Homepage: http://ijswr.ut.ac.ir
Investigation of the effect of step penetration depth in porous medium on the hyporheic fluxes
Mahla Tajari1, Mohammad hosein Omid2, Amir Ahmad Dehghani3, Arezoo Nazi Ghameshlou4
1. Department of Irrigation and Reclamation Engineering, College of Agriculture and Natural Resources, University of [email protected]
Tehran, Karaj, Iran, Email:
2. Corresponding Author, Department of Irrigation and Reclamation Engineering, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran, Email: [email protected]
3. Department of Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran, Email: [email protected]
4. Department of Irrigation and Reclamation Engineering, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran, Email: [email protected]
Article Info ABSTRACT
Article type: Research Article
Article history:
Received: Jan. 31, 2022 Revised: July. 10, 2022 Accepted: Aug. 15, 2022 Published online: Sep. 23, 2022
Keywords:
Hyporheic exchange, in-stream structures,
Laboratory and numerical modeling.
From environmental aspects, the exchange of surface and subsurface flows in riverbeds due to river morphology and in stream structures is very important. The flow path structures especially control structures have a more effective role than the river morphology in the formation of these exchanges. In this study, the effect of penetration depth of such structures in the porous bed on the characteristics of exchange flows was investigated both experimentally and numerically. The experiments were performed in a flume with a length of 10 m, width of 20 cm, depth of 30 cm and a slope of 0.01, at three penetration depths of 9, 11 and 13 cm respectively. Potassium permanganate tracer was used for tracking the flow. In addition, to obtain the characteristics of the exchange flow; the mainstream and the exchange pattern were simulated by particle tracking method using Flow 3D software. The results showed that in the Reynolds range of 1020 to 3450, increasing the penetration depth of the structure from 9 to 13 cm, would increase the residence time but decreases the exchange rate.
However, increasing the flow rate would decrease the exchange rate and increase the retention time. Accordingly, the use of a step with a higher penetration depth is recommended to create a longer residence time. However, a step with a smaller penetration depth may be used to produce a higher exchange rate.
Cite this article: Tajari, M., Omid, M. H., Dehghani, A. A., & Nazi Ghameshlou, A. (2022). Investigation of the effect of step penetration depth in porous medium on the hyporheic fluxes. Iranian Journal of Soil and Water Research, 53 (7), 1563- 1574.
© The Author(s). Publisher: University of Tehran Press.
DOI: http//doi.org/10.22059/ijswr.2022.338284.669200
Homepage: http://ijswr.ut.ac.ir
نایرج لدابت رب لخلختم طیحم رد ناکلپ ذوفن قمع رثا یسررب یحطسریز و یحطس یاه
یرجت لاهم
، 1
دیما نیسحدمحم
2
یناقهد دمحاریما ، ،3
یزان وزرآ ولشمق
4
1 . هورگ یسدنهم ینادابآ و یرایبآ ناگدکشناد ،
،یعیبط عبانم و یزرواشک ناریا ،جرک ،نارهت هاگشناد
:لیمیا ، [email protected]
2 . ،لوئسم هدنسیون هورگ
یسدنهم ینادابآ و یرایبآ
،یعیبط عبانم و یزرواشک ناگدکشناد ، ناریا ،جرک ،نارهت هاگشناد
، :لیمیا [email protected]
3 . بآ یسدنهم هورگ
، ناریا ،ناگرگ ،ناگرگ یعیبط عبانم و یزرواشک مولع هاگشناد :لیمیا ،
4 . هورگ یسدنهم ینادابآ و یرایبآ
،یعیبط عبانم و یزرواشک ناگدکشناد ، شناد
ناریا ،جرک ،نارهت هاگ :لیمیا ،
هلاقم تاعلاطا هدیکچ
:هلاقم عون یشهوژپ ةلاقم
رات ی خ رد ی تفا 11: / 11 / 1400
رات ی خ یرگنزاب 19 : / 4 / 1401
رات ی خ ذپ ی شر 24 : / 5 / 1401
رات ی خ راشتنا 1 : / 7 / 1401
هژاو یاه :یدیلک
،یلدابت نایرج هزاس ،نایرج ریسم رد یاه یددع و یهاگشیامزآ یزاسلدم .
