ساختار جریان بر روی توده گیاهی مستغرق در فلوم آزمایشگاهی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی آب، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 استاد دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

توده گیاهی مستغرق، ساختار جریان را به طور قابل ملاحظه ­ای تغییر می­دهد. شناخت ساختار جریان متأثر از توده گیاهی مستغرق، امری ضروری برای مهندسان رودخانه است. تئوری­های موجود فرایند اختلاط می­توانند برای بررسی تعامل توده گیاهی و جریان کمک نمایند؛ هرچند یکی از ویژگی­های اساسی توده گیاهی با طول محدود، تشکیل جریان­های در حال توسعه بر روی آن است که در تئوری لایه اختلاط لحاظ نشده است. از این‌رو ضروری است مفهوم دینامیک مکانی جریان، با تئوری لایه اختلاط برای مطالعه ساختار جریان بر روی توده گیاهی با یکدیگر ادغام شوند. در این پژوهش، برای کاربرد تئوری لایه اختلاط در جریان­های در حال توسعه، به مطالعه آزمایشگاهی بر روی یک توده گیاهی مصنوعی مستغرق در دو دبی 29 و 21 لیتر بر ثانیه پرداخته می­شود. نتایج نشان می­دهند که ضخامت لایه اختلاط بر روی توده گیاهی با دو ناحیه در حال توسعه و کاملاً توسعه ­یافته، روند لگاریتمی داشته و ضریب پخشیدگی بر روی توده گیاهی مورد مطالعه به دلیل ارتفاع کم پوشش و عدم رشد آزادانه ضخامت لایه اختلاط، کمتر از دامنه پیشنهادی توسط سایر پژوهشگران است. همچنین تطابق قابل قبولی بین داده­ های اندازه­گیری شده و برآورد شده لایه اختلاط روی توده گیاهی مشاهده گردید. توزیع محدب تنش رینولدز بر روی توده گیاهی در جریان در حال توسعه، ضرورت توجه بیشتر در برآورد ضریب زبری و انتقال رسوب را ایجاب می‌کند.
 

کلیدواژه‌ها


حمیدی­فر، ح.؛ امید، م. ح. و کشاورزی، ر. (1394). "بررسی اثر پوشش گیاهی مستغرق و غیرمستغرق پهنه سیلابی بر ضریب اختلاط عرضی آلاینده‌ها". مجله هیدرولیک، دوره 10، شماره 1، ص‌ص. 13-23.

Afzalimehr, H.and Dey, S. (2009). “Influence of bank vegetation and gravel bed on velocity and Reynolds stress distributions”. Int. J. Sediment Res. 24(2), pp. 236–246.

Afzalimehr, H.; Moradian, M.; Sui, J. and Gallichand, J. (2015). “Effect of adverse pressure gradient and vegetated banks on flow structure”. J. River Res. Appl. 4(4), pp. 1-9.

Aberle, J. and Järvelä, J. (2015). Hydrodynamics of vegetated channels, In Rivers – physical, fluvial and environmental processes. In: Rowiński,P., Radecki-Pawlik, A.( Eds.): GeoPlanet: Earth and Planetary Sciences, Springer International Publishing, pp. 519-541.

doi: 10.1007/978-3-319-17719-9.

Carollo, F. G.; Ferro, V. and Termini, D. (2002). “Flow velocity measurment in vegetated Channels”. J. Hydraul. Eng. 128(7), pp. 664-673.

Chu, V. H. and Babarutsi, S. (1988). “Confinement and bed friction effects in shallow turbulent mixing layers”. J. Hydraul. Eng. 114, pp. 1257-1274.

Folkard, A. (2005). “Hydrodynamics of model Pasidonia oceanica patch in shallow water”. Limnol. Oceanogr. 50(5), pp. 1592–1600.

Folkard, A.M. (2011). “Flow regimes in gaps within stands of flexible vegetation: laboratory flume simulations”. Environ. Fluid Mech. 11, pp. 289-306.

