تأثير شرايط مختلف هيدروليكي بر جريان هايپريك در اطراف سازۀ سرريز گابيوني

Effect of different hydraulic conditions on the hyporheic flow charachteristics around gabion weir structures

احداث سرريزهاي گابيوني در مسير رودخانه، باعث اختلاف هد هيدروليكي در بالادست و پايين‌دست آن‌ها و عبور جريان از بدنۀ سرريز گابيوني و محيط متخلخل زيرين مي شود. اين اختلاط در منطقۀ هايپريك بلافاصله زير بستر رودخانه، جايي كه جانداران و ميكروارگانيسمهايي كه نقش مهمي در اكولوژي رودخانه دارند، اتفاق مي‌افتد. در تحقيق حاضر با انجام مطالعات آزمايشگاهي، روي كانال آزمايشگاهي شيب پذير به طول 5 متر، عرض0/3 متر و ارتفاع 0/5 متر، مصالح به‌كار‌رفته در گابيون با سايز 17 ميلي‌متر و مصالح بستر با سايز 6/8 ميلي‌متر تهيه شد. الگوي جريان هايپريك اطراف سازۀ سرريز گابيوني با تزريق مواد رنگي بررسي شد. شرايط هيدروليكي به گونه‌اي تنظيم شد تا سه حالت جريان شامل جريان درون‌گذر (TFGW)، جريان ريزشي بدون پرش هيدروليكي(NFGW) و جريان با پرش هيدروليكي (PNGW) در پايين‌دست سرريز گابيوني ايجاد شود. براي بررسي مشخصات منطقۀ هايپريك، هد هيدروليكي اندازه گيري‌شده روي بستر به عنوان مرز دريشلت به مدل آب زيرزميني معرفي شد و مدلسازي جريان در محيط متخلخل با استفاده از مدل شبيه‌سازي زيرسطحي مدل ميوس انجام شد. نتايج نشان ميدهد تطابق مناسبي بين الگوي جريان مشاهداتي و محاسباتي در منطقۀ هايپريك وجود دارد. در جريان TFGWو NFGW بيشتر خطوط جريان به صورت جريان پايين‌دست رو به بالا (DDU) و در حالت جريان PNGW، علاوه بر الگوي جريان پاييندست رو به بالا، خطوطهاي جريان بالادست رو به بالا (UDU) نيز ديده شد. همچنين، با بررسي دبي تبادلي كل (Qex)، زمان ماندگاري (Rt) و درصد دبي تبادلي (Qp) مشاهده ميشود كه دامنۀ تغييرات مقدار دبي تبادلي كل 1/63 تا 2/80 ليتر بر ثانيه هستند و زمان ماندگاري نيز با كاهش عدد رينولدز روند افزايشي داشته است. درضمن، در حالت جريان TFGW، NFGW، PNGW به طور متوسط 52، 42 و 26 درصد جريان سطحي در تبادل با ناحيۀ هايپريك است. در اين تحقيق رابطه هايي با دقت مناسب و ضريب همبستگي زياد 85 درصد براي تخمين زمان ماندگاري و دبي تبادلي نيز ارائه شده است.

Gabion weir at the longitudinal variation of hydraulic head causes that surface flow enters the porous medium and mix with the subsurface flow and return to the surface water flow again. This mixing takes place in the hyporheic zone play an important role in the river ecology. In this study, the flow pattern around the gabion weir structure was investigated by conducting laboratory studies. The particle pathes were traced by injection of dye and the hydraulic head profiles were measured under different hydraulic conditions. Downstram hydraulic conditions were also adjusted in order to create three flow conditions, including through flow gabion weir (TFGW), overflow gabion weir with no hydraulic jump (NFGW) and overflow gabion weir with hydraulic jump (PNGW).In order to investigate the characteristics of the hyporheic zone, the measured hydraulic head on the sediment-water interphase was introduced as a drichlet boundary to the groundwater model and flow modeling was performed in a porous media. The results show that there is a good agreement between the observed and computational flow pattern in the hyporheic zone.The observations showed that in TFGW and NFGW flow conditions, the particle pathlines are downstream directed upwelling (DDU) and in PNGW flow condition, there are both upstream directed upwelling (UDU) and downstream directed upwelling (DDU).Also the hyporheic exchange flow (Qex) was ranged between 1.63 and 2.80 l/s.The residence time in all flow conditions increases with decreasing Reynolds number. In this study, the relationships with high accuracy were presented for estimating residence time and hyporheic exchange flow.