نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

مطالعه عددی میدان جریان و آشفتگی در کانال مرکب با سیلابدشت واگرای دارای پوشش گیاهی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی آب، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران
2 گروه مهندسی آب، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران.
3 گروه عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد بوئین زهرا، بوئین زهرا، ایران
چکیده
پوشش گیاهی سیلابدشت بر جریان آشفته کانال‌های مرکب خصوصاً در شرایط سیلابی که عمق جریان تغییر می‌کند مؤثر است. شبیه‌سازی عددی در بررسی دقیق اثر پوشش گیاهی بر جریان آشفته بسیار سودمند است. در پژوهش حاضر به شبیه‌سازی عددی جریان در کانال مرکب واگرا در دو حالت با پوشش گیاهی و بدون آن در اعماق نسبی متفاوت با استفاده از مدل عددی Flow3D پرداخته شده است. نتایج نشان داد سرعت جریان در کانال اصلی همواره از کانال سیلابدشت بیشتر است. برخورد جریان با پوشش گیاهی منجر به کاهش سرعت در سیلابدشت نسبت به حالت بدون پوشش گیاهی شده است. بررسی پارامترهای آشفتگی نشان داد بیشترین مقدار سرعت برشی در مرز مشترک کانال اصلی و سیلابدشت رخ داده است، اما با افزایش عمق نسبی مقدار سرعت برشی و تنش برشی کاهش یافته است. همچنین در عمق نسبی ثابت، شدت آشفتگی در نزدیک جداره‌ها بیشترین مقدار و در قسمت‌های میانی کانال اصلی کمترین مقدار است. بررسی پایین‌دست ناحیه واگرایی نشان داد در پایین‌دست ناحیه دارای پوشش گیاهی شدت آشفتگی در خط مرکزی کانال سیلابدشت و در نزدیکی سطح آزاد بیشترین مقدار است، در حالیکه در غیاب پوشش گیاهی بیشترین مقدار شدت آشفتگی در نزدیکی کف کانال سیلابدشت رخ داده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical Study of Flow Field and Turbulence in a Compound Channel with Diverging Floodplain with Vegetation

نویسندگان English

Fatemeh Mahmodi monfared 1
Hojatollah Younesi 2
Massumeh Rostamabadi 3
1 Department of water engineering, Lorestan University, Khoramabad, Iran
2 Department of Water Engineering, Lorestan University, Khorramabad, Iran.
3 Department of civil engineering, Islamic Azad University, BuinZahra Branch, BuinZahra, Iran.
چکیده English

Vegetation in the flood plains is effective on the turbulent flow of compound channels, especially in flood conditions where the flow depth changes. Numerical simulation is very useful in investigating the effect of vegetation on turbulent flow. In the present study, the numerical simulation of the flow in the diverging floodplain of compound channel in two cases with and without vegetation at different relative depths has been done using the Flow3D numerical model. The results showed that the flow velocity in the main channel is always higher than that of floodplain. The collision of the flow with the vegetation has led to a decrease in the velocity in floodplain compared to the state without vegetation. Investigation of turbulence parameters showed that the highest value of shear velocity occurred at the common border of the main channel and the floodplain, but with the increase in relative depth, the value of shear velocity and shear stress decreased. Also, at a fixed relative depth, the turbulence intensity is the highest near the walls and the lowest in the middle parts of the main channel. The investigation of the downstream of the divergence area showed that in the case of vegetation, the turbulence intensity is the highest in the center line of the floodplain channel and near the free surface, while in the absence of vegetation, the highest turbulence intensity occurred near the bottom of the floodplain.

