تأثیر چیدمان پوشش گیاهی و اندرکنش کانال اصلی و سیلابدشت بر تغییرات ضریب انتشار طولی در کانال‌های مرکب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 بخش مهندسی آب-دانشکده کشاورزی-دانشگاه شیراز-شیراز-ایران

2 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

عوامل زیادی در فرآیند انتقال آلاینده­ها در رودخانه­ها تأثیرگذار هستند. از بین این پارامترها، پوشش گیاهی کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. به دلیل شرایط مناسب در سیلابدشت­ها از جمله رطوبت کافی و رسوبات حاصلخیز، امکان توسعه و رشد انواع مختلفی از پوشش­های گیاهی در این مناطق وجود دارد که با توجه به نوع پوشش، اثرگذاری آن­ها بر انتقال جرم متفاوت است. در این پژوهش به بررسی آزمایشگاهی تأثیر عمق جریان، چیدمان پوشش گیاهی و همچنین اندرکنش جریان بین کانال اصلی و سیلابدشت بر ضریب انتشار طولی، K، در یک کانال مرکب پرداخته شده است. نتایج حاکی از آن است که مقدار ضریب K در کانال اصلی از مقدار مربوطه روی سیلابدشت بزرگتر است. به­طور کلی، با افزایش عمق نسبی از 15/0 به 35/0، ضریب انتشار طولی نیز روند افزایشی را دنبال می­کند. همچنین، اندرکنش جریان بین کانال اصلی و سیلابدشت، ضریب انتشار طولی را در حالت بدون پوشش گیاهی تا 30% و در حالت با پوشش گیاهی تا 88% افزایش می­دهد که آنالیزهای آماری نیز حاکی از معنی­دار بودن این تفاوت­هاست. همچنین تاثیر چیدمان پوشش گیاهی بر ضریب انتشار طولی در سیلابدشت و کانال اصلی معنی­دار است. مقدار پارامتر K /U*iHi در چیدمان یک در میان نسبت به چیدمان ردیفی بیشتر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effects of Vegetation Arrangement and Floodplain-main Channel Interaction on the Longitudinal Dispersion Coefficient in Compound Channels

نویسندگان [English]

  • Hossein Hamidifar 1
  • Mohammad Hossein Omid 2
1 Water Engineering Department, College of Agriculture, Shiraz University, Shiraz, Iran
2 Department of Irrigation and Reclamation Eng., Campus of Agriculture and Natural Resources, College of Agricultural Engineering and Technology, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده [English]

