مطالعه آزمایشگاهی اثر فرم های بستر بر ضریب اصطکاک دارسی ویسباخ در مجاری روباز مستقیم

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی عمران-آب و سازه های هیدرولیکی دانشکده مهندسی آب و محیط زیست دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

2 استادیار گروه سازه‌های آبی دانشکده مهندسی آب و محیط زیست دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

3 استاد گروه سازه های آبی دانشکده مهندسی آب و محیط زیست دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

چکیده

تشکیل فرم‌های بستر در رودخانه‌های آبرفتی سبب تغییر مقاومت در برابر جریان و ضریب اصطکاک دارسی ویسباخ می‌گردد. فرمهای بستر ریپل و دیون از جمله متداولترین فرمهای بستر تشکیل شونده در رودخانه های آبرفتی هستند که به شکل مثلث می‌باشند و در رژیم جریان پایین (عدد فرود کوچکتر از 1) تشکیل می‌شوند. مطالعات زیادی در گذشته در رابطه با عوامل موثر بر ضریب اصطکاک دارسی ویسباخ صورت گرفته است ولی تحقیقات اندکی در رابطه با اثر فرمهای بستر با اندازه رسوبات متفاوت بر ضریب اصطکاک دارسی ویسباخ انجام شده است. لذا در این تحقیق از رسوبات با اندازه‌های 51/0 و 18/2 میلیمتر برای زبر کردن سطح فرمهای بستر استفاده شد. نتایج نشان داد که با افزایش اندازه ذرات بستر ضریب اصطکاک دارسی ویسباخ کل (f_b) و ضریب اصطکاک دارسی ویسباخ مربوط به ذره ((f_b ) ́) افزایش یافتند. مقدار f_b در بسترهای رسوبی با اندازه 18/2 میلیمتر بطور متوسط 32 درصد بیش از بسترهای رسوبی با اندازه 5/0 میلیمتر بود. در ضمن، مقدار ضریب اصطکاک مربوط به ذره ((f_b ) ́) برای ذرات با اندازه 51/0 و 18/2 میلی‏متر بطور متوسط به ترتیب 45/25 و 8/26 درصد ضریب اصطکاک کل (f_b) بود.

