شبيه‌سازي و بررسي اثر عوامل موثر بر حركت تصادفي ذرات رسوب بار بستر در جريان ماندگار

Modeling the Saltation and Evaluating the Parameters Affecting the Random Movement of Sediment Particles in Bed Load Transport Under Steady Flow

بررسي انتقال رسوب در مقياس حركت ذرات باعث شناخت بهتر پديده‌ي انتقال رسوب و تعيين نرخ آن در محيط‌هاي رودخانه و دريا مي‌شود. ذرات رسوب به‌طور معمول به دو صورت بار معلق و بار بستر تحت تاثير جريان و يا امواج، منتقل مي‌شوند. بار بستر به‌صورت‌هاي لغزش، غلتش و پرش انتقال پيدا مي‌كند كه در ميان آن‌ها پرش غالب است. در فرايند پرش عوامل متعددي تاثيرگذارند، اما به دليل روشن نبودن كامل اين عوامل، پديده‌ي پرش ذره تاحدي تصادفي درنظرگرفته مي‌شود. از جمله‌ي اين عوامل مي‌توان به اثر شكل ذره، محل قرارگيري آن و آشفتگي جريان اشاره نمود. در اين مقاله ميزان پرش ذرات و سرعت متوسط آن‌ها و تاثير عوامل ياد شده بر آن در جريان ماندگار با استفاده از مدل رياضي بررسي مي‌شود. از عواملي كه به‌طور ويژه توجه شده، تاثير شكل ذرات و محل قرارگيري آن بر طول و سرعت پرش ذره است. هم‌چنين يك رابطه‌ي منطقي بين سرعت و زاويه اوليه‌ي پرش و محل قرارگيري آن در بستر برقرار شده است. ازنتايج مطالعات حاضر، در شناخت و تخمين دقيق‌تر رفتار و نرخ رسوب بستر استفاده مي‌شود.

Study on the physics of sediment particle movement at grain scale is essential for better understanding sediment transport phenomenon and estimating the rate of sediment transport in rivers and marine environment. Sediment particles basically transport in two modes of bed and suspended load. Bed load takes place through sliding, rolling and saltation, from which the latter is dominant. Many parameters influence on saltation phenomenon, which their effects are not fully understood. These influencing parameters make the saltation a stochastic phenomenon. In the present article the influence of the affecting parameters on movement of sediment particles at saltation mode of transport under unidirectional steady flow are investigated. A numerical model is developed to simulate the particle motion in bed load saltation with considering the main contributor forces. Then the influencing parameters that effect on the jump length and average velocity of the particles are studied. Among them are the initial condition, the particle position between other particles and the shape of particles. The influence of the velocity profile on the jump length and average velocity of the particles are also studied. In summary, the change in the initial condition including the initial velocity and angle produces less than 10% variation on the particle jump length and velocity. On the other hand the position of the grain between the other particles is considerably influential with 40% change in the jump length and average velocity. The particle shape is most important parameter in term of the influence on the jump length and average velocity; there is a 50% difference between the jump length of spherical particles and flake-shape particles, for average velocity it is about 10%. The result of the study improves our understanding of particle motion at grain scale and ultimately results in the better estimation of sediment transport rate.