بررسی اعتبار روش میانگین‌گیری دوگانه سرعت برای کاربرد قانون دیوار بر روی شکل بستر مقعر

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد سازه‌های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

یکی از مهمترین مباحث در مهندسی رودخانه بررسی شکل‌های بستر رودخانه است. شکل بستر مقعر یکی از معمول‌ترین اشکال بستر است که در گستره وسیعی از رودخانه‌های شنی و قلوه‌سنگی مشاهده می‌شود. وجود گرادیان‌های مطلوب و نامطلوب ناشی از تغییرات شکل بستر و غیریکنواختی جریان بر روی آن نقش قابل توجهی بر توزیع زمانی و مکانی سرعت و سرعت برشی در تعیین ضریب زبری و انتقال رسوب در رودخانه‌ها و کانال‌های با بستر شنی ایفا می‌کند. این مقاله روش میانگین‌گیری دوگانه را برای معرفی سرعت جریان و برآورد سرعت برشی بر روی اشکال بستر مقعر مورد استفاده قرار می‌دهد. با توجه به عدم سابقه استفاده از این روش در ایران، این روش در این مقاله معرفی شده و اعتبار آن با استفاده از کاربرد روش‌های قانون دیوار و روش مشخصات لایه مرزی مورد بررسی قرار می‌گیرد. کاهش سرعت برشی در جریان با گرادیان فشار مطلوب در بخش انتهایی شکل بستر و افزایش آن در بخش ورودی شکل بستر در جهت جریان نشان می‌دهد که برآورد پارامترهای هیدرولیکی نظیر ضریب زبری وانتقال رسوب نمی‌تواند مبتنی بر یک پروفیل موضعی قرار گیرد. بنابراین ضروری است با بکارگیری میانگین‌گیری‌های زمانی و مکانی در امتداد شکل بستر برآورد بهتری از این پارامترها بدست آورد. نتایج نشان می‌دهد که روش میانگین‌گیری دوگانه از روند نیمرخ‌های موضعی سرعت جریان در نواحی داخلی و خارجی لایه مرزی پیروی می‌کند و قانون لگاریتمی می‌تواند برای زوایای مختلف تاج بستر 5، 10، 15 و 20 درجه بکار برده شود. در ناحیه خارجی لایه مرزی انحراف داده‌ها از قانون لگاریتمی برای زوایای مختلف تاج وجود داشته، هر چند ضخامت ناحیه داخلی با افزایش زاویه تاج کاهش می‌یابد. همچنین کاربرد روش مشخصات لایه مرزی برای تعیین سرعت برشی نیمرخ میانگین دوگانه نشان می‌دهد که با افزایش زاویه تاج شکل بستر، سرعت برشی نیز افزایش می‌یابد. 

کلیدواژه‌ها


Afzalimehr, H.( 2010). “Effect of non-uniformity of flow on velocity and turbulence intensities over a cobble-bed”, J. Hydrological Processes, 24, pp. 331-341.

Afzalimehr, H. and Anctil. H. (2000). “Accelerating shear velocity in gravel bed channels”, Journal of Hydrological Science, IAHS, 45(1), pp. 143-155.

Afzalimehr H. and Anctil F. (2001). “Vitesse de frottement associée a un écoulement non uniforme et une rugosité relative intermédiaire”, Journal of Hydraulic Research, IAHR, 39(2), pp. 181-186.

Afzalimehr H. and Rennie, C.D. (2009). “Determination of bed shear stress using boundary layer parameters in a gravel-bed river”, Hydrological Sciences Journal, 54(1), pp. 147-159.

Afzalimehr H. and Dey S. (2009). “Influence of Bank Vegetation and Gravel Bed on velocity and Reynolds stress distributions”, International Journal of Sediment Research, Vol. 24. 2, pp. 236-246.

Emadzadeh. A Chiew Y. M. and Afzalimehr H (2010). “Effect of accelerating flow on incipient motion in a gravel-bed stream”, Journal of Advances in Water Resources, 33, pp. 1094-1104.

Finnigan, J.J. and Shaw, R.H.( 2008). “Double-averaging methodology and its application to turbulent flow in and above vegetation canopies”, Acta Geophysica 56, pp. 534–561.

Finnigan, J.J. (2000). “Turbulence in plant canopies”, Annual Review of Fluid Mechanics 32, pp. 519–571.

Franca, M.J., Ferreira, R.M.L. and Lemmin, U. (2008). “Parameterization of the logarithmic layer of double-averaged streamwise velocity profiles in gravel-bed river flows”, Advances in Water Resources 31, pp. 915–925.

Franca, M.J., Ferreira, R.M.L., Cardoso, A.H. and Lemmin U. (2010). “Double-average methodology applied to turbulent gravel-bed river flows”, J. River Flow 2010, pp. 59-65.

Goring, D.G. and Nikora, V.I. (2002). “Despiking acoustic Doppler velocimeter data”, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 128(1), pp. 117-126.

Guo G and Julien P.Y. (2001). “Turbulent velocity profiles in sediment-laden flows”, Journal of Hydraulic Research, 39(1), pp. 11-23.

Kironoto, B. A. and Graf, W. H. (1995). “Turbulence characteristics in rough non-uniform open channel flow”, Proc. Institution of Civil Engineers-Water Maritime and Energy, United Kingdom. 112, pp. 316-348.

McLean, S. R. and Nikora, V. I. (2006). “Characteristics of turbulent unidirectional flow over rough beds: Double-averaging perspective with particular focus on sand dunes and gravel beds”, Water Resources Research, AGU, 2006, 42, W10409, doi:10.1029/2005WR004708.

 

Nikora, V.I., Goring, D.G., McEwan, I.K. and Griffiths, G. (2001). “Spatially averaged open-channel flow over rough bed”, J Hydr. Eng., 127(2), pp. 123-133.

Nikora, V., McEwan, I., McLean, S., Coleman, S., Pokrajac, D. and Walters, R. (2007). “Double-averaging concepts forrough-bed open-channel and overland flows: Theoretical background”, J Hydr. Eng. 133(8), pp. 873–883.

Raupach, M.R., Antonia, R.A. and Rajagopalan, S. (1991). “Rough-wall turbulent boundary layers”, Appl. Mech. Rev. 44(1), pp. 1–25.

Smith, J. D. and Mclean S. R. (1977). “Spatially averaged flow over a wavy surface”, Geoph. Res. Vol. 82, No. 12. pp. 1735-1746.

Vanoni V.A. (1975). “Sedimentation Engineering”, ASCE Manual and Reports on Engineering Practice, No. 54, p. 745.

Yalin S. M (1972). “Mechanics of sediment transport”, Pergamon Press, Oxford; New York: p. 290.