Effect of grain size on local channel scour below a sluice gate.

In this study, the effect of grain size on the dynamics of local scour processes is discussed in the context of the erosion that takes place downstream from a submerged sluice gate. Four gradations of non-cohesive bed material were used to study the scour process for various tailwater depth and flow rate conditions. The sand gradations included three sizes of uniformly graded sand and a fourth size, which was obtained by mixing the three uniform sands in equal proportions by weight. A total of 36 tests was carried out, each for a period of 24 h. An equilibrium scour condition was not attained over this time period for any of the tests, although a sense of similarity in the bed profiles is observed in the region close to the sluice gate. The present results indicate that the depth and the area of scour are highly dependent on the bed grain size, both increasing as the grain size is reduced. As well, it was found that the tests with a mixed (i.e., graded) sand bed resulted in less scour relative to those in which a uniformly graded sand of similar grain size was used. Moreover, the maximum scour depth increases with increases in the discharge and the tailwater depth. Finally, it was found that the location of the point of maximum scour depth, as measured from the upstream end of the erodible sand bed, moved downstream with an increase in either the discharge or tailwater depth and upstream with an increase in the grain size.Key words: grain size, grain size distribution, local scour, scour dynamics, sluice gate, tailwater depth, video image data acquisition.Dans cette étude, l'effet de la taille des grains sur la dynamique des processus d'érosion locale est discuté dans le contexte où celle-ci prend place en aval d'une vanne submergée. Quatre gradations de matériaux de fond non cohésif ont été employées pour l'étude du processus d'érosion sous différentes conditions de profondeur d'écoulement et de débit. Les gradations de sable comprennent 3 types de sable de grade uniforme et un quatrième type, qui a été obtenu par le mélange des trois types de sable uniformes dans des proportions de poids identiques. Un total de 36 tests a été entrepris, chacun sur une période de 24 heures. Un équilibre de la condition d'érosion n'a pas été atteint durant cette période de temps pour tous les tests, bien qu'un genre de similarité dans les profils du lit est observé dans la région proche de la vanne. Les présents résultats indiquent que la profondeur et l'aire d'érosion sont hautement dépendantes de la taille des grains du lit, les deux augmentant à mesure que la taille du grain est réduite. Aussi, il a été trouvé que les tests avec un lit de sable de grades mixtes ont résulté en une érosion moindre comparée à celles dans lesquels un sable de grade uniforme, avec taille de grain similaire, a été employé. De plus, la profondeur maximale d'érosion s'accroît à mesure que s'accroît le débit et la profondeur d'écoulement. Finalement, il a été trouvé que la position du point de profondeur maximale d'érosion, telle que mesurée à partir de l'extrémité amont du lit de sable qui peut s'éroder, se déplace vers l'aval lorsque que le débit ou la profondeur d'écoulement augmentent et vers l'amont lorsque la taille de grain s'accroît.Mots clés : taille des grains, distribution de la taille des grains, érosion locale, dynamique d'érosion, vanne, profondeur d'écoulement, acquisition de données par image vidéo.[Traduit par la Rédaction] [ABSTRACT FROM AUTHOR]