ارزیابی مقاومت جریان در رودخانه های رسوبی با فرم بسترریپل درشرایط هیدرولیکی مختلف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری تخصصی گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

2 استاد گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

3 دانشیارگروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

چکیده

در آبراهه‌های آبرفتی، حرکت رسوبات و فرم بستر ناشی از آن، تأثیر زیادی بر مقاومت در مقابل جریان آب دارد. در تحقیق حاضر برای بررسی تأثیر فرم بستر ریپل برروی تنش برشی جریان آزمایش‌هایی در یک فلوم آزمایشگاهی با تغییر در دبی، شیب و عمق جریان انجام شد تا تأثیر این پارامترها برروی مقاومت جریان مطالعه شود. در بسترهای دارای فرم، تنش برشی از دو بخش تشکیل می‌شود.  که تنش برشی مؤثری است که بر تک‌تک ذرات رسوب وارد می‌شود و  نیز تنش برشی است که از مقاومت شکلی یا فرم ایجاد می‌گردد. همچنین با تشکیل بیشتر فرم‌های بستر تنش برشی و ضریب زبری افزایش یافت. نتایج نشان داد که با تشدید پارامترهای جریان و در نتیجه تشدید ایجاد تلاطم در پایین‌دست تاج فرم بستر، مقدار پارامترهای مورد مطالعه افزایش یافت. نتایج بیان‌گر آن بود که با افزایش سرعت جریان، در محدوده مشخصی از دبی (10 تا 14 لیتر بر ثانیه) و شیب کف (0 تا 015/0) ارتفاع ریپل‌ها زیاد شده و همچنین تعداد ریپل‌های تشکیل‌شده بیشتر می‌شوند. بیشترین محدوده تغییرات مشاهده شده در 70 سانتی‌متری انتهایی کانال بود. افزایش ارتفاع ریپل، موجب شد که انتقال رسوبات نیز زیاد شده و به‌ازای افزایش 35 درصدی پارامتر بی‌بعد   (ارتفاع فرم بستر به طول آن)، دبی رسوب بی‌بعد در حدود 40 درصد افزایش نشان داد. با بررسی روند تغییرات تنش برشی ناشی از فرم بستر نسبت به ارتفاع فرم بستر مشخص شد که با افزایش 45 درصدی ارتفاع فرم بستر به‌میزان 58 درصد به تنش برشی ناشی از ریپل‌ها اضافه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Flow Resistance in Alluvial Streams with Ripples in Various Hydraulic Conditions

نویسندگان [English]

  • Elham Roshani 1
  • Ali Hossienzade Dalir 2
  • D Farsadizadeh 2
  • F Salmasi 3
چکیده [English]

Sediment transport and bedforms in alluvial streams, significantly affect the flow resistance. In the present research to discuss the effect of ripple bedform on the flow shear stress, a series of experiments were done and the influences of ripples on flow roughness coefficient were investigated. These experiments were carried out in a laboratory flume with changing discharge, slope and flow depth alternatively to create different hydraulic conditions. In flow surfaces having bedforms, shear stress includes two parts. The first part is the , which is imposed on each particle of the sediment and the second part is the , which is the stress created by bedforms. The results showed that the shear stress and roughness coefficient increased with formation of bedforms. Also, with intensifying the flow parameters the turbulences were grown in the downstream of the bedform crest and the studied factors increased accordingly. In a certain limit of discharge (10 to 14 lit/s) and slope (0 to 0.015), results showed that with increasing flow velocity, the height of ripple increased and the number of them increased too. The most variation area was at the last 70 cm length from the end of the channel. With ripple height increasing, sediment transportation was increased more and there was a 40 percent growth of dimensionless sediment discharge, when the  (bedfrom height to the length) increased about 35 percent. Studying the shear stress caused by bedform in relation with bedform height, it was obvious when the ripple height increased about 45 percent, the bedform shear stress increased about 58 percent.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Alluvial streams
  • Bedform
  • Ripple
  • Sediment transportation
  • Shear stress

