تعداد نشریات | 44 |
تعداد شمارهها | 1,303 |
تعداد مقالات | 16,020 |
تعداد مشاهده مقاله | 52,489,094 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 15,216,713 |
تأثیر تراکم پوشش گیاهی صلب بر کاهش نیرو و ارتفاع امواج در خط ساحلی | ||
دانش آب و خاک | ||
مقاله 12، دوره 32، شماره 3، مهر 1401، صفحه 163-180 اصل مقاله (969.83 K) | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22034/ws.2021.37217.2305 | ||
نویسندگان | ||
گلناز میرزاخانی1؛ الهام قنبری عدیوی* 2؛ روح اله فتاحی1 | ||
1گروه مهندسی آب دانشگاه شهرکرد | ||
2استاد/دانشگاه شهرکرد | ||
چکیده | ||
با توجه به تأثیر پوشش گیاهی، بر امواج و آشفتگی جریان که بطور قابل توجهی بر سواحل تأثیر میگذارد با این حال، چگونگی تأثیر تراکمهای مختلف پوشش در کاهش انرژی و تضعیف امواج هنوز بهخوبی درک نشده است. در این مقاله، تأثیرات ویژگیهای مختلف پوشش گیاهی، تراکم، فواصل و نوع چیدمان بر کاهش نیرو و میرایی موج بررسی شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، با افزایش تراکم (افزایش ردیف پوشش و کاهش فواصل) نیروی بیشتری (در متراکمترین حالت معادل 38/62 درصد) از امواج گرفته میشود. میزان نسبی نیروی جذب شده از امواج در اثر برخورد موج با پوشش در قالب پارامتر بی بعد Ft، با افزایش ارتفاع موج در هر دو چیدمان مستطیلی و مثلثی افزایش یافته است. بطوریکه با افزایش تراکم و تعداد پوشش نیرو سیر صعودی داشته و نسبت Ft بزرگتر از یک می-شود. تراکم بالاتر پوشش منجر به ضریب انتقال موج کوچکتر و در نتیجه کاهش ارتفاع موج میشود. کاهش ارتفاع موج بطور خطی با تراکم پوشش گیاهی در ارتباط نیست. بطور کلی با افزایش تراکم پوشش گیاهی، از 32 به 66 ارتفاع موج بعد از پوشش 20 درصد کاهش مییابد. با توجه به نمودارها قابل ملاحظه است که تفاوت بین تراکمهای مختلف پوشش و بدون پوشش برای بلندترین ارتفاع موج (موج 12) معنادار است و برای امواج 6 و 9 ناچیز است. | ||
کلیدواژهها | ||
پوشش گیاهی؛ ساحل؛ ضریب انتقال؛ موج؛ نیرو | ||
اصل مقاله | ||
سواحل یکی از مهمترین منابع طبیعی هستند و زمانیکه فرایند نگهداری آنها دشوار، پرهزینه و غیر ممکن باشد، از بین میروند. پیشگیری فرسایش خطوط ساحلی نیاز به درک حرکت موج، هیدرودینامیک، مورفولوژی ساحل، حرکت رسوبات ساحل و تأثیر پوشش گیاهی در مجاورت ساحل دارد. تا همین اواخر، حفاظت از ساحل معمولاً درگیر ساخت سازههای سخت مانند اسکلهها و موج شکنها برای از بین بردن و بازتاب انرژی موج بود. این روشها انتقال رسوب منطقه را مختل میکنند و در نزدیکی رودخانه هیدرودینامیک و الگوهای جریان را تغییر میدهند. جدیدترین روشهای مهندسی ساحل، تمرکز بیشتر روی سیستمهایی است که کمتر باعث ایجاد اخلال در زیست بومهای ساحلی میشوند، مانند پوشش گیاهی، که از ساحل محافظت میکند و یک زیستگاه طبیعی برای بسیاری از گونههای مختلف مانند ماهی، دوزیستان، حشرات و پرندگان فراهم میکند. تالابها یکی از پرمصرفترین زیست بومهای جهان هستند با منابع طبیعی با ارزش که مزایای مهمی را به مردم و محیط زیست ارائه میدهند. پوشش گیاهی به تنظیم سطح آب، بهبود کیفیت آب، کاهش خسارات سیل و طوفان کمک میکند. علاوه بر این، پوشش گیاهی بطور مستقیم از طریق ریشه دوام خطوط ساحلی را افزایش میدهد و سیستمهای ذخیره سازی ماسه بادی را تقویت میکند (دین 1978). حفاظت از سواحل در مقابل امواج یکی از مباحث اصلی در مهندسی سواحل است. بهطور کلی مکانیسمهای مقابله با امواج، شامل جلوگیری از ورود امواج به منطقه مورد نظر، از طریق انعکاس آنها بهسمت دریا، مستهلک نمودن انرژی از طریق ایجاد شکست در موج و ایجاد آشفتگی و استهلاک انرژی جریان ضمن عبور از یک سازه متخلخل میباشد. اما یکی از راههای اقتصادی مقابله با اثر مخرب امواج دریا بر بدنه ساحل و تأسیسات موجود در آن، کاشت درخت و پوشش گیاهی در حاشیه ساحل بهطول چند ده متر که اصطلاحا کمربند سبز نامیده میشود، میباشد که کمتر مورد