نشریه علمی هیدرولیک

نشریه علمی هیدرولیک

خصوصیات جریان ثانویه و میدان جریان در کانال‌های مرکب غیرمنشوری با پوشش گیاهی

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان
1 دانشگاه آزاد آسلامی واحد علوم و تحقیقات
2 گروه مهندسی آب، دانشگده عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران
3 استادیارگروه مهندسی آب، دانشگاه لرستان
4 استادیار، دانشگاه خوارزمی
چکیده
هدف از این تحقیق بررسی اثر پوشش گیاهی صُلب و انعطاف‌پذیر سیلابدشت بر روی الگوی جریان و نحوه تشکیل جریان‌های ثانویه در کانال‌های مرکب واگرا با بستر متحرک می‌باشد. به همین دلیل کلیه آزمایش‌ها در یک فلوم آزمایشگاهی انجام شد که در آن از میله‌های پلاستیکی با قطر 10 میلی‌متر بعنوان پوشش گیاهی درخت استفاده شد و چمن‌های مصنوعی به ارتفاع 3 سانتی‌متر در بستر سیلابدشت ساختار پوشش گیاهی علفزار را بوجود آوردند. نتایج نشان می‌دهد که پوشش گیاهی (صُلب و انعطاف‌پذیر)، گرادیان سرعت جریان را در صفحه عمودی مشترک بین کانال اصلی و سیلابدشت افزایش می‌دهد. حضور پوشش گیاهی سیلابدشت بطور متوسط موجب کاهش 1/63 درصدی سرعت جریان در سیلابدشت شده است. همچنین، در تمامی تراکم‌های پوشش گیاهی مشاهده گردید که پروفیل‌های قائم مؤلفه طولی سرعت در جهت جریان اندازه‌گیری شده با حرکت از دیواره کانال اصلی به سمت ناحیه مشترک تقریباً از یک پروفیل S شکل تبعیت می‌کنند. علاوه براین، در کانال مرکب با سیلابدشت واگرا حضور پوشش گیاهی موجب تشکیل دو گردابه در خلاف جهت همدیگر در محدوده کانال اصلی خواهد شد، بطوریکه یک گردابه پادساعتگرد نسبتاً ضعیف تحت تأثیر دیواره مشترک عمودی در ترازی پایین‌تر از ارتفاع لبریزی و گردابه‌ای ساعتگرد و نسبتاً قوی در محدوده بالای تراز لبریزی شکل می‌گیرد که میزان و شدت آن‌ها به نحوه شکل‌گیری فرم بستر در کانال اصلی بستگی دارد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Ackers, P. (1993). Flow Formulae for straight two-stage channels. Journal of Hydraulic Research, 31(4), 509-531.
Barrios-Piña, H., Ramírez-León, H., Rodríguez-Cuevas, C. & Couder-Castañeda, C. (2014). Multilayer numerical modeling of flows through vegetation using a mixing-length turbulence model. Water, 6(7), 2084-2103.
Cheng, N.S. & Nguyen, H.T. (2011). Hydraulic radius for evaluating resistance induced by simulated emergent vegetation in open-channel flows. Journal of Hydraulic Engineering, 137(9), 995-1004.
Devi, K. & Khatua, K.K. (2016). Prediction of depth averaged velocity and boundary shear distribution of a compound channel based on the mixing layer theory. Flow Measurement and Instrumentation, 50, 147-157.
Ghisalberti, M. & Nepf, H.M. (2006). The structure of the shear layer in flows over rigid and flexible canopies. Environmental Fluid Mechanics, 6(3), 277–301.
Hamidifar, H., Omid, M.H. & Keshavarzi, A. (2016). Kinetic energy and momentum correction coefficients in straight compound channels with vegetated floodplain. Journal of Hydrology, 537, 10-17.
James, C.S., Goldbeck, U.K., Patini, A. & Jordanova, A.A. (2008). Influence of foliage on flow resistance of emergent vegetation. Journal of Hydraulic Research, 46(4), 536-542.
Maturi, F., Behdarvandi Askar, M., Ansari Ghojghar, M. & Parsi, E. (2021). Experimental Study of the Effect of non-Submerged Rigid Vegetation on Flow Force in Symmetrical Rectangular Compound Channel by Direct Measurement Method. Iranian Journal of Soil and Water Research, 52(2), 439-450. (In Persian)
Mohseni, M. & Tavakoli Nezhad Allah Abadi, F. (2020). Experimental Study of Vertical velocity profiles in compound channels with vegetation on floodplains. Journal of Hydraulics, 15(4), 31-45. (In Persian)
Mulahasan, S., Stoesser, T. & McSherry, R. (2017). Effect of floodplain obstructions on the discharge conveyance capacity of compound channels. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 143(11), 04017045, https://doi.org/10.1061/(ASCE) IR.1943-4774.0001240.
Rezaei, B. & 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.
