تاثیر شرایط مختلف هیدرولیکی بر جریان هایپریک در اطراف سازۀ‏ سرریز گابیونی

احداث سرریزهای گابیونی در مسیر رودخانه، باعث اختلاف هد هیدرولیکی در بالادست و پایین‌دست آن‌ها و عبور جریان از بدنۀ سرریز گابیونی و محیط متخلخل زیرین می‏شود. این اختلاط در منطقۀ هایپریک بلافاصله زیر بستر رودخانه، جایی که جانداران و میکروارگانیسم‏هایی که نقش مهمی در اکولوژی رودخانه دارند، اتفاق می‌افتد. در تحقیق حاضر با انجام مطالعات آزمایشگاهی، روی کانال آزمایشگاهی شیب‏پذیر به طول 5 متر، عرض0.3 متر و ارتفاع 0.5 متر، مصالح به‌کار‌رفته در گابیون با سایز 17 میلی‌متر و مصالح بستر با سایز 6.8 میلی‌متر تهیه شد. الگوی جریان هایپریک اطراف سازۀ سرریز گابیونی با تزریق مواد رنگی بررسی شد. شرایط هیدرولیکی به گونه‌ای تنظیم شد تا سه حالت جریان شامل جریان درون‌گذر (tfgw)، جریان ریزشی بدون پرش هیدرولیکی(nfgw)  و جریان با پرش هیدرولیکی (pngw) در پایین‌دست سرریز گابیونی ایجاد شود. برای بررسی مشخصات منطقۀ هایپریک، هد هیدرولیکی اندازه‏گیری‌شده روی بستر به عنوان مرز دریشلت به مدل آب زیرزمینی معرفی شد و مدل‏سازی جریان در محیط متخلخل با استفاده از مدل شبیه‌سازی زیرسطحی مدل میوس انجام شد. نتایج نشان می‏دهد تطابق مناسبی بین الگوی جریان مشاهداتی و محاسباتی در منطقۀ هایپریک وجود دارد. در جریان  tfgwو nfgw بیشتر خطوط جریان به صورت جریان پایین‌دست رو به بالا (ddu) و در حالت جریان pngw، علاوه بر الگوی جریان‏ پایین‏دست رو به بالا، خطوط‏های جریان بالادست رو به بالا (udu) نیز دیده شد. همچنین، با بررسی دبی تبادلی کل (qex)، زمان ماندگاری (rt) و درصد دبی تبادلی (qp) مشاهده می‏شود که دامنۀ تغییرات مقدار دبی تبادلی کل 1.63 تا 2.80 لیتر بر ثانیه هستند و زمان ماندگاری نیز با کاهش عدد رینولدز روند افزایشی داشته است. درضمن، در حالت جریان tfgw، nfgw، pngw به ‏طور متوسط 52، 42 و 26 درصد جریان سطحی در تبادل با ناحیۀ هایپریک است. در این تحقیق رابطه‏‏هایی با دقت مناسب و ضریب همبستگی زیاد 85 درصد برای تخمین زمان ماندگاری و دبی تبادلی نیز ارائه شده است.

effect of different hydraulic conditions on the hyporheic flow charachteristics around gabion weir structures

gabion weir at the longitudinal variation of hydraulic head causes that surface flow enters the porous medium and mix with the subsurface flow and return to the surface water flow again. this mixing takes place in the hyporheic zone play an important role in the river ecology. in this study, the flow pattern around the gabion weir structure was investigated by conducting laboratory studies. the particle pathes were traced by injection of dye and the hydraulic head profiles were measured under different hydraulic conditions. downstram hydraulic conditions were also adjusted in order to create three flow conditions, including through flow gabion weir (tfgw), overflow gabion weir with no hydraulic jump (nfgw) and overflow gabion weir with hydraulic jump (pngw).in order to investigate the characteristics of the hyporheic zone, the measured hydraulic head on the sediment-water interphase was introduced as a drichlet boundary to the groundwater model and flow modeling was performed in a porous media. the results show that there is a good agreement between the observed and computational flow pattern in the hyporheic zone.the observations showed that in tfgw and nfgw flow conditions, the particle pathlines are downstream directed upwelling (ddu) and in pngw flow condition, there are both upstream directed upwelling (udu) and downstream directed upwelling (ddu).also the hyporheic exchange flow (qex) was ranged between 1.63 and 2.80 l/s.the residence time in all flow conditions increases with decreasing reynolds number. in this study, the relationships with high accuracy were presented for estimating residence time and hyporheic exchange flow.