نشریه علمی هیدرولیک

نشریه علمی هیدرولیک

شبیه‌سازی اثر شیب وجه پائین‌رونده تلماسه بر مشخصات ناحیه هایپریک

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان
1 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
2 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان،گلستان، ایران.
10.30482/jhyd.2023.387972.1636
چکیده
چکیده: رودخانه‌ها، سیستم‌های پیچیده‌ای هستند که انواع فرایندهای شیمیایی، بیولوژیکی و فیزیکی در آنها رخ می‌دهد. تبادل هایپریک عبارت است از اختلاط جریان سطحی و جریان زیرسطحی در محیط متخلخلی که زیر و اطراف مجاری گذر آب را احاطه کرده است. چنین تبادلاتی می‌تواند بر اثر وجود فرم‌های مختلف بستر در رودخانه ایجاد شود. تلماسه‌ها از انواع شکل بستر رودخانه هستند که در رودخانه‌های مستقیم، مارپیچی و شریانی یافت می‌شود. اختلاف فشار دو طرف تلماسه به ایجاد تبادلات هایپریک منجر می‌شود که طول موج، دامنه و شیب وجه‌های پائین‌رونده و بالارونده آن می‌تواند بر میزان تبادلات هایپریک تأثیرگذار باشد. در این تحقیق به بررسی اثر شیب پائین‌دست تلماسه در زوایای 10، 20 و 30 درجه، بر روی مشخصات ناحیه هایپریک (شامل زمان ماند، دبی تبادلی و عمق نفوذپذیری هایپریک)، پرداخته شده است. همچنین تأثیر هدایت هیدرولیکی، سرعت جریان زیرسطحی و ضخامت بستر رسوبی بر عمق تبادلات هایپریک مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه سازی عددی جریان سطحی از نرم‌افزار FLOW3D استفاده شد، شبیه‌سازی شامل بازه‌ای از یک کانال به طول7/2 متر، عرض1/0 متر و ارتفاع 3/0 متر می‌باشد. پس از حل جریان سطحی، فشارهای روی سطح فرم بستر بعنوان شرط مرزی دریشلت به مدل آب زیرزمینی MODFLOW معرفی شد. نتایج نشان می‌دهد با افزایش شیب، زمان ماندگاری و دبی تبادلی افزایش و عمق تبادلات هایپریک کاهش یافته است. همچنین با افزایش هدایت هیدرولیکی عمق تبادلات هایپریک افزایش ولی با افزایش سرعت جریان زیرسطحی و ضخامت بستر رسوبی عمق تبادلات هایپریک کاهش پیدا می‌کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Best, J.L. (1993). On the interactions between turbulent flow structure, sediment transport and bedform development: some considerations from recent experimental research. In: Turbulence: Perspectives On Flow and Sediment Transfer, Clifford, N.J., French, J.R. & Hardisty, J. (Eds.), John Wiley & Sons, Ltd., 61-92.
Biddulph, M. (2015). Hyporheic Zone: In Situ Sampling, Geomorphological Techniques. Chapter 3, Section 11.1, Clarke, L. & Nield, J. (Eds.), British Society for Geomorphology.
Blois, G., Best, J.L., Sambrook Smith, G.H. & Hardy, R.J. (2014). Effect of bed permeability and hyporheic flow on turbulent flow over bed forms. Geophysical Research Letters, 41(18), 6435-6442.
Cardenas, M.B. & Wilson, J.L. (2007). Dunes, turbulent eddies, and interfacial exchange with permeable sediments. Water Resources Research, 43(8), https://doi.org/10.1029/2006WR005787.
Chen, X., Cardenas, M.B. & Chen, L. (2015). Three dimensional versus two dimensional bed form‐induced hyporheic exchange. Water Resources Research, 51(4), 2923-2936.
Edwards, R.T. (1998). The Hyporheic Zone. Chapter 16 in River Ecology and Management–Lessons from the Pacific Coastal Ecoregion.
Fox, A., Boano, F. & Arnon, S. (2014). Impact of losing and gaining streamflow conditions on hyporheic exchange fluxes induced by dune shaped bed forms. Water Resources Research, 50(3), 1895-1907.
Kwoll, E., Venditti, J.G., Bradley, R.W. & Winter, C. (2016). Flow structure and resistance over subaquaeous high and low angle dunes. Journal of Geophysical Research: Earth Surface121(3), 545-564.
Magliozzi, C., Grabowski, R., Packman, A.I. & Krause, S. (2017). Scaling down hyporheic exchange flows: from catchments to reaches. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 1-53, doi:10.5194/hess-2016-683.
Movahedi, N., Dehghani, A.A., Schmidt, Ch., Trauth, N. & Meftah, M. (2020). Comparison of Hyporheic Exchanges in 2D and 3D Riffle-Pool bed form structures. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 52(8), 1-3. (In Persian)
Packman, A.I., Salehin, M. & Zaramella, M. (2004). Hyporheic exchange with gravel beds: basic hydrodynamic interactions and bedform-induced advective flows. Journal of Hydraulic Engineering, 130(7), 647-656.
Ren, J., Wang, X., Zhou, Y., Chen, B. & Men, L. (2019). An Analysis of the Factors Affecting Hyporheic Exchange based on Numerical Modeling. Water, 11(4), 665, https://doi.org/10. 3390/w11040665.
Tonina, D. & Buffington, J.M. (2009). Hyporheic exchange in mountain rivers I: Mechanics and environmental effects. Geography Compass, 3(3), 1063-1086.

  • تاریخ دریافت 12 اسفند 1401
  • تاریخ بازنگری 25 تیر 1402
  • تاریخ پذیرش 05 شهریور 1402