Samadi Rahim, A., Yonesi, H.A., Rahimi, H.R., Shahinejad, B., Podeh, H.T. & Azamattulla, H.M. (2023). Effect of vegetation on flow hydraulics in compound open channels with non-prismatic floodplains. AQUA — Water Infrastructure, Ecosystems and Society, 72(5), 781-797.
Samadi Rahim, A., Yonesi, H.A., Shahinejad, B., Podeh, H.T. & Azamattulla, H. M. (2022). Flow structures in asymmetric compound channels with emergent vegetation on divergent floodplain. Acta Geophysica, 70(5), 2403-2421.
Samadi Rahim, A., Yonesi, H., Shahinejad, B. & Torabi Podeh, H. (2021). Experimental investigation of floodplain vegetation density effect on flow hydraulic‎ in divergent compound channels. Journal of Hydraulics, 16(1), 111-130. (In Persian)
Sanjou, M. & Nezu, I. (2011). Turbulence structure and concentration exchange property in compound open-channel flows with emergent trees on the floodplain edge. International Journal of River Basin Management, 9(3-4), 181-193.
Sanjou, M., Nezu, I., Suzuki, S. & Itai, K. (2010). Turbulence structure of compound open-channel flows with one-line emergent vegetation. Journal of Hydrodynamics, 22(1), 560-564.
Schlichting, H. & Gersten, K. (1968). Boundary Layer Theory. McGraw Hill Book Co., New York.
Shahsavari, H., Khodashenas, S.R. & Esmaili, K. (2020). Investigating the effect of rigid non-submerged artificial vegetation on flow characteristics in Compound Meander Channel. Journal of Hydraulics, 15(2), 131-147. (In Persian)
Shiono K. & Knight, D.W. (1991). Turbulent open-channel flows with variable depth across the channel. J Fluid Mech, 222, 617–646.
Stephenson, D. & Kolovopoulos, P. (1990). Effects of momentum transfer in compound channels. Journal of Hydraulic Engineering, 116(12), 1512-1522.
Sun, X. & Shiono, K. (2009). Flow resistance of one-line emergent vegetation along the floodplain edge of a compound open channel. Advances in Water Resources, 32(3), 430-438.
Terrier, B. (2010). Flow characteristics in straight compound channels with vegetation along the main channel, Doctoral dissertation, Loughborough University.
Terrier, B., Robinson, S., Shiono, K., Paquier, A. & Ishigaki, T. (2010). Influence of vegetation to boundary shear stress in open channel for overbank flow. River Flow 2010, 285-292.
Vojoudi Mehrabani, F., Mohammadi, M., Ayyoubzadeh, S.A., Fernandes, J. & Ferreira, R. (2020). Flow behavior in Non-Prismatic Convergent Compound Channel with Submerged Vegetation on Floodplains. Journal of Hydraulics, 15(1), 97-111. (In Persian)
Wang, W.J., Peng, W.Q., Huai, W.X., Katul, G.G., Liu, X.B., Qu, X.D. & Dong, F. (2019). Friction factor for turbulent open channel flow covered by vegetation. Scientific Reports, 9(1), 5178, doi: 10.1038/s41598-019-41477-7.
Watanabe, T. & Kondo, J. (1990). The influence of canopy structure and density upon the mixing length within and above vegetation. Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II, 68(2), 227-235.
 
Yang, K., Cao, S. & Knight, D.W. (2007). Flow patterns in compound channels with vegetated floodplains. Journal of Hydraulic Engineering, 133(2), 148-159.
Yang, K., Nie, R., Liu, X. & Cao, S. (2013). Modeling depth-averaged velocity and boundary shear stress in rectangular compound channels with secondary flows. Journal of Hydraulic Engineering, 139(1), 76-83.
Yonesi, H.A., Omid, M.H., & Ayyoubzadeh, S.A. (2019). Investigation of hydraulic flow and sediment transport in Non-prismatic compound channels. Journal of Hydraulics, 14(2), 89-104. (In Persian)
Zdravkovich, M.M. (1977). Review of flow interference between two circular cylinders in various arrangements. Journal of Fluids Engineering, 99, 618–633
Zdravkovich, M.M. (1987). The effects of interference between circular cylinders in cross flow. Journal of Fluids and Structures, 1(2), 239-261.

  • تاریخ دریافت 12 فروردین 1403
  • تاریخ بازنگری 23 تیر 1403
  • تاریخ پذیرش 13 مرداد 1403