رج لدابت ی نا یاه حطس ی ز و ی حطسر ی هناخدور رتسب رد بط لکش رثا رد اه
یع ی هناخدور هزاس و اه ی سم رد فلتخم ی
ر
رج ی
،نا ب ه لد ی ل حم هب نوزفا زور هجوت ی
ط ز ی تس اهلاس رد ی خا ی
،ر ققحم هجوت دروم ی
ن اجنآ زا .تسا هتفرگ رارق یی
هک
هزاس یاه سم ی ر رج ی نا لرتنک شقن هدش
و یرتراذگرثا تبسن
هب ر ی تخ یسانش هناخدور اه رد لکش یگ ر ی ا ی ن تلادابت
ا رد ،دنراد ی ن ثات شهوژپ ی ر ا ذوفن قمع ی ن هزاس اه رد رتسب لخلختم رب یصوصخ تا رج ی نا یاه لدابت ی رط زا ی ق امزآ ی ش
بش و ی ه یزاس ددع ی سررب دروم ی امزآ .تسا هتفرگ رارق ی
ش اه رد ی ک امزآ لاناک ی هاگش ی لوط هب 10 ضرع ،رتم 20
ناس ت ی
،رتم قمع 30 تناس ی رتم ش و ی ب 01 / 0 ارب ، ی ذوفن قمع هس 9
، 11 و 13 تناس ی رتم ارب و ماجنا ی سم ی ر ی با ی
رج ی نا در زا ی با ساتپ ی م نچمه .دش هدافتسا تانگنمرپ ی
ن ارب ی تاصخشم ندروآ تسدب رج
ی نا لدابت ی وگلا و ی رج ی نا
لدابت ی در شور اب ی با ی مرن طسوت ،تارذ رازفا
Flow 3D
بش ی ه یزاس اتن .دش ی ج ر هنماد رد هک داد ناشن ی
زدلون 1020 ات
3450 ازفا ، ی ش زا هزاس ذوفن قمع 9
هب 13 تناس ی
،رتم ازفا بجوم ی ش م لدابت خرن شهاک و دنام نامز ی
دوش ازفا . ی ش
بد ی رج ی نا ازفا و لدابت خرن شهاک بجوم ی
ش م دنام نامز ی
دوش اربانب . ی ن م ی ناوت گراکب ی ر ی ذوفن قمع اب ناکلپ
بی ارب ار رتش ی ب دنام نامز ندروآ تسدب ی
رتش مک ذوفن قمع اب ناکلپ و ارب ار رت
ی ب لدابت خرن ندروآ دوجوب ی
ش رت
صوت ی ه .درک
دانتسا : رجت ی
، لاهم
؛ ما ی د ، سحدمحم ی ن
؛ ناقهد ی
، ما ی دمحار
؛ زان ی ولشمق
، وزرآ ( 1401 ).
سررب ی حم رد ناکلپ ذوفن قمع رثا ی
ط رج لدابت رب لخلختم ی
نا یاه حطس ی و
زی حطسر ی ناریا کاخ و بآ تاقیقحت هلجم. ،
53 ( 7 ،) 1574 - 1563 .
DOI: http//doi.org/10.22059/ijswr.2022.338284.669200
.نارهت هاگشناد تاراشتنا هسسؤم :رشان .ناگدنسیون©
همدقم نایرج یتسیز طیحم لئاسم تیمها لیلد هب نآ هب رتشیب هجوت و یحطس یاه
ههد نیدنچ رد اه نایرج تلادابت ریخا ی
و یحطس یاه
هناخدور رتسب رد یحطسریز هنیمز رد یدایز تاعلاطم و هتفرگ رارق صاخ هجوت دروم اه
نایرج رب تلادابت نیا رثا ی هناخدور یاه
ماجنا یا
( تسا هدش
Orghidan, 1959; Vaux, 1968; Harvey and Bencala, 1993; Hester and Doyle, 2008; Boulton et al.,
.)1998 ) 1959 ( Orghidan
یارب یلدابت نایرج مانب ار یحطسریز و یحطس نایرج تلادابت راب نیلوا هیحان و1
لکش ی تلادابت نیا یریگ
هیحان هک ار یلدابت نایرج هیحان مان هب تسا هناخدور رتسب ریز عابشا ی
مان2
لاعف هیحان کی هیحان نیا .درک یراذگ یسانش موب3
هب و تسا4
یم هتخانش زین هناخدور دبک مان ( دوش
Boulton et al., 2010
تارییغت ،یکیلوردیه عافترا تارییغت یلصا لماع هس رثا رد یلدابت نایرج .)
یم لکش رتسب هیلا تماخض رییغت و لخلختم طیحم یکیلوردیه تیاده بیرض ( دریگ
Vaux, 1968; Boulton et al., 1998; Stanford
et al., 2005; Stanford, 2006; Tonina and Buffington, 2007; Tonina and Buffington, 2009a,b; Cadenas and Wilson, 2007;
.)
لوط و ذوفن قمع ،لخلختم طیحم رد یلدابت نایرج دنام نامز ،)یبد(یلدابت نایرج رادقم لماش یلدابت نایرج یلصا تاّیصوصخ هنیمز رد هیلوا تاعلاطم .تسا لخلختم طیحم رد یلدابت نایرج ریسم نایرج ی
دابت یاه شیب یل رثا رد هتفرگ لکش تلادابت رب زکرمتم رت
یسانش تخیر هناخدور یعیبط5
( .تسا هدوب اه
; 2007
; ; Tonina and Buffington, 2005
; Tonina, 1993
Harvey and Bencala,
Tonina and Buffington, 2009a,b; Cadenas and Wilson, 2007
لاس رد اّما .) برم تاعلاطم رانک رد ،ریخا یاه
تخیر هب طو یسانش
هزاس رثا تمس هب تاعلاطم ،یعیبط هزاس ای نایرج ریسم رد هدش ثادحا یاه
( تسا هدرک ادیپ قوس یلدابت نایرج رب یحطس یاه
Kasahara
and Hill, 2006; Kaushal et al., 2008; Endreny et al., 2011a,b; Zhou, 2012; Zhou and Endreny, 2013; Hester and Doyle, 2008; Daniluk et al., 2013; Gordon et al., 2013; Smidt, 2014; Tuttle et al., 2014; Hester et al., 2016;
Hester et al., 2018; Peter et al., 2019; Bakke et al., 2020; feng et al., 2022
.)
هزاس یم نایرج ریسم رد یاه نایرج داجیا اب دناوت
سکع ،یلدابت یاه لمعلا
( دهد شیازفا ار فلتخم یحاون رد بآ تیفیک یاه
Hester
2013
; Gordon et al., 2011
and Gooseff,
هزیراو .) ناکلپ ،6
یضرع تاحفص ،7
هچضوح هلپ و8
هتخاس9
هزاس عاونا زا یخرب ،هدش یاه
هب یم نایرج ءایحا یارب یلدابت نایرج شیازفا فده اب هتفرراک .دشاب
هک تسا هداد ناشن تاعلاطم هزاس
یاه
،نایرج ریسم رد هدش هتخاس اب
لکش بجوم ،یکیلوردیه عافترا رییغت یم یلدابت نایرج یریگ
شیب یلدابت نایرج رب اهنآ ریثات نازیم و دنوش لرتنک اهنآ شقن و رت
هدش زا رت
مرف ( تسا هناخدور رتسب یعیبط یاه
Zhou, 2012; Smidt, 2014; Hester et al., 2018; Krause et al., 2014
.) عون ره فیعضت
نایرج رد هدنیلاآ هنیهب نیاربانب .دراد دنام نامز و ریسم لوط ،یلدابت یبد هب یگتسب یلدابت یاه
هزاس نیا یزاس طیارش ندروآ مهارف یارب اه
موب فادها اب یلدابت نایرج بسانم ( تسا یرورض یسانش
Smidt, 2014
،
Bakke et al, Peter et al. 2020, 2019
) .
هزاس هدنیلاآ فیعضت و یلدابت نایرج دیدشت بجوم نایرج ریسم رد یاه نایرج رد دوجوم یاه
یم یحطس یاه هعلاطم نونک ات .دوش
یا
،ناراکمه و ینردنا( هتشذگ طبترم هعلاطم اهنت و تسا هدشن ماجنا یلدابت نایرج رب ناکلپ ذوفن قمع رثا یسررب رب 2011
توافت یسررب هب )
لااب عافترا نییاپ و تسد
یلدابت نایرج رب هزاس ذوفن قمع رثا یسررب فده اب رضاح هعلاطم تاکن نیا هب هجوت اب .تسا هتخادرپ ناکلپ تسد
یلدابت نایرج یددع و یهاگشیامزآ یزاسلدم هب ام هعلاطم نیا رد .تفرگ رارق یسررب دروم لدابت یلصا تاصخشم رب راذگرثا روتکاف ناونعب ادرپ ناکلپ نوماریپ نایرج هک یدیرتولف لدم اب یددع یزاسلدم .میتخ
یم یزاسلدم نامزمه روطب ار یحطسریز و یحطس یاه ماجنا ،دنک
نایرج یبایریسم یارب تارذ یبایدر شور زا و دش لدم تارذ یبایدر شور یبایزرا .دش هدافتسا یحطسریز و یحطس نایرج لدابت یاه
هیبش یارب یدیرتولف ا زا یلدابت نایرج یزاس
.تسا هعلاطم نیا فاده
1 Hyporheic exchange 2 Hyporheic zone 3 Hotspot 4 Ecology 5 Morphology 6 Debris 7 Step 8 Cross vanes 9 Step-pool
شور و داوم اه
ذوفن قامعا اب ناکلپ رثا هعلاطم نیا رد 9
، 11 و 13 یتناس و یهاگشیامزآ یزاسلدم قیرط زا ،یلدابت نایرج رب لخلختم رتسب رد رتم
هیبش رازفا مرن اب یزاس
Flow 3D 11.1
.تسا هتفرگ رارق یسررب دروم
یهاگشیامزآ هعلاطم
شیامزآ لاناک رد اه لوطب یهاگشیامزآ
10 ضرع ،رتم 20
یتناس قمع ،رتم 30
یتناس فک بیش و رتم 0.01
و بآ تاقیقحت هاگشیامزآ رد ،
.دش ماجنا نارهت هاگشناد ،ینادابآ و یرایبآ یسدنهم هورگ کاخ لودج رد
1 نایرج تاصخشم رد .تسا هدش هئارا لاناک رد هدش داجیا یاه
زا لودج نیا S
سیدنا اب فلتخم یاه قمع اب ناکلپ نداد ناشن یارب
لوط .تسا هدش هدافتسا فلتخم یاه 2
لاناک ینایم تمسق زا رتم
شیامزآ و دش هتفرگ رظن رد شیامزآ هدودحم ناونعب قمع تلاح هس رد .دش ماجنا )یبد( نایرج تدش هس اب و هزاس ذوفن قمع هس یارب اه
نییاپ و تسدلااب عافترا توافت ،ذوفن تباث ناکلپ تسد
رادقم و 5 یتناس .دوب رتم
لودج 1 - شیامزآرد نایرج تاصخشم فلتخم یاه
هزاس ذوفن قمع cm( )
رتسب یور بآ قمع (cm)
هبساحم لاناک زا یروبع نایرج یبد لدم اب هدش )هیناث رب رتیل(
لاناک هب یدورو یبد
)هیناث رب رتیل( یهاگشیامزآ شیامزآ
=13
=11; S3
=9; S2
S1 2 0/848 0/9 Q1
=13
=11; S3
=9; S2
S1 2/5 1/14 1/14 Q2
3=13
=11; S
=9; S2
S1 3 1/47 1/5 Q3
لکش رد 1 لکش رد ،یهاگشیامزآ لاناک 2
لکش رد و تابوسر زا هدش رپ شیامزآ هدودحم داعبا 3
هزاس تاصخشم هعلاطم دروم یاه
یاطخ رثکادح اب یمجح روتنک اب ًلابق هک یثلثم زیررس کی اب نایرج یبد .تسا هدش هئارا 5
