21188

۲۱۱۸۸

برآورد ضريب درگ پوشش گياهي نيمه مستغرق با تراكم هاي گوناگون در رودخانه ها

كارشناسي ارشد

مهندسي آب و سازه هاي هيدروليكي

۱۳۹۵-۱۳۹۸

۱۳۹۸/۰۴/۲۵

دكتر حسين افضلي مهر

عمران

پوشش گياهي سهم قابل توجهي از مقاومت جريان را به خود اختصاص مي‌دهد. در اين تحقيق ضريب درگ به عنوان پارامتر سنجش مقاومت جريان انتخاب گرديد. مطالعه ميداني در بازه 28 متري رودخانه دريوك واقع در استان مازندران انجام گرفت. پس از آناليز ابعادي، تمامي پارامترهاي بي‌بعد تاثيرگذار بر ضريب درگ بدست آمد كه براي سنجش جداگانه پارامترهاي تاثيرگذار بر ضريب درگ، مطالعات آزمايشگاهي در كانالي به طول 13متر، عرض 0.45 متر و عمق 0.2 متر انجام گرفت كه پوشش گياهي غيرمستغرق توسط استوانه‌هاي چوبي به قطر يكسان 8 ميلي‌متر و ارتفاع متوسط 30 سانتي‌متر شبيه سازي گرديد و آزمايشات براي 4 دبي، 3 آرايش و چيدمان و 4 تراكم انجام گرفت. نتايج نشان مي‌دهد كه تحت شرايط يكسان، ضريب درگ توده گياهي نامنظم بزرگتر از ضريب درگ توده گياهي منظم مي‌باشد. ناحيه برخاستگي هر استوانه چوبي بر ضريب درگ ميانگين توده گياهي تاثير مي‌گذارد. بنابراين عدد رينولدز ساقه يكي از مهمترين پارامترهاي تاثيرگذار بر ضريب درگ مي‌باشد. همچنين با افزايش تراكم توده گياهي، ضريب درگ آن افزايش مي‌يابد. البته شيب اين افزايش براي توده‌هاي متراكم و مجزا متفاوت است بطوريكه بعد از مرز تبديل شدن توده گياهي مجزا به توده گياهي متراكم، ضريب درگ به شدت افزايش پيدا مي‌كند. در ناحيه برخاستگي توده‌ گياهي متراكم ناحيه‌اي با گراديان فشار نامطلوب ايجاد مي‌شود كه مناسب براي انباشت رسوب مي‌باشد. طول اين ناحيه به تراكم و ضريب درگ توده گياهي بستگي دارد. مقدار نفوذ رگه‌هاي جريان به داخل توده دايروي به تراكم آن بستگي دارد. يك جريان گردشي در بالادست توده دايروي تشكيل مي‌گردد. در تمامي توده‌هاي گياهي، رديف‌هاي ابتدايي بيشترين سهم را در مقاوت جريان دارند بطوريكه مقدار ضريب درگ در طول توده گياهي كاهش مي‌يابد. در مطالعات آزمايشگاهي از روش معادله سن ونانت و در مطالعه ميداني از روش مشخصات لايه مرزي براي محاسه سرعت برشي استفاده گرديد. استفاده از ميانگين‌گيري دوگانه سرعت موجب افزايش دقت محاسبه سرعت برشي توده گياهي شد. بدليل جريانات ثانويه، پديده پايين افتادگي نيمرخ سرعت رخ مي‌دهد. بدليل نيروي درگ توليد شده توسط شكل بستر و پوشش گياهي، تمامي نيمرخ‌هاي سرعت مقاطع دريوك، S شكل مي‌باشند. حضور پوشش گياهي متراكم در ساحل بازه موجب افزايش پايداري ساحل گرديد. بطوريكه عرض رودخانه در مقاطعي از رودخانه در طول زمان انجام عمليات ميداني بدليل وقوع سيلاب افزايش پيدا كرد درصورتيكه در مقاطع داراي پوشش گياهي متراكم اين موضوع مشاهده نگرديد. واژه‌هاي كليدي: ضريب درگ، توده گياهي، سرعت برشي، ميانگين گيري دوگانه، عدد رينولدز ساقه

1398/07/24

Estimation of Drag coefficient within emergent vegetation using Various Densities in rivers

10/16/2019 12:00:00 AM

Large proportion of flow resistance is due to vegetation in open flow channel. In this research, the Drag coefficient is selected as the parameter for measuring the flow resistance. The field study was performed on the Deryouk River in Mazandaran Province. The chosen site was 28 meter. After dimensional analysis, all dimensionless parameters affecting the drag coefficient were obtained. laboratory experiments were performed in the channel with 13-m- long by 0.45-m- wide and flow depth 0.2-m-. Emergent vegetation -was simulated by wooden cylinders with 8-mm- diameter and a height of 30-cm. The results shown that in the same conditions, the drag coefficient of irregular vegetated patch is larger than the coefficient of regular patch. The wake structure of each wooden cylinder affects the drag coefficient of the patch. Therefore, the stem Reynolds number is one of the most important parameters affecting drag coefficient of patch. Also, the drag coefficient has direct relation with density. However, the slope of this relation varies for the dense and sparse patches. so that, the drag coefficient increases strongly after the boundary of the conversion of the sparse vegetation to the dense vegetated. Adverse pressure gradient dominated in the wake zone of dense vegetation that is suitable for sediment accumulation. The length of this area depends on the density and drag coefficient of the patch. The amount of penetration of stream into the circular patch depends on its density. circulation flow is formed at upstream of the circular patch. In all patches, the initial rows have the highest contribution of flow resistance, so the drag coefficient decreases throughout the patch. In laboratory study, the Saint-venant equation method and in field study, the boundary layer theory was used to calculate shear velocity. The use of double-averaged velocity increased the accuracy of calculating the shear velocity of the patch. The phenomenon of dip occurs because of the secondary flow. Also, due to the drag force generated by the bedforms and vegetation, all of the velocity profiles of Deryouk cross sections were S-shaped. The presence of dense vegetation on the bank increased river bank stability. So that the width of the river increased at some cross sections during the field experiments due to flooding. While This was not observed in cross sections with dense vegetation. Keywords: Drag coefficient, Vegetated patch, Shear velocity, Double averaging method, Stem Reynolds number