بررسی آزمایشگاهی اثر زبری سیلاب‌دشت با آرایش زیگزاگیروی سرعت و تنش برشی در کانال مرکب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی‌ارشد سازه‌های آبی، گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز

3 استاد گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز

چکیده

 زبری سیلاب­دشت­ درکانال مرکب و تاثیر آن بر پارامترهای هیدرولیکی نظیر تنش برشی مرزی و برآورد آن یکی از مسائلی است که توجه مهندسین را به خود جلب کرده است. هدف از تحقیق حاضر تعیین نحوه و نسبت توزیع تنش برشی در جداره‌ها وکف مقطع نیمه ­مرکب و تغییرات پروفیل سرعت در شرایط بستر صاف و زبر است. جهت بررسی اثر زبری بر این پارامترها، از چهار نوع زبری صلب از جنس چوب استفاده شد. این زبری‌ها با آرایش زیگزاگی با دو فاصلهk 4 و k8 درسیلاب‌دشت قرار داده شد. در مجموع 90 آزمایش انجام شد که دبی جریان در محدوده 4/54 -66/21 لیتر بر ثانیه بود. جهت محاسبه تنش برشی از پرستون تیوب با قطر خارجی 3 میلی­متر و مجهز به حسگرهای فشار دینامیکی استفاده گردید. جهت تبدیل تفاضل فشار استاتیکی و دینامیکی قرائت شده توسط لوله پرستون به تنش برشی از منحنی کالیبراسیون پاتل استفاده شد. نتایج نشان داد که برای آرایش زیگزاگی با تراکم k4 به دلیل اینکه تراکم زبری­ها زیاد بود و مساحت بیش­تری از سیلاب­دشت پوشیده از زبری است­ تنش برشی کاهش یافته است. در بستر زبر تنش برشی درسیلاب­دشت افزایش قابل ملاحظه­ای نسبت به بستر صاف داشت و توزیع تنش طوری بود که روند نزولی آن از کانال اصلی تا دیواره سیلاب­دشت بود. میزان افزایش تنش برشی با زبری به فاصله k8، 27% تا 38% بیش‌تر از شرایط هیدرولیکی مشابه در بستر صاف بود. با افزایش سرعت جریان روی زبری با آرایش2b  و2d، به ازای دبی­های 3Q تا 5Q تنش برشی بستر در مقایسه با فاصله k8 تقریبا %5 تا %12 کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

An Experimental Investigation of Roughness Effect of flood plain with zigzag arrangement on velocity and shear stress in Compound Channel

نویسندگان [English]

  • somayeh azizi 1
  • akram abbaspour 2
  • ali Hossein Zadeh Dalir 3
1 M. Sc. Graduate of Water Structures, Department of Water Engineering, University of Tabriz, Tabriz
2 Associate Professor, Department of Water Engineering, Tabriz University, Tabriz
3 Professor, Department of Water Engineering, Tabriz University, Tabriz
چکیده [English]

The rough in flood plains in a compound canal and its impact on hydraulic parameters such as the shear stress and their estimation are one of the problems that have attracted the attention of engineers. The purpose of this study is determining of the shear stress distribution in the walls and bed of the semi-compound channel and the variation of the velocity profile for smooth and rough bed conditions. Four types of rigid wood roughness were used to investigate the effect of these parameters. These roughness elements were arranged with zigzag state with two distances of 4k and 8k in the floodplain. A total of 90 experiments have been conducted, with a flow rate in the range of 21.66-54.4 liters per second. A Preston tube with an external diameter of 3 mm that equipped with dynamic pressure sensors was used to compute the shear stress. In order to convert the difference between the static and dynamic pressure measured by the Preston tube to the shear stress values, the Patel calibration curve was used. The results were showed that the zigzag arrangement with the density of 4k, the shear stress is reduced due to the high roughness density and the greater area of ​​roughness. In a rough bed, the shear stress in flood plain was significantly higher than smooth bed, and the stress distribution is such that it has descending trend from the main channel toward the wall of the floodplain. The shear stress increase for roughness with a spacing of 8k is 27% to 38% higher than the similar hydraulic condition in a smooth bed. By increasing the flow velocity for arrangements of b2 and d2, the shear stress of the bed has decreased about 5% to 12% for discharges Q3 to Q5 compared to the roughness with a spacing of 8k.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Compound channel
  • Flood plain
  • Preston Tube
  • Shear stress distribution
  • Roughness
صانعی،م. 1391. گزارش نهایی طرح تحقیقاتی بررسی آزمایشگاهی ضریب ­زبری گیاهی در سیلاب‌دشت‌ها. پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، وزارت جهاد کشاورزی .

وحیدی،ا و امید،م.ح. 1391. تاثیرپوشش­گیاهی صلب غیرمستغرق بر ضریب زبری و تنش­برشی در شرایط جریان غیریکنواخت تدریجی. یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، ارومیه.

یونسی­،ح.­ امید­، ح.­و­ ایوب­زاده­،س.­ع. 1394.اثر زبری سیلاب‌دشت بر هیدرولیک جریان در مقاطع مرکب با سیلاب‌دشت غیرمنشوری. مجله پژوهشی آب ایران.9. 2: 63 - 72.

Bilgil,A. 2010. “Correlation and distribution of shear stress for turbulent flow in a smooth rectangular open channel”. Journal of Hydraulic Research. 43. 2:165-173.

Cheng,N-S and Chua,L,H.C. 2005. comparisions of sidewall correction of bed shear stress in open channel flows. Journal of Hydrology engineering .131.7:605-609.

De Cacqueray,N.M., Hargreaves,D.P., Morvan,H. 2009. “A computational study of shear stress in smooth rectangular channels.” Journal of Hydraulic Research.  47.1:50-57.

Lashkar-Ara,B., Fathi-Moghadam,M., Shafai-Bajestan,M., Jael.A. 2010. Boundary shear stresses in smooth channels. Journal of Food, Agriculture and Environment. 8: 132-136.

Mohanty,P.K., Khatua,K.K., Patra,K.C. 2011. “Investigation on shear layer in compound channels.” National Conference Hydraulic and Water Resources HYDRO 2011.

Termini,D. 2015. Flexible vegetation behaviour and effects on flow conveyance: experimental observations. International Journal of River Basin Management. 13.4: 401-411.

Yang,K., Cao,S., Knight,D.W. 2007. Flow patterns in compound channels with vegetated floodplains. Journal of Hydraulic Engineering.133.2: 148-159.