هزادنا ،دوب هدش یجنساو دصرد .دندش یریگ
زیررس یور بآ قمع لقادح یثلثم
8 یتناس لکش رد .دوب هدش میظنت رتم 4
هناد رادومن شیامزآ رد هتفر راکب تابوسر یدنب
هدش هئارا اه
رطق تسا صخشم هک هنوگنامه .تسا هنایم
تابوسر 8 / 2 یلیم هدافتسا ناتفا راب شور زا تابوسر یرذگبآ بیرض هبساحم یارب .تسا رتم
نآ رادقم تابوسر یدومع یرذگبآ بیرض هک دش اب ربارب
5.99 × 10-5 m/s
.دوب
لکش 1 - یشیامزآ لاناک زا ییامن
لکش 2 - شیامزآ هزاب
لکش 3 - ناکلپ یسدنه تاصخشم
لکش 4 - تابوسر هزادنا عیزوت
یلدابت نایرج تاصخشم هبساحم و یگنر هدام یزاساهر
دودح تشذگ زا دعب بایدر یزاساهر ،لاناک لخاد نایرج یرارقرب زا سپ تابوسر تکرح هب هجوت اب 2
سپ و شیامزآ ره عورش زا تعاس
نییاپ یگتسشبآ هرفح یبسن تیبثت زا یم ماجنا تسد
نامز .دش هدافتسا تانگنمرپ میساتپ بایدر زا هاگشیامزآ رد نایرج یبایریسم یارب .دش
رش نامز زا دنام نییاپ هب یگنر هدام هک ینامز ات یگنر هدام یزاساهر عو
یم تسد یم جراخ لخلختم طیحم زا و دیسر .دش هتفرگ رظن رد دش
لولس زا ،ریسم لوط هبساحم یارب هکبش یاه
هشیش هراوید یدنب ماگنه هدش ماجنا یرادرب ملیف زا هدافتسا اب ،نایرج ریسم رد لاناک یا
هدافتسا یگنر هدام یزاساهر و باختنا یگنر هدام ریسم رد هطقن دنچ روظنم نیا یارب .دش
تاصتخم هطبار زا سپس و دش تئارق طاقن نآ
هرامش لودج رد .دمآ تسدب هدش ماجنا شیامزآ یارب لدابت ریسم لوط تیاهن رد و هطقن ود نیب ریسم لوط یضایر 2
طاقن تاصتخم ،
یبد یارب یزاساهر شیامزآ یمامت رد هک فلتخم یاه
شیامزآ هدودحم عورش هطقن .تسا هدش هئارا دندوب تباث اه وx=0
x=0.62m
هطقن
یزاساهر لوا .تسا بایدر هدام
لودج 2 - ناکلپ تسدلااب رد بایدر یزاساهر طاقن تیعقوم
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 طاقن هرامش
12 /
1 1/07 1/02 0/97 0/92 0/87 0/82 0/77 0/72 0/67 0/62 X(m)
هیبش رازفا مرن اب یزاس
Flow 3D
ود ،دش هراشا نیا زا شیپ هک هنوگنامه یارب یلو .دمآ تسدب هاگشیامزآ رد شیامزآ ماجنا اب ،یلدابت نایرج دنام نامز و ریسم لوط هصخشم
یلدابت نایرج مّهم هصخشم نیا دروآرب یارب یددع لدم زا لیلد نیمه هب .درادن دوجو یقیقد و صخشم هار ،عجارم رد یلدابت یبد دروآرب مرن ییاناوت هک ییاجنآ زا .دش هدافتسا رازفا
Flow3D
هدیسر تابثا هب لخلختم طیحم رد نایرج و یحطس نایرج نامزمه یزاسلدم رد
( تسا
Flow-3D11.1 manual, 2012
یبد و یلدابت یبد و دش هدافتسا لدم نیا زا یلدابت نایرج یزاسلدم یارب رضاح هعلاطم رد ،)
لفب فیرعت اب یحطس نایرج لکش رد .دش دروآرب رازفا مرن نیا رد1
5 هحفص لفب .تسا هدش هداد ناشن یلدابت یبد هبساحم هب طوبرم
1 Baffle
فیرعت اب یفرط زا 140
یاجب ضرع دحاو رد بایدر هرذ 11
.دش دروآرب اب زین دنام نامز و ریسم لوط ،یزاساهر شیامزآ یارب
هیحان رد دنام نامز و لدابت ریسم لوط یاهرتماراپ هبساحم نایرج ی
( تسدلااب نییاپ هب ور یاه
m
>1.2
>x x1
،
x1
نایرج طیارش هب هتسب
لوط ریداقم یددع لدم رد هدمآ تسدب یاهرتماراپ ریداقم نیگنایم زا .دش فیرعت بایدر هرذ کی یتابساحم لولس ره رد )تسا توافتم .دمآ تسدب هزاس ره یارب دنام نامز و ریسم
مرن نیا رد یلصا تلاداعم عون هب هتسب( موتنموم و یگتسویپ هلداعم لماش رازفا
رمیاهشروف هلداعم و )مارآ و هتفشآ یحطس نایرج و1
.تسا لخلختم طیحم رد نایرج یارب )لخلختم طیحم رد نایرج عون هب هتسب( یسراد هتسسگ شور
یزاس رد یئزج لیسنارفید تلاداعم2
لدم
D 3 Flow
دودحم ماجحا شور ، ار هب رمیاهشوف هلداعم و موتنموم ،یگتسویپ تلاداعم هدهاشم یارب( تسا3
مرن امنه ؛دوش هعجارم رازفا
Flow-3D11.1 manual, 2012
.)
