تأثیر چینش پوشش درختی بر میزان ضریب پسا در مواجهه با امواج بلند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی آب دانشکده کشاورزی دانشگاه شهرکرد ایران

2 گروه سازه‌های آبی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه شهرکرد

3 گروه مهندسی آب، دانشگاه شهرکرد

چکیده

در این پژوهش، نتایج بررسی آزمایشگاهی در مورد تأثیر چینش پوشش درختی و شرایط هیدرولیکی بر میزان ضریب پسا[1] درختان در طول امواج بلند ارائه شده است. مدل ساحل و پوشش گیاهی دریک فلوم لبه چاقویی مجهز به سیستم نیروسنج (لودسل) و دستگاه سرعت سنج صوتی داپلر[2]تعبیه گردید. آزمایش­ها در دو چیدمان مثلثی و مستطیلی که شامل تراکم­های مختلف از 12 تا 273 ساقه در واحد سطح می­باشد، انجام شد. نتایج نشان داد که ضریب پسا درختان با سرعت جریان رابطه عکس دارد و با کم شدن سرعت جریان ضریب پسا افزایش می­یابد. همچنین مشخص شد که درختان توانایی و تأثیر قابل توجهی در جذب نیرو و استهلاک انرژی امواج دارند. بطوریکه به طور متوسط با افزایش 15 درصدی مساحت اشغال شده توسط پوشش 12 درصد به مقادیر ضریب پسا اضافه شده است. در متراکم­ترین حالت (معادل 273 ساقه در واحد سطح) با افزایش ارتفاع نسبی موج، با توجه به اینکه موج در ناحیه برخورد با ساحل و شکست موج با تعداد بیشتری از پوشش درگیر است متقابلاً نیروی کششی هم افزایش یافته و در نتیجه­ی آن 18 درصد به ضریب پسا افزوده شده است. همچنین در متراکم­ترین حالت با کاهش مقدار رینولدز ساقه، ضریب پسا 33 درصد افزایش یافته است و در کمترین تراکم مقدار افزایش ضریب پسا به 44 درصد رسیده است.
 
[1] Drag coefficient
[2] Acoustic Doppler Velocimeter (ADV)

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Tree Cover Arrangement Effect on its Drag Coefficient exposed to Long Waves

نویسندگان [English]

  • golnaz mirzakhani 1
  • Elham Ghanbari Adivi 2
  • Ruhollah Fattahi Nafchi 3
1 Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Shahrekord University of Iran
2 Department of Water Structures, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Shahrekord University, Iran
3 Department of Water Structures, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Shahrekord University, Iran
چکیده [English]

In this study, experimental research was conducted to determine the effect of  arrangement and canopy density and other common non-dimensional hydraulic parameters on drag coefficient of rigid vegatations, during long waves. The beach and vegetation model was fitted at a knife edge flume.  A dynamic loads were measured by Load Cell device (Type Single base with a capacity of 50 kg) and 3D velocities were measured by Acoustic Doppler Velocimeter  equipment.  The experiments were performed in two triangular and rectangular layouts, which include densities of 12 to 273( stem/m 2). The results showed that the vegatations Drag  coefficient was indirectly related to the flow velocity. As the flow velocity of rigid vegatations decreases, the Drag coefficient increases. It was also found that rigid vegatations have a significant  influence on energy absorption and energy dissipation. On average, with an increase of 15%, the area occupied by the coverage is increased by 12% to the values of the Drag coefficient. In the most dense case, 273 stems per unit area with increasing relative wave height, due to the fact that the wave is involved in colliding with the beach and breaking the wave with more coverage, the traction force is increased and 18% is added to the Drag coefficient. In the most dense case, with a decrease of 8% in the Reynolds value, the Drag coefficient increased by 33%, and in the lowest density, the increase in the Drag coefficient increased to 44%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drag coefficient
  • force
  • Vegetation density
  • Longth waves
زارعی م. فتحی مقدم م. و داودی ل. - 1395 . بررسی اثر پوشش گیاهی ساحلی بر میرایی نیروی مخرب امواج منفرد ناشکنا در سواحل شیبدار. نشریه مهندسی آبیاری و آب ایران. دوره 6 ، شماره 26،ص 62 – 77.
قنبری عدیوی ا. و فتحی مقدم م. - 1394 . تاثیر پوشش گیاهی بر میزان ضریب کشش گروهی درختان و مقاومت پوشش در مقابل امواج ساحلی. مجله علمی کشاورزی علوم و مهندسی آبیاری. دوره 38، شماره 2، ص 103 -112.
قنبری عدیوی ا. 1393، دینامیک شکست موج­های بلند در سواحل شیبدار با پوشش درختی، رساله­ی دکتری، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهیدچمران اهواز.
 
 Anderson, M., McKee Smith, J., and Kyle McKay, S. 2011. Wave Dissipation by Vegetation. ERDC/CHL CHETN-I-82Borsje, B. W., B. K. van Wesenbeeck, F. Dekker, P. Paalvast, T. J. Bouma, M. M. van Katwijk, and M. B.2011.How ecological engineering can serve in coastal protection, Ecol. Eng., 37, 113–122.
 
