مطالعه آزمایشگاهی پروفیل عمقی سرعت در کانال مرکب با پوشش گیاهی در سیلابدشت

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان

2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد سازه‌های هیدرولیکی‌، دانشگاه صنعتی سیرجان،

چکیده

رودخانه‌ها غالبا به شکل یک کانال مرکب عمل می‌کنند، به دلیل شرایط مساعد رطوبتی، سیلابدشت‌ها معمولا زیستگاه گیاهان مختلف با چیدمان و تراکم‌های متفاوت می‌باشند. درک بهتر نقش پوشش‌گیاهی در انتقال جریان، رسوب و آلاینده‌ها، نیازمند بررسی دقیق ساختار جریان در حضور پوشش‌گیاهی است. بنابراین در این مطالعه آزمایشگاهی، تاثیر وجود پوشش‌گیاهی صلب در سیلابدشت در دو چیدمان خطی و شطرنجی، سه تراکم %04/6، %64/1 و %41/0و پنج عمق نسبی 29/0، 45/0، 5/0، 67/0 و 75/0 بر پروفیل عمقی سرعت بررسی شده است. در این مطالعه، سرعت نقطه‌ای جریان توسط سرعت‌سنج ‌پره‌ای در دو حالت پوشش‌گیاهی مستغرق و غیرمستغرق اندازه‌گیری شده است. نتایج نشان می‌دهد که پروفیل عمقی سرعت در شرایط بدون پوشش‌گیاهی در تمام عرض کانال مرکب به جز حدفاصل کانال اصلی و سیلابدشت از پروفیل لگاریتمی تبعیت می‌کند. در هنگام وجود پوشش‌گیاهی، پروفیل عمقی سرعت در میانه کانال اصلی مشابه الگوی رایج پروفیل سرعت در کانال‌های بدون پوشش‌گیاهی است و با دور شدن از میانه کانال اصلی و نزدیک‌شدن به حدفاصل کانال اصلی و سیلابدشت، از شکل لگاریتمی خارج شده و S شکل می‌شود. با این حال، در کانال اصلی پروفیل عمقی سرعت در ارتفاعی بالاتر از عمق لبریزی به شکل لگاریتمی می‌باشد. بررسی تاثیر تراکم بر پروفیل عمقی سرعت نشان می‌دهد که با افزایش تراکم، سرعت در کانال اصلی افزایش و در سیلابدشت کاهش می‌یابد. همچنین در جریان با پوشش‌گیاهی کاملا مستغرق، پروفیل عمقی سرعت را می‌توان به سه ناحیه دنباله، اختلاط و ناحیه لگاریتمی تقسیم نمود.

کلیدواژه‌ها


Afzalimehr, H. and Setayesh, P. (2018). Investigation on Logarithmic and Coles Laws under Different Emergent Vegetation Patches. Journal of Hydraulics, 13(1), 47-62. (in Persian).
Chen, C. (1976). Flow Resistance in Broad Shallow Grassed Channels, J. Hydraul. Div. Am. Soc. Civ. Eng., 102(HY3), 307– 322.
Garcia, M.H., Lopez, F., Dunn, C. and Alonso, C.V. (2004). Flow, turbulence, and Resistance in a Flume with Simulated Vegetation, in Riparian Vegetation and Fluvial Geomorphology, edited by S. J. Bennett & A. Simon, AGU, Washington, D.C., 11 –27
James, C.S., Birkhead, A.L., Jordanova, A.A. and Sullivan, J.J.O. (2004). Flow Resistance of emergent vegetation, J. Hydraul. Res., 42(4), 390– 398.
Huai, W.X, Zeng, Y.H, Xu, Z.G. and Yang, Z.H. (2009). Three-layer model for vertical velocity distribution in open channel flow with submerged rigid vegetation. Adv water resour, 32(4), 487–92.
Li, D., Huai, W.X. and Liu, M.Y. (2020). Investigation of the flow characteristics with one-line emergent canopy patches in open channel, Journal of Hydrology, 590, 1-13.
Liu, D.P., Diplas, J.D., Fairbanks, C. and Hodges, C. (2008). An experimental study of flow through rigid vegetation. J. Geophys. Res., 113, F04015.
Liu, D.P., Diplas, J.D., Fairbanks, C. and Hodges, C. (2008). An experimental study of flow through rigid vegetation. J. Geophys. Res., 113, F04015, doi:10.1029/2008JF001042.
Liu, Z.W., Chen, Y.C., Zhu, D.J., Hui, E.Q. and Jiang, C.B. (2012). Analytical model for vertical velocity profiles in flows with submerged shrub-like vegetation. Environ fluid mech, 12(4), 341–346.
Nepf, H.M. (2012). Flow and transport in regions with aquatic  vegetation.  Annu  rev  fluid  mech, 44,
 
123–142.
Nepf, H.M. (1999). Drag, turbulence, and diffusion in flow through emergent vegetation, Water Resour. Res., 35(2), 479 – 489.
Nezu, I. and Sanjou, M. (2008). Turbulence Structure and Coherent Motion in Vegetated Canopy Open-channel Flows. Journal of hydro-environment research, 2(2), 62-90.
Petryk, S. and Bosmajian, G. (1975). Analysis of flow through vegetation, J. Hydraul. Div. Am. Soc. Civ. Eng., 101(HY7), 871– 884.
Raupach, M.R. and Thom, A.S. (1981). Turbulence in and around plant canopies, Annu. Rev. Fluid Mech., 13, 97 – 129.
Tsujimoto, T., Shimizu, Y., Kitamura, T. and Okada T. (1992). Turbulent open-channel flow over bed covered by rigid vegetation, J. Hydrosci. Hydraul. Eng., 10(2), 13–25.
Simon, A., Bennett, S.J. and Neary, V.S. (2004), Riparian vegetation and fluvial geomorphology: Problems and opportunities, in Riparian Vegetation and Fluvial Geomorphology, edited by S.J. Bennett & A. Simon, 1– 10.
Stone, B.M. and Shen, H.T. (2002), Hydraulic resistance of flow in channels with cylindrical roughness, journal of hydraulic engineering. 128(5), 500 – 506.
Yang, W. and Choi, S.U. (2010). A two-layer approach for depth-limited open-channel flows with submerged vegetation. Journal of hydraulic resource. 48(4), 466–75.
Yang, K., Cao, SH. and Knight, D.W. (2007). Flow patterns in compound channels with Vegetated Floodplains. Journal of hydraulic engineering, 133(2), 194-225.
Zahiri, A. (2006). Numerical modeling of water surface profiles and hydraulic flood routing in compound channels using finite differences method, PhD thesis, Tarbiat Modares University, 187p. (in Persian).