ثبت نام نهمین دوره مقاله نویسی ثبت نام میکنم
ثبت نام نهمین دوره مقاله نویسی
ثبت نام میکنم
0
0

ضریب زبری در رودخانه‌ها

1052 بازدید

ضریب زبری در رودخانه‌ها

ضریب زبری هیدرولیکی یکی از عوامل مهم در مباحث هدرولیک و مهندسی رودخانه است. تعیین دقیق ضریب زبری برای بررسی عواملی نظیر عمق و سرعت جریان ضروری می‌باشد و از آن جایی که تعیین دقیق عمق جریان در تعیین مشخصه‌های فنی و حقوقی نظیر حدود بستر و حریم رودخانه‌ها، مؤثر است، بنابراین ضریب زبری علاوه بر ارزش فنی، اهمیت حقوقی نیز پیدا می‌کند. ضریب زبری هیدرولیکی رودخانه به درجهٔ مقاومت در مقابل جریان گفته می‌شود. بعد و واحد ضریب زبری به نوع رابطه جریان بستگی دارد.

۸ نوع زبری جریان در رودخانه‌ها:

  1. زبری ناشی از موانع
  2. زبری ناشی از پیچانرودی رودخانه
  3. زبری ناشی از تغییرات ابعاد و شکل مقاطع
  4. زبری ناشی از غلظت رسوبات جریان
  5. زبری ناشی از شکل بستر ناشی از امواج ماسه‌ای
  6. زبری پوشش گیاهی موجود در بستر آبراهه و سیلاب دشت
  7. زبری جداره رودخانه ناشی از زبری دانه‌های رسوب موجود در جداره آبراهه و سیلاب دشت
  8. زبری ناشی از بی نظمی جداره آبراهه اصلی و سیلاب دشت

 

ضریب زبری در رودخانه‌ها

ضریب زبری برای محاسبه سرعت و دبی جریان در مجاری رو باز نظیر رودخانه‌ها به انواع مختلف تعریف شده است.

روابط ارائه شده برای دبی و سرعت جریان به پنج دسته زیر قابل تقسیم می‌باشد:

-رابطه مانینگ

-رابطه شزی

-رابطه دارسی ویسباخ

-رابطه سرعت بی بعد

 و روابط همبستگی بین دبی جریان و عوامل هیدرولیکی که در ادامه با این روابط آشنا خواهیم شد.

 

رابطه مانینگ:

رابطه مانینگ در سال ۱۸۹۱ توسط مانینگ و در ایرلند برای محاسبه سرعت جریان ارائه شد. این معادله همچنین از معادلات اصلی طراحی سازه‌های هیدرولیکی می‌باشد. موارد کاربرد این معادله در محاسبه عمق نرمال کانال‌ها، عمق بحرانی، محاسبات مربوط به طراحی سرریزها و دریچه‌ها است. رابطه مانینگ برای محاسبه سرعت جریان در رودخانه‌ها به صورت زیر است:

ضریب زبری در رودخانه‌ها

 

 

که در معادله فوق n ضریب زبری مانینگ، R شعاع هیدرولیکی، S شیب افقی و K ضریبی ثابت می‌باشد.

 

بخوانید  نشست سدهای خاکی

رابطه شزی:

بیش از ۲۴۰ سال از اولین تحقیقات بر روی ضریب زبری می‌گذرد. بیش‌تر روابط اولیه تجربی و یا برازش منحنی بر روی داده‌های اندازه گیری دبی بوده است. قدیمی‌ترین روابط مربوط به زبری مربوط به معادله شزی است ودر سال ۱۷۶۸ شزی معادله‌ای را پیشنهاد نمود که کاربرد عمومی‌تر این معادله رابطه بین سرعت و مشخصات جریان را به صورت زیر بیان می‌کند:

ضریب زبری در رودخانه‌ها

 

در این معادله C ضریب شزی، R شعاع هیدرولیکی و S شیب خط انرژی است.

 

رابطه دارسی ویسباخ:

در سال ۱۸۴۵ رابطه‌ای تجربی توسط ویسباخ و برای محاسبه اتلاف انرژی و مقاومت جریان در لوله‌ها ارائه شد. این رابطه برای جریان در رودخانه‌ها نیز به شکل زیر استفاده می‌شود:

ضریب زبری در رودخانه‌ها

 

 

درمعادله فوق g شتاب ثقل، f ضریبی بدون بعد و عامل اصطکاک و تابعی از زبری جداره رودخانه و R عدد رینولدز است.

