بررسی اعتبار روش میانگین‌گیری دوگانه سرعت برای کاربرد قانون دیوار بر روی شکل بستر مقعر

یکی از مهمترین مباحث در مهندسی رودخانه بررسی شکل‌های بستر رودخانه است. شکل بستر مقعر یکی از معمول‌ترین اشکال بستر است که در گستره وسیعی از رودخانه‌های شنی و قلوه‌سنگی مشاهده می‌شود. وجود گرادیان‌های مطلوب و نامطلوب ناشی از تغییرات شکل بستر و غیریکنواختی جریان بر روی آن نقش قابل توجهی بر توزیع زمانی و مکانی سرعت و سرعت برشی در تعیین ضریب زبری و انتقال رسوب در رودخانه‌ها و کانال‌های با بستر شنی ایفا می‌کند. این مقاله روش میانگین‌گیری دوگانه را برای معرفی سرعت جریان و برآورد سرعت برشی بر روی اشکال بستر مقعر مورد استفاده قرار می‌دهد. با توجه به عدم سابقه استفاده از این روش در ایران، این روش در این مقاله معرفی شده و اعتبار آن با استفاده از کاربرد روش‌های قانون دیوار و روش مشخصات لایه مرزی مورد بررسی قرار می‌گیرد. کاهش سرعت برشی در جریان با گرادیان فشار مطلوب در بخش انتهایی شکل بستر و افزایش آن در بخش ورودی شکل بستر در جهت جریان نشان می‌دهد که برآورد پارامترهای هیدرولیکی نظیر ضریب زبری وانتقال رسوب نمی‌تواند مبتنی بر یک پروفیل موضعی قرار گیرد. بنابراین ضروری است با بکارگیری میانگین‌گیری‌های زمانی و مکانی در امتداد شکل بستر برآورد بهتری از این پارامترها بدست آورد. نتایج نشان می‌دهد که روش میانگین‌گیری دوگانه از روند نیمرخ‌های موضعی سرعت جریان در نواحی داخلی و خارجی لایه مرزی پیروی می‌کند و قانون لگاریتمی می‌تواند برای زوایای مختلف تاج بستر 5، 10، 15 و 20 درجه بکار برده شود. در ناحیه خارجی لایه مرزی انحراف داده‌ها از قانون لگاریتمی برای زوایای مختلف تاج وجود داشته، هر چند ضخامت ناحیه داخلی با افزایش زاویه تاج کاهش می‌یابد. همچنین کاربرد روش مشخصات لایه مرزی برای تعیین سرعت برشی نیمرخ میانگین دوگانه نشان می‌دهد که با افزایش زاویه تاج شکل بستر، سرعت برشی نیز افزایش می‌یابد.