20919

۲۰۹۱۹

اثر تراكم و هندسه پوشش گياهي بر مقاومت جريان در رودخانه هاي با بستر شني

كارشناسي ارشد

آب و سازه هاي هيدروليكي

1395

۱۳۹۸/۴/۹

دكتر حسين افضلي مهر

عمران

حضور پوشش گياهي در آب پارامتر‌هاي اصلي جريان را تحت تاثير قرار مي‌دهد و اين تاثيرات مي‌تواند خدمات زيست‌محيطي ارزشمندي در محيط‌هاي آبي همچون رودخانه‌ها، تالاب‌ها و سواحل به همراه داشته باشد. پوشش گياهي درون آب با ايجاد مقاومت در برابر جريان موجب كاهش ظرفيت انتقال آب و بالا آمدن سطح آب مي‌شود و پژوهشگران سعي دارند تا بين خدمات زيست‌محيطي ارزنده پوشش گياهي و معضلات ناشي از بالا آمدن سطح آب تعادلي ايجاد كنند. اين تعادل تنها در صورت كمي شدن هرچه دقيق‌تر مقاومت جريان حاصل مي‌شود. مقاومت جريان ناشي از پوشش گياهي تابعي از پارامتر‌هاي پوشش گياهي همچون تراكم و پارامتر‌هاي جريان مانند عمق و سرعت است. در اين پايان‌نامه حساسيت مقاومت جريان به تغيير تراكم كه اصلي ترين پارامتر در تعيين مقاومت جريان است و همچنين حساسيت مقاومت جريان به الگوي توزيع توده‌هاي پوشش گياهي در سطح كانال و توزيع سطح پوشش گياهي در ارتفاع كه علي‌رغم تاثير قابل توجه بر مقاومت جريان كمترمورد مطالعه قرار گرفته اند، سنجيده شده است. اين سنجش با مدل‌سازي فيزيكي در فلومي آزمايشگاهي به طول 13 متر و عرض 45 سانتي‌متر توسط پوشش گياهي شبيه‌سازي شده با استوانه و صفحات چوبي انجام شده است. 6 چينش براي بررسي اثر تراكم، 5 چينش براي بررسي اثر الگوي توزيع پوشش در سطح كانال و 3 چينش براي بررسي اثر توزيع سطح پوشش در ارتفاع بر مقاومت جريان، بكار گرفته شده اند و از ضريب مانينگ براي كمي كردن مقاومت جريان استفاده شده است. مطابق انتظار با افزايش تراكم مقاومت جريان افزايش مي‌يابد و نحوه تغيير تراكم با افزايش پارامتر‌هاي مختلف كمي‌سازي تراكم بررسي شده است و سپس اين پارامتر‌ها با يكديگر مقايسه شده‌اند. نحوه تغيير پروفيل سرعت و امكان رخ دادن پديده كلوين-هلمهولتز با افزايش تراكم نيز مورد بررسي قرار گرفته است. با تغيير الگوي توزيع توده‌هاي پوشش گياهي در سطح كانال با ثابت نگه داشتن ديگر عوامل تاثير‌گذار، ضريب مانينگ تا 40% افزايش مي‌يابد همچنين نتايح نشان مي‌دهند كه افزايش تعداد توده‌ها در طول كانال عامل تعيين كننده در پيش‌بيني مقاومت جريان است. با تغيير توزيع سطح پوشش در ارتفاع و ثابت نگه داشتن ديگر پارامتر‌ها ضريب مانينگ تا 18% تغيير مي‌كند و رابطه‌اي مستقيم و خطي بين فاصله مركز سطح پوشش از بستر و ضريب مانينگ مشاهده مي‌شود. توزيع عرضي سرعت ميانگين‌گيري شده در عمق و توزيع تنش برشي بستر با تغيير تراكم و الگوي توزيع پوشش گياهي نيز به اختصار بررسي شده است.

1398/04/16

Effect of vegetation density and geometry on flow resistance in gravel bed rivers

10/22/2019 12:00:00 AM

Presence of vegetation in water alters the flow parameters and these alterations provide valuable environmental services in water systems such as rivers, wetlands and coasts. Aquatic vegetation produces resistance against the flow and decreases water conveyance capacity and could cause flooding, therefore researchers aim to balance the environmental services and the problems that are caused by water level rises attributable to vegetation. This balance is achieved only through accurate quantification of flow resistance. Flow resistance attributable to vegetation is a function of vegetation parameters such as density and flow conditions such as depth and velocity. in this thesis the sensitivity of flow resistance to 1- vegetation density (which is the primary parameter in the determination of flow resistance) 2-vegetation distribution pattern in the open channels and 3-vegetation area distribution in the vertical axis (which are contributing factors although they’re not deeply studied) is studied. This study is carried out through physical modelling of the flow-vegetation interaction in a 13 m long and 45 cm wide laboratory flume with wooden cylinders and plates as simulated vegetation. manning’s coefficient is used to represent the flow resistance. 6 vegetation setups are used to determine the sensitivity of flow resistance to density, 5 setups for distribution pattern and 3 setups for vertical area distribution. The results expectedly show that the flow resistance increases as the density increases and how manning’s coefficient changes when different vegetation density quantification parameters increase is analyzed and then these density quantification factors are compared. How the velocity profile changes and the occurrence of Kelvin-Helmholtz instability when the vegetation density increases is also studied. the flow resistance could increase as much as 40% when contributing factors other than the vegetation distribution pattern are kept constant. the results indicate that the number of vegetation patches in the streamwise direction is the primary factor in predicting flow resistance. with altering the vegetation vertical area distribution, the flow resistance can vary up to 18% and a linear relationship between the distance of the vegetation center of area from the bed and the manning’s coefficient is observed. The lateral distribution of depth-Averaged velocity for different densities and distributions is analyzed briefly as well as bed shear stress distributions for different densities and distribution patterns and vertical structures.