کلیدواژه‌ها


Afzalimehr, H. and Anctil, F. (1998). Estimation of gravel-bed river flow resistance. Journal of Hydraulic Engineering, 124(10), 1054-1058.
Bahrami Yarahmadi, M. and Shafai Bejestan, M. (2010a). Effect of shape of sediment particles at the bed of open channel on friction coefficient. Journal of Irrigation Sciences and Engineering, 33(1), 1-13. (in Persian)
Bahrami Yarahmadi, M. and Shafai Bejestan, M. (2010b). Experimental study of the effects of channel bed coarse sediments on flow resistance coefficient. Journal of Water and Soil, 20.1(2),143-156. (in Persian)
Bathurst, J.C. (2002). At-a-site variation and minimum flow resistance for mountain rivers. Journal of Hydrology, 269(1-2), 11-26.
Chegini, A.H.N. and Pender, G. (2012). Determination of small size bed load sediment transport and its related bed form under different uniform flow conditions. WSEAS Transactions on Environment and Development, 8(4), 158-167.
Chien, N. and Wan, Z. (1999). Mechanics of sediment transport. ASCE Press, 913 p.
Daghigh, H., karami Khaniki, A. and Ali Akbari Bidokhti, A. (2017). Evaluation of sandy bed ripples geometry using physical model and correcting existed practical relations factors.  Iranian Journal of Marine Technology, 4(1), 64-74. (in Persian)
Davarpanah-Jazi, S., Kabiri-Samani, A.R. and Afzalimehr, H.  (2016). Effects of straight-crested gravel bed-forms and vegetated banks on turbulent flow characteristics. Modares Civil Engineering Journal, 16(2), 103-115. (in Persian)
Esmaili, K., Kashefipour, S.M. and Shafaie Bajestan, M. (2009). The effect of bed form on roughness coefficient in unsteady flows using a combined numerical and laboratory method. Journal of Water and Soil, 23(3), 136-144. (in Persian)
Farhoudi, J. and Esmaeili Varaki, M. (2010). Erosion and Sedimentation. University of Tehran Press, 317P. (in Persian)
Ghasemi, M., Heidarpour, M. and Tabatabaei S.H. (2016). Investigation of distribution of velocity and turbulence intensity in presence of dunes and vegetation in a rectangular open channel. Journal of Hydraulics, 10(3), 1-14. (in Persian)
Hey, R.D. (1979). Flow resistance in gravel-bed rivers. Journal of The Hydraulics Division, 105(4), 365-379.
Jafari Meanaii, S. and Keshavarzi, E. (2007). Investigation of stress and kinetic energy on ripples in the bed of open channels. 6th Iranian Hydraulic Conference, September 4-13, Shahrekord University. (in Persian)
Julien, P.Y. (2010). Erosion and sedimentation. 2nd edition, Cambridge University Press, 390 p.
Kabiri, F., Afzalimehr, H., Smart, G. and Rousseau, A.N. (2014). Flow over gravel dunes. British Journal of Applied Science & Technology, 4(6), 905-911.
Karbasi, M. (2005). Investigation of the effect of bed load movement on hydraulic resistance of flow in the presence of bed forms, Master Thesis in Water Structures Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tehran. (in Persian)
Kwoll, E., Venditti, J.G., Bradley, R.W. and Winter, C. (2016). Flow structure and resistance over subaqueous high- and low-angle dunes. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 121, 545–564.
Madrid-Aris, M. (1992). Hidráulica de Ríos con Gran Pendiente. Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaiso, Chile.
Mahmoodian Shooshtari, M. (2006). Principles of flow in open Channel. 1st volume. Shahid Chamran University of Ahvaz Press, 513 p. (in Persian).
Motie, M., Sanei, M. and Tabatabaii, M. (2005). Experimental study of the relationship between roughness coefficient and particle diameter size in rivers with steep slopes. 5th Iranian Hydraulics Conference, Kerman. (in Persian)
Nasiri Dehsorkhi, E., Afzalimehr, H. and Singh, V. P. (2011). Effect of bed forms and vegetated banks on velocity distributions and turbulent flow structure. Journal of Hydrologic Engineering, 16(6), 495-507.
Omid, M.H., Karbasi, M. and Farhoudi, J. (2010). Effects of bed-load movement on flow resistance over bed forms. Sadhana, 35(6), 681-691.
Ranga-Raju, K.G. and Soni, J.P. (1976). Geometry of ripples and dunes in alluvial channels. Journal of Hydraulic Research, 14(3), 241-249.
Reking, A., Frey, P., Paquier, A., Belleudy, P. and Champagne, J.Y. (2008). Bed-load transport flume experiments on steep slopes. Journal of Hydraulic Engineering, 134(9), 1302-1310.
Romero, M., Revollo, N. and Molina, J. (2010). Flow resistance in steep mountain rivers in Bolivia. Journal of Hydrodynamics, Ser. B, 22(5), 702-707.
Roshani, E., Hossienzade Dalir, A., Farsadizade, D. and Salmasi, F. (2017). Study of width reduced transition effects on ripple bed form height in various hydraulic conditions. Journal of Water and Soil, 31(1), 28-39. (in Persian)
Samadi-Boroujeni, H., Maleki, P., Fattahi-Nafchi, R. and Ketabdari, M.J. (2014). Experimental study on the effect of the parallel and flake ripple bed forms on the Manning roughness coefficient. Journal of Hydraulics, 8(4), 55-65. (in Persian)
Shafai Bajestan, M. (2008). Basic theory and practice of hydraulics of sediment transport. 2nd ed., Shahid Chamran University of Ahvaz Press. 549 p. (in Persian).
Simons, D.B. and Richardson, E.V. (1966). Resistance to Flow in Alluvial Channels. Geological survey Professional paper, 422-J., Washington.
Talebbeydokhti, N., Hekmatzadeh, A.A. and Rakhshandehroo, G.R. (2006). Experimental modeling of dune bed form in a sand-bed channel. Iranian Journal of Science and Technology, Transaction B, Engineering, 30(B4), 503-516.
Yang, C.T. (1996). Sediment transport: Theory and practice. McGraw-Hill, 396 p.