برآورد عمق آبشستگی موضعی زیر یک خط لوله در تقاطع با رودخانه

عبور خط لوله از عرض رودخانه ها، برای انتقال آب، گاز و نفت، باعث ایجاد آبشستگی موضعی در محدوده استقرار خط لوله می گردد. توسعه آبشستگی ممکن است باعث ایجاد خسارات ناشی از شکست لوله، اختلال در بهره برداری، هزینه های بازسازی و همچنین خسارات زیست محیطی شود. بررسی مکانیزم رخداد این پدیده و پیش بینی عمق حداکثر آبشستگی اطراف خطوط لوله؛ و پیشنهاد روش هایی برای کنترل آبشستگی، اهمیت زیادی دارد. در این تحقیق، به مطالعه آزمایشگاهی پدیده آبشستگی موضعی در اطراف خط لوله متقاطع با یک آبراهه مستقیم پرداخته شده است. متغیر های موثر شامل دبی جریان (q)، قطر لوله (d)، موقعیت عمودی لوله نسبت به بستر اولیه (e) و خصوصیات مواد بستری (d, ?g) بر عمق حداکثر آبشستگی (dsmax) و فاصله آن از محور لوله (l)، همچنین روند توسعه زمانی آن مورد بررسی قرار گرفته است. معادله عمومی آبشستگی موضعی با روش تحلیل ابعادی، به صورت تابعی از پارامترهای بدون بعد موثر نظیر: عدد فرود جریان (fr)، موقعیت عمودی لوله (e/d)، اندازه رسوبات بستر (d50/d)، ارائه شده است. پدیده آبشستگی به طور تجربی در یک فلوم آزمایشگاهی با راستای مستقیم برای جریان پایدار و یکنواخت در شرایط آستانه حرکت مواد بستری (در محدوده ماسه متوسط تا شن خیلی ریز)؛ سه اندازه مختلف لوله؛ هفت موقعیت مختلف استقرار لوله در بستر؛ در شرایط مختلف جریان مورد آزمون قرار گرفت. در هر آزمون، توسعه زمانی آبشستگی تا حصول شرایط تعادل دینامیکی بستر مورد نظر قرار گرفت. زمان تعادل حداقل معادل 6 ساعت؛ و حداکثر معادل 11 ساعت؛ بوده است. تأثیر پارامترهای موثر بدون بعد بر عمق آبشستگی و موقعیت آن نسبت به لوله بررسی گردید. در مجموع تعداد 49 آزمون تجربی انجام گردید. زمان اجرای هر آزمون (شامل آماده سازی بستر، استقرار لوله، استقرار جریان در شرایط آستانه حرکت مواد بستری، برقراری جریان تا حصول تعادل آبشستگی، و اندازه گیری ها) به طور متوسط 2 روز؛ و زمان کل آزمون ها معادل 150 روز بوده است. نتایج نشان داد که هر سه پارامتر fr، e/d و d50/d، تأثیر معنی داری بر عمق و موقعیت حداکثر آبشستگی دارند. با افزایش عدد فرود جریان، عمق حداکثر آبشستگی افزایش یافته و فاصله آن از مرکز لوله کمتر می شود؛ همچنین بستر سریع تر به تعادل می رسد. با افزایش قطر خط لوله، عمق حداکثر آبشستگی و فاصله آن از مرکز لوله بیشتر می شود. در خصوص تأثیر موقعیت لوله بر آبشستگی، بیشترین عمق آبشستگی در شرایطی ایجاد می گردد که لوله به اندازه d/4 در بالای بستر قرار گیرد. برای شرایطی که لوله به طور کامل در زیر بستر قرار گیرد، تا زمانی که در اثر آبشستگی عمومی خط لوله در معرض جریان قرار نگرفته، آبشستگی موضعی در محل خط لوله مشاهده نشد. اگر لوله در بالای بستر قرار گیرد، آبشستگی موضعی در زیر و پایین دست خط لوله توسعه می یابد. برای لوله نیمه مدفون، آبشستگی در پایین دست لوله و با فاصله بیشتری از آن ایجاد می گردد. تدریجی ترین گسترش حفره آبشستگی در شرایط e=-0.75d، رخ می دهد. در شرایط آستانه حرکت رسوبات، اندازه متوسط مواد بستری، تأثیر معنی داری بر عمق حداکثر آبشستگی ندارد؛ ولی ضریب یکنواختی مواد بستری، عامل موثری است. هر چه رسوبات بستر غیر یکنواخت تر باشند، عمق حداکثر آبشستگی و فاصله آن از مرکز لوله کمتر می شود. توصیه می گردد که: خط لوله تقاطعی در بازه ای از رودخانه با راستای مستقیم، با جریان زیر بحرانی و مواد بستری غیر یکنواخت، احداث گردد. همچنین لوله در عمقی بیش از حداکثر عمق آبشستگی عمومی برای سیل حداکثر طرح مدفون گردد تا در معرض جریان و توسعه آبشستگی موضعی قرار نگیرد. حدالامکان از لوله ای با کمترین قطر استفاده گردد.