مراجع

Bennett SJ and Bridge JS, 1995. The geometry and dynamics of low-relief bedforms in heterogeneous sediment in a       laboratory channel, and their relationship to water flow and sediment transport. J Sed Res A65: 29–39.
Biamonte G and Ferro V, 1997. The influence of roughness geometry and shields parameter on flow resistance in gravel-bed   channels. Ea. Surf. Proc. and land. 22: 759-772.
Coleman SE and Melville BW, 1994. Bed-form development. J Hydraul Eng 120: 544-560.
Colosimo C, Copertino VA and Veltri M, 1988. Friction factor evaluation in gravel-bed rivers. J Hydraul Eng ASCE 114(8): 861-876.
Einstein HA and Barbarossa NL, 1952. River channel roughness. Trans Am Soc Civ Eng 117: 1121–1146.
Engelund F and Hansen E, 1967. A Monograph on Sediment Transport in Aalluvial Streams. Report. Tech Univ of Denmark Copenhagen.
Graf WH and Suszka L, 1987. Sediment transport in steep channels. J Hydrosci Hydr Eng 5(1): 11-26.
Griffiths GA, 1989. Form resistance in gravel channels with mobile beds. J Hydraul Eng 115(3): 340– 355.
Hey RD, 1989. Bar form resistance in gravel-bed rivers. J Hydraul Eng 114(12): 1498– 1508.
Karim F, 1999. Bed-form geometry in sand-bed flows. J Hydraul Eng ASCE 125(12): 1253-1261.
Lajeunesse E, Malverti L and Charu F, 2010. Bed load transport in turbulent flow at the grain scale Experiments and modeling. Jou Geophys Res 115: 139-153.
Millar RG, 1999. Grain and form resistance in gravel-bed rivers. J Hydraul Res 37(3): 303– 312.
Omid M, Karbasi M and Farhoudi J, 2010. Effect of bed-load movement on flow resistance over bedforms. Ind Acad  Sci 35(6): 681-691.
Parker G and Peterson AW, 1980. Bar resistance of gravel bed rivers. J Hydraul Div ASCE 106(10): 1559–1575.
Recking A, Fry P, Paquier A, Belleudy P and Champagne JY, 2008. Bed-load transport flume experiments on steep slopes. J Hydraul Eng ASCE 134(9): 1302-1310.
Simons DB and Richardson EV, 1965. Resistance to flow in alluvial channels. Geo survey Prof paper 422-J.
Southardj B and Boxjchwall A, 1973. Flume experiments on the transition from ripples to lower flat bed with increasing sand size. J sedim PetroL 43.
Vanoni VA and Brooks NH, 1957. Laboratory Studies of the Roughness and Suspended Load of Alluvial Streams. Sed Lab Cali Ins of Tech.
VanRijn LC, 1984a. Sediment transport,Part1:Bed-load transport. J Hydraul Eng ASCE 110(10): 1431-1456.
Van Rijn LC, 1984c. Sediment transport, Part 3: Bedforms and alluvial roughness. J Hydraul Eng ASCE 110(12): 1733-1754.
Van Rijn LC, Nieuwjaar M, Van Der Kaaij T, Nap E and Van Kampen A, 1993. Transport of fine sands by currents and waves. J of Waterway Port Coastal Ocean Eng 119(2): 123-143.
Van Rijn LC, 2007. Unified view of sediment transport by currents and waves: Initiation of motion, bed roughness and bed-load transport. J Hydraul Eng ASCE 133(6): 649-667.
Venditti JG, Church MA and Bennett SJ, 2005. Bedform initiation from a flat sand bed. J Geophys Res 110: 215-232.
Wang S and White WR, 1993. Alluvial resistance in transition regime. J Hydraul Eng ASCE 119(6): 725–741.
Whiting PJ and Dietrich WE, 1990. Boundary shear stress and roughness over mobile alluvial beds. J Hydraul Eng ASCE 116(12): 1495–1511.
Williams PG, 1970. Flume width and water depth effects in sediment-transport experiments. USGS Profe paper 562-H.
Wu WM and Wang SSY, 1999. Movable bed roughness in alluvial rivers. Jou Hydraul Eng ASCE 125(12): 1309-1312.
Yalin MS, 1972. Mechanics of sediment transport. Pergamon Press New York.
Yang S, Tan S and Lim S, 2005. Flow resistance and bedform geometry in a wide alluvial channel. J Water Res Resistance 41: 87-101.
Yang SQ and Lim SY, 2003. Total load transport formula for flow in alluvial channels. J Hydraul Eng ASCE 129(1): 68–72.
دانش آب و خاک
دوره 26، شماره 3 بخش 2
آذر 1395
صفحه 63-73

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار