25745

برآورد تنش برشي بستر در حضور تودۀ گياهي مستغرق در رودخانه‌هاي شني

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران گرايش آب و سازه هاي هيدروليكي

1397

1400/8/29

دكتر حسين افضلي مهر

دكتر حسين افضلي مهر

مهندسي عمران

در رودخانه‌ها تنش برشي بستر در تعيين فرسايش موضعي بستر، پارامترهاي رسوب بار بستر و بار معلق اهميت قابل‌توجهي دارد. رايج¬ترين رويكرد اتخاذ¬شده در مدل¬هاي هيدروديناميكي براي برآورد تنش برشي بستر، استفاده از مدل مبتني بر معادلۀ مانينگ مي¬باشد. ازآنجاكه ضريب زبري مانينگ عمق آب و سرعت جريان را ثابت در نظر مي‌گيرد، هرچند شرايط جريان در رودخانه‌ها غيريكنواخت است؛ ضروري است اين معادله با در نظر گرفتن مشخصات هندسي و هيدروليكي رودخانه‌ها تعديل گردد. بر اين اساس در اين پژوهش يك مدل مقاومت جريان سه پارامتري براي برآورد تنش¬ برشي بستر كه شكل كلي¬تري از معادلۀ مانينگ است، ارائه مي‌شود. اين پژوهش در دو بخش رودخانه¬اي و كانال كشاورزي انجام شده است كه در هر بخش 4 بازۀ داراي پوشش گياهي از استان¬هاي فارس و بوشهر انتخاب شده است. پس از برآورد تنش برشي بستر با استفاده از روش¬هاي مختلف، پارامترهاي مدل مقاومت جريان سه پارامتري با استفاده از اين روش¬ها و در نظر گرفتن 90 درصد داده¬ها براي بخش رودخانه¬اي و كانال كشاورزي واسنجي شدند. مدل واسنجي¬شده با استفاده از 10 درصد ديگر داده¬ها صحت¬سنجي شد. نتايج نشان مي¬دهد كه ميانگين درصد خطاي مدل در بخش رودخانه¬اي و كانال كشاورزي به ترتيب 32 و 24 درصد مي¬باشد كه مويد دقت مناسب مدل واسنجي شده مي¬باشد. همچنين با بررسي مقاومت جريان در بازه¬هاي موردمطالعه مشخص شد كه به‌طور متوسط سهم مقاومت جريان ناشي از پوشش¬ گياهي از مقاومت جريان كلي در بخش رودخانه¬اي و كانال كشاورزي به ترتيب 44 و 53 درصد مي¬باشد. در اين پژوهش همچنين از روش ميانگين¬گيري دوگانه به‌منظور برآورد مقدار واحد براي پارامترهاي هيدروليكي نظير سرعت جريان و سرعت برشي در هر بازه استفاده شد؛ نتايج نشان داد كه روش ميانگين¬گيري دوگانه به‌خوبي در بازه¬هاي داراي پوشش گياهي قابل كاربرد است.

1400/10/01

Estimation of bed shear stress in the presence of submerged vegetation patch in gravel-bed rivers

11/20/2022 12:00:00 AM

In rivers, bed shear stress is important in determining local bed erosion and determining sediment parameters of bed load and suspended load. The most common approach adopted in hydrodynamic models for estimating bed shear stress is to use a model based on the Manning equation. Since the Manning roughness coefficient considers the water depth and flow velocity as constant and the flow conditions in rivers are non-uniform, it is necessary to adjust this equation by considering the geometric and hydraulic characteristics of the rivers. Accordingly, in this study, a three-parameter flow resistance model is presented to estimate the bed shear stress, which is a more general form of the Manning equation. This study has been done in two parts of rivers and agricultural channels, in each of which 4 vegetation reach have been selected from Fars and Bushehr provinces. After estimating the bed shear stress using different methods, the parameters of the three-parameter flow resistance model were calibrated using these methods and considering 90% of the data for the river and agricultural channel parts. The calibrated model was validated using another 10% of the data. The results show that the average error percentage of the model in the river and agricultural channel parts is 32% and 24%, respectively. Since up to 200% error is acceptable in river engineering; Therefore, the accuracy of the calibrated model is very high. Also by investigating the flow resistance in the studied reaches, the average contribution of flow resistance due to vegetation of total flow resistance in the river and the agricultural channel is 44% and 53% respectively. In this study, the double averaging method was used to estimate the unit value for hydraulic parameters in each reach; The results showed that the double averaging method is well applicable in vegetated reaches.

مدل مقاومت جريان , ميانگين¬گيري دوگانه , مشخصات لايه‌مرزي , قانون لگاريتمي

Flow resistance model , Duble averaging , Boundary layer characteristics , Logarithmic law