بررسی ساختار جریان متاثر از توده گیاهی با سه تراکم مختلف در رودخانه قلوه‌سنگی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.

2 کروه اب و محیط زیست دانشکده عمران دانشگاه علم و صنعت

چکیده

اثر توده گیاهی بصورت مستغرق در رودخانه‌ها برای مطالعه فرایند های هیدرولیکی مانند مقاومت جریان و انتقال رسوب قابل ملاحظه است. هرچند تحقیق در این زمینه بصورت محدود گزارش شده است. با توجه به شباهت بیشتر ساختار جریان متاثر از پوشش گیاهی به لایه اختلاط نسبت به لایه مرزی، تئوری اختلاط جهت کمی نمودن تعامل جریان و توده گیاهی در این پژوهش مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت. هر چند یکی از ویژگی‌های اساسی توده گیاهی تشکیل جریان‌های درحال‌توسعه است که در تئوری اختلاط لحاظ نشده است. از اینرو ضروری است روابط دینامیک مکانی جریان، با تئوری لایه اختلاط ادغام گردند. در این پژوهش جهت ارزیابی کاربرد این تئوری از مطالعه میدانی کمک گرفته شد. در این مطالعه میدانی، از اندازه‌گیری‌های بعمل امده در رودخانه قلوه سنگی بهشت‌آباد در استان چهار‌محال‌بختیاری بر روی توده گیاهی با سه تراکم مختلف استفاده می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد که تطابق قابل قبولی بین مقادیر اندازه-گیری شده سرعت و تنش رینولدز با مقادیر برآورد شده بر اساس ادغام تئوری اختلاط و معادلات جریان در‌حال‌توسعه وجود دارد. اگرچه با افزایش تراکم پوشش گیاهی ضریب پخشیدگی به دلیل عدم گسترش و توسعه آزادانه پیچک ها نسبت به تئوری اختلاط استاندارد کوچکتر می‌گردد. با انجام آنالیز کوادرانت متاثر از توده گیاهی مشاهده گردید که پیشامد غالب در زیر تاج توده گیاهی، "پرتاب" و در بالای تاج توده گیاهی، "جاروب" می‌باشد. همچنین سهم رویداد جاروب در پایین‌دست توده گیاهی نسبت به روی آن به طور ملایم افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها


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, 519-541. DOI: 10.1007/978-3-319-17719-9.

Afzalimehr, H. and Anctil, F. )2000(. Accelerating shear velocity in gravel bed channels. J. hydrol. Sci. IAHS. 45(1): 143-155.

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): 236–246.

Afzalimehr, H., Moghbel, R., Gallichand, J., and Sui, J. (2011). Investigation of turbulence characteristics in channel with dense vegetation. Int. J. Sediment.Res. 26: 269-282.

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): 1-9.

Afzalimehr, H., and Rennie, C. D. (2009). Determination of bed shear stress using boundary layer parameters in a gravel-bed river. Hydrolog. Sci. J. 54: 147-159.

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

Cui, J., and Neary, V. (2008). LES study of turbulent flows with submerged vegetation. J. Hydraul. res. 46(3): 307-316.

Fazel, E.; Afzalimehr, H., and Sui, J. (2015). Turbulence characteristics of favorable pressure gradiant flows in gravel- bed channel with vegetated walls. J. Hydrol. Hydromech. 63: 154-163.

Finnigan, J. J. (2000). Turbulence in plant canopies. Annu. Rev. Fluid Mech. 32: 519-571.

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

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

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

Ghisalberti, M., and Nepf, H. M. (2004). The limited growth of vegetated shear layers. Water Resour. Res. 40, W07502, doi:10.1029/2003 WR002776.

Goring, D. G., and Nikora, V. I. (2002). Despiking acoustic Doppler velocimeter data. J. Hydraul. Eng. 128: 117-126.

Gurnell, A. M.; Bertoldi, W., and Corenblit, D. (2012). Changing river channels: The roles of hydrological processes, Plants and pioneer fluvial landforms in humid temperate, mixed load, Gravel bed rivers. Earth SCi, Rev. 111: 129-141.

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): 277-301.

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

Mohammadzadeh Miyab, N., Afzalimehr, H., and Singh, V. P. (2015). Experimental investigation of influence of vegetation on flow turbulance. J. Hydraul. Eng. 4: 54-69.

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

Nepf, H., and Vivoni, E. (2000). Flow structure in depth-limited, vegetated flow. J. Geophys. Res. 105 (C12): 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: 2585-2599.

Pang, C. C., Wu, D., Lai, X. J., Wu, S. q., and Wang, F. F. (2014). Turbulence structure and flow field of shallow water with a submerged ell grass patch”. Ecol. Eng. 69: 201-205.

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. 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): 434-446.

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

Sukhodolova, T. A. (2008). Studies of Turbulent flow in vegetated river reaches with implications for transport and mixing processes. Ph.D. Dissertation, Humboldt University, Berlin.

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.

Wang, G., Shi, F., Chen, P. P., and Sui, J. (2015). Impact of bridge pier on the stability of ice jam. J. Hydrodyn. 27: 865-871.

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

Yan, Ch., Nepf, H. M. Huang, W. X., and Cui, G. X. (2017). Larg Eddy Simulation of flow and scalar transported in a vegetated channel. Environ. Fluid Mech. 17: 497–519.

Zong, L., and Nepf, H. (2011). Spatial distribution of deposition within a patch of vegetation. Water. Resour. Res. 47. W03516. doi: 10.1029/2010 WR009516.