کلیدواژه‌ها English

Vegetation
Divergence Floodplain
Relative Depth
Flow3D
احمدی دهرشید، ف.، یاسی، م. و حیدری، م. 1401. مطالعه عددی خصوصیات جریان در آبراهه روباز مرکب با پوشش گیاهی لایه ای ناهمگون در سیلابدشت. مجله تحقیقات آب و خاک ایران. (11)53.:2531-2515.
احمدی دهرشید، ف.، حیدری، م.، یاسی، م. و خوش کنش ، ع. 1402. اثر پوشش گیاهی ناهمگون در نوار کناری سیلابدشت بر ساختار جریان و تلاطم در آبراهه روباز مرکب. مجله آبیاری و زهکشی ایران. (3)17.:491-479.
حمیدی فر، ح. امید، م. و کشاورزی، ع. 1392. ساختار جریان و آشفتگی در آبراهه‌های مرکب‌ تحت تأثیر پوشش گیاهی صلب سیلاب‌دشت. مجله تحقیقات کاربردی مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی. (3)14: 66-51
شکری، م. و مهدی پور، ر. 1400. مدل سازی عددی تاثیر زوایای متفاوت بازشدگی سیلابدشت ها بر توزیع تنش برشی و سرعت سیال در کانال های غیر منشوری مرکب. مجله آبیاری و زهکشی ایران. (2)15: 270-280
صمدی رحیم، ع.، یونسی، ح.، شاهی نژاد، ب. و ترابی پور، ح. 1399. ارزیابی آزمایشگاهی تأثیر پوشش گیاهی سیلابدشت بر روی هیدرولیک جریان در آبراهه های مرکب واگرا. مجله هیدرولیک. (1)16: 111-130.
نجفیان، ش.، یونسی، ح.، پارسایی، ع. و ترابی پور، ح. 1395. مدلسازی فیزیکی و عددی هیدرولیک جریان در مقاطع مرکب با سیلابدشت های غیرمنشوری و زبر. مجله تحقیقات کاربردی مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی، (66)17: 87-104
یونسی ح.، امید م. ح. و ایوب زاده س. ع. 1394. اثر زبری سیلاب‌دشت بر هیدرولیک جریان در مقاطع مرکب با سیلاب‌دشت غیرمنشوری. مجله پژوهش آب ایران، (2)9: 72-63.
Barman, J. and Kumar, B. 2022. Flow behavior in a multi-layered vegetated floodplain region of a compound channel. Ecohydrology.15 (4): e2427.
Dupuis, V., Proust, S., Berni, C. and Paquier, A. 2017. Mixing layer development in compound channel flows with submerged and emergent rigid vegetation over the floodplains. Experiments in Fluid. 58 (4): 30.
Flow Science Inc., 2016. FLOW-3D V 11.2 User's Manual. Santa Fe, New Mexico.
Kara, S., Stoesser, T. and Sturm, T. W. 2012. Turbulence statistics in compound channels with deep and shallow overbank flows. Journal of hydraulic research. 50(5): 482-493.
Kaziot, A. P. 2013. Three-Dimensional turbulence intensity in a compound channel. Journal of hydraulic engineering. 139(8): .852-864. 
Mudde, R. F., Deutz, L., Nievarart, V. A. and Mannen, H. R. E. 2016. LDA-Measurements of the turbulence in and around a venture. Engineering turbulence modelling and experiments 6. Proceedings of the ERCOFTAC international symposium on engineering turbulence modelling and Measurements, ETMM6, Sardinia, Italy, 23-25 May, 511-520.
Rezaei, B. and Seif, M. M. 2022 Numerical study of flow in skewed compound channel using k-ε turbulence model. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering. 46: 3919-3929.
Rezaei, B. and Safarzade, A. 2016. Numerical modeling of flow field in prismatic compound channels with different floodplain widths. Journal of applied research in water and wastewater. 6: 260-270.
Samadi Rahim, A.,  Yonesi, H., Rahimi, H. R.; Shahinejad, B., Torabi Podeh, H. and Azamathulla, H.M. 2023. Effect of vegetation on flow hydraulics in compound open channels with non-prismatic floodplains. AQUA. Water Infrastructure, Ecosystems and Society. 72 (5): 781–797
Sun, X. and Shiono, K. 2009. Flow resistance of one-line emergent vegetation along the floodplain edge of a compound open channel. Advances in Water Resources. 32(3): 430–438.
Theoharris, k. and Panagiotis, P. 2016. Reynolds stress modelling of flow in compound channels with vegetated floodplains. Journal of applied water engineering and research. p. 1-11.
Zeng, C., Bai, Y., Zhou, J., Qiu, F., Ding, S., Hu, Y. and Wang, L. 2022. Large Eddy Simulation of Compound Open Channel Flows with Floodplain Vegetation. Water. 4: 3951