رفتار ﺟﺮﻳﺎن در کانال مرکب غیرمنشوری همگرا با ﭘﻮﺷﺶ گیاهی مستغرق در سیلابدشت‌ها

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای مهندسی عمران- آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه ارومیه

2 دانشیار مهندسی عمران- هیدرولیک و مکانیک مهندسی رودخانه، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه ارومیه

3 استاد گروه مهندسی سازه های آبی، دانشگاه تربیت مدرس تهران

4 دکترای مهندسی عمران، دانشکده هیدرولیک و محیط زیست، لابراتوار ملی مهندسی عمران (LNEC) لیسبون، پرتغال

5 دانشیار مهندسی عمران، دانشکده هیدرولیک و محیط زیست، دانشگاه فنی لیسبون، پرتغال

چکیده

در مقاطع مرکب پوشش گیاهی باعث می‌شود زبری سیلاب‌دشت‌ها نسبت به کانال اصلی و ﺍﺧﺘﻼﻑ ﺳﺮﻋﺖ و اندازه حرکت میان آن‌ها افزایش یابد که خود منجر به بالا رفتن گرادیان عرضی سرعت جریان در سیلاب‌دشت ها و تنش برشی ظاهری در سطح مشترک کانال اصلی و سیلابدشت می‌شود. همچنین در رودخانه‌های طبیعی به دلیل تشکیل مقاطع غیرمنشوری، انتقال اندازه حرکت بالایی میان زیربخش‌ها رخ می‌دهد که شناخت هیدرولیک جریان را پیچیده‌تر می‌کند. در این تحقیق ساختار جریان در کانال غیرمنشوری با سیلاب‌دشت های همگرا و پوشش گیاهی مستغرق مورد مطالعه قرار گرفته است. آزمایش‌ها در دو عمق نسبی (نسبت عمق آب در سیلابدشت به عمق آب در کانال اصلی) 21/0 و 31/0 برای زاویه‌های همگرایی 25/7 و 3/11 درجه انجام شده است. نتایج حاصل نشان می‌دهد که به ازای عمق نسبی بیشتر و با افزایش زاویه همگرایی، سیلابدشت‌ها در مقطع میانی نسبت به مقطع ابتدایی، تمایل کمتری به مشارکت در گذردهی دبی دارند. حداکثر سرعت جریان که در محور میانی کانال اصلی اتفاق می‌افتد، با افزایش عمق نسبی و گسترش جریان‌های ثانویه، به سمت میانه کانال جا به جا می‌شود. با افزایش زاویه همگرایی مقادیر زبری در کانال اصلی و سیلاب‌دشت افزایش می‌یابد. توزیع متوسط انرژی جنبشی جریان نشان می‌دهد که با افزایش عمق نسبی، مقادیر آن در مقاطع میانی، در هر دو زاویه همگرایی کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


Asgari, A., Mohammadi, M. and Manafpur, M. (2011). Flow discharge and energy grade-line in compound and river channels, Proceedings, Journal of Water and Soil Science, 21(1), 85-96. (In Persian)
Ayyoubzadeh, S.A. (1997). Hydraulic aspects of straight compound channel flow and bed load sediment transport, PhD Thesis, The University of Birmingham, England.
Behdarvandi Askar, M., Fathi Moghadam, M. and Mousavi Jahromi, H. (2013). Momentum exchange between main channel and flood plain using momentum and energy approaches. Journal of Water Engineering, 6(17), 1-14. (In Persian).
Blalock, M.E. and Sturm, T.W. (1981). Minimum specific energy in compound channel. Journal of the Hydraulics Division, ASCE, 107, 699–717.
Bousmar, D. and Zech, Y. (2004). Velocity distribution in non-prismatic compound channels. Water Management, 157(WM2), 99-108.
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, IAHR, 126(9), 653-669.
Fernandes, J. N., Leal, J. B. and Cardoso, A.H. (2014). Improvement of the lateral distribution method based on the mixing layer theory. J. Advances in Water Resources, 69, 159-167.
Huai, W.X., Gao, M. and Zeng, Y. H. (2009). Two-dimensional analytical solution for compound channel flows with vegetated floodplains. J. Applied Mathematics and Mechanics, 30(9), 1121–1130.
Huang, B.S., Lai, G.W., Qiu, J. and Lin, S. Z. (2002). Hydraulics of compound channel with vegetated floodplains. Journal of Hydraulics, 14, 23–28
Joung, Y. and Choi, S. (2008). Investigation of twin vortices near the interface in turbulent compound open-channel flows using DNS data. J. Hydraulic Eng. 134(12), 1744-1756.
Mohammadi, M. (2001a). Boundary shear stress around bridge piers, Proceedings, World Water Resources Conference (WWRC2001), 22-24 May, Orlando, USA.
Mohammadi, M. (2001b). Boundary shear stress in a straight compound channel, Proceedings, Conference on Hydraulics, Hydrology and Sustainable Water Resources Management: Advances in Research and Management, 24-26 September, Kuala Lumpur, Malaysia.
Proust, S., Rivière, N., Bousmar, D., Paquier, A., Zech, Y. and Morel, R. (2006). Flow in Compound Channel with Abrupt Floodplain Contraction. Journal of Hydraulic Engineering, 132(9), 958-970.
Rezaei, B. (2006). Overbank flow in compound channels with prismatic and non-prismatic floodplains. Ph.D. thesis, Univ. of Birmingham, Birmingham, UK.
Rezaei, B. and Knight, D.W. (2009). Application of the Shiono and Knight Method in compound channels with non-prismatic floodplains. Journal of Hydraulic Research, IAHR, 47(6), 716–726.
Shiono, K. and Knight, D.W. (1988). Two dimensional analytical solution for a compound channel. 3rd International Symposium on Refined Flow Modeling and Turbulence Measurements. Japan, Tokyo.
Shiono, K. and Knight, D.W. (1991). Turbulent open-channel flows with variable depth across the channel. Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press, 222, 617-646.
Sterling, M., Knight, D.W. and Tang, X.N., (2011). Analytical model for streamwise velocity in vegetated channels. Engineering and Computational Mechanics, 164(2), 91–102.
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, 430-438.
Tang, X.N. and Knight, D.W. (2009). Lateral distributions of streamwise velocity in compound channels with partially vegetated floodplains. Science in China Series E: Technological Sciences, 52(11), 3357–3362.
Thomas, T.G. and Williams, J.J.R. (1995). Large eddy simulation of turbulent flow in an asymmetric compound open channel. J. Hydraulic Res., IAHR, 33(1), 27-41.
Tominaga, A., Nezu, I., Ezaki, K. and Nakagawa, H. (1989). Three-dimensional turbulent structure in straight open channel flows. J. Hydr. Res., IAHR, 27(1), 149-173.
Wu, W. and He, Z. (2009). Effects of vegetation on flow conveyance and sediment transport capacity. International Journal of Sediment Research, 24, 247-259.
Yonesi, H., Omid, M.H.  and Ayyoubzadeh, S.A. (2013). The hydraulics of flow in non-prismatic compound channel. Journal of Civil Engineering and Urbanism, 396, 342-356.
Zahiri, A., Ayyoubzadeh, S.A. and Dahanzadeh, B. (2009). Numerical solution of velocity lateral distribution in rivers (Case study: Karoun river at Molasani station). J. Agric. Sci. Natur. Resour. 16(2), 273-283. (In Persian)
Zavistoski, R. (1994). Hydrodynamic effects of surface piercing plants. MSc. Thesis. Massachusetts Institute of Technology. Zong. USA.