Study of the Effect of Effective Length Variations of Triangular-Shaped Vanes on Erosion and Sedimentation Pattern in a 90° Mild Bend

Document Type : پژوهشی

Authors

• mohammad bahrami yarahmadi
• mahmood Shafai Bejestan

College of Water Science Engineering, Shahid Chamran University, Ahvaz.

10.22067/civil.v27i1.24565

Abstract

Application of structures of flow pattern modification is one of the erosion control methods in bends. Triangular vanes are among these structures which provide less scour depth compared to the other techniques such as spur dike. Since little information on erosion and sedimentation pattern around triangular vanes are available, this study was conducted to study the effect of structure effective length variations on erosion and sedimentation pattern. Therefore a triangular vane with different effective lengths (23.3, 17.5, 14 and 10 cm) was tested under different hydraulic conditions (Froude numbers 0.194, 0.214, 0.233 and 0.253). For all experiments, single triangular vane was installed with an angle of 30° relative to the upper bank and outside bend of flume in the 72° location which maximum scour depth is usually occurs. For all tests, flow depth was kept constant equal to 13 cm. At the end of each test bed topography was measured and from that the geometry of scour hole and point bar was measured. The results showed that maximum scour depth has been reduced by reducing of vane effective length. Variations of scour depth for low Froude numbers (0.194 and 0.214) was found to be more than high Froude numbers (0.233 and 0.253). Eroded sediments were transported downstream of vane and accumulated closed to the outer bank. The results showed that, in effective length 10 cm point bar distance from the beginning of vane was almost 0.8 times the effective length of vane for Froude number 0.233 and in effective lengths 14 and 10 cm was respectively, 1 and 2 times the effective length of vane for Froude number 0.253. In addition, minimum point bar distance from the outer bank has been reduced by reducing of vane effective length. For effective lengths of 14 and 10cm the point bar distance from the outer bank was almost 1.5-2 percent width of the flume.

Keywords

• triangular-shaped vane
• vane effective length
• 90° mild bend
• scour and sedimentation

---

References

1. حسینی، ا.، حبیبی، م.، و صابری، ا.، " ارزیابی فنی و اقتصادی اپی های احداث شده بر روی رودخانه زنجانرود"، طرح تحقیقاتی، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، تهران، شماره ثبت 83/26، (1383).

2. صانعی، م.، بنی هاشمی، م. ع.، و قربان خانی، ح.، "بررسی آزمایشگاهی اثر تنگ شدگی و زاویه در کاهش آب شستگی اولین آبشکن"، پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشکده مهندسی دانشگاه شهید باهنر، کرمان، ص 1089-1097، (1384).

3. پیرزاده، ب.، و شاملو، ح.، "شبیه سازی عددی اثر زاویه استقرار آب شکن بر طول ناحیه جدائی جریان پشت آن"، هشتمین سمینار بین المللی مهندسی رودخانه، دانشگاه شهید چمران اهواز. (1388).

4. واقفی، م.، قدسیان، م.، و صالحی نیشابوری، ع. ا.، "بررسی تغییرات زمانی آبشستگی اطراف آبشکن T شکل در قوس 90 درجه"، دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، جلد شانزدهم، شماره اول، ص 105-79، (1388).

5. دهقانی، ا. ا.، برزعلی، م.، فضل اولی، ر.، ضیاء تبارحمدی، م.، "مطالعه آزمایشگاهی آبشستگی موضعی اطراف سری آبشکن‌های L شکل"، مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، جلد شانزدهم، شماره سوم، ص162-141، (1388).

6. موسوی، ب.، صانعی، م.، سلاجقه، ع.، و معتمد وزیری، ب.، "بررسی آزمایشگاهی تأثیر موقعیت آبشکن در کاهش فرسایش کناره‌ای رودخانه"، نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه تربیت مدرس، (1389).

7. عباس پور، م.، واقفی، م.، و قدسیان، م.، "بررسی اثر نسبت استغراق آبشکن های T شکل مستقر در قوس 90 درجه بر توپوگرافی بستر"، نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه تربیت مدرس، (1389).

8. Ghodsian, M., and Tehrani, A., "Scour Around Groins", International Journal of Sediment Research, V.16, N.1, PP. 60-68, (2001).

9. Kothyari, U. C., and Ranga Raju, K. G., "Scour around spur-dikes and bridge abutments", Journal of Hydraulic Research, 39: 367–374, (2001).

10. Zhicong, C., Pengfei, H., and Xiang, D., "Turbulence intensity measurement in the backflow region around a spur dike", Journal of Tsinghua Univ(Sci&Tech), V.12, PP. 2053-2056, (2008).

11. Ghodsian, M., and Vaghefi, M., "Experimental study on scour and flow field in a scour hole around a T-shape spur dike in a 90 bend", International Journal of Sediment Research, Elsevier, Vol. 24, N. 2, PP.145-158, )2009(.

12. Gu, Z. P., Akahori, R., and Ikeda, S., "Study on the transport of suspended sediment in an open channel flow with permeable spur dikes", International Journal of Sediment Research, Vol. 26, Issue. 1, PP. 96-111, (2011).

13. Zhang, H., Nakagawa, H., and Mizutani, H.," Bed morphology and grain size characteristics around a spur dyke", International Journal of Sediment Research, V. 27, Issue 2, PP. 141-157, (2012).

14. عزیزی، ر.، شفاعی بجستان، م.، قمشی، م.، و موسوی جهرمی، ح.، "تأثیر شکل صفحه‌ی‌ مستغرق بر آبشستگی موضعی و الگوی رسوب‌گذاری در کانال‌های آبرفتی"، مجله دانش آب و خاک، دانشگاه تبریز، جلد 22، شماره 2، ص67-78، (1391).

15. Bhuiyan, F., Hey, R. D., and Wormleaton, P. R.," Bank-Attached Vanes for Bank Erosion Control and Restoration of River Meanders", Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 136, No. 9, PP .583-596. (2010).

16. بهرامی یاراحمدی، م.، شفاعی بجستان، م.، موسوی جهرمی، ح.، "مقایسه عملکرد سازه‌های اصلاح کننده الگوی جریان در قوسها"، کنفرانس بین المللی عمران معماری و توسعه پایداری شهری، تبریز، (1392).

17. بهرامی یاراحمدی، م.، شفاعی بجستان، م.، دوستکام، م.، و زرگرزاده، س.، " مطالعه جابجائی چاله فرسایشی در قوس ملایم 90 درجه با حضور صفحات مثلثی شکل"، دوازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه تهران، (1392).

18. Johnson, P. A., Hey, R. D., Tessier, M., and Rosgen, D. L., "Use of vanes for control of scour at vertical wall abutments", J. Hydraul. Eng, Vol.127, N. 9, PP. 772–778, (2001).

19. Lagasse, P. F., Zevenbergen, L. W., Schall, J. D., Cooper, P. E., "Bridge scour and stream instability countermeasures", Rep. No. FHWA-NH1-01-003, Hydraulic Engineering Circular N° 23(HEC-23), 2nd Ed., Office of Bridge Technology, Federal Highway Administration, Washington, D.C, (2001).

20. موسوی، ک.، و قدسیان، م.، "بررسی آزمایشگاهی تاثیر انحنای نسبی کانال بر آبشستگی بستر در خم 90 درجه"، مجله علمی پزوهشی عمران مدرس، دوره دهم، شماره 2، ص 144-135، (1389).