تاصتخم هاگتسد رد تخاونکی و یعبرم شم زا هزاس نوماریپ یلدابت نایرج یاهوگلا یزاسلدم یارب ،x
و ،y
لولس هزادنا ابz
5 / 0
یتناس یسررب و زیر هب تشرد زا یتابساحم شم رییغت اب یتابساحم لولس هزادنا .دش هدافتسا رتم هکبش زا شم للاقتسا و جیاتن ندوب تباث
هراوید و فک تهج هس رد یزرم طرش یارب .دش هتفرگ رظن رد نییاپ و تسدلااب یزرم طرش یارب و بلص هراوید یزرم طرش اه
تسد
لکش رد لدم رد هدش فیرعت یزرم طیارش .دش فیرعت نایرج یکیلوردیه قمع ،نایرج 5
.تسا هدش هئارا
رج عون باختنا یارب مرن رد نای
کچوک .دش هتفرگ رظن رد لخلختم طیحم رد نایرج و یحطس نایرج زدلونیر لقادح رادقم ،رازفا نیرت
لخلختم طیحم زدلونیر رادقم 6
/ 9 نیا هب هجوت اب نیاربانب .دش هبساحم زا رتگرزب لخلختم طیحم زدلونیر رد هک
9 تسا هتفشآ نایرج ،
et
al, 2011) Endreny
یحم رد نایرج ،) ،یحطس نایرج یزاسلدم رد نایرج عون باختنا رایعم .دش یزاسلدم رمیاهشوف لدم اب لخلختم ط
زا رتگرزب یزرم زدلونیر رگا .دوب یزرم زدلونیر 75
( تسا هتفشآ لاماک نایرج ،دشاب
Chanson, 2004
،) شیامزآ رد رادقم لقادح رضاح یاه
،یزرم زدلونیر 87
آ نایرج اب یزاسلدم نیاربانب .دوب .دش ماجنا هتفش
شیامزآ رد یزاساهر و تشاد دوجو یهاگشیامزآ لاناک قمع تیدودحم هدش ماجنا یاه
هرامش یاه 1
ات 8 .دندوب مولف فک ریثات تحت
هیلا ریز قمع یددع یزاسلدم رد تیدودحم نیا هب هجوت اب 20
یتناس شیب رتم .دش هتفرگ رظن رد یهاگشیامزآ یبوسر هیلاریز قمع زا رت
لکش 5 - لدم هیحان یزاس
و جیاتن ثحب
یهاگشیامزآ جیاتن
لکش رد یاه 6 یزاساهر ریواصت هک روطنامه .تسا هدش هئارا یگتسشبآ هرفح اب و هرفح نودب تلاح ود یارب یهاگشیامزآ هدش ماجنا یاه
نایرج تسا صخشم هرامش یزاساهر( دنتکرح رد رترود لصاوف زا هک یلدابت یاه
10 ج ریسم لوط ،) ینلاوط نایر
شیب ذوفن قمع و رت یرت
1 Forchheimer 2 Discrete 3 Finite volume
نایرج هب تبسن هرامش یزاساهر( هزاس کیدزن یلدابت یاه
11 نایرج .دنراد ) نییاپ تمس هب تسدلااب زا هک یلدابت یاه
اب دنتکرح رد تسد
لکش و نایرج یبد شیازفا اب .)فلا تمسق( دندش جراخ لخلختم طیحم زا و هدیسر اهتنا هب نایرج هخاش کی یریگ
نایرج ،هرفح یاه
نییاپ هب هک ینامز یلدابت یم تسد
یم میسقت هخاش ود هب دنسر نییاپ زا یشخب و هرفح لحم زا نایرج زا یشخب و دنوش
هب و جراخ تسد
یم یحطس نایرج .)ب تمسق( دور
لکش 6 - شیامزآ رد هدش هدهاشم نایرج یوگلا ؛فلا ،S1
؛ب ،Q1 Q2
هیبش جیاتن رازفا مرن اب یزاس
Flow 3D
لکش رد 11 نوماریپ یلدابت نایرج یوگلا
S1
هدش هداد ناشن هتفرگ لکش لوا یبد یارب یلدابت نایرج فلا تمسق .تسا هدش هداد ناشن
نییاپ و تسدلااب زارت فلاتخا رثا رد یلدابت نایرج یاهوگلا تسا صخشم هک روطنامه .تسا نایرج و تسد
دابت یاه ل تج ریز رد یاه
لباق تسا هتفرگ لکش یگتسشبآ هرفح هک یتلاح رد یلدابت نایرج ب تمسق رد .تسه هدهاشم لباق ،دنتسه یعضوم تروصب هک یشزیر .تسا هدهاشم لباق هرفح نوماریپ یحطسریز و یحطس نایرج لدابت تلادابت تلاح نیا رد .تسا هدهاشم
لکش 7 - نایرج یوگلا نوماریپ یلدابت یاه
S1
؛فلا : 1 ب ،Q
؛ 2 Q
لکش رد 8 هئارا یزاساهر هس لکش نیا رد .تسا هدش هئارا هدش یزاسلدم و یهاگشیامزآ یلدابت نایرج یاهریسم لوط نیب هسیاقم
یزاساهر یهاگشیامزآ لاناک تیدودحم لیلدب اریز تسا هدش .دندوب مولف فک ریثأت تحت رگید یاه
یزاساهر ریسم لوا یبد یارب 11
