Longitudinal dispersion in wave-current-vegetation flow

Abstract

The flow, turbulence and longitudinal dispersion in wave-current flow through submerged vegetation are experimentally examined. Laboratory experiments are carried out by superimposing progressive waves on a steady flow through simulated submerged vegetation. The resultant wave-currentvegetation interaction shows strong interfacial shear with increase in velocity due to wave-induced drift. The increase in turbulence in vegetation region is found to be about twice than in no wave case due to the additional mixing by wave motions. Solute experiments are conducted to quantify wavecurrent-vegetation longitudinal dispersion coefficient (WCVLDC) by routing method and by defining length and velocity scales for wave-current-vegetation flow, an empirical expression for WCVLDC has been proposed. Although increase in vertical diffusivity is observed compare to bare-bed channel, the shear effect is stronger which increases the magnitude of WCVLDC. The study can be a guideline to understand the combine hydrodynamics of wave, current and vegetation and to quantify the longitudinal dispersion therein.

Экспериментально исследовано влияние растительности в жидкости на течение, интенсивность турбулентности и продольную дисперсию в системе волна – течение. В лабораторных экспериментах в установившемся течении создавались короткие волны, генерируемые волнопродуктором, и имитировалась подводная растительность (вегетация). Зона вегетации располагалась в придонной области и моделировалась системой вертикально подвешенных резиновых жгутов. Обнаружено возникновение больших сдвигов горизонтальной скорости течения в зоне перехода от области вегетации к чистой воде. Турбулентное перемешивание в зоне вегетации в два раза выше, чем в системе волна – течение без вегетации. Подводная растительность приводит к росту дисперсии движения вдоль канала. Увеличение скорости течения вызывает увеличение вертикальных сдвигов скорости и усиление продольной дисперсии. Вертикальное перемешивание с учетом вегетации на два порядка выше, чем при ее отсутствии. Выполнены серии экспериментов с целью количественной оценки влияния вегетации на дисперсию движения вдоль канала в зависимости от скорости течения, его глубины и концентрации подводной растительности. Предложены аппроксимации для экспериментально найденных зависимостей коэффициента продольной дисперсии от параметров задачи.