Borsje, B. W., B. K. van Wesenbeeck, F. Dekker, P. Paalvast, T. J. Bouma, M. M. van Katwijk, and M. B.2011.How ecological engineering can serve in coastal protection, Ecol. Eng., 37, 113–122.
 
Borisevich,S.A. and Vikhrenko, V.S. 2018. Evaluation of the drag coefficients of tree crowns by numerical modeling of
 
their free fall. Agricultural and Forest Meteorology 256–257.
 
Cavallaro, L., C. L. Re, G. Paratore, A. Viviano, and E. Foti.2010. Response of Posidonia oceanic to wave motion in shallow waters: Preliminary experimental results. Proceedings of the 32.
 
Fathi-Moghadam, M., Davoudi, L. and Motamedi-Nezhad, A., 2018. Modeling of solitary breaking wave force absorption by coastal trees. Ocean Engineering169, 87-98.
 
Foster, N.M., Hudson, M.D., Bray, S., Nicholls, R.J., 2013. Intertidal Mudflat and Saltmarsh Conservation and Sustainable Use in the UK: A Review. J. Environ. Manage. 126, 96–104.
 
Chen, H, Yan N.D, Li, Y., Liu, F., Ou, S., Min, S., Peng e,Y., Hu, Z., Uijttewaal f., V.,  Suzuki., T.2018. Deriving vegetation drag coefficients in combined wave-current flows by calibration and direct measurement methods. Advances in Water Resources 122 217–227.
 
Jalil-Masir, H., fattahi, R., ghanbari-Adivi, E., Asadi-Aghbolaghi, M., 2021. Effects of different forest cover configurations on reducing the solitary wave-induced total sediment transport in coastal areas: An experimental study. Journal Elsevier. Ocean Enginrrring. 235(1): 109350.
 
Leonardi, N., Carnacina, I., Donatelli, C., Ganju, N.K., Plater, A.J., Schuerch, M., Temmerman, S.2018. Dynamic interactions between coastal storms and salt marshes: A review. 301, 92–107.
 
Kishi, T. and Saeki, H. 1966. the shoaling, breaking and runup of the solitary wave on impermeable rough slopes, Journal of Coastal Engineering, R. 322-345.
 
Maza, M., Lara, J. L., and Losada, I. J. 2015. Tsunami wave interaction with mangrove forests: A 3-D numerical approach.Coastal Eng., 98, 33-54.
 
Mendez, F. J., and I. J. Losada .2004. An empirical model to estimate the propagation of random breaking and nonbreaking waves over vegetation fields, Coastal Eng., 51, 103–118.
 
Moller, I., Kudella, M., Rupprecht, F., Spencer, T., Paul, M., van Wesenbeeck, 923 B.K., Wolters, G.,Jensen, K., Bouma, T.J., Miranda-Lange, M., Schimmels, S.2014. Wave Attenuation over Coastal Salt Marshes under Storm Surge Conditions. Nat. Geosci. 7, 727–731
.
Niklas, K. J. 1992. Plant biomechanics: An engineering approach to plant form and function. University of Chicago Press, Chicago, IL.
 
Nordstrom, K.F. 2014. Living with shore protection structures: A review. Estuar. Coast. Shelf Sci. 150, 11–23.
 
Russell, J. S. 1845. Reports on Waves made to the meetings of the British Association in 1842-43, London. England.
 
Rashedunnabi a, A.H.M, Tanaka, T.2020. Effectiveness of double-layer rigid vegetation in reducing the velocity and fluid force of a tsunami inundation behind the vegetation. Ocean Engineering 201 , 107142
 
Sorensen, R. M. 2006. Basic Coastal Engineering”, Springer Science & Business Media, New York.
 
Zhang,Sh., Liu, Y., Zhang., J.2017. Study of the Impact of Vegetation Direction and Slope on Drag Coefficient. Iran J Sci Technol Trans Civ Eng.
 
Thomas J. van Veelen, Tom P. Fairchild, Dominic E. Reeve, HarshinieKarunarathna.2020.Experimental study on vegetation flexibility as control parameter for wave damping and velocity structure. Coastal Eng.
 
Suzuki, T., Hu, Z., Kumada, K., Linh Khanh Phan, Zijlema, M.2019. Non-hydrostatic modeling of drag, inertia and porous effects in wave propagation over dense vegetation fields. Coastal Eng.
 
Vogel S., 1984. Life in Moving Fluids; the Physical Biology of Flow. Princeton University Press,
 
Princeton, NJ, 2nd ed.
 
Vogel, S. 1994. Life in moving fluids: The physical biology of flow 2nd ed. Princeton University Press, Princeton, NJ.
 
 Whittaker, P., Wilson, C., Aberle, J., Rauch, H.P., Xavier, P. 2013. A drag force model to incorporate the reconfiguration of full-scale riparian trees under hydrodynamic loading. J. Hydraulic Res. 51, 569–580.