بررسی اثر پوشش گیاهی مصنوعی غیر مستغرق صلب بر مشخصات جریان در کانال مرکب پیچانی

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشگاه فردوسی مشهد گروه مهندسی آب

2 استاد تمام گروه علوم و مهندسی آب، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

3 دانشیار گروه علوم و مهندسی آب، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

چکیده

کانال‌های مرکب پیچانی در طبیعت به وفور یافت می‌شوند، که شامل کانال اصلی برای انتقال جریان در مواقع عادی و یک یا دو سیلابدشت (معمولا پوشیده از گیاه) در طرفین در هنگام سیلاب می‌باشند. بنابراین بررسی ویژگی جریان در این نوع کانال‌ها برای شناخت و درک بهتر از جریان در شرایط سیلابی ضرورت می‌یابد. در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی تاثیر پوشش گیاهی صلب غیرمستغرق موجود در سیلابدشت بر شرایط جریان و نقش آن در حفاظت از سیلابدشت‌ها در دو عمق نسبی 35/0 و 55/0 پرداخته شده است. داده‌های سرعت با استفاده از سرعت‌سنج صوتی داپلر ثبت و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که وجود پوشش گیاهی در سیلابدشت در عمق نسبی ثابت و تراکم 77/0 درصد در واحد یک متر مربع سطح موجب کاهش انتقال جریان گشته طوری که دبی در اعماق 35/0 و 55/0 بترتیب برابر با 23 و 12 درصد کمتر شده است . الگوی خطوط همتراز سرعت طولی نشان می‌دهد در حضور پوشش گیاهی در هر دو عمق نسبی جریان به سمت کانالی نسبت به حالت بدون پوشش بیشتر منحرف می‌شود. همچنین تغییرات مولفه سرعت عرضی و قائم در سیلابدشت با پوشش گیاهی بسیار بیشتر از حالت بدون پوشش است. علاوه براین پوشش به کار رفته موجب افزایش تنش برشی در دشت سیلابی و کاهش انرژی جنبشی آشفتگی (TKE) در اکثر نواحی شده است.
کلیدواژه: پیچانرود، پوشش گیاهی، الگو جریان، عمق نسبی، سیلاب

کلیدواژه‌ها


Afzalimehr, H. and Anctil, F. (2000). Accelerating shear velocity in gravel bed channels. J. Hydrol. Sci., 45, 113-124.
Davidson, P.A. (2004). Turbulence: An introduction for scientists and engineers, Oxford University Press.
Dupuis, V., Proust, S., Berni, C. and Paquier, A. (2017). Mixing layer development in compound channel flows with submerged and emergent rigid vegetation over the floodplains. Experiments in Fluids, 58(4), 30.‏
Goring, D.G. and V. I. Nikora. (2002). Despiking acoustic doppler velocimeter data. J. Hydraul. Eng. ASCE. 128(1), 117–126. Discussion: 129(6), 484–489.
Güneralp, I., Abad, J.D., Zolezzi, G. and Hooke, J. (2012). Advances and challenges in meandering channels research, Geomorphology, 163, 1-9.
Hagerman, J.R. and Williams, J.D. (2000). Meander Shape and the Design of Stable Meanders. In: Proceedings American Water Resources Association, Specialty Conference, Anchorage, Alaska, April.‏
Hamidifar, H., Omid, M.H. and Keshavarzi, A. (2013). Mean Flow and Turbulence in Compound Channels with Vegetated Floodplains. Journal of Agricultural Engineering Research. 14(3), 51-66. (In Persian)
Hamidifar, H., Omid, M.H. and Keshavarzi, A. (2015). Effect of Floodplain Submerged and Non-submerged Vegetation on the Transverse Mixing Coefficient of Pollutants. Journal of Hydraulics. 10(1), pp. 13-23. (In Persian)
Hooke, J.M. and Yorke, L. (2010). Rates, distributions and mechanisms of change in meander morphology over decadal timescales, Earth Surface Processes and Landforms, 35, 1601–1614
Hosseinzadeh, M.M., Shirud Isa, N. and Esmaili, R. (2018). Undesirable effects of sand and gravel harvesting on river system, Case study: Shirud River Tonekabon (Mazandaran Province). Journal of Earth Science Researches, 9(34), 165-175. (In Persian)
karami moghadam, M. and Sabzevari, T. (2017). Effect of Vegetation on Shear Stress and Flow Velocity in Compound Channels Using Flow3D Model. Journal of Hydraulics, 12(3), 29-40. (In Persian)
Kozioł, A. (2015). Scales of turbulent eddies in a compound channel. Acta Geophysica, 63(2), 514-532.‏
Liu, C., Shan, Y.Q., Yang, K.J. and Liu, X.N. (2013). The characteristics of secondary flows in compound channels with vegetated floodplains. Journal of Hydrodynamics, 25(3), 422-429.‏
Marjoribanks, T.I., Hardy, R.J., Lane, S.N. and Parsons, D.R. (2017). Does the canopy mixing layer model apply to highly flexible aquatic vegetation? Insights from numerical modelling. Environmental Fluid Mechanics, 17(2), 277-301.‏
Nepf, H. (1999). Drag, turbulence, and diffusion in flow through emergent vegetation. Water Resources Research, 35(2), 479–489.
Rajaratnam, N. and Ahmadi, R. (1981). Hydraulics of channels with floodplains. J. Hydraul. Res. 16(2), 139-150.
Sellin, R.H.J., Ervine, D.A., and Willetts, B.B. (1993). Behaviour of meandering two-stage channels. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Maritime and Energy, 101(2), 99-111.‏
Seminara, G. (2006). Meanders, Journal of Fluid Mechanics, 554, 271- 297.
Shiono, K. and Knight, D.W. (1991). Turbulent open-channel flows with variable depth across the channel. Journal of fluid Mechanics, 222, 617-646.
Shiono, K. and Muto, Y. (1998). Complex flow mechanisms in compound meandering channels with overbank flow. Journal of fluid Mechanics, 376, 221-261.‏
Shiono, K., Chan, T.L., Spooner, J., Rameshwaran, P. and Chandler, J.H. (2009). The effect of floodplain roughness on flow structures, bedforms and sediment transport rates in meandering channels with overbank flows: Part I. Journal of Hydraulic Research, 47(1), 5-19.‏‏
Tominaga, A. and Nezu, I. (1991). Turbulent structure in compound open-channel flows. Journal of Hydraulic Engineering, 117(1), 21-41.
Tominaga, A., Nezu, I., Ezaki, K. and Nakagawa, H. (1989). Three-dimensional turbulent structure in straight open channel flows. Journal of Hydraulic research, 27(1), 149-173
Wahl, T.L. (2000). Analyzing ADV data using WinADV, ASCE Joint Conference on Water Resources Engineering and Water Resources Planning and Management, Minneapolis, Minnesota, USA, July 30-August 2.
White, B.L. and H.N. Nepf. (2007). Shear instability and coherent structures in shallow flow adjacent to a porous layer. Fluid Mech. 593, 1–32.