Rijit cidarlı dairesel kanallarda katı madde hareketinin ve çökelmesinin başlangıcı

Abstract

Kanalizasyon ve yağmur suyu drenaj kanalları ile sulama kanallarında sıklıkla katı madde birikmekte, bunun sonucunda kanalların çalışma performansı düşmektedir. Bu anlamda pratikte en çok karşılaşılan problem drenaj kanalı tıkanmalarıdır. Bu problemlerin en aza indirilmesine hizmet etmek üzere deneysel veri esaslı model geliştirilmesi amaçlanmıştır. Laboratuvarda yapılan fiziksel deneylere dayanan bu çalışmada rijit cidarlı kanallarda katı madde taşınımı problemi incelenmiş, akım ortamında hareket halinde bulunan katı maddenin çökelmesi ve hareketsiz halde duran katı maddenin harekete başlaması ile ilgili veri toplanmıştır. Bunun için dairesel bir kanalda katı madde hareket döngüsü esas alınarak dört farklı çaptaki katı madde ve dokuz farklı kanal eğimi için gözlem ve ölçümler yapılmıştır. Deneylerde, çökelmenin ve hareketin başlangıcının akım koşulları kaydedilmiştir. Literatürde, katı madde hareketi ile ilgili kayma gerilmesi ve hıza dayanan iki temel yaklaşım mevcuttur. Burada katı madde taşınımı için kayma gerilmesi yaklaşımı kullanılarak analiz yapılmış, bu yaklaşım altında Shields yöntemi kullanılmış ve hareketin başlangıcı ve çökelmenin başlangıcı için modeller önerilmiştir. Bu modeller kullanılarak çökelmeyi engelleyen kayma gerilmesi belirlenebilir ve kanal eğimleri buna göre hesaplanabilir. Geliştirilen modellerin drenaj kanalı ve kanalizasyon sistemlerinin tasarımında kullanılabileceği düşünülmektedir.

Keywords

• Çökelmenin başlangıcı,Drenaj sistemi,Hareketin başlangıcı,Katı madde hareketi,Rijit cidarlı kanal

Incipient motion and incipient deposition of sediment in rigid boundary circular channels

Abstract

Performance of hydraulic systems such as sewer and urban drainage systems as well as irrigation canals decreases frequently and tremendously due to deposition of sediment transported within flow which causes blockages. A laboratory experimental study is performe din this study to have a deeper look at the incipient motion and incipient deposition of sediment particles. A rigid boundary cylindirical canal is built. Four different-size sediments are used, nine different longitudinal slopes are tested. Flow characteristics are observed from the experiments at the moment when sediment particles are at the beginning of incipient motion and incipient deposition. Shear stress approach, one of the two approaches, the other being velocity approach, is used. As the method, the Shields curve is considered for comparison. Results of the study are important for self-cleansing urban drainage system design with which the channel slope is determined such that it provides a shear stress preventing incipient deposition. It is thought that the models proposed in this study could be used by municipalities as a method to use in the design of urban drainage and sewer systems.

Keywords

• Drainage system,Incipient deposition,Incipient motion,Rigid boundary channel,Sediment transport

References

1. Aksoy, H., Safari, M. J. S. (2014). Rijit Cidarlı Kanallarda Katı Madde Çökelmesinin Başlangıç Noktası, TÜBİTAK MAG Proje No: 113M062.
2. ASCE Task Force Committee. (1966). Sediment transportation mechanics: Incipient of motion, 92(HY2), 291-314.
3. Bogardi, J. (1974). Sediment transport in alluvial streams, Akademiai Kiado, Budapest.
4. Butler, D., May, R.W.P., Ackers, J.C. (1996). Sediment transport in sewers. Pt. 1: 5 background. P. I. Civil Eng-Mar. En. 118(2): 103-112.
5. Butler, D., May, R., Ackers, J. (2003). Self-Cleansing Sewer Design Based on Sediment Transport Principles, Journal of Hydraulic Engineering, 129(4): 276-282.
6. CIRIA (1986). Sediment movement in combined sewerageand storm-water drainage systems. Phase 1. Project report. London: CIRIA research project No. 336.
7. Graf, W.H. ve Acaroglu, E.R. 1968 Sediment transport in conveyance systems, Part 1, A physical model for sediment transport in conveyance systems. Hydrological Sciences Journal, 13(2), 20-39.
8. İSKİ, İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi (1987). Kanalizasyon projeleri teknik şartnamesi. No: KPR 01 DEV 06/87 T.

9. Kramer, H. (1935). Sand mixtures and sand movement in fuvial levels, Trans. ASCE, 100, 798-838.
10. Loveless, J. H. (1992). Sediment transport in rigid boundary channels with particular reference to the condition of incipient deposition. PhD Thesis, University of London.
11. Mayerle, R. (1988). Sediment transport in rigid boundary channels. PhD Thesis, Department of Civil Engineering, University of Newcastle Upon Tyne, England.
12. Nalluri, C., Ab Ghani, A. (1996). Design options for self-cleansing storm sewers. Water Sci. Technol. 33(9): 215-220.
13. Novak P., Nalluri, C. (1984). Incipient motion of sediment particles over fixed beds, Journal of Hydraulic Research, 22(3): 181-197.
14. Paphitis, D. (2001). Sediment movement under unidirectional flows: an assessment of empirical threshold curves, Coastal Engineering, 43(3): 227-245.
15. Safari, M. J.S., Aksoy, H., Mohammadi, M. (2015). Incipient deposition of sediment in rigid boundary open channels. Environmental Fluid Mechanics 15(5): 1053-1068.
16. Shields, A. (1936). Application of similarity principles and turbulence research to bed-load movement”, Preussiischen Research Institute of Hydraulic Engineering, Berlin, Germany, Issue 26.
17. Ünal, N.E., Aksoy, H., Safari, M.J.S. (2016) Hareketin ve Çökelmenin Başlangıcı Esaslı Kendiliğinden Temizlenen Drenaj Sistemi Tasarım Modelleri, TÜBİTAK MAG Proje No: 114M283.
18. Vongvisessomjai, N., Tingsanchali, T., Babel, M. S. (2010). Non-deposition design criteria for sewers with part-full flow. Urban Water J. 7(1): 61-77.
19. Yalin, M.S (1972). Mechanics of Sediment Transport Oxford, New York, Pergamon Press.
20. Yalin, M.S., Karahan, E. (1979). Inception of sediment transport. Journal of the Hydraulics Division, 105(11), 1433-1443.