برآورد ضریب مقاومت جریان روباز تحت اثر تغییرات شیب و دبی با بهره گیری از جریان متغیر تدریجی

تخمین درست ضریب زبری مانینگ برای طراحی کانال های روباز، روندیابی سیلاب و مهندسی رودخانه ضروری است. با این حال، روش های متداول آزمایشگاهی برای تعیین این ضریب، مبتنی بر برقراری جریان شبه یکنواخت هستند که وقت گیر و همراه با عدم قطعیت بالاست. در اینجا یک رویکرد جایگزین مبتنی بر جریان متغیر تدریجی برای تخمین ضریب مانینگ در شرایط آزمایشگاهی ارائه شده است. آزمایش ها در فلوم مستطیلی به طول ۱۲ متر با استفاده از سه زبری بستر شامل آهن گالوانیزه، کف پوش های مشبک از جنس پلی وینیل کلراید (PVC) با پایه های کوتاه و مشبک متراکم با پایه های بلند به­اجرا در آمدند. شیب های طولی مختلف و با ۹ دبی (۱۰ تا ۹۰ لیتر بر ثانیه با گام های ده لیتر برثانیه) آزمون شدند. نیمرخ های سطح آب با استفاده از یک شبکه متراکم پیزومتری و سامانه خودکار حسگرهای فشار اندازه گیری شدند. به جای ایجاد جریان شبه یکنواخت، با باز کردن کامل دریچه پایین دست، نیمرخ های M۲ برقرار شد و ضریب زبری مانینگ با کمینه سازی مجموع مربعات اختلاف بین نیمرخ های مشاهده شده و محاسبه شده از معادله جریان متغیر تدریجی تعیین شد. نتایج تحقیق نشان داد که تاثیر دبی بر ضریب زبری به طور کلی جزئی و نامنظم است و تاثیر شیب نیز در محدوده آزمون شده در درجه دوم اهمیت قرار دارد. عدد رینولدز برشی نشان داد که هر دو بستر مشبک در رژیم کاملا متلاطم و زبر قرار دارند در حالی که بستر گالوانیزه در ناحیه انتقالی  است. تحلیل حساسیت نشان داد که تعدیل عمق جریان تا ۱ سانتی متر برای لحاظ کردن ضخامت فیزیکی پوشش ها تغییری کمتر از ۱ درصد در اندازه زبری معادل محاسبه شده ایجاد می کند که گویای استواری نتایج است. روش پیشنهادی مبتنی بر جریان متغیر تدریجی، جایگزینی عملی، تکرارپذیر و با عدم قطعیت کمتر برای تخمین ضرایب زبری در فلوم های آزمایشگاهی فراهم می آورد و کاربرد مستقیمی در مجاری طبیعی دارد که جریان متغیر تدریجی در آنها قاعده است نه استثنا.

کلیدواژه ها:

ارتفاع زبری معادل ، شیب بستر ، ضریب زبری مانینگ ، عدد رینولدز برشی ، کانالهای روباز