ساختار جریان و آشفتگی در آبراهه های مرکب تحت تأثیر پوشش گیاهی صلب سیلاب دشت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشگاه تهران

2 استاد گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشگاه تهران

3 استاد بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز

چکیده

آگاهی از هیدرولیک جریان در آبراهه­های مرکب با دشت سیلابی پوشیده از گیاه در تعیین رابطۀ دبی- اشل و همچنین انتقال رسوب و آلاینده­ها اهمیت زیادی دارد.  در این تحقیق، به بررسی آزمایشگاهی ساختار جریان متوسط و پارامترهای جریان آشفته در یک کانال مرکب مستقیم منشوری پرداخته شده است.  آزمایش­ها در دو حالت با و بدون پوشش گیاهی صلب در دشت سیلابی و در سه عمق نسبی مختلف اجرا و نتایج مقایسه شدند.  نتایج نشان می­دهد که پوشش گیاهی تأثیر چشمگیری بر مشخصات جریان از قبیل مؤلفه­های طولی، عرضی و عمقی سرعت جریان متوسط و همچنین تنش­های رینولدز دارد.  به ازای یک عمق نسبی معین و در محدودة آزمایش­های این تحقیق، مشاهده گردید که ظرفیت انتقال جریان در حضور پوشش گیاهی دشت سیلابی، نسبت به شرایط فقدان پوشش گیاهی، تا 31 درصد کمتر است.  سرعت جریان متوسط اگرچه تغییرات عرضی زیادی در کانال اصلی دارد اما روی دشت سیلابی پوشیده از گیاه، تقریباً ثابت است.  همچنین، جریان­های ثانویۀ قوی و انتقال مومنتوم بین کانال اصلی و دشت سیلابی منجر به ایجاد گرادیان شدید در منحنی توزیع سرعت جریان متوسط، تنش برشی و انرژی جنبشی جریان آشفته در مرز مشترک کانال اصلی و دشت سیلابی می­شود.

Abernethy, B. and Rutherford, I. D. 1998. Where along a river’s length will vegetation most effectively stabilise stream banks?. Geomorphology. 23(1): 55-75.

Ayyoubzadeh, S. A. 1997. Hydraulic aspects of straight compound channel flow and bed load sediment transport. Ph. D. Thesis. The University of Birmingham. England.

Bijad, K., Kouchakzadeh, S. and Ayyoubzadeh, S. A. 2010. An investigation of the influence of

longitudinal channel slope on secondary currents in compound channels using 2-D momentum model. Iranian J. Soil and Water Res. 41(2): 169-177. (in Farsi)

Hamidifar, H. and Omid, M. H. 2012. 3-D simulation of flow in compound open channels Using
FLOW-3D. CD Proceeding of 11th Iranian Hydraulic Conference. Nov. 6-8. Urmia. Iran. (in Farsi)

Joung, Y. and Choi, S. 2008. Investigation of twin vortices near the interface in turbulent compound
open-channel flows using DNS data. J. Hydraul. Eng. 134(12): 1744-1756.

Kadlec, R. H. 1990. Overland flow in wetlands: vegetation resistance. J. Hydraul. Eng. 116(5): 691-706.

Knight, D. W. and Hamed, M. E. 1984. Boundary shear in symmetric compound channels. J. Hydraul. Eng. 110(10): 1412-1430.

Lai, C. J. and Knight, D. W. 1988. Distribution of streamwise velocity and boundary shear stress in compound ducts. Proceeding of the 3rd Symposium on Refined Flow Modelling and Turbulence Measurements. July 26-28. Tokyo. Japan. 527-536

Maghrebi, M. and Heidarbeigi, A. A. 2009. Analytical study of stage-discharge relationship in compound channels with non-uniform roughness. J. Civil Eng. 21(1): 125-141. (in Farsi)

Mars, M., Kuruvilla, M. and Goen, H. 1999. The role of submergent macrophyte triglochin huegelii in domestic greywater treatment. Ecol. Eng. 12, 57-66.

Massel, S. R., Furukawa, K. and Brinkman, R. M. 1999. Surface wave propagation in mangrove forests. Fluid Dyn. Res. 24(4): 219-249.

Nepf, H., Mugnier, C. and Zavistoski, R. 1997. The effects of vegetation on longitudinal dispersion. Estuar. Coast. Shelf Sci. 44, 675-684.

Othman, M. A. 1994. Value of mangroves in coastal protection. Hydrobiologia. 285(1-3):  277-282.

Pollen, N. and Simon, A. 2005. Estimating the mechanical effects of riparian vegetation on stream bank stability using a fiber bundle model. Water Resour. Res. 41, 1-11.

Rajaratnam, N. and Ahmadi, R. 1981. Hydraulics of channels with floodplains. J. Hydraul. Res. 16(2):
139-150.

Shiono, K. and Knight, D. W. 1991. Turbulent open channel flows with variable depth across the channel. J. Fluid Mech. 222, 617-646.

Simon, A. and Collison, A. J. C. 2002. Quantifying the mechanical and hydrologic effects of riparian vegetation on streambank stability. Earth Surf. Proc. Land. 27, 527-546.

Tanaka, N. 2009. Vegetation bioshields for tsunami mitigation: review of effectiveness, limitations, construction, and sustainable management. Landscape Ecol. Eng. 5, 71-79.

Thomas, T. G. and Williams, J. J. R. 1995. Large eddy simulation of turbulent flow in an asymmetric compound open channel. J. Hydraul. Res. 33(1): 27-41.

Tominaga, A. and Nezu, I. 1991. Turbulent structure in compound open-channel flows. J. Hydraul. Eng. 117(1): 21-41.

Yang, K., Cao, S. and Knight, D. W. 2007. Flow patterns in compound channels with vegetated

floodplains. J. Hydraul. Eng. 133(2): 148-159.

Yang, Z., Gao, W. and Huai, W. 2010. Secondary flow coefficient of overbank flow. Appl. Math.
Mech-Engl. 31(6): 709-718.

Zavistoski, R. 1994. Hydrodynamic effects of surface piercing plants. M. Sc. Thesis. Massachusetts Institute of Technology. Zong. USA.