Several factors affecting pollutant transport in rivers. Among those, vegetation is less studied by researchers. Due to the appropriate conditions in floodplains, such as adequate moisture and fertile sediments, it is possible to develop and grow different types of vegetation in these areas. Depending on the type of vegetation, their effect on the flow and subsequently on mass transfer is different. In this paper, the effects of flow depth, vegetation arrangement, and the interaction between the floodplain and the main channel on the longitudinal dispersion coefficient, K, in a compound channel has been studied. The results show that K is greater in the main channel rather than the floodplain. In addition, the interaction of the main channel and floodplain increases the K values up to 30 and 88% for non-vegetated and vegetated conditions, respectively, which are statistically significant. Similarly, the effect of vegetation arrangement on the K values are statistically significant, and K /U*iHi is greater for the staggered arrangement rather than tandem arrangement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • floodplain
  • vegetation
  • dispersion coefficient
  • Pollution
  • river
Ahsan, N. (2008). Estimating the Coefficient of Dispersion for a Natural Stream. World Academy of Science, Engineering and Technology, 44:131-135.
Chatila, L. & Townsend, R. (1998). Modeling of pollutant transport in compound open channels. Canadian Water Resources Journal, 23, 259–271.
Crowder, D. & Diplas, P. (2002). Vorticity and circulation: Spatial metrics for evaluating flow complexity in stream habitats. Canadian Journal of Fish Aquatic Science, 59: 633–645.
Deng, Z., Singh, V. & Bengtsson, L. (2001). Longitudinal dispersion coefficient in straight rivers. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 127(11): 919–927.
Elder, J.W. (1959). The dispersion of a marked fluid in turbulent shear flow. Journal of Fluid Mechanics, 5(4): 544–560.
Farzadkhoo, M., Keshavarzi, A., Hamidifar, H. & Javan, M. (2018b) A comparative study of longitudinal dispersion models in rigid vegetated compound meandering channels, Journal of Environmental Management, 217:78-89
Farzadkhoo, M., Keshavarzi, A. & Hamidifar, H. (2017). Estimation of Longitudinal Dispersion Coefficient in Compound Channels with Two Rows of Rigid Vegetation (tree) over Floodplain. Journal of Hydraulics, 12(1), 85-91. (In Farsi)
Farzadkhoo, M., Keshavarzi, A., Hamidifar, H., & Ball, J. (2018a). Flow and longitudinal dispersion in channel with partly rigid floodplain vegetation. In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management (pp. 1-12). Thomas Telford Ltd.
Fischer, H.B., List, E.J., Koh, R.C.Y., Imberger, J. & Brooks, N.H. (1979). Mixing in Inland and Coastal Waters, Academic Press.
Hamidifar, H., Omid, M.H. & Keshavarzi, A. (2013) Mean Flow and Turbulence in Compound Channels with Vegetated Floodplains, Journal of Agricultural Engineering Research. 14(3):51-66 (In Farsi)
Hamidifar, H., Omid, M.H. & Keshavarzi, A. (2015). Longitudinal dispersion in waterways with vegetated floodplain. Ecological Engineering, 84:398-407
Hamidifar, H., Omid, M.H., Bahrami, M. & Amiri, M. (2016). Application of digital image processing technique for prediction of longitudinal dispersion coefficient in compound channels. Journal of Water and Soil Conservation, Vol. 23(4), 281-293.(In Farsi)
Iwasa, Y. & Aya, S., (1991). Predicting longitudinal dispersion coefficient in open channel flows. In: Proceeding of International Symposium on Environmental Hydraulic, Hong Kong, pp. 505–510.
Jael, A., Mousavi-Jahromi, S.H., Kashefipour, S.M., Soltani-Mohammadi, A. & Ghane, A. (2008). Estimating longitudinal dispersion coefficient in irrigation canals. In: Second Congress on Irrigation and Drainage Network Management, 28–30 January, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran. (In Farsi)
Kashefipour, S.M. & Falconer, R.A. (2002). Longitudinal dispersion coefficients in natural channels. Water Research. 36: 1596–1608.
Kim, D. (2012). Assessment of longitudinal dispersion coefficients using Acoustic Doppler Current Profilers in large river. Journal of Hydro-environment Research, 6: 29-39.
Lin, B., & Shiono, K. (1995). Numerical modelling of solute transport in compound channel flows. Journal of Hydraulic Research, 33(6): 773-788.
Liu, H. (1977). Predicting dispersion coefficient of stream. Journal of Environment Engineering Division, ASCE, 103(1): 59–69.
Nepf, H. M., Sullivan, J. A., & Zavistoski, R. A. (1997). A model for diffusion within emergent vegetation. Limnology and Oceanography, 42(8), 1735-1745.
Pourmoghadam, M. (2008). Spreading of nonreactive solutions in a compound channel. M.Sc. Thesis, Hydraulic Structures, Irrigation and Reclamation Engineering Department, University of Tehran. (In Farsi)
Rutherford, J.C. (1994). River mixing. New York: John Wiley & Sons, pp. 347.
Seo, I.W. & Cheong, T.S. (1998). Predicting longitudinal dispersion coefficient in natural streams. Journal of Hydraulic Engineering, 124(1): 25–32.
 
Simon, A. & Collison, A.J.C. (2002). Quantifying the mechanical and hydrologic effects of riparian vegetation on streambank stability. Earth Surface Processes and Landforms, 27: 527–546.
Windham, L., Weis, J.S., & Weis, P. (2003). Uptake and distribution of metals in two dominant salt marsh macrophytes. Estuarine Coastal Shelf Science, 56: 63–72.