مهم‌ترین عوامل مؤثر بر زبری هیدرولیکی:

عوامل بسیاری در چگونگی ضریب زبری رودخانه و محاسبات آن تاثیرگذار است که برخی از این عوامل تابع شرایط هیدرولیکی نظیر نوع رژیم جریان نیز می‌باشد. مهم‌ترین عوامل مؤثر بر زبری هیدرولیکی آبراهه اصلی و سیلاب دشت رودخانه شامل موارد زیر است:

-عمق و لزجت جریان

-پوشش گیاهی بستر آبراهه و رودخانه

-غلظت رسوب جریان

-شکل بستر آبراهه واندازه مقاطع بستر

-قطر دانه‌های رسوب در بستر آبراهه

در تحقیقات معمولاً اثر عمق جریان و لزجت و قطر دانه‌های رسوب باهم مورد بررسی قرار می‌گیرد. بسته به هر کدام از عوامل و شرایط فوق رژیم جریان به انواع مختلفی تقسیم بندی می‌شود. از نکات مربوط به محاسبه ضریب زبری اینکه اگر نسبت عرض به عمق آبراهه کوچک باشد، باید زبری ناشی از فرسایش و آبشستگی کناره‌های آبراهه و ریشه‌های ظاهر شده در طول کناره‌ها، در افزایش ضریب زبری لحاظ شوند.

 اگر تغییرات اندازه و شکل آبراههٔ اصلی تدریجی و یکنواخت باشد این تغییرات در زبری هیدرولیکی اثر قابل توجهی نخواهد داشت ولی تغییرات در اندازه و شکل مقاطع آبراهه، به صورت متناوب، پیچ شدید آبراهه، انقباض شدید و جابجایی متناوب بسترکوچک به طرفین بستر بزرگ آبراهه ضریب زبری را افزایش می‌دهد. میزان اثر تغییرات اندازه مقاطع عرضی اولاً به تعداد تناوب مقاطع بزرگ و کوچک و اندازه تغییر در ابعاد مقطع بستگی دارد.

اثر پوشش گیاهی به عمق جریان، درصد پوشش گیاهی در محیط‌تر شده مقطع، تراکم پوشش گیاهی در زیر تراز حداکثر آب، انعطاف پوشش در مقابل جریان، به ترتیب قرارگیری و جهت ردیف‌های درختان بستگی دارد. ردیف‌های پوشش گیاهی در امتداد جریان، اثر کم‌تری نسبت به ردیف‌های پوشش گیاهی عمود به جریان دارند.

تعیین ضریب زبری:

ضریب زبری از طریق روابط تجربی و جداول مختلفی تعیین می‌گردد. روش‌های تعیین ضریب زبری به عامل یا عوامل مؤثر در ایجاد زبری بستگی دارد همچنین با توجه به نوع بستر از نظر شکل و پوشش گیاهی کف بستر نیز جداولی ارائه شده است که با استفاده از آن‌ها می‌توان ضرائب را تعیین کرد. این جداول آبراهه‌ها را به گروه‌ها و زیر گروه زیر طبقه بندی نموده و ضریب مانینگ را برای شرایط مختلف هر گروه و زیر گروه ارائه می‌دهد. روش دیگر برای تعیین ضریب زبری استفاده از تصاویر است. در روش تصویری، مشخصات تصویری و ضریب زبری اندازه گیری شده در برخی از رودخانه‌ها ارائه می‌شود و در صورت تطبیق مشخصات رودخانه مورد نظر با رودخانه‌هایی که تصاویر و ضریب زبری آن‌ها ارائه شده است ضریب زبری تخمین زده می‌شود.

روش دیگر استفاده از داده‌های آب‌سنجی موجود برای تعیین ضریب زبری است. همچنین در صورت وجود داده‌های آب‌سنجی می‌توان از این داده‌ها برای واسنجی ضرایب زبری به‌دست‌آمده استفاده کرد. روش‌های دیگری مانند روش کاول نیز توسط اداره حفاظت خاک و سازمان زمین‌شناسی ایالات‌متحده به‌عنوان روش استاندارد انتخاب‌شده و این روش ضریب مانینگ را مجموع عوامل در نظر گرفته و ترکیبی از روابط و جداول تجربی را برای تعیین ضریب مانینگ استفاده می‌نماید.

آیا این مطلب را می پسندید؟
https://daneshab.ir/?p=3442
اشتراک گذاری:
نگار سادات موسویان
مطالب بیشتر
برچسب ها:

نظرات

0 نظر در مورد ضریب زبری در رودخانه‌ها

دیدگاهتان را بنویسید

هیچ دیدگاهی نوشته نشده است.