توزیع سرعت متوسط عمقی در کانال مرکب با وجود پوشش گیاهی در سیلاب دشت

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه‌های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس

2 استاد گروه سازه‌های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس

3 دانشیار گروه سازه‌های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

پوشش گیاهی در بسیاری از جریان‌ها و رودخانه‌ها وجود دارد. پوشش گیاهی موجب تغییر ساختار جریان، افزایش مقاومت کلی جریان و کاهش دبی سیلاب می‌شود، از این‌رو نقش قابل توجهی در تثبیت سواحل و احیای زیست محیطی رودخانه‌ها دارد. در چنین رودخانه‌هایی، پیش‌بینی توزیع عرضی سرعت در طرح‌های کنترل سیلاب و مطالعات انتقال- انتشار آلودگی و رسوب حائز اهمیت است. هدف از این مطالعه، شبیه‌سازی جریان در کانال مرکب با وجود پوشش گیاهی صلب غیر مستغرق در سیلاب دشت و معرفی مناسب‌ترین مدل، برای محاسبه فاکتور اصطکاکی، ضریب لزجت گردابه‌ای و پارامتر جریان ثانویه می‌باشد. در مطالعه حاضر از یک مدل دوبعدی تحلیلی برای پیش‌بینی سرعت متوسط عمقی در کانال‌های مرکب با وجود پوشش گیاهی در سیلاب دشت‌ها استفاده شده است. در این مدل اثرات اصطکاک بستر، نیروی کشانه، آشفتگی عرضی و جریان‌های ثانویه، توسط 4 پارامتر  در نظر گرفته شده‌اند. به منظور صحت‌سنجی، نتایج مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. آزمایش‌ها در دو شیب و سه عمق نسبی مختلف انجام گرفته است. با توجه به نتایج آزمایشگاهی معادله کلبروک وایت، قادر به محاسبه دقیق ضریب اصطکاک ناشی از پوشش گیاهی در سیلاب دشت نمی‌باشد و خطای قابل توجهی در محاسبه سرعت در سیلاب دشت ایجاد می‌کند. با بررسی مطالعات مختلف، استفاده از معادله نادینگ (1998) برای محاسبه فاکتور اصطکاک، خطای مشاهده شده را به میزان قابل توجهی کاهش داد، بنابراین از این مدل برای محاسبه ضریب اصطکاک در سیلاب دشت استفاده شده است. با توجه به مدل‌های مختلف ارائه شده برای  در مطالعات مختلف، مدل آلاوین و چو (1985)، به عنوان مناسب‌ترین مدل، بر اساس کمترین اختلاف میان داده‌های مشاهداتی و محاسباتی معرفی شد.

کلیدواژه‌ها


Afzalimehr, H., Sui, J. and Moghbel, R. (2010). "Hydraulic parameters in channels with wall vegetation and gravel bed", International Journal of Sediment Research., 25(1), pp. 81-90.

Ervine, D. A, Babaeyan-Koopaei, K. and Sellin, R.H. J. (2000). "Two-dimensional solution for straight and meandering overbank flows", Journal of Hydraulic Engineering, 126(9), pp. 653-669.

Helmio, T. (2002). "Unsteady 1D flow model of compound channel with vegetated floodplains", Journal of Hydrology,269, pp. 89-99.

Hua, W. X., Gao, M., Zeng, Y.H. and Li, D. (2009). "Two-dimensional analytical solution for compound channel flows with vegetated floodplains", Appl. Math. Mech. Engl. Ed., 30(9), pp. 1121-1130.

Knight, D. W. and Abril, J. B. (1996). "Refined calibration of a depth averaged model for turbulent flow in a compound channel", Proc. Instn. Civ. Engrs. Water, Maritime and Energy. London, 118(3), pp. 151-159.

Nepf, H. M. (1999). "Drag, turbulence, and diffusion in flow through emergent vegetation", Water Resources Research, 35(2). pp. 479-489.

Pasch'e, E. and Rouve, G., (1985). "Overbank flow with vegetatively roughened floodplains", Journal of Hydraulic Engineering, 111(9). pp. 1262-1278.

Rameshwaran, P. and Shiono, K. (2007). "Quasi two-dimensional model for straight overbank flows through emergent vegetation on floodplains", Journal of Hydraulic Research, 45(3), pp. 302-315.

Sadeghi, A, Shafai Bajestan, M. and Saneie, M. (2010). "Experimental investigation on flow velocity variation in compound channel with non-submerged rigid vegetation in floodplain", World Applied Sciences Journa1, 9 (5), pp. 489-493.

Shiono, K. and Knight, D. W. (1991). "Turbulent open channel flows with variable depth across the channel", J. Fluid Mech., 222, pp. 617-646.

Sun, X. and Shiono, K. (2009). "Flow resistance of one-line emergent vegetation along the floodplain edge of a compound open channel", Advances in Water Resources, 32. Pp. 430-438.

Stephenson, D. and Kovlopoulos, P. (1990). "Effects of momentum transfer in compound channels", Journal of Hydraulic Engineering, 116 (12), pp. 1512-1522.

Stoesser, T. (2002). "Development and validation of a CFD code for open-channel flows", PhD Thesis, Department of Civil Engineering. University of Bristol.

Tang, X. N. and Knight, D. W. (2009). "Lateral distributions of streamwise velocity in compound channels with partially vegetated floodplains", Sci. China Ser E-Tech Sci., 52(11), pp. 3357-3362.

Tanino, Y. and Nepf, H. M. (2008). "Laboratory investigation of mean drag in a random array of rigid, emergent cylinders", J. Hydraul. Eng., 134(1). pp. 34-41.

Thornton, C.I., Abt, S.R., Morris. C.E. and Fischenich, J. (2000).  “Calculating shear stress at channel overbank interfaces in straight channels with vegetated floodplains”, J. of Hydr. Eng. ASCE, 126(12), pp. 929-936.

Wilson, C. A. M. E., Stoesser, T. and Bates, P. D. (2005). Computational fluid dynamics: applications in environmental hydraulics, John Wiley & Sons Press. New York. USA.

Wu, W. and He, Z. (2009). "Effects of vegetation on flow conveyance and sediment transport capacity", International Journal of Sediment Research, 24, pp. 247-259.

Yang, K., Cao, S. and Knight, D. W. (2007). "Flow patterns in compound channels with vegetated floodplains", Journal of Hydraulic Engineering, 133(2), pp. 148-159.