توجه قرار گرفته شده است. پوشش گیاهی میتواند موجب استهلاک انرژی و کاهش اثرات مخرب امواج شده و بهصورت یک محیط متخلخل جایگزین موجشکنهای سازهای گردد (قنبری عدیوی و همکاران 2014). اسـتون و شـن (۲۰۰۲) بـه بررسـی آزمایشگاهی هیدرولیک جریـان در یـک کانـال روبـاز بـا موانع اسـتوانهای پرداختنـد. مطالعـه آزمایشـگاهی شـامل تعـداد زیـادی آزمـایش بـا موانـع اسـتوانهای مسـتغرق و غیرمستغرق در ابعاد و تراکمهای مختلف بود. نتایج نشان داد مقاومت جریان با عمق جریان، تراکم، ارتفـاع و قطـر پایهها تغییر مییابد. جوردانوا و جیمز (۲۰۰۳) بهطور آزمایشگاهی حرکت بار کف را در یک فلوم پوشیده شـده بـا پوشـش گیـاهی بـهصورت میلههای فلزی صلب غیـر مسـتغرق بـا چیـدمان شطرنجی مورد مطالعه قرار دادند. آنها تنش برشی کف را با استفاده از معادله ممنتم در جریان یکنواخت و با کاسـتن نیروی کششی ناشی از المانهـای گیـاهی از نیـروی کـل جریان محاسبه کردند. یانگ و همکاران (۲۰۰۷) به بررسـی الگوی جریان در مقطع مرکب با دشتهـای سـیلابی کـه دارای پوشش گیاهی میباشند، پرداختند. آنها سه پوشش گیاهی علف، بوته و درخت را مورد آزمایش قـرار دادنـد. در مورد پوشش گیاهی درخت در دشت سیلابی، از موانع استوانهای استفاده شد. نتایج تحقیقات این محققان نشان میدهد که حضور هر سه نوع پوشش گیاهی منجر به کاهش سرعت جریان در دشت سیلابی میشود. در حضور پوشش گیاهی، گرادیان عرضی سرعت جریان در سیلابدشت و همچنین تنش برشی ظاهری در سطح مشترک کانال اصلی و سیلابدشت افزایش مییابد. رز و همکاران (۲۰۱۴) مجموعهای از آزمایشها را در جهت مطالعه اثر پوشش گیاهی مستغرق روی انتقال رسوب، در حضور موج انجام دادند. در این آزمایشها از سه مدل گیاهی سخت، انعطافپذیر و گیاه واقعی، شش فرکانس موج و چهار تراکم پوشش گیاهی استفاده شده است. هدف آنها برقراری رابطهای بین انرژی جنبشی، تنش برشی و انتقال رسوب در تراکمهای مختلف پوشش گیاهی بود. با توجه به نتایج آنها در چگالی بالای پوشش گیاهی و فرکانس بالاتر، انتقال رسوب کاهش یافته است لو و همکاران (2018) به مطالعه آزمایشگاهی تأثیر پوشش گیاهی صلب برامواج و فعل و انفعالات جریان ناشی از امواج پرداختند. آنها از استوانههایی چوبی به قطر 8 میلیمتر برای شبیهسازی پوشش گیاهی استفاده کردند. به این نتیجه رسیدند که برای امواج منظم با افزایش تراکم پوشش گیاهی ضریب انتقال موج کوچکتر میشود و ارتفاع موج افزایش مییابد. همچنین تحت تاثیر پوشش گیاهی متراکم میانگین سرعت جریان موج پایینتر از بدون پوشش است. هو و همکاران (2018) به بررسی آزمایشگاهی ساختار جریان و الگوی انتقال رسوب در پایین دست پوشش گیاهی پرداختند. آزمایشها را در دو حالت با و بدون پوشش گیاهی منعطف انجام دادند. از نتایج این پژوهش ملاحظه گردید که با کاهش سرعت جریان رسوبگذاری افزایش یافته است. طلوعی و همکاران (2019) به بررسی تجربی جریان آشفته در سطوح صلب و انعطافپذیر پرداختند. نتایج نشان داد که اندازهگیری میدان جریان آشفته و زبری سیستماتیک نشان میدهد که انرژی جریان در یک المان از سطح انعطافپذیر کمتر از سطح صلب است. قنبری عدیوی و همکاران (2015) به مطالعه آزمایشگاهی اثر کمربند سبز ساحلی بر میرایی امواج دریا پرداختند. برای شبیه سازی درختان از ساقههای پلاستیکی بدون انعطاف به قطر 5/1 سانتیمتر استفاده کردند. به این نتیجه رسیدند که کمربند سبز در میرایی امواج از طریق جذب نیروی امواج در قالب نیروی درگ بر روی درختان، تأثیر به سزایی داشته است. باتوجه به اینکه تحقیقات انجام شده در این زمینه قابل توجه نبوده و نیازمند تحقیقات بیشتری جهت بررسی پارامترهای مؤثر پوشش گیاهی بر کاهش اثرات مخرب امواج میباشد. از طرفی بیشتر این مطالعات بر میرایی امواج تمرکز داشته و اندازهگیری نیروی جذب شده از امواج توسط پوشش درختی بدلیل محدودیت امکانات آزمایشگاهی، کمتر مورد بررسی قرار گرفته است. در اینجا با استفاده از روش اندازهگیری مستقیم نیرو، اقدام به ثبت نیروهای جذب شده از امواج توسط پوشش درختی گردید. برای این منظور در این پژوهش، سازه ساحلی متحرکی طراحی و به کار گرفته شد که مکانیسم اندازه گیری نیرو به کمک این صفحه متحرک در بخش مواد و روشها شرح داده شده است. بهطورکلی در مطالعه حاضر به تأثیر پوشش گیاهی صلب بر میزان نیروی جذب شده از امواج بلند در سواحل پرداخته شده است. پارامترهای هیدرودینامیکی بررسی شده در 15 تراکم پوشش گیاهی و یک حالت فاقد پوشش(شاهد)، 3 ارتفاع موج ورودی و دو چیدمان مثلثی و مستطیلی انجام شده است. | ||
