بررسي اثر شكل ذرات سنگريزه اي بر ضريب زبري مانينگ در رودخانه هاي كوهستاني

Investigation on the Effect of Gravel Particles Shape on Manning’s Roughness Coefficient in Mountain Rivers

روابط مقاومت جريان از مولفه ­هاي كلاسيك آناليز هيدروليكي رودخانه است كه براي رونديابي سيل، پيش ­بيني عمق و سرعت سيلاب­ هاي طرح، برآورد ظرفيت سيلاب آبراهه و پيش­ بيني غيرمستقيم دبي­ هاي سيلاب از طريق روش شيب - مساحت، مورد نياز خواهد بود. در اين تحقيق به بررسي آزمايشگاهي اثر شكل ذرات و شيب بستر آبراهه بر ضريب زبري مانينگ پرداخته شده است. براي رسيدن به اين هدف، از دو نوع سنگريزۀ طبيعي نسبتاً گردگوشه و شكستۀ تيزگوشه با اندازه­ هاي متوسط 3/8، 4/66 و 6/53 سانتي­متر و چهار شيب 0/4، 0/6، 0/8 و 1 درصد در شرايط مختلف هيدروليكي استفاده شد. نتايج تحقيق نشان مي ­دهد كه با افزايش اندازۀ سنگريزه و شيب بستر آبراهه و كاهش استغراق نسبي مقدار ضريب زبري مانينگ افزايش مي­ يابد. نتايج بررسي­ ها همچنين نشان مي­ دهد كه به ­طور متوسط مقدار ضريب زبري مانينگ سنگريزه ­هاي تيزگوشه در شيب­ هاي 0/4، 0/6، 0/8 و 1 درصد به­ ترتيب در حدود 2/7، 3/7، 3/8 و 5/9 درصد بيشتر از مقدار آن در سنگريزه­ هاي طبيعي نسبتاً گردگوشه است. اختلاف بين مقادير ضريب زبري مانينگ در ذرات تيزگوشه و طبيعي نسبتاً گردگوشه با كاهش استغراق نسبي و افزايش شيب بستر افزايش مي ­يابد. به سخن ديگر، اثر شكل ذرات بر ضريب زبري مانينگ در شيب­ هاي تند و استغراق­ نسبي كم (زبري در مقياس بزرگ) قابل توجه است.

Flow resistance equations are a classical component of river hydraulic analysis, required for such applications as flood routing, prediction of flow depths and velocities in the design of floods conveyance structures, channel flood capacity estimation and the indirect estimation of flood discharges by the slope-area technique. In this research the effect of particle shape and bed slope of channel on Manning’s roughness coefficient have been investigated experimentally. To achieve this aim, two types of gravels (natural and crushed shapes) with three average gravel sizes (3.8, 4.66 and 6.53 cm), four bed slopes (0.004, 0.006, 0.008 and 0.01 percent) were used under different hydraulic conditions. The results showed that as the gravel size and bed slope increases or the relative submergence decreases, the Manning’s roughness coefficient (n) increases. Moreover, the results revealed that the average value of Manning’s roughness coefficient (n) of crushed gravels were by 2.7, 3.7, 3.8 and 5.9 percent more than natural gravels in the bed slopes of 0.004, 0.006, 0.008 and 0.01 percent, respectively. Also, the difference between the values of Manning’s roughness coefficients (n) for crushed and natural particles increased by decreasing relative submergence and increasing bed slope. In other words, the effect of particle shape on Manning’s roughness coefficient is applicable in steep slopes and low relative submergences (large-scale roughness).