز را با زاویه ازیموت خط 5 به اضافه 180درجه و زاویه منظور شده برای سرریز رسم کنید. طول سرریز هم که مشخص است بنابراین سرریز رسم می شود.
مثال
محل اولین سرریز را مشخص کنید
شعاع قوس را به ترتیبی که گفته شد تعیین کنید
در این مثال دو قوس تشکیل شده است
زاویه سرریز در این جا 30 درجه تعیین شده است.
طول سرریز یک چهارم عرض سطح آب تعیین شده است
پس از رسم اولین سرریز از مرکز سرریز خطی موازی با خط مماس بر ساحل رسم می شود
محل تلاقی آن با ساحل محل سرریز بعدی خواهد بود که فاصله دو سرریز نباید از مقدار مجاز کمتر یا بیشتر باشد
موقعیت سرریزهای بعدی نیز مشخص شوند.
سرریز مستغرق پس از احداث
سرریز مستغرق با افزایش دبی
پس از یک سال نصب
کاربرد Bendway در یکی از رودخانه های خوزستان
منابع بیشتر برای مطالعه
Derrick, D.L., 1996, "The Bendway Weir: An Instream Erosion Control and Habitat Improvement Structure for the 1990's." Proceedings of Conference XXVII, International Erosion Control Association, 2/27/1996 – 3/1/1996, Seattle, Washington.
Derrick, D.L., 1994, "Design and Development of Bendway Weirs for the Dogtooth Bend Reach, Mississippi River, Hydraulic Model Investigation," Technical Report HL-94-10, WES, Vicksburg, MS.
Derrick, D.L., "Bendway Weirs Redirect Flow to Protect Highway Bridge Abutments," U.S. Army Corps of Engineers Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS, undated document.
LaGrone, D.L., 1996, "Bendway Weir General Guidance Memorandum," U.S. Army Corps of Engineers, Omaha District, Omaha, Nebraska, revised from 1995.
U.S. Army Corps Engineers, "Bendway Weir Theory, Development, and Design," USACOE Waterways Experiment Station Fact Sheet, Vicksburg, MS, undated document.
HEC 23 July 1997 Bridge Scour and Stream Instability Countermeasures
Abad et al. (2007). Flow structure at different stages in a meander-bend with bendway weirs, J. of Hydraulic Engineering, ASCE, 134(8):1052-1063
با تشکر از
همراهی صمیمانه شما