پژوهش آب ایران

پژوهش آب ایران

بررسی آزمایشگاهی اثر پوشش گیاهی صلب غیر مستغرق واقع در سیلاب‌دشت کانال مرکب مستطیلی بر فاکتورهای اصطکاکی و نیروی جریان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانش آموخته مهندسی عمران سازه های هیدرولیکی دانشکده مهندسی دریا دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر وکارشناسی ارشد مهندسی آب و سازه‌های
2 دانشیار گروه عمران سازه های دریایی دانشکده مهندسی دریا دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر
چکیده
کانال‌های مرکب به‌دلیل شباهت هیدرولیکی با رودخانه‌های طبیعی در شرایط سیلابی، اهمیت ویژه‌ای در مطالعات هیدرولیکی دارند. در این پژوهش، اثر پوشش گیاهی صلب غیرمستغرق مستقر در سیلاب‌دشت یک کانال مرکب مستطیلی مستقیم با عرض کلی 1 متر بر نیروی جریان، ضریب درگ و فاکتور اصطکاک به‌صورت آزمایشگاهی بررسی شد. آزمایش‌ها با استفاده از شبیه‌سازی فیزیکی جریان در فلوم هیدرولیکی لبه‌چاقویی با طول کلی 15 متر و به روش اندازه‌گیری مستقیم نیروی جریان انجام گرفت.طول ناحیه اندازه گیری 1 متردر نظر گرفته شد. فلوم لبه چاقویی یک فلوم با قابلیت حرکتی تقریبا بدون اصطکاک در ناحیه اندازه گیری است.برای اندازه گیری از نیروسنج یا لودسل استفاده شد.نیروسنج در حالت های مختلف کالیبره گردید. پوشش گیاهی با میله‌های PVC در پنج قطر مختلف، فواصل طولی و عرضی متفاوت و در دو آرایش منظم و نامنظم مدل‌سازی شد. تحلیل نتایج بر اساس پارامتر بی‌بعد پوشش گیاهی (λ*) نشان داد با افزایش مقدار این پارامتر، نسبت نیروی جریان در حضور پوشش گیاهی به حالت بدون پوشش و همچنین ضریب درگ کاهش می‌یابد، در حالی‌که فاکتور اصطکاک کل روندی افزایشی دارد. همچنین مشخص شد در مقادیر یکسان λ*، آرایش نامنظم پوشش گیاهی مقادیر بزرگ‌تری از ضریب درگ و فاکتور اصطکاک را نسبت به آرایش منظم ایجاد می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

1-    Armanini,  A.,  Righetti,  M. and Grisenti,  P., 2005. Direct measurement of Vegetation Resistance in Prototype Scale.  Journal of Hydraulic Research, 43, pp.481-487.
 
2-    Choi, S.U. and Kang, H., 2004. Reynolds stress modeling of vegetated open-channel flows. Journal of Hydraulic. Research., 42(1), pp.3-11. https://doi.org/10.1080/00221686.2004.9641178.
 
3-    Defina, A. and Bixio, A.C., 2005. Mean flow and turbulence in vegetated open channel flow. Journal of Water Resource Research, 41, W07006. https://doi.org/10.1029/2004wr003475.
 
4-    Jia F., Han, Y., Wang, W., Li, J. and Du. J., 2025, Flow structure and spectral characteristics in regions with highly flexible vegetation , Journal of Hydrology, 2025, 660,133357. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.133357.
 
5-    Ferreira, R.M.L., Ricardo, A.M. and Franca, M.J., 2009, Discussion of Laboratory investigation of mean drag in a random array of rigid, emergent cylinders by Yukie Tanino and Heidi M. Nepf. Journal of Hydraulic Engineering, 135(8), pp.690-693. https://doi.org/10.1061/(asce)hy.1943-7900.0000021.
 
6-    Hamidifar, H. and Omid, M. H., 2019. The effect of vegetation arrangement and interaction of the main canal and floodplain on changes in longitudinal diffusion coefficient in compound channel, Iranian Soil and Water Research, (2)51, pp.479-488. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2015.09.048
 
7-     Hassani, M. and Tavakoli, F., 2020. Estimation of water level profile in compound channel despite vegetation cover in floodplain. Iranian Journal of Irrigation and Water Engineering, (3)11, pp.1-19. [InPersian]. https://doi.org/10.3390/w14233951
 
8-    Helmio, T., 2002. Unsteady 1D flow model of compound channel with vegetated floodplains. Journal of Hydrology, 269(1–2), pp.89-99. https://doi.org/10.1016/s0022-1694(02)00197-x
 
9-    James, C., Goldbeck, U., Patini, A. and Jordanova, A., 2008. Influence of foliage on flow resistance of emergent vegetation, Journal of Hydraulic Research, 46, pp.536-542. https://doi.org/10.3826/jhr.2008.3177
 
10-Jarvela, J., 2004. Determination of flow resistance caused by non submerged woody vegetation. International Journal of River Basin Management, 2,pp.61-70. https://doi.org/10.1080/15715124.2004.9635222
 
11-Kang, H. and Choi, S., 2006. Turbulence modelling of compound open-channel flows with and without vegetation on the floodplain using the Reynolds stress model. Advances in Water Resources, 29, pp.1650-1664. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2005.12.004
 
12-Kim, S. J. and Stoesser, T., 2011. Closure modeling and direct simulation of vegetation drag in flow through emergent vegetation. Journal of Water Resources Research, 47(10), W10511. https://doi.org/10.1029/2011wr010561.
 
