بررسی آزمایشگاهی تاثیر پشته های رسوبی میانی بر توزیع سرعت و افت انرژی جریان

سابقه و هدف: پشته های رسوبی میانی از جمله ساختارهای طبیعی در آبراهه ها و رودخانه ها هستند که در اثر کاهش تنش برشی و رسوبگذاری در مرکز رودخانه ایجاد شده و موجب دوشاخه شدن آبراهه ها و افزایش فرسایش جانبی در دو ساحل راست و چپ رودخانه خواهد شد. هم چنین، افت انرژی ناشی از وجود پشته ها، از دیگر عواملی است که موجب تشدید رسوبگذاری در رودخانه می شود. این پشته ها، به عنوان زیستگاه آبزیان در رودخانه ، از اهمیت بسزایی برخوردارند و شناخت دقیق سازوکار جریان پیرامون آن ها، از موارد مهم در فرایندهای بهره برداری و احیای رودخانه هاست. در این پژوهش، الگوی جریان پیرامون پشته های رسوبی به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.مواد و روش ها: در این پژوهش، سه پشته به شکل های لوزی، بیضی و گوه ای که از نمونه های متداول پشته ها در رودخانه های آبرفتی طبیعی هستند، در یک کانال آزمایشگاهی به طول ۹ و عرض و ارتفاع ۴/۰ متر، با شیب کف ۰۰۰۷/۰ در آزمایشگاه تحقیقات آب و رسوب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ساخته و استفاده شد. سرعت در سه راستای عرضی، طولی و قائم با استفاده از دستگاه سرعت سنج الکترومغناطیس با فرکانس ۳۰ هرتز، در ۳۹ نقطه برداشت شد. دبی به کمک دستگاه دبی سنج فرکانسی در تمام آزمایشات، ۵/۴ لیتر بر ثانیه تنظیم شد و رژیم جریان در تمامی آزمایشات، زیربحرانی و آشفته بود.یافته ها: یافته ها نشان داد شکل پشته ها در سازوکار جریان و میزان افت انرژی، تاثیرات متفاوتی دارد. بررسی و مقایسه ی نمودارها نشان دهنده ی شرایط تقریبا مشابه برای پشته های بیضی و گوه ای اما قدری متفاوت برای پشته ی لوزی است. با وجود اختلاف ساختار تغییرات مولفه ی عرضی سرعت در مواجهه با پشته های بیضی، گوه ای و لوزی، در تمامی موارد، دامنه تغییرات بین ۴/۰ تا ۶/۱ برابر مقدار میانگین است. مطابق نتایج به دست آمده، حضور پشته ی بیضی منجر به نوسانات قابل توجه مولفه ی طولی سرعت در هر سه محور (بین حدود ۵/۰ تا ۶/۱ برابر مقدار میانگین در محورهای چپ و راست و بین ۲/۰ تا ۴/۱ برابر مقدار میانگین در محور وسط) می شود؛ اما برای پشته های گوه ای و لوزی، این نوسانات در تمامی محورها چندان چشمگیر نیست (بین ۸/۰ تا ۲/۱ برابر مقدار میانگین در محورهای چپ و راست و بین ۸/۰ تا ۴/۱ برابر مقدار میانگین برای محور وسط). اما تغییرات این مولفه در مواجهه با پشته های گوه ای و بیضی بیشتر و در هر سه محور قابل توجه (بین ۵/۰ تا ۳/۲ برابر مقدار میانگین) می باشد. تغییرات مولفه قائم سرعت در محور وسط نشان دهنده ی بیشترین کاهش قبل از مواجهه با پشته ی بیضی و شرایطی مشابه برای همین محور در مواجهه با پشته ی گوه ای است با این تفاوت که آغاز این کاهش منطبق بر نقطه برخورد پشته گوه ای است. تاثیر مستقیم مواجهه با پشته های رسوبی را علاوه بر مقادیر مولفه های سرعت، باید بر مقادیر انرژی جریان به عنوان معرف تجمیعی قدرت فرسایندگی جریان نیز جستجو نمود. بررسی جزئی تر نمودارها نشان می دهد که در محورهای چپ و راست، مواجه شدن با پشته ی بیضی منجر به افزایش انرژی نسبی جریان به اندازه ۴/۱ برابر میانگین شده و پس از عبور از پشته، بار انرژی به کمتر از مقدار میانگین کاهش یافته است. اما در محور وسط، وجود پشته، انرژی نسبی جریان را به ۶/۰ مقدار میانگین کاهش داده و پس از عبور از پشته، این مولفه روند افزایشی داشته است.نتیجه گیری: مواجهه با پشته ی بیضی منجر به بیشترین تغییرات در مقادیر نسبی مولفه های سه گانه ی سرعت، در مقایسه با دو پشته ی لوزی و گوه ای شد. هم چنین، تغییرات بار انرژی کل ناشی از حضور دو پشته ی لوزی و گوه ای ناچیز بوده ولی مشابه با تغییرات سرعت در هر سه مولفه ی عرضی، طولی و قائم، پشته ی بیضی منجر به تغییرات قابل توجه در مقادیر نسبی بار کل انرژی در طول کانال شد.

کلیدواژه ها:

افت انرژی ، پشته های رسوبی میانی ، توزیع سرعت ، مقاومت جریان ، رسوبگذاری