رد
یزاساهر یارب .دراد یبوخ قباطت شیامزآ زا هدمآ تسدب و یزاسلدم تلاح ود هرامش یاه
9 و 10 یقمع یمک هدش یزاسلدم یاهریسم رت
هاشم لوا یبد هباشم یتلاح زین مود یبد یارب .)فلا ، لکش( تسا یهاگشیامزآ لاناک قمع تیدودحم لیلدب نیا هک دنتسه یم هد
و دوش
یزاساهر ( رترود یاه 9
و 10 یقمع هدش یزاسلدم ) یزاساهر زا رت
.)ب ، لکش( دنتسه یهاگشیامزآ یاه
لکش 8 - یارب ریسم لوط جیاتن مود یبد ؛ب لوا یبد ؛فلا ،S1
0.24 0.26 0.280.3 0.32 0.34 0.360.380.4 0.42 0.44
1 1.021.041.061.081.11.121.141.161.181.21.221.241.261.281.31.321.341.361.38
z (m)
x (m)
11-model 11-exp 10-model 10-exp 9-model 9-exp
فلا
0.240.26 0.280.3 0.32 0.34 0.360.380.4 0.42 0.44
1 1.04 1.08 1.12 1.16 1.2 1.24 1.28 1.32 1.36 1.4 1.44 1.48
z (m)
x (m)
11-model 11-exp 10-model 10-exp 9-model 9-exp
ب
،لوا یبد یارب مک دنام دنام نامزS1
هب تبسن یرت وS2
و درادS3
مک دنام نامز S2
زا یرت .دراد S3
یزاسلدم دنام نامز ریداقم
( هدش
model
شیامزآ زا هدمآ تسدب و ) ( اه
یارب )exp
یارب و ناسکی ابیرقتS1
وS2
شیب یمک شیامزآ زا هدمآ تسدب رادقمS3
تسا رت
لکش(
9 یارب .تسا لوا یبد هباشم ناکلپ قمع شیازفا اب دنام نامز تارییغت دنور ،مود یبد یارب .)فلا ، وS1
نام نامزS2
هدمآ تسدب د
مک شیامزآ زا لکش( دنتسه ناسکی دنام نامز ود ابیرقت موس ناکلپ یارب و تسا هدش یزاسلدم رادقم زا رت
9 نامز ،موس یبد یارب .)ب ،
دنام وS1
و تسا هباشم ابیرقتS2
شیب دنام نامزS3
یارب .دراد یرت وS1
شیب هدش یزاسلدم دنام نامزS2
هدمآ تسدب دنام نامز زا رت
شیامزآ زا لکش( دنتسه کیدزن ریداقم موس یبد یارب و تسا اه
9 تلااح یمامت دنام نامز یارب یزاسلدم یاطخ نیگنایم .)ج ، 9
دصرد
دنام نامز .تسا ،S2
10 شیب دصرد دنام نامز زا رت
دنام نامز و S1
،S3
20 شیب دصرد دنام دنام نامز زا رت
هسیاقم رد .تساS2
وS1
دنام نامز ،S3
،S3
32 شیب دصرد دنام نامز زا رت
.تساS1
لکش 9 - ناکلپ ذوفن قمع فلتخم تلااح رد دنام نامز
0 20 40 60 80
S1 S2
S3
RT (s)
فلا
exp model
0 20 40 60 80 100
S1 S2
S3
RT (s)
ب
exp model
0 20 40 60 80 100
S1 S2
S3
RT (s)
ج
exp model
لکش 10 - لدم لدابت خرن یزاس
هدش
زا ناکلپ ذوفن قمع شیازفا اب ،لوا یبد یارب هب S1
تعرس ناکلپ ذوفن قمع شیازفا اب .تسا هتفای شهاک لدابت خرن رادقم S3
یم شیازفا لدابت دنام نامز و لدابت ریسم لوط نایرج یم لدابت خرن شهاک بجوم نیا هک دنبای
لکش( دوش 10
و مود یبد یارب .)فلا ،
یم هدهاشم ار لوا یبد اب هباشم دنور زین موس یبد اس ذوفن قمع شیازفا اب .مینک
زا هز 9 هب 11 یتناس ،رتم 8 ذوفن قمع شیازفا اب و دصرد
زا هزاس 11 هب 13 یتناس ،رتم 7 نآ تّلع هک تسا هتفای شهاک نایرج یبد شیازفا اب یلدابت یبد رادقم .تسا هتفای شهاک لدابت خرن دصرد
،مود یبد هب لوا یبد شیازفا اب .تسا لدابت ریسم لوط و دنام نامز شیازفا 24
ب و دصرد موس هب مود زا یبد شیازفا ا 27
لدابت خرن دصرد
لکش( تسا هتفای شهاک 10
.)ج و ب ،
هجیتن یریگ یم ریز شخب ود رد ار هدمآ تسدب جیاتن و دش ماجنا یلدابت نایرج رب هزاس ذوفن قمع رثا یسررب فده اب هعلاطم نیا :درک هصلاخ ناوت
- زا هزاس ذوفن قمع شیازفا 9
هب 13 یتناس بجوم رتم شهاک
15 شیازفا و لدابت خرن یدصرد 32
،هجیتن رد .دش دنام نامز یدصرد
0.0015 0.0016 0.0017 0.0018 0.0019 0.002