13-Maturi, F., 2018. Investigation of the effect of non-submerged rigid vegetation on the transfer of motion size in a symmetric rectangular composite channel by direct measurement method. Khorramshahr University of Marine Sciences and Technology. Master Thesis, September [InPersian].
 
14-Maturi, F. and Behdarvandi Askar, M., 2019. Experimental Study of the  Effects of Flow Discharge, Diameter, and Depth on Shear Stress in a Rectangular Channel with Rigid Unsubmerged Vegetation. Journal of Applied Engineering Sciences, 9(22), pp.155-160https://doi.org/10.2478/jaes-2019-0021.
 
15-Maturi, F. and Behdarvandi Askar, M., Direct Measurement of the Effect of Non-Submerged Rigid Vegetation-Induced Flow Cross-Section Area Variations on Flow Force in Compound Channel, Flow Measurement and Instrumentation, 78,10185.https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2020.101884.
 
16-Maturi, F., Behdarvandi Askar M., Ansari Qojar., M. and Parsi, A., 2020. Laboratory study of the effect of non-submerged rigid vegetation on the transfer of motion size along the compound Channel by direct measurement method. Iranian Journal of Soil and Water Research, 52(2), pp.439-450. [InPersian] https://dx.doi.org/10.22059/ijswr.2021.313776.668803.
 
17-Maturi, F. and Behdarvandi Askar, M., 2021. Laboratory Investigation of the Effect of Flow Rate, Diameter and Flow Depth on Shear Stress in a Rectangular Channel with Non-Submerged Rigid Vegetation. 20th Iranian Hydraulic, Gorgan, [InPersian].
 
18-Naot, D., Nezu, I. and Nakagawa, H., 1996. Hydrodynamic behavior of partly vegetated open channels. Journal of Hydraulic Engineering, 122, 625-633. https://doi.org/10.1061/(asce)07339429(1996)122:11(625)
 
19-Schlichting,  H. and  Gersten,  K., 1968. Boundary-layer  Theory. 6th  Ed, McGraw-Hill, New York. p.307.
 
20-Sonnenwald, F.C, Stovin, V. and Guymer, I., 2018. Estimating drag coefficient for arrays of rigid cylinders representing emergent vegetation. Journal of Hydraulic Research. https://doi.org/10.1080/00221686.2018.1494050.
 
21- Stoesser, T., Kim S.J. and Diplas, P., 2010. Turbulent flow through idealized emergent vegetation, ASCE Journal of Hydraulic. Engineering, 136(12), pp.1003-1017, https://doi.org/10.1061/(asce)hy.19437900.0000153.
 
22-Sun, X., 2007. Flow characteristics in compound channels with and without vegetation, Ph.D. thesis, Civil Engineering Deparment, Loughborough University, UK. [Doctoral Thesis].
 
23-Tanino, Y. and Nepf, H.M., 2008. Laboratory investigation  of  mean  drag  in  a  random  array  of  rigid",  emergent cylinders. Journal of Hydraulic Engineering, 134(1), pp.34-41, https://doi.org/10.1061/(asce)07339429(2008).
 
24-Terrier, B., 2010. Flow characteristics in straight compound channels with vegetation along the main channel. Phd Thesis, Department of Civil Engineering, Loughborough University,UK, [Doctoral Thesis].
 
25-Tinoco, R.O. and Cowen, E.A., 2013. The direct and indirect measurement  of  boundary  stress and drag on individual and complex arrays of elements. Exp Fluids, 54, 1509, https://doi.org/10.1007/s00348-013-1509-3.
 
26-Tsujimoto, T., 1992. Spectral analysis of velocity and water surface fluctuations appearing in an open channel with vegetated and non vegetated regions in a crosssection. In Proceedings of the Sixth IAHR International Symposium on Stochastic Hydraulics, Taipei, pp.361-368.
 
27-Vojudi Mehrabani, F., Mohammadi, M. A. and Ayubzadeh, S. A., 2019. Hydraulic flow in composite canal with vegetation and converging floodplains. 18th Iranian Hydraulic Conference, Tehran [InPersian].
 
28-White, B. and Nepf, H. 2007. Shear instability and coherent structures in shallow flow adjacent to a porous layer. Journal of Fluid Mechanics, 593, pp.1-32, https://doi.org/10.1017/s0022112007008415.
 
29- Wu, W., Shields, F. D. Jr., Bennett, S. J. and Wang, S.S.Y., 2005. A depth averaged two-dimensional model for flow sediment transport and bed topography curved channels with riparian vegetation, Journal of Water Resource.research, 41, W03015, https://doi.org/10.1029/2004wr003730
 
دوره 20، شماره 2 - شماره پیاپی 61
(در حال تکمیل ....)
تابستان 1405
صفحه 49-60

  • تاریخ دریافت 09 دی 1404
  • تاریخ بازنگری 13 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش 19 بهمن 1404
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1405