بررسی آزمایشگاهی تأثیر نواحی نگهداشت آبشکنهای متخلخل بر شبیه سازی عددی انتقال آلودگی در روخانه ها

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری؛

2 گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

3 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری.

چکیده

یکی از اهداف جانبی سازه‌های هیدرولیکی میتواند تأمین سلامت و پایداری محیط‌زیست نیز باشد. آلودگی آب و کاهش کیفیت آن تهدیدی جدی برای سلامتی زمین بوده و رودخانه‌ها را به کانالی برای فاضلاب‌های صنعتی آلوده تبدیل خواهد کرد. یکی از روش‌های مدیریت آلودگی و افزایش توان خود پالایی رودخانه‌ها افزایش مدت زمان‌ ماند آب در طول مسیر می‌باشد که با احداث سازه‌هایی همچون آبشکنهای متخلخل در مسیر جریان می‌توان به آن دست پیدا کرد. در این پژوهش به بررسی آزمایشگاهی انتقال آلودگی با استفاده از ماده ردیاب NaCl در کانال آزمایشگاهی با مصالح بستر به قطر متوسط (D50) 85/11 میلیمتر، ضخامت 12 سانتی‌متر و طول 12 متر در تعداد مختلف آبشکن متخلخل ریزدانه یا درشت دانه از 1 تا 4 عدد پرداخته شد. برای شبیه سازی عددی روشهای حل تحلیلی معادله انتقال-پراکندگی (ADE)، مدل عددی OTIS و همچنین حل مدل نگهداشت موقت (TSM) با استفاده از بهینه سازی روش گشتاورگیری زمانی استفاده شدند. نتایج آزمایشگاهی نشان دادند که مصالح ریزدانه در بدنه آبشکنهای متخلخل در مقایسه با مصالح درشت دانه موجب کاهش غلظت اوج آلودگی (Cmax) میشود. بررسی نتایج نشان داد که وجود آبشکنهای متخلخل در مسیر جریان با افزایش تبادلات هایپریک موجب افزایش مدت زمان ماند ماده آلاینده در مسیر جریان شده بنابراین معادله انتقال-پراکندگی (ADE) به علت عدم در نظر گرفتن تبادلات نواحی نگهداشت دارای دقت پایین با ضریب همبستگی (R2) 71/0 تا 83/0 در شبیه‌سازی‌ها بوده است. از سوی دیگر، مدل OTIS که مبتنی بر مدل نگهداشت موقت (TSM) بوده با در نظر گرفتن نقش نواحی متخلخل آبشکنها در ذخیره موقت املاح دارای دقت بالا با ضریب همبستگی (R2) 91/0 تا 98/0 بوده است. ضرایب تخمینی پراکندگی طولی (Dx) و تبادل ناحیه نگهداشت (α) به روش گشتاورگیری زمانی در اغلب شبیه سازی ها از تخمین‌های مدل OTIS کمتر ارزیابی شدند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Laboratory Investigation of the Effect of Gabion Spur Dikes Storage Zones on the Numerical Simulation of Pollution Transport in Rivers

نویسندگان [English]

  • Fariba Gholami 1
  • alireza emadi 2
  • Mohammad Mirnaseri 3
1 Water Engineering Department, agricultural engineering faculty, sari agricultural sciences and natural resources university.
2 Department of Water Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.
3 Water engineering department, Agricultural engineering Faculty, Sari University.
چکیده [English]

Ensuring the health and sustainability of the environment is one of the secondary goals of hydraulic structures. Water pollution and the reduction of its quality are serious threats to the health of the earth and will turn rivers into channels for polluted industrial wastewater. Increasing the residence time of flow in rivers by constructing hydraulic structures such as gabion spur dikes can increase the self-purification capacity. In this research, a laboratory investigation of pollution transport using NaCl tracer material in a laboratory channel with a sediment bed with a medium diameter (D50) of 11.85 mm, thickness of 12 cm, and length of 12 meters in a different number of fine-grained or coarse-grained gabion spur dikes from 1 to 4 were performed. Analytical solutions of Advection-Dispersion equation (ADE), OTIS model, and solution of Transient Storage Model (TSM) were used for numerical simulation. Laboratory results showed that gabion spur dikes with fine-grained materials reduce the peak concentration of pollution (Cmax) compared to coarse-grained materials. The results showed that the gabion spur dikes in the flow path increase the residence time of the pollutant by increasing hyporheic exchanges. The advection-dispersion equation (ADE) has low accuracy in the simulations due to the lack of attention to the role of the storage zone exchanges, with a determination coefficient (R2) of 0.71 to 0.83. On the other hand, the OTIS model, which is based on the transient storage model (TSM), considering the role of the porous zones of spur dikes in the transient storage of solute, has high accuracy with a determination coefficient (R2) of 0.91 to 0.98. The estimated coefficients of longitudinal dispersion (Dx) and storage zone exchange (α) by the temporal moment analysis were evaluated lower than the estimates of OTIS model in most of the simulations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Genetic Algorithm, Hyporheic Exchanges, Self-Purification, Tracer, Advection-dispersion Equation
نشریه آبیاری و زهکشی ایران

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 13 دی 1402

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار