اثر متقابل غیریکنواختی جریان و پوشش گیاهی صلب مستغرق بر خصوصیات جریان آشفته

Abstract

ناپایداری برشی ناشی از حضور پوشش گیاهی در بستر رودخانه‌ها باعث تبادل جرم و مومنتوم بین لایه‌های داخل و فوقانی پوشش گیاهی می‌شود. حضور پوشش گیاهی باعث کاهش سرعت جریان، کاهش عرض رودخانه، افزایش رسوبگذاری در بستر رودخانه و در نتیجه کاهش دبی جریان عبوری رودخانه می‌شود. آزمایشات این پژوهش در یک کانال مستطیلی مستقیم به طول 14 متر، عرض 90 سانتی متر و عمق 60 سانتی متر تحت دبی ثابت 7/31 لیتر بر ثانیه انجام پذیرفته است. یک گودآب سه‌بعدی شنی با شیب جریان گیاهی صلب مستغرق با ارتفاع 12 سانتی متر و قطر 10 سانتی متر با تراکم ثابت سطحی 004/0 بر روی کندشونده 75/10 درجه و شیب جریان تندشونده 96/7 درجه با بستر شنی احداث شده و المان‌های شکل بستر به صورت نامنظم توزیع شده است. مولفه‌های نوسانی سرعت در 13 مقطع عرضی از مقطع جریان کندشونده تا مقطع جریان تندشونده با گام مکانی 20 سانتی متر توسط دستگاه سرعت سنج صوتی پایین‌نگر با فرکانس نمونه‌برداری 200 هرتز و زمان 90 ثانیه‌ای برداشت شده است.یافته‌های پژوهش نشان داد حداکثر سرعت جریان در برای جریان کندشونده و در برای جریان تندشونده حادث شده است. بنابراین به نظر می‌رسد عمق اعتبار قانون لگارتیمی تابعی از موقعیت اندازه‌گیری پروفیل سرعت و توزیع غیریکنواخت المان‌های گیاهی صلب مستغرق بر روی شکل بستر سه‌بعدی گودآب شنی بوده است. بررسی قانون نقصان سرعت حاکی از آن بوده است که تابع برخاستگی کلز در مقاطع جریان کندشونده و تندشونده در شرایط آزمایش دارای مقادیر و هستند. در هر صورت، مقاطع جریان‌های کندشونده و تندشونده در یک گودآب شنی سه‌بعدی در حضور المان‌های گیاهی صلب مستغرق می‌توانند به عنوان مانعی در جریان عمل کنند و باعث خم شدن و چرخش آب در اطراف آن‌ها شوند. این می‌تواند منجر به افزایش تولید گردابه، ایجاد الگوهای جریان پیچیده‌تر با گرداب‌های چرخشی و آشفتگی شود. نتایج حاکی از آن است که شدت‌های آشفتگی در مقطع جریان تندشونده در راستای جریان و در راستای عمود بر جریان همواره بیشتر از مقادیر مشابه در مقطع جریان کندشونده هستند چونکه در این مقاطع جریان به شدت تحت تاثیر حضور المان‌های گیاهی صلب مستغرق، مازاد بر تاثیر افزایش سرعت جریان و گرادیان فشار مطلوب قرار گرفته است. الگوهای گردابی تحت تأثیر گودآب‌های سه‌بعدی و پوشش گیاهی صلب مستغرق می‌توانند پیامدهای اکولوژیکی داشته باشند، زیستگاه‌های کوچکی با سرعت جریان و سطوح تلاطم متفاوت ایجاد کنند و بر توزیع موجودات آبزی و سلامت کلی اکوسیستم تأثیر بگذارد. درک اثرات این موضوع برای کاربردهای مختلف از جمله احیای رودخانه، بهبود زیستگاه و مدیریت منابع آب بسیار مهم است.