S1 S2
S3
Flux Rate (m2/s)
فلا
0.00125 0.0013 0.00135 0.0014 0.00145 0.0015 0.00155 0.0016
S1 S2
S3
Flux Rate (m2/s)
ب
0.00095 0.001 0.00105 0.0011 0.00115 0.0012 0.00125
S1 S2
S3
Flux Rate (m2/s)
ج
یم شیب ذوفن قمع اب هزاس یریگراکب میناوت شیب دنام نامز نتشاد یارب ار رت
مک ذوفن قمع اب هزاس یریگراکب و رت خرن نتشاد یارب ار رت
شیب لدابت .درک هیصوت رت
- لدابت هدیدپ تسناوت یبوخب یدیرتولف لدم دنام نامز یزاسلدم یاطخ و دنک یزاسلدم ار یحطسریز و یحطس نایرج
9 دصرد
نآ جیاتن نتفرگ یجورخ و لدم نیا رد بایدر تارذ فیرعت و دراد ینلاوط یارجا نامز لدم نیا هک تسا نیا هجوت لباق هتکن یلو .دوب نامز هداعلا قوف یراک یم هیصوت ،هجیتن رد .تسا رب
دیدپ یزاسلدم یارب دوش لدم بیکرت زا کیرپیاه ه
هیبش یاه و یحطس نایرج یزاس
لدم بآ یاه .دوش هدافتسا ینیمزریز یاه
یرازگساپس تیامح قودنص یلام تیامح زا هلاقم ناگدنسیون زا
( روشک ناروانف و نارگشهوژپ
Iran National Science Foundation: INSF
زا )
هرامش اب حرط بلاق رد رضاح شهوژپ ی
99023287
ناونع و
"
هعلاطم یریگراکب تارثا ی هزاس
حلاصا اب هارمه هناخدور ریسم رد یاه
رتسب یرذگبآ بیرض یعضوم کیرپیاه نایرج تاصخشم رب هناخدور
"
رکشت م ی .دننک
"
چیه درادن دوجو ناگدنسیون نیب عفانم ضراعت هنوگ
"
REFERENCES
Bakke, P.D., Hrachovec, M., Lynch, K. D. (2020). Hyporheic process restoration: design and performance of an engineered streambed. Water, 12(2), 425; doi.org/10.3390/w12020425.
Boano, F., Harvey, J. W., Marion, A., Packman, A. I., Revelli, R., Ridolfi, L., Wörman, A. (2014). Hyporheic flow and transport processes: Mechanisms, models, and biogeochemical implications. Reviews of Geophysics, 52(4), 603-679.
Boulton, A. J., Findlay, S., Marmonier, P., Stanley, E. H., Valett, H. M. (1998). The functional significance of the hyporheic zone in streams and rivers. Annual Review of Ecology and Systematics, 29, 59–81.
Boulton, A. J., T. Datry, T. Kasahara, M. Mutz, and J. A. Stanford (2010), Ecology and management of the hyporheic zone: Stream-groundwater interactions of running waters and their floodplains, J. N. Am.
Benthol. Soc., 29(1), 26– 40.
Cardenas, M. B., Wilson, J. L. (2007). Effects of current–bed form induced fluid flow on the thermal regime of sediments. Water Resources Research, 43, W08431, doi:10.1029/2006WR005343.
Chanson, H,. 2004. The Hydraulics of Open Channel Flow: An Introduction. Basic principles, sediment motion, hydraulic modelling, design of hydraulic structures. Second Edition.
Daniluk, T.L., Lautz, L.K., Gordon, R.P., Endreny, T.A. (2013). Surface water-groundwater interaction at restored streams and associated reference reaches. Hydrol. Processes 27(25), 3730–3746.
http://dx.doi.org/10.1002/hyp.9501.
Endreny, T., Lautz, L., Siegel, D.I. (2011, a). Hyporheic flow path response to hydraulic jumps at river steps:
flume and hydrodynamic models. Water Resource. Res. 47 (2) n/a.
http://dx.doi.org/10.1029/2009WR008631.
