بررسی آزمایشگاهی اثر تراکم پوشش گیاهی بستر کانال بر رفتار هیدرولیکی جریان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 عضو هیات علمی گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

3 دانشیار بخش مهندسی آب دانشگاه شهید باهنر کرمان. ایران.

4 استاد بخش مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان

چکیده

در تحقیق حاضر به مطالعه اثر تغییر تراکم پوشش بستر کانال، دبی و شیب بر برخی از خصوصیات هیدرولیکی جریان پرداخته شده است. به منظور شبیه­سازی جریان از یک فلوم آزمایشگاهی به طول 3 متر استفاده شد و پوشش شاخه­ای مصنوعی انعطاف­پذیر با چهار تراکم (صفر، 20 ، 30 و 50 درصد) در کف فلوم نصب و جمع­آوری اطلاعات در ازای سه شیب (صفر، 5/0 و 1 درصد) و پنج دبی ورودی (5 ، 10، 15، 20 و 25 لیتر بر ثانیه) انجام شد. تجزیه و تحلیل مقادیر ثبت شده نشان داد که رفتار پارامترهای هیدرولیکی جریان به اثر متقابل دبی و شیب و تراکم پوشش وابسته است. تراز سطح جریان و ضریب زبری مانینگ با افزایش تراکم پوشش گیاهی در یک دبی ثابت به صورت غیر خطی افزایش یافت و بیشترین مقدار تراز سطح و ضریب زبری در شرایط مسطح، تراکم 50 درصد و به ترتیب در دبی 25 و 5 لیتر بر ثانیه مشاهده شد. همچنین با افزایش تراکم پوشش گیاهی در یک دبی ثابت، سرعت عمقی جریان و تنش برشی به صورت غیر خطی و سرعت طولی جریان به صورت خطی کاهش یافت و کمترین مقدار سرعت طولی و تنش برشی در شرایط مسطح و تراکم 50 درصد و به ترتیب در دبی 5 و 25 لیتر بر ثانیه مشاهده شد. با افزایش تراکم پوشش گیاهی در یک دبی ثابت، عدد فرود نیز کاهش یافت و بیشترین مقدار عدد فرود در دبی 25 لیتر بر ثانیه و شرایط بدون پوشش گیاهی و شیب 1 درصد مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Study on the Effects of Bed Channel Vegetation Density on Flow Hydraulic Characteristics

نویسندگان [English]

  • malihe hajghani 1
  • Soudabeh Golestani Kermani 2
  • Mohammad Zounemat-Kermani 3
  • Gholam Abbas Barani 4
1 water engineering department, shahid bahonar university of kerman
2
3
4
چکیده [English]

