مهندس ساناز هادیان دانشجوی دوره‌‌ی دکتری این دانشکده در رشته‌‌ی مهندسی عمران گرایش آب و سازه‌های هیدرولیکی، ۱۰ آبان ماه سال ۱۴۰۲ از رساله خود تحت عنوان «تأثیر توأمان تغییر عرض متقارن کانال و پوشش گیاهی غیرمستغرق دیواره بر آستانه حرکت ذرات رسوب» به صورت حضوری با راهنمایی دکتر حسین افضلی‌مهر دفاع نمود.

چکیده این رساله به شرح زیر می‌باشد: حرکت اولیه ذرات رسوب بستر یک جنبه اساسی از مکانیک رودخانه است که برای بسیاری از مسائل تحقیقاتی مانند طراحی کانال‌‌های پایدار، آبشستگی بسترهای رودخانه و انتقال رسوب کاربرد دارد. از آنجایی‌‌که در محل‌‌های تغییر عرض رودخانه‌‌ها و همچنین در محل حضور پوشش‌‌های گیاهی، الگوهای فرسایش و رسوب‌‌گذاری دچار تغییر می‌‌شوند، لذا مطالعه شروع حرکت ذرات رسوب در حضور پوشش گیاهی و تغییر عرض کانال، ضروری است. هدف مطالعه حاضر، بررسی تأثیر توأمان تغییر عرض کانال و پوشش گیاهی غیرمستغرق جداره بر آستانه حرکت ذرات رسوب است. بدین منظور، به مدل‌سازی آزمایشگاهی پرداخته شد و اثر تغییرات عرض کانال و پوشش گیاهی جداره بر خصوصیات جریان، شامل سرعت، تنش برشی و مؤلفه‌های آشفتگی در شرایط آستانه حرکت ذرات رسوب بررسی گردید. به‌‌منظور ایجاد تغییر عرض، از موانع نیم‌‌بیضی در دو طرف فلوم به‌‌صورت کاملاً متقارن استفاده شد و پوشش گیاهی نی به‌‌عنوان پوشش گیاهی غیرمستغرق، به این موانع چسبانده شد. آزمایش‌‌ها با استفاده از سه گروه ذرات رسوب و سه شیب طولی بستر صورت پذیرفت. اندازه‌‌گیری‌‌های مؤلفه‌‌های سرعت در ۲۰ سری آزمایش مختلف توسط دستگاه سرعت‌‌سنج صوتی برداشت شد. نتایج نشان داد که پوشش گیاهی در دیواره کانال باعث تشکیل لایه‌‌های برشی مختلفی می‌‌گردد و وضعیت این لایه‌‌ها به‌‌ویژه در نزدیکی پوشش گیاهی بسیار پیچیده است؛ به‌‌طوری‌‌که توزیع تنش برشی رینولدز دارای چهار ناحیه است و توزیع Zشکل دارد. این در حالی است ‌‌که در حالت عدم حضور پوشش گیاهی، تنش‌‌های برشی رینولدز دارای توزیع Zشکل نمی‌‌باشد و مقادیر بیشینه تنش برشی در ارتفاع کمتری از بستر رخ می‌‌دهد. حضور توأمان پوشش گیاهی جداره و تغییر عرض کانال باعث ایجاد توزیع Zشکل تنش برشی حتی در محور مرکزی کانال شده است، در حالی‌‌که در حضور پوشش گیاهی جداره در کانال مستقیم، این نوع توزیع تنها به محور نزدیک به جداره محدود شده است. در مطالعه حاضر، سرعت برشی و تنش برشی بستر با استفاده از روش‌‌های مختلف (مشخصات لایه‌مرزی، رینولدز و کلازر) محاسبه و مقایسه شد. نتایج حاکی از همخوانی نسبی نتایج این روش‌‌ها با یکدیگر و اعتبار برآورد مقادیر سرعت برشی و تنش برشی آستانه است. همچنین با برون‌‌یابی نیمرخ‌‌های سرعت به سمت بستر، مقادیر سرعت آستانه در مجاور بستر بدست آمد. در آزمایش‌‌های کانال با عرض متغیر و در هر دو حالت حضور و عدم حضور پوشش گیاهی جداره، با افزایش قطر ذره رسوب، سرعت و تنش برشی آستانه در هر سه شیب، افزایش یافته است. از سوی دیگر، در آزمایش‌‌ها بر روی کانال با عرض متغیر در حضور پوشش گیاهی در هر سه گروه ذرات، با افزایش شیب طولی بستر، مقادیر سرعت و تنش برشی آستانه کاهش یافته است. برخلاف این مشاهدات، در آزمایش‌‌های مربوط به کانال بدون پوشش گیاهی جداره، با افزایش شیب بستر، مقادیر سرعت و تنش برشی آستانه برای دو ذره با قطر کوچک‌تر افزایش می‌‌یابد که علت اصلی آن را می‌‌توان غالب بودن اثر گرادیان فشار بر نیروی جاذبه ذرات بستر دانست. همچنین نتایج حاکی از مقادیر بزرگ‌تر سرعت و تنش برشی آستانه در حالت بدون پوشش گیاهی نسبت به حضور پوشش گیاهی جداره می‌‌باشد. علت اصلی این امر، تأثیر آشفتگی جریان ناشی از حضور پوشش گیاهی بر حرکت ذرات تشکیل‌‌‌‌دهنده کف بستر می‌‌باشد. علاوه بر این، در آزمایش بر روی کانال مستقیم و بدون حضور پوشش گیاهی، به دلیل عدم وجود عامل آشفتگی خارجی، سرعت و تنش برشی بیشتری برای به‌‌حرکت درآوردن ذرات بستر نیاز است. به‌‌طور خلاصه، در شرایط یکسان (قطر ذره یکسان و شیب طولی صفر) حضور توأمان تغییرات عرض و پوشش گیاهی منجر به افزایش شدت آشفتگی و کاهش سرعت آستانه حرکت ذرات رسوب می‌‌شود. نتایج آنالیز کوادرانت نشان داد که در تمامی سری‌‌های آزمایش و در شرایط آستانه حرکت با بستر متحرک، احتمال رویداد جاروب با نزدیک شدن به بستر افزایش می‌‌یابد؛ به‌‌طوری‌‌که در z/h<0.05 پدیده جاروب سهم بیشتری از تنش برشی بستر را در شرایط آستانه حرکت ذرات رسوب به خود اختصاص داده و تبدیل به رویداد غالب در شرایط آستانه حرکت شده است. واژه‌‌های کلیدی: آستانه حرکت ذرات رسوب، آنالیز کوادرانت، پوشش گیاهی غیرمستغرق، تغییر عرض کانال، شدت آشفتگی جریان. رایانامه جهت ارتباط با دانشجوی فوق: sanaz_hadiancivileng.iust.ac.ir