Endreny, T., Lautz, L., Siegel, D.I. (2011, b). Hyporheic flow path response to hydraulic jumps at river steps:
Hydrostatic model simulations, Water Resources Research, VOL. 47, W02518, doi:10.1029/2010WR010014.
FLOW-3D Documentation. (2012). Flow Science, Inc.
Gordon. R.P., Lautz. L.K., Daniluk, T.L. (2013). Spatial patterns of hyporheic exchange and biogeochemical cycling around cross-vane restoration structures: Implications for stream restoration design. Water Resources Research, VOL. 49, 2040–2055, doi:10.1002/wrcr.20185.
Harvey, J. W., Bencala, K. E. (1993). The effect of streambed topography on surface-subsurface water exchange in mountain catchments. Water resources research, 29(1), 89– 98.
Hester, E. T., Doyle, M. W. (2008). In-stream geomorphic structures as drivers of hyporheic exchange. Water Resources Research, 44, W03417, doi:10.1029/2006WR005810.
Hester, E.T., Gooseff, M.N. (2011). Hyporheic Restoration in Streams and Rivers. In: Simon, A., Bennett, S.J., Castro, J.M. (Eds.), Stream Restoration in Dynamic FluvialSystems: Scientific Approaches, Analyses, and Tools. American Geophysical Union, Washington, DC.
Hester, E.T., Hammond, B., Scott, D.T. (2016). Effects of inset floodplains and hyporheic exchange induced by in-stream structures on nitrate removal in a headwater stream. Ecol. Eng. 97, 452–464.
Hester, E.T., Brooksa, K.E., Scott, D.T. (2018). Comparing reach scale hyporheic exchange and denitrification induced by instream restoration structures and natural streambed morphology. Ecological Engineering, 115, 105–121.
Kasahara, T., Hill, A.R. (2006). Effects of riffle-step restoration on hyporheic zone chemistry in N-rich lowland streams, Can. J. FisheriesAquat. Sci., 63(1), 120–133, doi:10.1139/f05-199.
Kaushal, S.S., Groffman, P.M., Mayer, P.M., Striz, E., Gold, A.J. (2008). Effects of stream restoration on denitrification in an urbanizing watershed. Ecol. Appl. 18 (3),789–804.
Krause, S., Klaar, M.J., Hannah, D.M., Mant, J., Bridgeman, J., Trimmer, M. and Manning-Jones, S. (2014).
The potential of large woody debris to alter biogeochemical processes and ecosystem services in lowland rivers. WIREs Water 2014, 1:263–275. doi: 10.1002/wat2.1019.
Lautz, L. K., & Fanelli, R. M. (2008). Seasonal biogeochemical hotspots in the streambed around restoration structures,Biogeochemistry,91(1), 85-104.
Orghidan, T. (1959). Ein neuer Lebensraum des unterirdischen Wassers: Der hyporheische Biotop, Archiv für Hydrobilogie. 55, 392–414.
Peter, K.T., Herzog, S., Tian, Z., Wu, Ch., McCray, J.E., Lynch, K., Kolodziej, E.P., (2019). Evaluating emerging organic contaminant removal in an engineered hyporheic zone using high resolution mass spectrometry. Water research, 150, 140-152.
Smidt, S.J., (2014). A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the Master of Science degree in Geoscience in the Graduate College of The University of Iowa.
Stanford, J.A., Lorang, M.S., and Hauer, F.R. (2005). The shifting habitat mosaic of river ecosystems. Travaux association internationale de Limnologie theorique et appliquee, 29, 123–136.
Stanford, J.A. (2006). Landscapes and rivers capes. In Methods in Stream Ecology. 2nd edn. Hauer R.
Lamberti GA (eds). Academic Press, Burlington, MA, USA, 3–21.
Tonina, D. (2005). Interaction between river morphology and intra-gravel flow paths within the hyporheic zone. Unpublished Ph.D. dissertation. University of Idaho. Boise. ID, 129 pp.
Tonina, D., & Buffington, J. M. (2007). Hyporheic exchange in gravel bed-rivers with pool-riffle morphology:
Laboratory experiments and three-dimensional modeling. Water Resources Research, 43(1), 1–16 . Tonina, D., and Buffington, J.M. (2009,a). A three-dimensional model for analyzing the effects of salmon reds
on hyporheic exchange and egg pocket habitat. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 66, 2157–2173.
Tonina, D., Buffington, J.M., (2009,b). Hyporheic Exchange in Mountain Rivers I: Mechanics and Environmental Effects. Geography Compass 3/3, 1063–1086.
Tuttle, A.K., McMillan, S.K., Gardner, A., Jennings, G.D., (2014). Channel complexity and nitrate concentrations drive denitrification rates in urban restored and unrestored streams. Ecological Engineering, 73, 770–777. http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2014.09.066.
Vaux, W.G. (1968). Intragravel flow and interchange of water in a streambed. UnitedStates Fish Wildl. Serv.
Fishery Bull. 66 (3), 479–489.
Zhou, T. (2012). Characterizing hydrodynamics and hyporheic impacts of river restoration structures. A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Doctor of Philosophy Degree State University of New York College of Environmental Science and Forestry Syracuse, New York.
Zhou, T., Endreny, T. a. (2013). Reshaping of the hyporheic zone beneath river restoration structures: Flume and hydrodynamic experiments. Water Resources Research, 49(8), 5009–5020.
