Comparison of Erosion and Sedimentation Patterns Facilitated by a Spur Dike and a Triangular-Shaped Vane Structures in a 90° Mild Bend under the Influence of Different Froude Numbers

Document Type : Research Paper

Authors

• M. Bahrami Yarahmadi
• M. Shafai Bejestan

Abstract

Spur dikes and triangular-shaped vanes are structures that control the erosion of a river’s outer bend by the diversion of flow from there to its center. In this study, the erosion and sedimentation patterns around a spur dike and a triangular-shaped vane was investigated using an experimental model with a 90-degree mild bend. The triangular-shaped vane and spur dike with an effective length of one-fifth of the width of the canal (14 cm) and under different hydraulic conditions (Froude numbers 0.194, 0.214, 0.233 and 0.253) were tested. In all tests, a single triangular-shaped vane with an angle of 30 degree to the upstream direction, and a spur dike with an angle of 90 degree were installed in the outer bank of a flume in a 72° position, where the maximum scour depth usually occurs. For all tests, flow depth was kept constant equal to 13 cm. Bed topography was measured at the end of each experiment and the geometry of scour hole and point bar were determined. The results show that the maximum scour depth of the spur dike structure was more than that of the triangular-shaped vane. The average of maximum scour depth of the triangular-shaped vane and spur dike were 0.55 and 1.0 times that of the structure effective length, respectively. In addition, the maximum scour depth distance from the outer bank with a triangular-shaped vane was more than of the spur dike. The average distance of the maximum scour depth of spur dike and triangular-shaped vane structures from the outer bank were1.0 and 1.4 times the effective length of the structure, respectively. The point bar distance from the outer bank the spur dike structure was more for the triangular-shaped vane. The average point bar distance from the outer bank for spur dike and triangular-shaped vane were 0.34 and 0.1 times of effective length of the structure, respectively.

Keywords

• spur dike
• triangular-shaped vane
• 90° mild bend
• scour and deposition

20.1001.1.20086377.1394.8.27.4.6

---

References

1. بهرامی یاراحمدی، م، م،شفاعی بجستان، 1392. بررسی تغییرات طول موثر صفحات مثلثی شکل بر الگوی فرسایش و رسوبگذاری در قوس ملایم 90 درجه. نشریه مهندسی عمران فردوسی. دانشکده فنی و مهندسی. دانشگاه فردوسی مشهد (پذیرفته شده برای چاپ).
2. بهرامی یاراحمدی، م. م. شفاعی بجستان، 1393-الف. تغییرات پستی و بلندی بستر در قوس ملایم 90 درجه با نصب آبشکن مثلثی‌ شکل. مجله علمی پژوهشی عمران مدرس. دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست. دانشگاه تربیت مدرس تهران (پذیرفته شده برای چاپ).
3. بهرامی یاراحمدی، م. 1393- ب. بررسی آزمایشگاهی ترکیب صفحات متصل به ساحل و تیغه افقی بر تغییرات پستی و بلندی بستر در قوس 90 درجه. پایان نامه دکتری. دانشکده مهندسی علوم آب. گروه سازه­های آبی. دانشگاه شهید چمران اهواز.
4. صانعی، م. م. ع. بنی هاشمی، ح. قربان خانی، 1384. بررسی آزمایشگاهی اثر تنگ شدگی و زاویه در کاهش آب شستگی اولین آبشکن. پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران. دانشکده مهندسی دانشگاه شهید باهنر کرمان. ص ص 1089-1097.
5. عباس پور، م. م. واقفی، و م. قدسیان، 1389. بررسی اثر نسبت استغراق آبشکنهای T شکل مستقر در قوس 90 درجه بر پستی و بلندی بستر. نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران. دانشگاه تربیت مدرس.
6. موسوی، ب. م. صانعی، ع. سلاجقه، و ب. معتمد وزیری، 1389. بررسی آزمایشگاهی تأثیر موقعیت آبشکن در کاهش فرسایش کناره­ای رودخانه. نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران. دانشگاه تربیت مدرس.
7. موسوی، ک. و م. قدسیان، 1389. بررسی آزمایشگاهی تاثیر انحنای نسبی کانال بر آبشستگی بستر در خم 90 درجه. مجله علمی پژوهشی عمران مدرس. 10(2): 144-135.
8. واقفی، م. م. قدسیان، صالحی، ع. و ا. نیشابوری، 1388. 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. 16(1): 105-79.
9. واقفی، م. و م. قدسیان، 1389. مطالعه آزمایشگاهی تأثیر استقرار آبشکن T شکل بر پستی و بلندی پائین دست بستر قوس 90 درجه. نشریه مهندسی عمران. دانشگاه فردوسی مشهد. 22(1): 128-113.

10. یاسی، م. 1377. مطالعه خصوصیات جریان و پستی و بلندی بستر اطراف آبشکن. پنجمین سمینار مهندسی رودخانه. دانشگاه شهید چمران اهواز.ص­ص 216-205.

1. Bhuiyan, F. R. D, Hey, P. R, Wormleaton, 2010. Bank-attached vanes for bank erosion control and restoration of river meanders. J. Hydraul. Eng. 136:  583-596.
2. Duan, J. G. 2009. Mean Flow and turbulence around a laboratory spur dike. J. Hydraul. Eng. 135: p 803-811.
3. Hey, R. D. 1992. River mechanics and habitat creation. Fisheries in the year 2000. K. T. O’Gardy, A. J. B. Butterworth, R. P. Spillett, J. C. J. Domaniewski (eds.), Inst. of Fish. Manag. Nottingham, U.K.
4. Hey, R. D. 1994. Restoration of gravel bed rivers: Principles and practice. in natural channel design: Perspective and practice p.157-173. In D. Shrubsole, (ed.), Can. Water Resour. Assoc. Cambridge, Ont., Canada.
5. Hey, R. D. 1996. Environmentally sensitive river engineering. River restoration 80-105. G. Petts and P. Calow, (eds.), Blackwell Science, Oxford, U.K.
6. Johnson, P. A. R. D. Hey, M. Tessier, and D. L. Rosgen, 2001. Use of vanes for control of scour at vertical wall abutments. J. Hydraul. Eng. 127.p: 772–778.
7. Johnson, P. A. R. D. Hey, E. R. Brown, and D. L. Rosgen, 2002. Stream restoration in the vicinity of bridges. J. the Am. Water Resour. Assoc. 38. P: 55- 67.
8. Rosgen, D. L. 2006. The cross vane, W-weir and J-hook structures: Description, design and application for stream stabilization and river restoration. Wildland Hydrol. Inc. 11210 N. County Road 19 Ft. Collins, Colorado.
9. Shields, F. D. 1983. Design of habitat structures for open channels. J. Water Resour. Plann. Manage. 109. P:331–344.
10. U.S. Army Corps of Engineers (USACE), 1981. Roughans Point Revere, Massachusetts Coastal Flood Protection Study. USACE Water Resources Investigation. 50 p.
11. Yun, L. W. Baomin, and L. Yongqiang, 2012. Research on application of removable non-rescue submerged groins in Lower Yellow River training works. Procedia Eng. 28: 781–785.
12. Zhang, H. H. Nakagawa, and H. Mizutani, 2012. Bed morphology and grain size characteristics around a spur dyke. Int. J. Sedi. Res. 27:141-157.
13. Zhicong, C. H. Pengfei, and D. Xiang, 2008. Turbulence intensity measurement in the backflow region around a spur dike. J. Tsinghua Univ. (Sci&Tech).12: 2053-2056.