مراجع | ||
Cohen JW,1988. Statistical Power Analysis For The Behavioral Sciences (2nd ed). Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.
Chang HY and Hwung HH, 2006. Experimental on the run-up of solitary waves over sloping bottom. Symposium of Coastal and Ocean Engineering 1:14, PP 359-372.
Dean R G, 1978. Effects of vegetation on shoreline erosional processes.Wetland Functions and Values, 415-426.
Ghanbari Adivi A, Fathi Moqaddam M and Sadri Nasab M, 2013. Laboratory study of the effect of tree cover on the reduction of wave force on steep shores. Journal of Soil and Water Knowledge, Volume 23, Number 4, Pages 131-141. (in Persian with English abstract).
Ghanbari Adavi A, Fathi Moqaddam M and Sadri Nasab M, 2014. Laboratory study of the effect of coastal green belt on sea wave damping. Journal of Marine Science and Technology, Volume 13, Number 4, Pages 40 to 50. (in Persian with English abstract).
Hu Z, Lei J, Liu C and Npef H, 2018. Wake structure and sediment deposition behind models of submerged vegetation with and without ßexible leaves. Advances in Water Resources,118: 28-38.
Husrin S, Strusinska A and Oumeraci H, 2012. Experimental study on tsunami attenuation by mangrove forest. Journal of Earth Planets Space, 64: 973–989.
Jordanova AA and James CS, 2003. Experimental study of bed load transport through emergent vegetation. Journal of Hydraulic Engineering 129: 474-478.
Kishi T and Saeki H, 1966. the shoaling, breaking and runup of the solitary wave on impermeable rough slopes, Journal of Coastal Engineering, 3: 322-345.
Lou S, Chen M, Ma G, Liu S and Zhong G, 2018. Laboratory study of the effect of vertically varying vegetation density on waves, currents and wave-current interactions. Applied Ocean Research 79: 74–87.
Morison JR, O’Brien MP, Johnson JW and Schaaf S, 1950. The force exerted by surface waves on piles. Petroleum Transactions 189: 149-154.
Ratnasooriya SP, Samarawichrama SSL, Hettiarachchi Banadara RPS0S and Tanaka N, 2008. Mitigation of tsunami by coastal vegetation. Journal of the Institution of Engineers, Sri Lanka, 38: 13-19.
Ros A, Colomer J, Teresa S, Pujol D, Soler M and Casamitjana X, 2014. Experimental observation on resuspension within submerged model canopies under oscillatory flow. Continental Shelf Research 91: 220-231.
Stone BM and Shen HT, 2002. Hydraulic resistance of flow in channels with cylindrical roughness. Journal of Hydraulic Engineering 128:500-506.
Toloui M, Abraham A and Hang J, 2019. Experimental investigation of turbulent flow over surfaces of rigid and flexible roughness. Experimental Thermal and Fluid Science 101: 263–275.
Yang KJ, Cao SY and Knight DW, 2007. Flow patterns in compound channels with vegetated floodplains. Journal of Hydraulic Engineering 133: 148-159.
| ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 450 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 251 |