تأثیر پوشش گیاهی دیواره، شیب،‌ اندازه رسوب و شکل بستر برآمدگی بر ویژگی های جریان متلاطم

STUDENT

DEGREE

YEAR

River engineering seeks to preserve and optimize the natural rivers and their floodplains . Rising in bed topography called riffle . These bedforms occurs in rivers with mild slop ( less than 5 percent ) and unconfined situation ; however , riffles excite in developed floodplains . Grains which cover these bedforms are suitable places for salmons . As a result , a successful channel design needs studying these bedforms , at first . Moreover, vegetated walls have significant effect on stability and flow resistance ; in addition , these walls increase roughness coefficient in walls and flood plains . In fact , vegetation increase channel walls stability and sediment traort threshold . To sum up , interaction of sediment , flow and vegetation determinant morphodynamical river factors . Many laboratory and analytical researches have done in several decades ; although , the knowledge of interaction of bedform , flow and their effects on hydraulic parameters such as shear stress is inadequate . Among the objectives of this research are to : assess and understand the interaction of riffle and vegetated walls on acceleration flows , study of bedform`s slop effectiveness on turbulent flow characteristics , analysis of flow patterns when grain size near the crest of riffle is changed . This study was conducted in Isfahan University , agricultural college , Hydraulics Laboratory . 3D measurement of flow was done by ADV . Three-dimensional measurement of water flow velocity was measured using ADV. In order to simulate riverbed testing two different size 10 mm and 32 mm were used in different series. To show the effect of changes in stoss and lee three different angle used to simulate bedform in the first three tests. Influence of vegetation on turbulence flow through experiments conducted in the presence and lack of vegetation were studied. A total of seven series of experiments were conducted to achieve the research goals.velocity near the wall is Increasing gradient along the channel leads to flow close to the bed, and the case of recurring defects occur momentum changes in stoss and lee `s angle then, flow separation occurs (in higher slope). Mild slop prevent separation on lee and make a shear layer on deceleration part of bed form . This shear layer extended on the crest. . Also, the occurrence of maximum stress increases with increasing slope. Steep rise in tensions on the bedform is the result of stoss and lee`s angle . Particles move through the bedform as suspended load and bedload with increases in angle . Increased aggregation reduces the maximum speed of the substrate is formed. At a riffle with 10 degree in its stoss and lee angle , the maximum velocity happen at higher water depth with increasing in grain size. But this increase don’t have significant influence on teion. Vegetated walls increased secondary patterns and decreased aspect ratio . This kind of walls increased Drag forces and turbulence in flow . Vegetated walls has an significant influence on deceleration and increased suspended load .

مهندسی رودخانه علمی است که به دنبال حفظ وضعیت طبیعی در رودخانه ها و بهینه سازی آنها و دشت های سیلابی مجاور می باشد . افزایش توپوگرافی بستر ، شکل بستر برآمدگی نامیده می شود . شکل بستر برآمدگی در رودخانه ها با شیب ملایم تا کم ( کمتر از 5 درصد) و عموماً بدون مانع خارجی و در دشت های سیلابی کاملاً توسعه یافته ایجاد می شوند. ذرات قلوه سنگ و شن که پوشش این اشکال بستر را تشکیل می دهند منطقه ای مناسب و جذاب جهت تخم ریزی ماهیان آزاد هستند ، به این دلیل طراحی موفق یک کانال نیاز به شناخت این شکل بستر دارد . از طرفی پوشش گیاهی در حاشیه رودخانه ها اثر قابل توجهی بر پایداری و مقاومت جریان داشته و موجب افزایش ضریب زبری در دیواره رودخانه ها و دشت های سیلابی آنها می شود. در واقع پوشش گیاهی موجب تقویت و استحکام دیواره های رودخانه و افزایش آستانه حرکت ذرات رسوب می شود. بنابراین بر هم کنش رسوب ، جریان و پوشش گیاهی عامل تعیین کننده در مورفودینامیک رودخانه می باشد . با وجود چندین دهه کار تحلیلی و آزمایشگاهی در مورد شکل های بستر هنوز دانش برهم کنش شکل بستر ، جریان و نحوه تأثیر آنها بر پارامتر های هیدرولیکی نظیر تنش برشی بسیار ناکافی است . از جمله اهداف این تحقیق می توان به بررسی و شناخت تأثیر شکل بستر برآمدگی و پوشش گیاهی در دیوار بر روی الگوی جریان تند شونده ؛ مطالعه اثر شیب تاج شکل بستر بر مؤلفه های جریان آشفته تند شونده ؛ تحلیل الگوهای جریان درصورت تغییر دانه بندی در حول تاج شکل بستر برآمدگی اشاره کرد . تحقیق حاضر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان با اندازه گیری سه بعدی سرعت جریان آب توسط دستگاه سرعت سنج صوتی ADV انجام گرفت . در انجام این آزمایش به منظور شبیه سازی بستر رودخانه از دو دانه بندی متفاوت 10 و 32 میلی متر استفاده شد . همچنین به منظور بررسی تأثیر زاویه شیب ورودی و خروجی شکل بستر ، سه زاویه شیب متفاوت در سه سری اول آزمایش شبیه سازی شد . تأثیر پوشش گیاهی بر روی توربولانس جریان از طریق انجام آزمایش هایی در حضور پوشش گیاهی وعدم حضور آن بررسی شد . در مجموع هفت سری آزمایش جهت دستیابی به اهداف این تحقیق انجام گرفت . تأثیر جریان های ثانویه همچون دو مارپیچ چرخشی معکوس که در تماس با کف و دیواره ها می باشد ،‌سبب شد که سرعت در نزدیکی بستر با نزدیک تر شدن به دیواره ها افزایش یابد و درنزدیکی سطح آب ، سرعت در مرکز کانال بیشتر از سرعت در نزدیکی دیواره می باشد . افزایش شیب در طول کانال موجب می شود تا جریان در نزدیک بستر کند شونده دچار نقصان اندازه حرکت شود و درصورت بروز تغییر علامت ورتیسیتی (در شیب های بالاتر) برگشت سرعت جریان رخ دهد .شیب ملایم در بالادست از جدایی جریان بر روی تاج برآمدگی جلوگیری کند و بر روی تاج برآمدگی یک لایه برشی ایجاد می نماید که این لایه برشی بر روی ناحیه کندشونده شکل بستر افزایش می یابد . همچنین فاصله رخداد تنش ماکزیمم از بستر کند شونده با افزایش شیب افزایش یافت . افزایش شیب باعث شد تا تنش بر روی شکل بستر در طول جریان افزایش یابد . تأثیر افزایش زاویه شیب شکل بستر موجب شد تا حرکت ذرات در نزدیک بستر و در لایه میانی جریان به صورت بار بستر کاهش یابد . افزایش دانه بندی موجب کاهش سرعت ماکزیمم در طول شکل بستر شد . افزایش دانه بندی در شیب 10 درجه موجب شد تا عمق نسبی قرار گیری سرعت ماکزیمم بر روی بخش کند شونده جریان افزایش یابد. به طور کل مقادیر تنش در اثر تغییر دانه بندی از لحاظ کمی در طول کانال تغییر چندانی نکرد. حضور پوشش گیاهی موجب کاهش نسبت ظرافت کانال و تأثیر بیشتر جریان های ثانویه شد. وجود پوشش در دیواره باعث افزایش نیروی درگ و توربولانس شد . حضور پوشش گیاهی سبب شد تا فرسایش و حرکت ذرات به صورت بار معلق در روی تاج شکل بستر افزایش چشمگیری داشته باشد .