برهم کنش پوشش گیاهی، شکل های بستر و ساختار جریان بر توزیع های سرعت و شدت های توربلانس
چکیده
رودخانه ها شریان های اصلی حیات کلیه سازه های آبی محسوب می شوند و حفاظت و بهره برداری بهینه از آنها و همچنین حراست از بستر و حریم آنها از مهم ترین مسئولیت های انسان می باشد. به این لحاظ، شناخت رودخانه ها و مطالعه ساختار جریان و تغییرات بستر آنها بسیار حائز اهمیت است. اندازه، حجم و دینامیک انتقال رسوب کنترل قابل توجهی بر شکل گیری مقطع یک رودخانه دارد. این مسئله به نوبه خود سبب ایجاد و تحکیم زیستگاه گیاهان و جانوران آبزی در سیستم رودخانه می گردد. در این بین پوشش گیاهی اثر بسیار زیادی بر کمیت، کیفیت و انتقال رسوب درآنها دارد. زبری ایجاد شده توسط پوشش گیاهی در دیوار کانال ها و سیلاب دشت رودخانه-ها عمیقاً بر شکل هندسی، هیدرولیک و مقاومت جریان در آنها اثر گذاشته و بنابراین در انتقال رسوب موثر می باشد. در واقع برهم کنش رسوب، جریان و پوشش گیاهی عامل تعیین کننده در مورفودینامیک رودخانه ها می باشد. به دلیل اهمیت شکل های بستر نظیر تلماسه ها در کنترل میزان انتقال رسوب، تولید توربولانس و ایجاد مقاومت جریان، ضرورت مطالعه جزئیات برهم کنش پوشش گیاهی، شکل-های بستر و ساختار جریان بیش از پیش مطرح می گردد. هدف از تحقیق حاضر بررسی ساختار جریان بر روی تلماسه ها در حضور پوشش گیاهی کناری بود. بدین منظور، اندازه گیری های آزمایشگاهی بر روی تلماسه های پنجم و ششم یک سری 7 تایی از تلماسه های شنی دوبعدی مصنوعی در دو حالت وجود و عدم وجود پوشش گیاهی هدایت گردید. این تلماسه ها دارای طول موج 96/0 متر، ارتفاع 08/0 متر و عرضی برابر با عرض فلوم بودند. شیب وجه پایین دست تلماسه ها با توجه به یکی دیگر از اهداف تحقیق که بررسی تأثیر تغییر شیب وجه پایین دست تلماسه بر روی جریان بود، دو زاویه 28 و 35 درجه در نظر گرفته شد. شن مورد استفاده برای ساختن تلماسه ها دارای قطر متوسط 10 میلیمتر بود. دیوارهای فلوم توسط ساقه های برنج با قطر متوسط 7/2 میلیمتر و تراکم متوسط توزیع ساقه برابر با 400 ساقه در هر متر به منظور شبیه سازی پوشش گیاهی کناری رودخانه پوشانده شد. تأثیر فاصله از پوشش گیاهی دیوار روی توزیع های سرعت، شدت توربولانس و تنش رینولدز نیز بررسی شده است. اندازه گیری داده-های سرعت و آشفتگی توسط دستگاه adv با فرکانس hz200 و به مدت 2 دقیقه در هر نقطه انجام گردید. با توجه به فرکانس و مدت زمان اندازه گیری، 24000 داده سرعت در هر نقطه ثبت گردید که با توجه به تعداد زیاد نیمرخ ها بالغ بر44 میلیون داده سرعت در کل آزمایشات حاصل گشت. داده ها توسط نرم افزار winadv مورد فیلتراسیون قرار گرفت و سپس برای آنالیز ساختار جریان مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان می دهند با وقوع جدایی جریان در تاج تلماسه، خطوط جریان به سمت بستر کشیده می شوند و سرعت های افقی بسیار منفی درست پایین دست تاج رخ می دهد. سرعت های عمودی مثبت در ناحیه جدایی نشان دهنده ناحیه چرخشی قوی بویژه نزدیک وجه شیب دار پایین دست می باشد. همچنین، تنش برشی بستر ابتدا افزایش می یابد تا به ماکزیمم مقدار روی وجه بالادست تلماسه برسد. پس از آن تا مینیمم مقدار روی تاج تلماسه کاهش می یابد. نتایج همچنین نشان می دهد که موقعیت ماکزیمم شدت توربولانس در طول ناحیه جدایی جریان هدایت می شود و سیال آشفته را از لایه برشی آزاد بلافاصله پایین دست تاج تلماسه به سمت بستر می آورد. شدت توربولانس بالا و تنش های رینولدز زیاد بوسیله سرعت کم در ناحیه چرخشی جریان مشخص می شوند جایی که ناحیه خارجی جریان بوسیله سرعت بالا، شدت توبولانس و تنش های رینولدز کم محدود می-شود. با رسم نقشه سرعت افقی به صورت منحنی های هم سرعت در هر سری مشخص شد که طول ناحیه جدایی جریان برای حالت بدون پوشش گیاهی بیشتر از حالت وجود پوشش گیاهی، و همچنین برای شیب 35 درجه بیشتر از شیب 28 درجه بود. بیشتر بودن تنش های رینولدز در حالت حضور پوشش گیاهی نیز افزایش مقاومت جریان در حضور پوشش گیاهی را تصدیق می نماید.