بررسی آزمایشگاهی تأثیر پشته‌های رسوبی میانی بر توزیع سرعت و افت انرژی جریان

سابقه و هدف: پشته‌های رسوبی میانی از جمله ساختارهای طبیعی در آبراهه‌ها و رودخانه‌ها هستند که در اثر کاهش تنش برشی و رسوبگذاری در مرکز رودخانه ایجاد شده و موجب دوشاخه شدن آبراهه‌ها و افزایش فرسایش جانبی در دو ساحل راست و چپ رودخانه خواهد شد. هم‌چنین، افت انرژی ناشی از وجود پشته‌ها، از دیگر عواملی است که موجب تشدید رسوبگذاری در رودخانه می‌شود. این پشته‌ها، به‌عنوان زیستگاه آبزیان در رودخانه‌، از اهمیت بسزایی برخوردارند و شناخت دقیق سازوکار جریان پیرامون آن‌ها، از موارد مهم در فرایندهای بهره‌برداری و احیای رودخانه‌هاست. در این پژوهش، الگوی جریان پیرامون پشته‌های رسوبی به‌صورت آزمایشگاهی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.مواد و روش‌ها: در این پژوهش، سه پشته‌‌ به شکل‌های لوزی، بیضی و گوه‌ای که از نمونه‌های متداول پشته‌ها در رودخانه‌های آبرفتی طبیعی هستند، در یک کانال آزمایشگاهی به طول 9 و عرض و ارتفاع 4/0 متر، با شیب کف 0007/0 در آزمایشگاه تحقیقات آب و رسوب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ساخته و استفاده شد. سرعت در سه راستای عرضی، طولی و قائم با استفاده از دستگاه سرعت‌سنج الکترومغناطیس با فرکانس 30 هرتز، در 39 نقطه برداشت شد. دبی به کمک دستگاه دبی‌سنج فرکانسی در تمام آزمایشات، 5/4 لیتر بر ثانیه تنظیم شد و رژیم جریان در تمامی آزمایشات، زیربحرانی و آشفته بود.یافته‌ها: یافته‌ها نشان داد شکل پشته‌ها در سازوکار جریان و میزان افت انرژی، تاثیرات متفاوتی دارد. بررسی و مقایسه‌ی نمودارها نشان‌دهنده‌ی شرایط تقریبا مشابه برای پشته‌های بیضی و گوه‌ای اما قدری متفاوت برای پشته‌ی لوزی است. با وجود اختلاف ساختار تغییرات مؤلفه‌ی عرضی سرعت در مواجهه با پشته‌های بیضی، گوه‌ای و لوزی، در تمامی موارد، دامنه تغییرات بین ۴/۰ تا ۶/۱ برابر مقدار میانگین است. مطابق نتایج به دست آمده، حضور پشته‌ی بیضی منجر به نوسانات قابل توجه مؤلفه‌ی طولی سرعت در هر سه محور (بین حدود ۵/۰ تا ۶/۱ برابر مقدار میانگین در محورهای چپ و راست و بین ۲/۰ تا ۴/۱ برابر مقدار میانگین در محور وسط) می‌شود؛ اما برای پشته‌های گوه‌ای و لوزی، این نوسانات در تمامی محورها چندان چشمگیر نیست (بین ۸/۰ تا ۲/۱ برابر مقدار میانگین در محورهای چپ و راست و بین ۸/۰ تا ۴/۱ برابر مقدار میانگین برای محور وسط). اما تغییرات این مؤلفه در مواجهه با پشته‌های گوه‌ای و بیضی بیشتر و در هر سه محور قابل توجه (بین ۵/۰ تا ۳/۲ برابر مقدار میانگین) می‌باشد. تغییرات مؤلفه قائم سرعت در محور وسط نشان‌دهنده‌ی بیشترین کاهش قبل از مواجهه با پشته‌ی بیضی و شرایطی مشابه برای همین محور در مواجهه با پشته‌ی گوه‌ای است با این تفاوت که آغاز این کاهش منطبق بر نقطه برخورد پشته گوه‌ای است. تاثیر مستقیم مواجهه با پشته‌های رسوبی را علاوه بر مقادیر مؤلفه‌های سرعت، باید بر مقادیر انرژی جریان به عنوان معرف تجمیعی قدرت فرسایندگی جریان نیز جستجو نمود. بررسی جزئی‌تر نمودارها نشان می‌دهد که در محورهای چپ و راست، مواجه شدن با پشته‌ی بیضی منجر به افزایش انرژی نسبی جریان به اندازه ۴/۱ برابر میانگین شده و پس از عبور از پشته، بار انرژی به کمتر از مقدار میانگین کاهش یافته است. اما در محور وسط، وجود پشته، انرژی نسبی جریان را به ۶/۰ مقدار میانگین کاهش داده و پس از عبور از پشته، این مؤلفه روند افزایشی داشته است.نتیجه‌گیری: مواجهه با پشته‌ی بیضی منجر به بیشترین تغییرات در مقادیر نسبی مؤلفه‌های سه‌گانه‌ی سرعت، در مقایسه با دو پشته‌ی ‌لوزی و گوه‌ای شد. هم‌چنین، تغییرات بار انرژی کل ناشی از حضور دو پشته‌ی لوزی و گوه‌ای ناچیز بوده ولی مشابه با تغییرات سرعت در هر سه مؤلفه‌ی عرضی، طولی و قائم، پشته‌ی بیضی منجر به تغییرات قابل توجه در مقادیر نسبی بار کل انرژی در طول کانال شد.