Als je ooit goed hebt gekeken naar een 3D-zand- of sedimentduin in een rivier of kustgebied, vroeg je je af hoe het gevormd is?

Na te hebben opgemerkt hoe de constructie van dammen de hydrodynamica van natuurlijke rivieren en de resulterende stroomafwaartse rivierbeddingsontwikkeling aanzienlijk verandert, een groep onderzoekers van de Tsinghua University in China besloot numerieke simulaties toe te passen om te helpen bepalen wat er speelt in de relatie tussen sedimentbeweging en stromingsomstandigheden. Ze rapporteren hun bevindingen in Fysica van vloeistoffen .

Het werk van de groep is mede geïnspireerd door de impact van de Drieklovendam, dat is een hydro-elektrische zwaartekrachtdam die de Yangtze-rivier overspant. Sinds de bouw in 2003, 11,7 kilometer (7,2 mijl) vlakke rivierbedding stroomafwaarts in het Yangtze-estuarium werd waargenomen in duinbodemvormen - kenmerken die ontstaan ​​​​als gevolg van rivierbedmateriaal dat wordt verplaatst door vloeistofstroom.

"Deze evolutie van de bodemmorfologie bedreigde de veiligheid van de scheepvaart en de stabiliteit van rivierdijken, omdat het mechanisme van de vorming van sedimentduinen onbekend was, " zei Hongwei Fang, een professor aan de Tsinghua-universiteit.

De onderzoekers wilden de volledig turbulente stroming nabij de rivierbedding nauwkeurig simuleren en koppelen aan de beweging van sedimentdeeltjes.

"We gebruikten grote eddy-simulatietechnologie om een ​​nauwkeurig onmiddellijk stromingsveld in de buurt van het bed te verkrijgen, bereken de schuifspanningen die inwerken op sedimentdeeltjes en, Tenslotte, de evolutie van de rivierbedding simuleren, " zei Fang.

Door gebruik te maken van visualisatie en analyse van vermogensspectra, de onderzoekers waren in staat om de vorming van sedimentduinen in drie verschillende stadia te karakteriseren en duidelijk het mechanisme aan te tonen dat verantwoordelijk is voor elk.

"Interactie van stroming in de buurt van het bed en sedimentdeeltjes is grondig onderzocht, maar het was nog niet helemaal duidelijk wat er aan de hand was, "zei Fang. "Door het in drie fasen te verdelen, hebben we dit proces duidelijk gemaakt."

"De initiële defecten die aan het begin van het proces op het bed verschijnen, zijn nauw verbonden met de momentane stroomsnelheid vlak voordat het bed wordt gedestabiliseerd, " zei hij. "We ontdekten ook dat defecten met een hoge momentane stroomsnelheid worden weggespoeld, terwijl defecten met een lage momentane snelheid sedimentafzettingen ontvangen en in lengte en hoogte groeien. En, verder, een constante zogzone vormt zich stroomafwaarts van microzandgolven, waar sediment zich ophoopt."

Wat toepassingen betreft, dit werk "helpt bij het voorspellen van de evolutie van de morfologie van rivierbeddingen - hoe het zich vormt en verandert - binnen natuurlijke rivieren, " zei Fang. "En het zal mogelijke gevaren voorkomen, zoals het falen van een rivieroever of het stranden van schepen."

Volgende, de groep zal de meanderende rivieren verkennen, die een ernstige bedreiging vormt voor rivieren met dammen.

"Met ons succes dat de evolutie van rivierbeddingen simuleert, we zijn ervan overtuigd dat we het mechanisme van riviermeandering zullen onthullen, wat erg belangrijk is bij de aanleg van rivierdijken, rivierbeheer van meren en bescherming van aquatische habitats, ' zei Fang.