مهندس احسان شهیری دانشجوی دوره دکتری این دانشکده، رشته مهندسی عمران گرایش آب و سازه‌های هیدرولیکی ۲۰ مهرماه سال ۱۴۰۱ از رساله خود تحت عنوان «مطالعه ساختارهای جریان آشفته بر روی شکل بستر سه بعدی برآمده و فرورفته با در نظر گرفتن تغییر عرض آبراهه» با راهنمایی دکتر حسین افضلی مهر دفاع نمود.

چکیده این رساله به شرح زیر می‌باشد: شکل‌‌های بستر برآمده و فرورفته در مسیرهای مستقیم رودخانه‌‌ها و کانال‌‌های طبیعی ناشی از ناپیوستگی در مقطع جریان و بستر رودخانه‌‌‌‌ها تشکیل می‌‌شود. یکی از مهم‌ترین مسائل مهندسی رودخانه، شناخت عوامل تأثیرگذار بر جریان در حضور شکل‌‌های بستر می‌‌باشد. هدف مطالعه حاضر بررسی تأثیر شکل بستر متوالی برآمده و فرورفته و تعامل آن با تنگ‌‌‌‌شدگی دیواره‌‌ها بر ویژگی‌‌های ساختار جریان آشفته می‌‌باشد. بدین منظور، به مطالعه میدانی رودخانه بابلرود و مدل‌سازی آزمایشگاهی کانال با عرض متغیر پرداخته شد و اثر تغییرات عرض کانال برخصوصیات جریان شامل سرعت، تنش برشی و مؤلفه‌های آشفتگی بررسی گردید. نتایج مطالعات میدانی در رودخانه بابلرود نشان داد که بیشترین مقادیر سرعت میانگین راستای جریان و سرعت‌‌های نزدیک به بستر برای شکل بستر فرورفته وجود داشته است که به ترتیب ۵۹ و ۲۲ سانتی­متر بر ثانیه در محور مرکزی بوده است و حاکی از رخداد سرعت معکوس در این ناحیه می‌‌باشد. همچنین نتایج نشان داد که در نیمرخ تنش برشی بستر در راستای جریان، تغییر فازی در نیمرخ تنش برشی بستر رخ‌داده است، بدین معنی که در ناحیه تاج شکل بستر برآمده پایین‌‌دست، نیمرخ تنش برشی یک گرادیان منفی و در شکل بستر فرورفته ناحیه‌­ای با گرادیان مثبت در نیمرخ تنش برشی مشاهده گردید. بررسی نمودارهای خطوط تراز مؤلفه عمودی سرعت نشان داد که این پارامتر در محور مرکزی کانال به سمت پائین و در جداره‌‌‌‌های کانال به سمت بالا جهت‌‌گیری کرده‌‌‌‌اند که نشان از همگرایی جانبی جریان دارد. همچنین یافته‌‌‌‌های آنالیز کوادرانت نشان داد که در قسمت‌‌های مختلف شکل بستر، در نزدیکی سطح آب واقعه جاروب و در نزدیکی کف بستر واقعه جرقه غالب بوده است. بررسی ساختار جریان در حالت عرض متغیر و عمق ۲۰ سانتی‌متر نشان داد که موقعیت سرعت حداکثر در پروفیل سرعت، در ناحیه جریان کندشونده و بخش میانی شکل بستر فرورفته، برخلاف عمق ۱۴ سانتی­متر در زیر سطح آب واقع شده است. روند توزیع سرعت در پروفیل‌ها از بستر تا سطح آب، اغلب روند صعودی است و همچون نتایج مربوط به عمق ۱۴ سانتی‌متر، در قسمت میانی شکل بستر توزیع S شکل سرعت در عمق جریان مشاهده می‌شود. با مقایسه مقادیر حداکثر سرعت طولی در سه راستا در دو حالت عمق جریان ۲۰ و ۱۴ سانتی‌متر، مشاهده شد که مقادیر این سرعت‌ها در حالت عمق ۱۴ سانتی‌متر ، بیشتر از حالت عمق جریان ۲۰ سانتی‌متر است. دلیل این امر را می‌توان کاهش سطح مقطع جریان در دبی ثابت و در نتیجه افزایش سرعت‌‌‌‌ها دانست. همچنین با مقایسه نتایج در دو حالت عمق جریان ۲۰ و ۱۴ سانتی‌متر، نتایج نشان می‌دهد که به‌طورکلی مقادیر شدت آشفتگی در مقاطع مختلف بر روی شکل بستر، با کاهش عمق جریان از ۲۰ به ۱۴ سانتی‌متر، افزایش می‌یابد که علت آن افزایش نوسانات سرعت در اثر افزایش عدد فرود جریان و تاثیر زبری بستر بر جریان آشفته دانست. همچنین مقادیر تنش برشی رینولدز در مقاطع مختلف بر روی شکل بستر، با کاهش عمق جریان از ۲۰ به ۱۴ سانتی‌متر، کاهش می‌‌یابد. با مقایسه نتایج آزمایش‌‌های بدون تغییرات عرض کانال و حالت عرض متغیر در دو عمق ۲۰ و ۱۴ سانتی‌متر ملاحظه شد که الگوی مشابهی در تغییرات مقادیر حداکثر سرعت از سمت محور مرکزی به سمت دیواره کانال وجود دارد. همچنین مقادیر حداکثر سرعت، به‌طورکلی در هر سه راستای طولی، در حالت عرض متغیر بیشتر از حالت عرض ثابت می‌باشد. این مقادیر در محور مرکزی برابر با ۲۳.۴ و ۳۴ سانتیمتر بر ثانیه به‌‌ترتیب برای عمق ۲۰ و ۱۴ سانتیمتر در حالت عرض متغیر و برابر با  ۱۱.۶ و ۱۹.۱ سانتیمتر بر ثانیه در عمق ۲۰ و ۱۴ سانتیمتر در حالت عرض ثابت می‌‌باشد. با مقایسه تنش برشی رینولدز در حالت با مانع و بدون مانع مشاهده شد که تنش‌های برشی در حالت عرض متغیر و عمق ۲۰ سانتی‌متر، دارای مقادیر بزرگ‌تری می‌باشد. واژه‌های کلیدی: آنالیز کوادرانت، تغییر عرض کانال، رودخانه شنی، ساختار جریان آشفته، شکل بستر فرورفته و برآمده. رایانامه جهت ارتباط با دانشجوی فوق: ehsan_shahiri96civileng.iust.ac.ir