مهندس کوروش نصرتی دانشجوی دوره دکتری این دانشکده در رشته مهندسی عمران گرایش مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، ۱8 آبان‌ماه سال ۱۴۰۱ از رساله خود تحت عنوان «اثر متقابل شکل بسترهای سه بعدی گوداب و توزیع نامنظم المان‌های گیاهی مستغرق بر مؤلفه‌های جریان آشفته» به‌صورت حضوری/مجازی با راهنمایی دکتر حسین افضلی مهر دفاع نمود.

چکیده این رساله به شرح زیر می‌باشد: حضور پوشش گیاهی در رودخانه‌ها به صورت قابل توجهی بر رفتار هیدرودینامیکی جریان اثرگذار است و به عنوان یکی از عوامل تاثیر گذار بر مقاومت جریان باعث تغییر خصوصیات جریان مانند سرعت و شدت آشفتگی می‌شود. درک عمیق هیدرولیک جریان در حضور توام توزیع نامنظم المان‌های گیاهی و شکل بسترهای ‌سه‌بعدی با هدف مدیریت فرآیندهای رودخانه‌ای ضروری به نظر می‌رسد. این پژوهش بطور عمده آزمایشگاهی است هرچند به منظور ارتباط مناسب با شرایط رودخانه‌ای، داده برداری در یک رودخانه شنی قلوه سنگی با حضور پوشش گیاهی نیز در آن مطالعه شده است تا طی آن به بررسی هیدرولیک جریان بر المان‌های گیاهی استوانه‌ای صلب در آزمایشگاه در شرایط استغراق کامل در حضور شکل‌بسترهای شنی سه‌بعدی گودآب پرداخته شود. بخش مطالعات میدانی در چهار بازه مجزا از رودخانه شنی قلوه‌سنگی ماربر پادنا در جنوب استان اصفهان با بررسی 10 توده گیاهی مستغرق انعطاف‌پذیر با تراکم‌های مختلف و بخش مطالعات آزمایشگاهی شامل سه تراکم سطحی مختلف با توزیع نامنظم و یک بستر فاقد پوشش گیاهی (بستر شاهد) در حضور سه نوع دانه‌بندی مختلف شکل بسترهای گودآب است. پس از مشخص شدن شیب‌های ورودی (3، 2/3 و 7/4 درجه) و خروجی (2/5، 2/3 و 4 درجه) بستر به گودآب، توزیع دانه‌بندی مواد بستر (8mm<d50<29.8mm) و عمق جریان آب در بخش ورود به گودآب (بین 26 تا 44  سانتی‌متر) بر اساس نتایج میدانی، مطالعات آزمایشگاهی بدون آنالیز ابعادی و تغییر مقیاس در یک کانال آزمایشگاهی مستقیم به طول، عرض و عمق به ترتیب 14، 0/9 و 0/6 متر اجرا و مطالعه شده است. در هر دو بخش رودخانه، توزیع دانه‌بندی مواد بستر، توپوگرافی بستر و پارامترهای هیدرولیکی جریان شامل توزیع سرعت و در آزمایشگاه مولفه‌های آشفتگی در سه راستا برداشت شده است. سرعت جریان در مطالعات میدانی توسط میکرو مولینه با دقت 0/1 متر بر ثانیه و در مطالعات آزمایشگاهی توسط سرعت‌سنج داپلر صوتی با فرکانس 200 هرتز اندازه‌گیری شده است. نتایج حاصل از مطالعات میدانی نشان می‌دهد که تغییر غیر‌یکنواخت در ضریب پسا Cdv به دلیل اثر غیریکنواختی جریان ناشی از حضور شکل بستر و پوشش گیاهی در رودخانه‌ها است. علاوه بر این، توزیع غیریکنواخت ذراتی رسوبی در اطراف هر توده‌های گیاهی بر این غیر‌یکنواختی Cdv تأثیر می‌گذارد بطوریکه حداکثر مقدار Cdv در بخش‌های انتهایی توده‌های گیاهی در رودخانه رخ داده است. در هر توده گیاهی با توزیع نامنظم برای Red<400 (عدد رینولدز با در نظر گرفتن قطر گیاه بعنوان طول مشخصه) اثر انسداد و برای Red>580 اثر پناهگاهی پوشش گیاهی مشاهده می‌شود. در واقع تغییر شکل خمشی منجر به کاهش قابل‌توجه در فاصله بین ساقه‌های انعطاف‌پذیر در هر توده گیاهی می‌شود که اثر پناهگاهی را افزایش و نیروی پسا را کاهش می‌دهد که در بیشتر توده‌های گیاهی مشاهده شده است. نتایج حاصل از مطالعات آزمایشگاهی در این پژوهش حاکی از آن است که شکل و محل حداکثر مقدار تنش رینولدز به شیبهای ورودی و خروجی گودآب و همچنین توزیع نامنظم المان‌های گیاهی بستگی دارد. به طور کلی توزیع تنش رینولدز در گودآب با حضور پوشش گیاهی در بستر تفاوت قابل توجهی با گودآب فاقد پوشش گیاهی بویژه از میانه عمق جریان بطرف سطح آب دارد. در گودآب حداکثر مقدار TKE در فاصله بیشتری از بستر کانال با توجه به تراکم سطح پوشش گیاهی ظاهر می‌شود. در هر صورت بنظر می رسد که تبادل مومنتوم و انرژی آشفتگی تحت تأثیر جریان‌های ثانویه مرتبط با توزیع نامنظم پوشش گیاهی در بستر کانال قرار می‌گیرند. نتایج نشان می‎دهد که توزیع نامنظم پوشش گیاهی، توزیع تنش رینولدز و انرژی جنبشی جریان را بطرف سطح آب در ناحیه خارجی لایه مرزی بطور قابل توجهی تحت تاثیر قرار می‌دهد. این توزیع‌های متفاوت تنش رینولدز و انرژی آشفتگی از میانه عمق جریان بطرف سطح آب، پی‌آمد اثر قابل توجه گرادیان فشار ناشی از تعامل پوشش گیاهی نامنظم- شدت آشفتگی جریان است. نتایج حاصل از بررسی آنالیز کوآدرانت حاکی از آن است که تبادل مومنتوم بین جریان، شکل بستر و المان‌های گیاهی مستغرق صلب عمدتاً توسط رویدادهای جاروب و پرتاب منتقل می‌شود. رویدادهای بیرونی تمایل به رشد به سمت سطح آب دارند و به بالاترین میزان خود در نزدیکی سطح آب می‌رسند. در ورودی گودآب که جریان کندشونده است، رویداد پرتاب در نزدیکی بستر غالب است در حالی که رویداد جاروب در نزدیکی سطح آب رخدادی قوی است. در حضور توزیع نامنظم المان‌های گیاهی مستغرق در گودآب، رخداد پرتاب غالب می‌شود و سپس با کاهش تراکم سطحی پوشش گیاهی، رخداد برون‌رفت نقش مهمی در انتقال مومنتوم ایفا می‌کند. در حالت کلی می‌توان گفت که در حضور شکل بستر گودآب با توزیع پراکنده المان‌های گیاهی، با افزایش عمق جریان، رفتار غیرایزوتروپ آَشفتگی بطور محسوسی در توزیع مولفه‌ای آشفتگی آشکار می‌شوند. واژه‌های کلیدی: ضریب پسا، پوشش گیاهی مستغرق، گودآب، انسداد، آنالیز کوادرانت رایانامه جهت ارتباط با دانشجوی فوق: koorosh.nosrati1720gmail.com