مطالعۀ الگوی جریان هایپریک پایین دست موانع صلب رودخانه ای

منطقۀ هایپریک ناحیه‌ای بلافاصله زیر بستر رودخانه است که اختلاط آب‌های سطحی پایین‌رونده با آب زیرسطحی در آن اتفاق می‌افتد. این منطقه نقش بسیار حیاتی در اکولوژی رودخانه دارد و سبب خودپالایی جریان رودخانه می‌شود. موانع تخته‌سنگی موجود در بستر رودخانه‌ها معمولاً مانند موانع نفوذناپذیر عمل می‌کنند و در بالادست و پایین‌دست این سازه‌ها اختلاف‌ هد هیدرولیکی ایجاد می‌شود و پرش هیدرولیکی در پایین‌دست آنها اتفاق می‌افتد. از آنجا که معمولاً در پایین‌دست این موانع حفرۀ آب‌شستگی نیز شکل می‌گیرد، ‌هدف از این تحقیق تعیین الگوی حرکتی تبادلات هایپریک با وجود موانع صلب رودخانه‌ای در سه حالت جریان ریزشی، جریان متغیر سریع و جریان متغیر سریع‌ آب‌شستگی است. برای بررسی نتایج، از یک فلوم آزمایشگاهی با شیب کف 1 درصد، طول 5 متر، عرض 0/3 متر و ارتفاع 0/5 متر برای مشخص کردن مسیرهای خطوط جریان هایپریک استفاده شد. مصالح بستر استفاده‌شده در این فلوم دارای قطر میانۀ 6/8 میلی‌متر بودند. ضخامت رسوبات بالادست مانع برابر 30 سانتی‌متر و ضخامت رسوبات پایین‌دست مانع برابر با 16 سانتی‌متر در نظر گرفته شد. در این آزمایش‌ها از یک مانع صلب 30 سانتی‌متری که به صورت نفوذ کامل درون بستر رسوبات نصب شده بود، استفاده شد. همچنین، از مدل آب زیرزمینی برای شبیه‌سازی عددی الگوی جریان زیرسطحی استفاده شد. نتایج نشان داد تطابق مناسبی بین الگوی جریان مشاهداتی و محاسباتی در منطقۀ هایپریک برای دو حالت ایجاد پرش و ریزشی وجود دارد و در حالت ایجاد پرش‌ آب‌شستگی فقط در محدودۀ بین دیوارۀ عمودی مانع تا جایی که بیشترین آب‌شستگی شکل گرفته بود، در مدل آزمایشگاهی جریان بالادست رو به بالا ( udu) ‌و در مدل عددی جریان پایین‌دست رو به بالا ( ddu) مشاهده شد. همچنین، با بررسی دبی تبادلی کل (qex)، زمان ماندگاری (rt) و درصد دبی تبادلی ‌(qp) و مقایسۀ هریک با عدد رینولدز به‌ترتیب رابطۀ توانی با ضریب همبستگی 94 و 84 و 77 درصد به دست آمد که از این روابط می‌توان تخمین مناسبی از پارامترهای جریان هایپریک داشت.

study of hyporheic flow pattern downstream of river steps

the hyperic region is an area immediately below the riverbed in which the mixing of downwelling surface water with subsurface flow occurs. this area plays a very vital role in the ecology of the river and causes self-purification of the river flow. rockboulders in riverbeds usually act as impermable barriers, creating a hydraulic head difference upstream and downstream of these structures, and a hydraulic jump occurs downstream. since scour hole is usually formed downstream of these barriers, so the purpose of this study was to determine the different pattern of hyperic exchanges around rigid river barriers in three different flow conditions(i.e., clinging nappe, rapid variable flow and hydraulic jump-scouring. to evaluate the results, a laboratory flume was used to determine the flowpaths of hyperic streamlines. the numerical model was also used for simulation of hyporheicflow. the results showed that there was a good agreement between the observed and computational flowpattern in the hyperic area for both clinging nappe and hydraulic jump, and upstream directed upwelling(udu) was observed in the area between the vertical barrier wall and the point of maximum scour depth and downstream directed upwelling(ddu) was observed in the numerical model. also, the results showed that there are a power relations between total exchange rate(qex), the residence time(rt) and the percentage of exchange rate(qp) against reynolds number and correlation coefficient of 95, 81 and 86% was obtained for qex, rt and qp, respectively. the accuracy of estimation shows that these relations can be used for estimation of hyporheic characteristics.