بررسی سرعت جریان عبوری از روی پوشش گیاهی سخت مستغرق با توزیع ارتفاعی تصادفی در کانال‌های روباز

پوشش گیاهی از جمله زبری‌های طبیعی موجود در بستر رودخانه‌ها و کانال‌ها به‌شمار می‌روند که تاثیر زیادی روی مشخصات هیدرولیکی جریان دارند؛ بنابراین برای انجام بهتر اقدامات مدیریتی رودخانه‌ها باید این تاثیر شناخته شود. در تحقیق حاضر، تاثیر وجود پوشش گیاهی سخت مستغرق روی سرعت جریان، به‌صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. در این مطالعه ، برخلاف بسیاری از مطالعات پیشین، توزیع ارتفاعی گیاهان در بستر کانال یکنواخت نبوده و به‌صورت کاملا تصادفی است. جریان در شرایط مورد مطالعه دارای سه لایه است: لایه فوقانی بدون پوشش گیاهی، لایه میانی دارای پوشش گیاهی و لایه پایین دارای پوشش گیاهی. لایه فوقانی که از تاج بلندترین گیاه شروع شده و تا سطح آزاد جریان امتداد می‌یابد دارای توزیع سرعت لگاریتمی است که رابطه مربوطه استخراج شده است. برای دو لایه میانی و پایینی که درون پوشش گیاهی هستند، با استفاده از معادله مومنتم، روابط سرعت ارائه شده است. پروفیل سرعت دارای دو نقطه عطف است که موقعیت آن‌ها به تراکم پوشش گیاهی بستگی دارد. بررسی تاثیر پارامترهای بی‌بعد مختلف بر سرعت جریان نشان می‌دهد افزایش دبی جریان که باعث افزایش عدد رینولدز و عدد فرود می‌گردد، تاثیری بر موقعیت نقاط عطف موجود در پروفیل‌های سرعت ندارد. با افزایش تراکم پوشش گیاهی، سرعت جریان در لایه‌های گیاهی و لایه بالایی به‌ترتیب کاهش و افزایش و در نتیجه انحنای منحنی افزایش می‌یابد و موقعیت نقاط عطف کمی به پایین جابجا شده است. پارامتر دیگر مورد مطالعه، استغراق پوشش گیاهی است که با رشد میزان استغراق گیاهان، سرعت در هر سه لایه جریان کاهش می‌یابد. افزایش 30 درصدی میزان استغراق، سرعت جریان را در لایه پوشش گیاهی 10 درصد و در لایه بدون پوشش 25 درصد کاهش می‌دهد. برای تعیین ضریب درگ گیاهی (cd)، عدد رینولدز گیاهی ویژه (re^*) معرفی شده و یک رابطه تجربی با دقت قابل قبول پیشنهاد شده است.