برهمکنش پوشش گیاهی دیواره , شیب , دانه بندی و شکل بستر برآمدگی بر ویژگی های جریان متلاطم

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 2 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 مولفه 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 31 و 15 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 31 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 .