Ghisalberti, M. and Nepf, H. (2002). “Mixing layers and coherent structures in vegetated aquatic flows”. J. Geophys. Res. 107 (C2). doi: 10.1029/2001JC000871.

Graf, W.H. and Altinkar, M.S. (1998). Fluvial hydraulics: flow and transport processes in channels of simple geometry. John Willey and Sons, Chichester. England.

Hamidifar, H.; Omid, M. H. and Keshavarzi, A. (2016). “Kinetic energy and momentum correction coefficients in straight compound channels with vegetated floodplain”, J. Hydrol. 537, pp. 10-17.

Marjoribanks, T. I.; Hardy, R. J.; Lane, S. N. and Tancock, M. J. (2016). “Patch-scale representation of vegetation within hydraulic models”. Earth. Surf. Proc. Land. 42, pp. 699–710.

doi: 10.1002/esp.4015.

Marjoribanks, T.; Parson, D.R. and Lane, S. (2016). “Does the canopy mixing layer model apply to hightly flexible aquatic vegetation? Insights from numerical modeling”. Environ. Fluid. Mech. 17 (2), pp. 277-301. doi:10.1007/s10652-016-9482-z.

Michalke, A. (1965). “Spatially growing disturbances in an inviscid shear layer”. J. Fluid. Mech. 23, pp. 521-544.

Nepf, H. (2012). “Hydodynamic of vegetated channels”. J.Hydraul. Res. 50(3), pp. 262-279.

Nepf, H. and Vivoni, E. (2000). “Flow structure in depth-limited, vegetated flow”. J. Geophys. Res. 105(C12), pp. 28547–28557.

doi:10.1029/2000JC900145.

Ortiz, A.C.; Ashton, A. and Nepf, H. (2013). “Mean and turbulent velocity field near rigid and flexible plants and the implication for deposition”. J. Geophys. Res. Earth. Surf. 118, pp. 2585-2599.

Pope, S. B. (2000). Turbulent Flows. Cambridge University Press.

Sinsicalchi, F.; Niora, V. and Albera, J. (2012). “Plant patch hydrodynamics in streams: Mean flow, turbulence and drag forces”. Water. Resour. Res. 48, W01513.

Sukhodolov, A. and Sukhodolova, T. (2006). “Evolution of mixing layers in turbulent flow over submerged vegetation: Field experiments and measurment study”. In: River Flow. Edited by Ferreira, R.M. L. et. al. proc. of 3rd International Conference on Fluvial Hydraulics, 6-8 September, Lisbon, Portugal, pp. 525-534.

Sukhodolov, A.N. and Sukhodolova, T.A. (2010). “Case study: Effect of submerged aquatic plants on turbulence structure in Lowland River”. J. Hydraul. Eng. ASCE. 136(7), pp. 434-446.

Sukhodolov, A. N.; Schnauder, I. and Uijttewaal, W. S. J. (2010). “Dynamics of shallow lateral shear layers: Experimental study in a river with a sandy bed”. Water Resour. Res. 46, W11519. doi:10.1029/2010WR009245

Sukhodolova, T. A. and Sukhodolov, A. N. (2012). “Vegetated mixing layer around a finite-size patch of submerged plants: 1. Theory and field experiments”. Water. Resour. Res. 40.W10533.

Sukhodolov, A. and Sukhodolova, T. (2012). “Vegetated mixing layer around a finite-size patch of submerged plants: 2. Turbulence and coherent structures”. Water Resour. Res. 48, W12506. doi:10.1029/2011WR011805

Wolman, M. G. (1954). “A method of sampling coarse river bed material”. Trans. AGU., 35(6), pp. 951–956.

Zong, L. and Nepf, H. (2011). “Spatial distribution of deposition within a patch of vegetation”. Water. Resour. Res. 47. W03516.

doi:10.1029/2010WR009516.