In this paper, the effects of bed vegetation density, inflow rate and slope on some hydraulic properties of flow was studied in a laboratory environment. For this purpose, a trapezoidal flume with 3m long was established and some hydraulic characteristics of flow such as water level, manning roughness coefficient, longitudinal velocity, deep velocity and bed shear stress were recorded in different flexible artificial bed cover densities (VD= 0,20%,30%,50%) inflow rate (Q= 5,10,15,20,25 lit/se) and slope (S=0, 0.5%,1%). Final results analysis showed that behavior of hydraulic parameters depends on the interaction between inflow rate and slope and vegetation density. Water level and manning roughness coefficient increased nonlinearly with increasing bed vegetation density at a constant inflow rate. Maximum water level and roughness coefficient were observed in S=0, VD=50%, Q=25, 5 lit/se respectively. Also, with increasing bed vegetation density at a constant inflow rate, deep velocity and shear stress decreased nonlinearly and longitudinal velocity decreased linearly. Minimum longitudinal velocity and shear stress were observed in S=0, VD=50%, Q=5, 25 lit/se respectively. Froude number decreased with increasing vegetation density at a constant inflow rate. Maximum Froude number was seen in VD=0, Q=25 lit/se.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Vegetation cover
  • Channel bed roughness
  • Flow velocity
  • Hydraulic resistance
ابراهیمی، ن. ق.، ع. شیردلی، ا. نیکخواه جوان و م. حسینی. 1395. تاثیر پوشش گیاهی بستر آبراهه بر هیدرولیک جریان و فرم بستر. نشریه علمی پژوهشی مهندسی و مدیریت آبخیز، دوره 8، شماره 2، ص 192-182.
افضلی مهر، ح. و پ. ستایش. 1397. بررسی قوانین لگاریتمی و کولز در تراکم­های مختلف پوشش گیاهی غیر مستغرق. نشریه علمی- پژوهشی هیدرولیک، دوره 13، شماره 1، ص 62-47.
دریکوندی، خ.، م.  فتحی مقدم، ع. مسجدی و م. بینا. 1391. بررسی اثر تراکم و انعطاف پذیری پوشش گیاهی روی ضرائب زبری در سواحل رودخانه ها و دشت های سیلابی در حالت غیر مستغرق. مجله تحقیقات منابع آب ایران، شماره 2، ص 24-35.
شمال نسب، ب.، ع. مسجدی و م. فتحی مقدم. 1386. ضریب زبری پوشش گیاهی طبیعی در ساحل رودخانه ها. نهمین سمینار سراسری آبیاری و کاهش تبخیر، کرمان.
لشکرآرا، ب. و ا. دهقانی. 1394. واسنجی پارامترهای حاکم بر مدل شیونو و نایت به منظور تخمین تنش برشی در کانال های ذوزنقه ای. علوم و مهندسی آبیاری، دوره 38، شماره 4، ص 201-189.
Bailly, J.S., F. Vinatier, G. Belaud and D. Combemale. 2015. Vegetation patch effects on flow resistance at channel scale. E-Proceedings of the 36th IAHR world congress, Hauge, Netherland.
Chiaradia, E.A., C. Gandolfi, and G.B. Bischetti. 2019. Flow resistance of partially flexible vegetation: A full-scale Study with natural plants. Journal of Agricultural Engineering, 885:55-65.
Errico, A., V.  Pasquino, M. Maxwald, G.B. Chirico, I. Solari and F. Preti F. 2018. The effect of flexible vegetation on flow in drainage channels: estimation of roughness coefficients at the real scale. Ecological Engineering, 120: 411-421.
Fattet, M., Y. Fu, M. Ghestem, W. Ma, M. Foulonneau and J. Nespoulous. 2011. Effects of vegetation type on soil resistance to erosion: relationship between aggregate stability and shear strength. CATENA, 87: 60–69.
Gonzalez, J.A., C.S. Melching and K.A. Oberg. 1996. Analysis of open-channel velocity measurements collected with an acoustic doppler current profiler. 1th international conference on new/emerging concepts for river, The international water resources association, Chicago, Illinois, USA.  
Nehal, L., A. Hamimed and A. Khaldi. 2013. Experimental study on the impact of emergent vegetation on flow. 7th International Water Technology Conference, IWTC. Istanbul, Turkey.
Panigrahi, K. and K.K. Khatua. 2015. Prediction of velocity distribution in straight channel with rigid vegetation. Aquatic Procedia, 4:819-825.
Termini, D. 2009. Experimental analysis of turbulence characteristics and flow conveyance effects in a vegetated channel. Geophysical Research Abstracts, 11: 5792.
Wu, W., and Z. HE. 2009. Effects of vegetation on flow conveyance and sediment transport capacity. International Journal of Sediment Research, 24:247-259.
Li, W.Q., D. Wang, J. Jiao, K.Yang. 2019. Effects of vegetation patch density on flow velocity characteristics in an open channel. Journal of Hydrodynamics, 31:1052-1059
Xia, J., and L. Nehal. 2014. Hydraulic features of flow through emergent bending aquatic vegetation in the riparian zone. Journal of Water, 5:2080-2093.
Zhang, G., G. Liu, G. Wang and Y. Wang. 2012. Effects of patterned artemisia capillaris on overland flow velocity under simulated rainfall. Hydrological Process, 26: 3779–3787.
Zhang, H.Y., Z.Y. Wang, W.G. Xu, L.M. Dai. 2015. Effects of rigid unsubmerged vegetation on flow field structure and turbulent kinetic energy of gradually varied flow. River Research and Application Journal, 31:1166-1175.