توزيع سرعت متوسط عمقي در كانال مركب با وجود پوشش گياهي در سيلاب دشت

Depth-averaged Velocity Distribution in Compound Channel with Vegetated Floodplains

پوشش گیاهی در بسیاری از جریان‌ها و رودخانه‌ها وجود دارد. پوشش گیاهی موجب تغییر ساختار جریان، افزایش مقاومت كلی جریان و كاهش دبی سیلاب می‌شود، از این‌رو نقش قابل توجهی در تثبیت سواحل و احیای زیست محیطی رودخانه‌ها دارد. در چنین رودخانه‌هایی، پیش‌بینی توزیع عرضی سرعت در طرح‌های كنترل سیلاب و مطالعات انتقال- انتشار آلودگی و رسوب حائز اهمیت است. هدف از این مطالعه، شبیه‌سازی جریان در كانال مركب با وجود پوشش گیاهی صلب غیر مستغرق در سیلاب دشت و معرفی مناسب‌ترین مدل، برای محاسبه فاكتور اصطكاكی، ضریب لزجت گردابه‌ای و پارامتر جریان ثانویه می‌باشد. در مطالعه حاضر از یك مدل دوبعدی تحلیلی برای پیش‌بینی سرعت متوسط عمقی در كانال‌های مركب با وجود پوشش گیاهی در سیلاب دشت­ها استفاده شده است. در این مدل اثرات اصطكاك بستر، نیروی كشانه، آشفتگی عرضی و جریان‌های ثانویه، توسط 4 پارامتر  در نظر گرفته شده­اند. به منظور صحت‌سنجی، نتایج مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. آزمایش‌ها در دو شیب و سه عمق نسبی مختلف انجام گرفته است. با توجه به نتایج آزمایشگاهی معادله كلبروك وایت، قادر به محاسبه دقیق ضریب اصطكاك ناشی از پوشش گیاهی در سیلاب دشت نمی‌باشد و خطای قابل توجهی در محاسبه سرعت در سیلاب دشت ایجاد می‌كند. با بررسی مطالعات مختلف، استفاده از معادله نادینگ (1998) برای محاسبه فاكتور اصطكاك، خطای مشاهده شده را به میزان قابل توجهی كاهش داد، بنابراین از این مدل برای محاسبه ضریب اصطكاك در سیلاب دشت استفاده شده است. با توجه به مدل­های مختلف ارائه شده برای  در مطالعات مختلف، مدل آلاوین و چو (1985)، به عنوان مناسب‌ترین مدل، بر اساس كمترین اختلاف میان داده‌های مشاهداتی و محاسباتی معرفی شد.

Vegetated floodplains frequently occur in natural rivers. The presence of vegetation plays an essential role in bank stabilization and ecological restoration. The hydraulic resistance due to vegetation on the floodplain typically causes a further reduction of flow velocity and increases the velocity difference between the main channel and the floodplain. As a consequence, a strong lateral shear layer leads to the exchange of mass and momentum between the main channel and floodplain which in turn affects the overall channel conveyance and certain fluvial processes. The goal of this study was to simulate flow velocity in compound channels with vegetated floodplains. The present paper builds on previous work by Tang and Knight and applies it to simulate flow on a vegetated floodplain. This model includes the effects of bed friction, drag force, lateral turbulence and secondary flows, via four coefficients ƒ, , λ and Γ, respectively. To validate the 2D model, flume experiments have been conducted in straight compound channel with vegetated floodplains. Six series of tests were undertaken at 2 different bed slopes ( ) and three depth ratios (Dr). The results of a comparison between calculated and measured values of the velocities showed that Colebrook-White equation cannot correctly predict values of friction factor (ƒ) and thus use of Nudging’s equation would be recommended. Five eddy viscosity models were selected from the literature and the best model was introduced, through the best-fit to the observed data.