مطالعه آزمایشگاهی حرکت ذره بستر در سیلاب دشت کانال مرکب مستطیلی

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دکتری، دانشگاه تربیت مدرس

2 استاد، دانشگاه تربیت مدرس

3 کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس

4 عضو هئیت علمی/دانشگاه خوارزمی

چکیده

بررسی انتقال بار رسوبی در رودخانه‌ها و کانال‌های روباز از اهمیت زیادی برخوردار است. در این تحقیق رفتار تک‌ذره رسوبی بستر با حرکت لغزشی و غلتشی در سیلاب‌دشت یک کانال مرکب مستطیلی (دارای دیواره میانی قائم) به‌صورت آزمایشگاهی و براساس دیدگاه لاگرانژی مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور روش ردیابی ذرات منفرد در یک کانال مستطیلی مرکب مورد استفاده قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که توزیع سرعت طولی و عرضی و شتاب عرضی ذرات رسوبی در نواحی دور از ناحیه اندرکنش از توزیع نرمال پیروی می‌کند. این در حالی است ‌که با افزایش فاصله از مرکز سیلاب‌دشت و نزدیکی به ناحیه اندرکنش، تبعیت پارامترهای مذکور از توزیع نرمال تضعیف می‌گردد. بررسی‌های مطالعه حاضر نشان داد که هیستوگرام شتاب طولی ذره را نمی‌توان با استفاده از توزیع نرمال برآورد نمود. همچنین مشاهده شد که مقدار کشیدگی هیستوگرام سرعت و شتاب با نزدیک شدن به ناحیه اندرکنش افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


Abbott, J.E. and Francis, J.R.D. (1977). Saltation and suspension trajectories of solid grains in a water stream. Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 284(1321), 225-254.
Ackers, P. (1992). Hydraulic design of two-stage channels. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Maritime and Energy, 96(4), 247-257.
Ancey, C., Bigillon, F., Frey, P., Lanier, J. and Ducret, R. (2002). Saltating motion of a bead in a rapid water stream. Physical review E, 66(3), 036306.
Atabay, S., Knight, D.W. and Seckin, G. (2004). Influence of a mobile bed on the boundary shear in a compound channel, River Flow. Proc. 2nd International Conference on Fluvial Hydraulics, 23–25 June, Napoli, Italy, 1, 337–345.
Barati, R. (2016). 3D modeling of granular sediment transport (bed load) by considering
turbulence effects: incipient motion and saltation, PhD Thesis, Tarbiat Modares University, Tehran, 168p. (in Persian).
Besio, G., Stocchino, A., Angiolani, S. and Brocchini, M. (2012). Transversal and longitudinal mixing in compound channels. Water Resources Research, 48, W12517, doi:10.1029/2012WR012 316.
Chunhong, H., Zuwen, J. and Qingchao, G. (2010). Flow movement and sediment transport in compound channels. Journal of Hydraulic Research, 48(1), 23-32.
Furbish, D.J., Ball, A.E. and Schmeeckle, M.W. (2012). A probabilistic description of the bed load sediment flux: 4. Fickian diffusion at low transport rates. Journal of Geophysical Research, 117, F03034, doi:10.1029/2012JF002356.
Graf, W.H. (1984). Hydraulics of sediment transport. Water Resources Publications, Littleton, Colorado.
Hu, C. and Hui, Y. (1996). Bed-load transport. I: Mechanical characteristics. Journal of Hydraulic Engineering, 122(5), 245-254.
Ikeda, S. and McEwan, I.K. (2007). Flow and sediment transport in compound channels. IAHR monograph, Madrid, Spain.
Julien, P.Y. and Bounvilay, B. (2013). Velocity of Rolling Bed Load Particles. Journal of Hydraulic Engineering, 139, 177-186.
Karamisheva, R.D., Lyness, J.F., Myers, W.R.C., Cassells, J.B.C. and Sullivan , J.O. (1979). Sediment transport formulae for compound channel flows. Proceedings of the Institution of Civil Engineers Water Management 159 September 2006 (Issue WM3), 183–193
Lee, H.Y. and Hsu, I.S. (1994). Investigation of saltating particle motions. Journal of Hydraulic Engineering, 120(7), 831-845.
Lee, H.Y., Lin, Y.T., Yunyou, J. and Wenwang, H. (2006). On three-dimensional continuous saltating process of sediment particles near the channel bed. Journal of Hydraulic Research, 44(3), 374-389.
Lee, H.Y., You, J.Y. and Lin, Y.T. (2002). Continuous saltating process of multiple sediment particles. Journal of hydraulic engineering, 128(4), 443-450.
Lajeunesse, E., Malverti, L. and Charru, F. (2010), Bed load transport in turbulent flow at the grain scale: Experiments and modeling. Journal of Geophysical Research, 115, F04001, doi:10.1029/2009JF001628.
Martin, R.L., Jerolmack, D.J. and Schumer, R. (2012). The physical basis for anomalous diffusion in bed load transport. Journal of Geophysical Research, 117, F01018, doi:10.1029/2011JF002075.
Mehdizadeh, S. (2009). Experimental investigation of sediment particle motions near the
channel bed using PIV technique, MSc Thesis, Tarbiat Modares University, Tehran, 110p. (in Persian).
Nabipour, M., Salehi Neyshabouri, S.A.A., Mohajeri, S.H., Zarrati, A.R. and Zabetian Toroghi, M. (2017). Study on turbulent flow in a compound channel with shallow overbank using Particle Image Velocimetry. Modares Mechanical Engineering, 17(8), 164-172. (in Persian).
Nasrollahi, A. (2010). Numerical simulation of bed load transport using Eulerian-Lagrangian two phase flow, PhD Thesis, Tarbiat Modares University, Tehran, 225p. (in Persian).
Nelson, J.M., Shreve, R.L., McLean, S.R., Drake, T.G. (1995). Role of near-bed turbulence structure in bed load transport and bed forms mechanics. Water Resources Research, 31, 2071–2086.
Nicholas, A.P. and Walling, D.E. (1998). Numerical modelling of floodplain hydraulics and suspended sediment transport and deposition. Hydrological Processes, 12(8), 1339-1355.
Nikora, V., Habersack, H., and Huber, T. and McEwan, I. (2002). On bed particle diffusion in gravel bed flows under weak bed load transport. Water Resource Research, 38(6), 1081, 10.1029/2001WR000513.
Niño, Y. and García, M. (1998). Using Lagrangian particle saltation observations for bedload sediment transport modelling. Hydrological Processes, 12(8), 1197-1218.
Paiement-Paradis, G., Marquis, G. and Roy, A. (2011). Effects of turbulence on the transport of individual particles as bedload in a gravel-bed river. Earth Surf. Process. Landforms, 36, 107–116.
Ramesh, B., Kothyari, U.C. and Murugesan, K. (2011). Near-bed particle motion over transitionally-rough bed. Journal of Hydraulic Research, 49(6), 757–765.
Raudkivi, A. J., (1998). Loose Boundary Hydraulics. A.A. Balkema, Brookfield, Vt.
Roseberry, J.C., Schmeeckle, M.W. and Furbish, D.J. (2012). A probabilistic description of the bed load sediment flux: 2. Particle activity and motions. Journal of Geophysical Research, 117. F03032, doi:10.1029/2012JF002353
Souri, F. (2017). Particle Tracking in Compound Channel, MSc Thesis, Tarbiat Modares University, Tehran, 110p. (in Persian).
Tang, X. and Knight, D.W. (2006). Sediment Transport in River Models with Overbank Flows. Journal of Hydraulic Engineering, 132(1), 77-86.