هیدرولیک جریان های کم عمق سطحی در نواحی پرشیب کوهستانی

به¬طور کلی برای محاسبه¬ی دبی، سرعت و عمق جریان در کانال¬های طبیعی و نیز برآورد سیل و رسوب ارزیابی مقاومت جریان مهم و ضروری است. مقاومت هیدرولیکی برای کانال¬های باز و جریان¬های سطحی مشخصه¬ی مهمی است، که به¬ درستی برای مدل¬سازی رواناب، مسیریابی سیل، طغیان رود و فرسایش خاک حائز اهمیت است. مقاومت یک سطح می¬تواند با تعدادی از ضرائب زبری هیدرولیکی از جمله ضریب زبری مانینگ¬(n)، فاکتور مقاومت شزی¬(¬c) و فاکتور مقاومت دارسی_ویسباخ¬(f) سنجیده شود، که در این مطالعه تاثیر پارامترهای هیدرولیکی مانند عمق و سرعت برروی این ضرائب در جریان¬های کم¬عمق کوهستانی بررسی شده است. همچنین فرضیه¬ای که اساس و شروع¬کننده¬ی این مطالعه بوده است، اهمیت کشش سطحی در معادلات ساده شده¬ی ناویراستوکس¬(n-v) به شکل معادلات سنت ونانت¬(s-v) در جریان¬های کم¬عمق سطحی بوده است. بر این اساس آزمایشات به¬صورت اندازه¬گیری عمق در 3 مدل فیزیکی از 3 شیب 20، 30 و 35 درصد در 4 زبری به-صورت سطح صاف به¬عنوان شاهد و زبری¬های 1، 5/1 و 2 میلی¬متر در 5 دبی با اندازه¬های 8/0، 6/1، 4/2، 2/3 و4 لیتر در ثانیه با تعداد 60 آزمایش که با 3 بار تکرار آن به 180 آزمایش رسید، در یک شبکه¬ی 16 نقطه¬ای انجام گرفت. پس از انجام آزمایشات، با توجه به داده¬های موجود نتایج حاصل نشان داد، در جریان¬های ایجاد شده با اعداد رینولدز بیش¬تر از 2500 مقاومت جریان به میزان قابل توجهی تحت تاثیر عدد بی¬بعد فرود می¬باشد، هرچند در جریان¬های لامینار با اعداد رینولدز کمتر هم این تاثیرات وجود دارد، اما در این محدوده اثر رینولدز مشهودتر است. همچنین با بررسی پارامترهای هیدرولیکی موجود، نظیر عمق و سرعت نشان داده شده که در یک دبی ثابت با افزایش اندازه زبری، عمق افزایش و میزان سرعت کاهش می¬یابد. ضریب مقاومت شزی(c) با افزایش فرود(افزایش سرعت) افزایش می¬یابد، اما اندازه¬ی زبری تاثیر چندانی بر آن ندارد. ضریب دارسی_ویسباخ(f) با افزایش عدد فرود کاهش یافته و تغییرات اندازه¬ی زبری تغییر قابل ملاحظه¬ای ایجاد نمی¬کند. ضریب زبری مانینگ¬(n) نیز با فرود رابطه¬ی عکس و با اندازه¬ی زبری رابطه¬ی مستقیم دارد. در مورد اثر شیب طبق گراف¬های به¬دست آمده با افزایش پارامتر شیب، سرعت افزایش یافته که به¬صورت غیر مستقیم بر مقاومت جریان اثر می¬گذارد. با استناد به یکی از سه اصل نظریه¬ی نواک می¬توان گفت طبق داده¬های موجود، کشش سطحی می¬تواند در معادلات حائز اهمیت باشد، اما برای نتیجه¬ی قطعی¬تر نیاز به مطالعات بیش¬تر می-باشد.