Betten-Schubspannung und Nahe-Bett-Strömung durch spärliche Anordnungen von starren aufsteigenden Pflanzen

Zusammenfassung Vegetation ist ein wesentlicher Bestandteil natürlicher Flüsse und hat erhebliche Auswirkungen auf Strömung und morphodynamische Prozesse. Obwohl Fortschritte bei der Charakterisierung des Strömungswiderstands in bewachsenen Strömungen erzielt wurden, bedarf der Einfluss von Vegetation auf die Bett-Schubspannung, einen entscheidenden Faktor für den Sedimenttransport, noch einer besseren Charakterisierung und Verständnis. Diese Forschung untersucht die Bett-Schubspannung und die Eigenschaften der Nahe-Bett-Strömung in spärlichen Anordnungen von starren aufsteigenden Zylindern, die Vegetation über einem rauen Bett nachahmen. Zu diesem Zweck wurde eine neuartige Anpassung einer Schubplatte verwendet, um die Bett-Schubspannung auf der Baumkronenebene zu messen. Diese Messungen wurden in Beziehung zu räumlich gemittelten Nahe-Bett-Strömungsgrößen für verschiedene Anordnungsdichten analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass bei konstanter Wassertiefe das untersuchte Zylinderdach das Verhältnis zwischen Bett-Schubspannung und mittlerer Strömungsgeschwindigkeit (d.h. Darcyscher-Weisbach-Bettreibungsfaktor) im Vergleich zu ungehinderten offenen Kanalströmungen erhöht und dass dieses Verhältnis mit der Anordnungsdichte zunimmt. Darüber hinaus wurden für höhere Anordnungsdichten höhere Nahe-Bett-Geschwindigkeiten beobachtet. Andererseits wurde kein Einfluss der Zylindernanordnung auf die Nahe-Bett-Werte der turbulenten kinetischen Energie und der turbulenten Spannungen festgestellt. Schließlich wird gezeigt, dass die Dicke der Nahe-Bett-Schicht ein geeigneter Parameter ist, um das Verhältnis zwischen Bett-Schubspannung und mittlerer Strömungsgeschwindigkeit in bewachsenen rauen Bettströmungen zu skalieren.