بررسی اثر عمق نفوذ پلکان در محیط متخلخل بر تبادلات جریان‌های سطحی و زیرسطحی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آبیاری و آبادانی، پردیس کشاورزی دانشگاه تهران

2 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

3 استادیار، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

چکیده

تبادل جریانهای سطحی و زیر سطحی در بستر رودخانه ها، بخصوص بالادست سازه های کنترل شیب به عنوان یک ناحیه مهم بوم‌شناسی، بسیار حائز اهمیت و مورد توجه است. ریخت شناسی طبیعی رودخانه‌‌ها و سازه‌های مختلف در مسیر جریان، از عوامل مهم شکل‌گیری اینگونه جریانها هستند. از آنجایی که سازه‌های در مسیر جریان نقش کنترل‌شده و اثرگذارتری نسبت به ریخت شناسی رودخانه‌ها در شکل‌گیری این تبادلات دارند، در این پژوهش تاثیر عمق نفوذ این سازه ها در بستر متخلخل بر خصوصیات جریانهای تبادلی از طریق آزمایش و شبیه‌سازی عددی مورد مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش‌ها در یک کانال آزمایشگاهی بطول 10 متر، عرض 20 سانتی‌متر، عمق 30 سانتی‌متر و شیب 01/0، برای سه عمق نفوذ متفاوت انجام و برای مسیریابی جریان از ردیاب پتاسیم پرمنگنات استفاده شد. همچنین برای بدست آوردن مشخصات جریان تبادلی؛ جریان اصلی و الگوی جریان تبادلی با روش ردیابی ذرات، توسط نرم‌ افزار Flow 3D شبیه‌سازی شد. نتایج نشان داد که در دامنه رینولدز 1020 تا 3450، با افزایش عمق نفوذ سازه از 09/0 به 13/0 متر، زمان ماند جریان تبادلی تا 6/6 درصد، طول اثر سازه تا 9 درصد، طول مسیر تبادل تا 6/4 درصد، عمق نفوذ تبادل تا 7/7 درصد افزایش و دبی تبادلی تا 22 درصد کاهش می‌یابد. بنابراین با هدف افزایش دبی تبادلی، بکارگیری سازه با عمق نفوذ کم‌تر و برای افزایش زمان ماند، سازه با عمق نفوذ بیش‌تر قابل توصیه می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Study of the effect of step penetration depth on exchanges between surface and subsurface fluxes

نویسندگان [English]

  • Mahla Tajari 1
  • Amir Ahmad Dehghani 2
  • Arezoo Nazi Ghameshlou 3
1 irrigation department, university of Tehran
2 Dep. of Water Engineering, Faculty of Water and Soil, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Golestan.
3 Assistant Professor, Department of Irrigation and Reclamation Engineering, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, P. O. Box 4111, Karaj, 31587-77871, Iran.
چکیده [English]

The exchange of surface and subsurface flows in riverbeds, especially upstream of control structures as an important ecological area, is very important and noteworthy. The natural morphology of rivers and various in-stream structures along the flow path are important factors in the formation of such flows. Since the in-stream structures in the flow path have a more controlled and effective role than the morphology of rivers in the formation of these exchanges, in this study the effect of the penetration depth of these structures in the porous bed on the characteristics of exchange flows through experiments and Numerical simulation has been investigated. The experiments were performed in a flume with a length of 10 m, width of 20 cm, depth of 30 cm and a slope of 0.01, for three different penetration depths. Potassium permanganate detector was used for tracking the flow. In addition, to obtain exchange flow characteristics; the mainstream and the exchange pattern were simulated by particle tracking method using Flow 3D software. The results showed that in the Reynolds range 1020 to 3450, with increasing the penetration depth of the structure from 0.09 to 0.13 m, the retention time of the exchange flow increases up to 6.6%. In addition, the length of the effect of the structure up to 9%, the length of the exchange path up to 4.6% and the penetration depth of the exchange increases up to 7.7% while the exchange rate decreases to 22%. Therefore, in order to increase the exchange rate, it is recommended to use a structure with a lower penetration depth and to increase the retention time, a structure with a greater penetration depth is recommended.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Hyporheic exchanges
  • in-stream structures
  • Flow 3D software
  • Particle tracking