23264

بررسي برهمكنش شكل بستر سه‌بعدي شني با توالي محدب-مقعر بر مشخصات جريان در مجاري با پوشش گياهي در ديوارهها

كارشناسي ارشد

مهندسي آب و سازه‌هاي هيدروليكي

1396

1399/11/8

دكتر حسين افضلي‌مهر

عمران

اشكال بستر و پوشش گياهي ديواره تأثير بسزايي بر ساختار جريان در مجاري طبيعي و رودخانه‌ها دارند. هدف از تحقيق حاضر بررسي برهم‌كنش شكل بستر شني سه‌بعدي با توالي محدب – مقعر و پوشش گياهي ديواره بر مشخصات جريان است. در اين پژوهش آزمايش‌ها در يك كانال مستقيم به طول 13متر، عرض 45 سانتي‌متر و عمق 60سانتي‌متر با سطح مقطع مستطيلي انجام گرفت. آزمايش‌ها به طور كلي در چهار دسته انجام شدند. زواياي ورودي و خروجي در نظر گرفته شده در امتداد خط‌القعر شكل بستر 7/3 درجه بوده و تغييرات تراز ارتفاعي بستر در مقطع عرضي نامتقارن است. با توجه به دشواري شبيه‌سازي شرايط عيني طبيعت در آزمايشگاه، تنها از دو دانه‌بندي يكنواخت ذرات شن با قطرهاي 11/7 و 7/81 ميلي‌متر در بستر استفاده گرديد و ني طبيعي با قطر ميانه 12/8 ميليمتر به عنوان پوشش گياهي در ديواره مورد استفاده قرار گرفت. همچنين دبي 35و 45 ليتر بر ثانيه (به ترتيب اعداد فرود 0/32و 0/4) براي انجام آزمايش‌ها در نظر گرفته شد و داده‌هاي سرعت با استفاده از دستگاه ميكرومولينه برداشت شدند. پس از جمع‌آوري داده‌هاي مورد نياز، نتايج بر اساس منحني‌هاي هم‌سرعت طولي و عرضي، پروفيل‌هاي سرعت و منحني‌هاي هم‌تنش مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه در حضور شكل بستر سه‌بعدي و پوشش گياهي ديواره داده‌هاي سرعت در ناحيه داخلي به خوبي از قانون لگاريتمي تبعيت مي‌كنند. بيشترين گراديان سرعت مربوط به ميانه ناحيه مقعر بستر است. در حضور پوشش گياهي، پديده فروافتادگي سرعت حداكثر (پديده ديپ) كاملاً مشهود بوده و ناحيه سرعت حداكثر به سوي قسمت كم‌عمق بستر در عرض كانال هدايت شده است. در ناحيه تندشونده ناشي از كاهش تراز بستر، سرعت بيشينه در نزديكي بستر رخ داده در حاليكه در ناحيه كندشونده ناشي از افزايش تراز بستر، سرعت بيشينه نزديك به سطح آب رخ داده است. با افزايش دبي ناحيه سرعت حداكثر بسط يافته و به سوي قسمت خط‌القعر بستر متمايل شد. با حذف پوشش گياهي ناحيه سرعت حداكثر به سطح جريان متمايل گرديد و تضعيف پديده ديپ ديده شد. با كاهش اندازه ذرات بستر، دامنه تغييرات تنش كاهش يافت و با حذف پوشش گياهي ناحيه تنش حداكثر به سوي خط‌القعر شكل بستر هدايت شد. تنش حداكثر در تمامي آزمايش‌ها در ناحيه جريان كندشونده (شيب ورودي شكل بستر) رخ داد و در حالتي كه پوشش بر ديواره استقرار يافته، تنشهاي حداقل در مجاورت پوشش گياهي مشاهده شدند.

1399/12/02

Investigation of interaction of 3D Riffle-Pool gravel bedform on flow characteristics in streams with vegetated banks

2/20/2021 12:00:00 AM

Bedforms and wall vegetation have a significant effect on the flow structure in natural channels and rivers. The aim of the present study was to investigate the interaction of three-dimensional gravel bedform with pool-riffle sequence and wall vegetation on flow characteristics. In this study, the experiments were performed in a straight channel with a length of 13 meters, a width of 45 cm and a depth of 60 cm with a rectangular cross section. The experiments were generally performed in four categories. The considered input and output angles along the thalweg are 7.3 degrees and the changes of bed topography in cross section are asymmetric. Due to the difficulty of simulating the natural conditions in the laboratory, only two uniform gravel particles with diameters of 11.7 and 7.81 mm were used in the bed and natural reeds with a median diameter of 12.8 mm was used as wall vegetation. Also, flow rates of 35 and 45 liters per second (Froude numbers 0.32 and 0.4, respectively) for experiments are considered. Velocity data were taken using a propeller current meter device. After collecting the required data, the results were examined based on longitudinal and transverse velocity contours, velocity profiles and stress contours. The results showed that in the presence of three-dimensional bedform and wall vegetation, the velocity data in the inner region fit the logarithmic law well. The highest velocity gradient is in the middle of the pool. In the presence of vegetation, Dip phenomenon is quite evident and the maximum velocity zone is diverted to the shallow part of the bed across the channel. In the accelerating zone due to the decrease of the bed level, the maximum velocity occurred near the bed, while in the decelerating zone due to the increase of the bed level, the maximum velocity occurred near the surface. As discharge increased, the maximum velocity zone expanded and leaned towards the bedform thalweg. By removing the vegetation, the maximum velocity area tended to the flow surface and the Dip phenomenon was weakened. By reducing the particle size of the bed, the amplitude of stress values was reduced and by removing the vegetation, maximum stress area was directed to the bed thalweg. The maximum stress in all experiments occurred in the area of decelerating flow (bedform entrance slope) and in the case where the vegetation is placed on the wall, the minimum stresses were observed in the vicinity of the vegetation

شكل بستر سه‌بعدي , توالي محدب و مقعر , پوشش گياهي ديواره , مشخصات جريان

3D Bedform , Pool-Riffle Sequence , Wall vegetation , Flow characteristics