اثرات فرآیند توسعه لایه سپر بر مقاومت جریان در رودخانه‌های درشت‌دانه

در رودخانه‌های درشت‌دانه فاکتور اصطکاک به عنوان نمایه مقاومت جریان، وابسته به اندازه ذرات و شکل بستر است. وجود دامنه وسیعی از اندازه‌های ذرات در این رودخانه‌ها سبب توسعه لایه سپر و ساختارهای خوشه ذرات شده که اثرات قابل توجهی بر فاکتور اصطکاک دارند. در این مطالعه به بررسی اثرات ارتباط فیزیکی بین فرآیند سپرشدگی بستر و فاکتور اصطکاک به دلیل لایه سپر پرداخته شده است. بدین منظور با لحاظ نمودن ویژگی‌های قانون لگاریتمی توزیع سرعت، فاکتور اصطکاک کل تعیین شد. سپس فاکتور اصطکاک ذره با روش‌های کلگان و پارامتر شیلدز محاسبه شد و نتایج حاصل مورد مقایسه قرار گرفت. در پایان فاکتور اصطکاک ناشی از شکل بستر از تفریق فاکتور اصطکاک ذره از کل بدست آمد. تحلیل نتایج نشان داد که فاکتور اصطکاک مستقل از توزیع ذرات تشکیل‌دهنده بستر بوده و پارامتر اصلی کنترل‌کننده آن شیب خط انرژی است. این نتایج غیرقابل انتظار حاصل از ارتباط فاکتور اصطکاک با آستانه حرکت و بازآرایی ذرات درشت‌دانه در پوشش سپر می‌باشد. همچنین نتایج نشان داد که تشکیل و توسعه لایه سپر همراه با ایجاد خوشه ذرات با افزایش زبری نسبی بستر و کاهش استغراق نسبی جریان سبب افزایش میزان مقاومت جریان و پایداری بستر می شود. مشاهدات میدانی حاکی از تغییر شرایط آستانه تنش شیلدز در رودخانه‌های درشت‌دانه به منظور ایجاد تعادل در نرخ انتقال ذرات درشت و ریز می باشد.