بررسي آزمايشگاهي تأثير پشته‌هاي رسوبي مياني بر توزيع سرعت و افت انرژي جريان

سابقه و هدف: پشته‌هاي رسوبي مياني از جمله ساختارهاي طبيعي در آبراهه‌ها و رودخانه‌ها هستند كه در اثر كاهش تنش برشي و رسوبگذاري در مركز رودخانه ايجاد شده و موجب دوشاخه شدن آبراهه‌ها و افزايش فرسايش جانبي در دو ساحل راست و چپ رودخانه خواهد شد. هم‌چنين، افت انرژي ناشي از وجود پشته‌ها، از ديگر عواملي است كه موجب تشديد رسوبگذاري در رودخانه مي‌شود. اين پشته‌ها، به‌عنوان زيستگاه آبزيان در رودخانه‌، از اهميت بسزايي برخوردارند و شناخت دقيق سازوكار جريان پيرامون آن‌ها، از موارد مهم در فرايندهاي بهره‌برداري و احياي رودخانه‌هاست. در اين پژوهش، الگوي جريان پيرامون پشته‌هاي رسوبي به‌صورت آزمايشگاهي مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفته است.مواد و روش‌ها: در اين پژوهش، سه پشته‌‌ به شكل‌هاي لوزي، بيضي و گوه‌اي كه از نمونه‌هاي متداول پشته‌ها در رودخانه‌هاي آبرفتي طبيعي هستند، در يك كانال آزمايشگاهي به طول 9 و عرض و ارتفاع 0.4 متر، با شيب كف 0.0007 در آزمايشگاه تحقيقات آب و رسوب دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان، ساخته و استفاده شد. سرعت در سه راستاي عرضي، طولي و قائم با استفاده از دستگاه سرعت‌سنج الكترومغناطيس با فركانس 30 هرتز، در 39 نقطه برداشت شد. دبي به كمك دستگاه دبي‌سنج فركانسي در تمام آزمايشات، 4.5 ليتر بر ثانيه تنظيم شد و رژيم جريان در تمامي آزمايشات، زيربحراني و آشفته بود.يافته‌ها: يافته‌ها نشان داد شكل پشته‌ها در سازوكار جريان و ميزان افت انرژي، تاثيرات متفاوتي دارد. بررسي و مقايسه‌ي نمودارها نشان‌دهنده‌ي شرايط تقريبا مشابه براي پشته‌هاي بيضي و گوه‌اي اما قدري متفاوت براي پشته‌ي لوزي است. با وجود اختلاف ساختار تغييرات مؤلفه‌ي عرضي سرعت در مواجهه با پشته‌هاي بيضي، گوه‌اي و لوزي، در تمامي موارد، دامنه تغييرات بين ۴/۰ تا ۶/۱ برابر مقدار ميانگين است. مطابق نتايج به دست آمده، حضور پشته‌ي بيضي منجر به نوسانات قابل توجه مؤلفه‌ي طولي سرعت در هر سه محور (بين حدود 0/5 تا 1/6 برابر مقدار ميانگين در محورهاي چپ و راست و بين 0/2 تا 1/4 برابر مقدار ميانگين در محور وسط) مي‌شود؛ اما براي پشته‌هاي گوه‌اي و لوزي، اين نوسانات در تمامي محورها چندان چشمگير نيست (بين ۸0/8 تا 1/2 برابر مقدار ميانگين در محورهاي چپ و راست و بين 0/8 تا 1/4 برابر مقدار ميانگين براي محور وسط). اما تغييرات اين مؤلفه در مواجهه با پشته‌هاي گوه‌اي و بيضي بيشتر و در هر سه محور قابل توجه (بين 0/5 تا 2/3 برابر مقدار ميانگين) مي‌باشد. تغييرات مؤلفه قائم سرعت در محور وسط نشان‌دهنده‌ي بيشترين كاهش قبل از مواجهه با پشته‌ي بيضي و شرايطي مشابه براي همين محور در مواجهه با پشته‌ي گوه‌اي است با اين تفاوت كه آغاز اين كاهش منطبق بر نقطه برخورد پشته گوه‌اي است. تاثير مستقيم مواجهه با پشته‌هاي رسوبي را علاوه بر مقادير مؤلفه‌هاي سرعت، بايد بر مقادير انرژي جريان به عنوان معرف تجميعي قدرت فرسايندگي جريان نيز جستجو نمود. بررسي جزئي‌تر نمودارها نشان مي‌دهد كه در محورهاي چپ و راست، مواجه شدن با پشته‌ي بيضي منجر به افزايش انرژي نسبي جريان به اندازه 1/4 برابر ميانگين شده و پس از عبور از پشته، بار انرژي به كمتر از مقدار ميانگين كاهش يافته است. اما در محور وسط، وجود پشته، انرژي نسبي جريان را به 0/6 مقدار ميانگين كاهش داده و پس از عبور از پشته، اين مؤلفه روند افزايشي داشته است.نتيجه‌گيري: مواجهه با پشته‌ي بيضي منجر به بيشترين تغييرات در مقادير نسبي مؤلفه‌هاي سه‌گانه‌ي سرعت، در مقايسه با دو پشته‌ي ‌لوزي و گوه‌اي شد. هم‌چنين، تغييرات بار انرژي كل ناشي از حضور دو پشته‌ي لوزي و گوه‌اي ناچيز بوده ولي مشابه با تغييرات سرعت در هر سه مؤلفه‌ي عرضي، طولي و قائم، پشته‌ي بيضي منجر به تغييرات قابل توجه در مقادير نسبي بار كل انرژي در طول كانال شد.