بخشی از مقاله
خلاصه
در مطالعه هیدرولیک مجاری روباز با بستر صلب، ضریب زبری را نمیتوان یک عدد ثابت تلقی کرد و پس از تعیین آن، یکی از فرمول های مقاومت جریان را مستقیما برای محاسبه سرعت، شیب و عمق بکار برد. ولی در هیدرولیک رودخانهها بستر متحرک بوده و مقاومت در مقابل جریان یا ضریب زبری متغیر است. در این حالت نمیتوان یک فرمول مقاومت جریان را به طور مستقیم و بدون آگاهی از نحوه تغییر ضریب مقاومت در شرایط مختلف جریان و رسوب بکار برد. در این تحقیق رودخانه گاماسیاب به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده است و ضریب زبری مانینگ برای این رودخانه با استفاده از روشهای محتلف محاسبه سرعت برشی محاسبه شده و نتایج آن ها با یکدیگر مقایسه شده و در خصوص دقت هر روش با توجه به رژیم حاکم بر رودخانه بحث و نتیجه گیری شده است.
کلمات کلیدی: ضریب زبری مانینگ، رودخانه گاماسیاب، سرعت برشی، مقاومت جریان
1.مقدمه
برای تعیین ضرایب زبری بسترهای آبرفتی ، مطالعات وسیعی توسط محققین مختلف صورت گرفته است که نتایج اغلب آنها با یکدیگر متفاوت هستند. بسیاری از این مطالعات بر اساس دادههای محدود آزمایشگاهی استوار بودهاند. در مورد قابلیت کاربرد و صحت نتایج آزمایشگاهی برای شرایط صحرائی ، اطمینانی وجود ندارد. عدم وجود یک روش جامع و قابل اعتماد برای پیشبینی تغییرات ضریب زبری ، امر مطالعه هیدرولیک رودخانهها را مشکل ساخته است. از جمله مباحثی که که در هیدرولیک رودخانهها مورد توجه مهندسین و محققین بوده است بررسی عوامل دخیل در شکل گیری جریان و نحوه تغییرات آن در بستر و طول مسیر میباشد.
با توجه به این مطلب روابط متعددی پیرامون مقاومت جریان و تعیین سرعت متوسط در کانالها ارائه شده است در محاسبات هیدرولیکی کانالهای باز ، ضریب مانینگ با توجه به وضعیت کانال مورد مطالعه به عنوان یکی از اطلاعات اولیهی طراحی تخمین زده میشود[1] .معروف ترین معادله ضریب زبری ، معادله مانینگ است .این معادله در سال 1889توسط یک مهندس ایرلندی به نام مانینگ
ارائه شد وی نشان داد که در معادله شزی - C - V ضریب شزی با1 R 6 رابطه مستقیم دارد و بعدها به این نتیجه رسید که ضریب این تناسب1 n میباشد که در نهایت با جایگذاری این ضریب در معادله شزی معادله مانینگ بصورت زیر ارائه شد: - 1 - و از تلفیق این معادله با معادله پیوستگی - - در نهایت معادله زیر را ارائه داده است:[2]که در این معادله Q دبی جریان، A سطح مقطع جریان، R شعاع هیدرولیکی مقطع جریان، S شیب طولی کانال و n ضریب زبری مانینگ است.
2.روشهای مختلف محاسبه سرعت برشی
روشهای مختلفی برای محاسبه سرعت برشی وجود دارد؛ از جمله این روشها می توان به روشهای کلاوزر، روش تنش رینولدز، روش تک نقطه و روش تئوری لایه مرزی اشاره کرد. در این تحقیق از دو روش کلاوزر و تئوری لایه مرزی برای محاسبه سرعت برشی استفاده شده است.
- 1-2 روش کلاوزر
سرعت برشی در این روش با توجه به دادههای پروفیل سرعت موجود در لایه داخلی جریان - - y/h<0.2 که yاستفاده از قانون لگاریتمی سرعت برشی به دست آید.فاصله از بستر و h عمق آب میباشد.باکه در آن k ثابت ون کارمن، u* سرعت برشی، u سرعت متوسط اندازهگیری شده در عمق y، Ks برابر زبری نیکورادس است که در این تحقیق برابر d84 در نظر گرفته شده است.
- 2-2روش تئوری لایه مرزی
در این روش با محاسبه ضخامت جابهجایی و ضخامت مومنتوم و با استفاده از فرمول زیر میتوان سرعت برشی را محاسبه نمود:
3.استفاده از سرعت برشی برای تعیین ضریب زبری مانینگ
پس از تعیین سرعت برشی با استفاده از دو روش فوق از فرمول زیر برای محاسبه ضریب زبری مانینگ استفاده شده است.[1]
4.مشخصات رودخانه مورد مطالعه و مقدار اندازهگیری شده:[5]
5.محاسبات و نتایج
در این تحقیق برای 23 مقطع مختلف با توجه دادههایی که از رودخانه گاماسیاب به دست آمده است ضریب زبری مانینگ با استفاده از روش های مختلف محاسبه سرعت برشی محاسبه شده است.
