بررسی کارکرد مدل سلول‌های ترکیبی و ذخیره‌-موقت بر فرآیند عبور ردیاب از مخازن متوالی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار سازه های آبی، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایراندانشکده فنی -دانشگاه مراغه

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مدیریت منابع آب، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

چکیده

قسمت‏هایی از مجاری روباز اعم از رودخانه­ها که در آن معمولا جریان سرعت پایین­تری دارد، مانند مناطق ماندابی و مناطق هایپوریک، می‏توانند به ذخیره‏سازی موقت مواد ردیاب کمک کنند و باعث نگه‏داشت آلودگی و افزایش پارامتر زمان ماند شده و انتقال آلودگی در جریان را تحت تاثیر قرار دهند. در این تحقیق، اثر مخازن پشت سر هم ایجاد شده در رودخانه­ها تحت تاثیر احداث بندهای گابیونی که معمولاً برای کنترل سیلاب اجرا می­گردند، در ایجاد مناطق ماندابی و افزایش زمان ماند مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور 36 آزمایش مختلف با متغیرهایی شامل 3 نوع سنگ­دانه، 4 دبی و 3 غلظت ورودی بر روی 2 مخزن سری گابیونی نصب‏شده داخل یک فلوم آزمایشگاهی انجام گردید. از مدل HCIS که شامل پارامترهای (λ، و  ) است، برای به‏دست آوردن زمان ماند و حجم مخازن پشت بندها و تعیین پارامترهای هیدرولیکی جریان استفاده گردید. با بررسی نتایج مشاهده گردید که پارامترهای زمان انتقال برای تست‏های ردیاب، به­صورت خطی با تعداد بندها (N) و حجم مخزن پشت آن افزایش می‏یابد. همچنین بین سایر پارامترهای زمانی به­دست آمده از منحنی­های رخنه آزمایشگاهی و تعداد بند­ها، رگرسیون خطی برقرار گردید. شیب رگرسیون خطی برای  (زمان از آغاز تا  انتهای بازوی پایین‏رونده) در مقابل N و حجم مخزن، بزرگتر از مقدار مشابه برای  (زمان از لحظه تزریق آلودگی تا زمان آغاز حرکت صعودی بازوی بالارونده منحنی رخنه) بود که بیانگر زمان ماند بیشتر در اثر ذخیره‏سازی موقت در سیستم است. همچنین مشاهده گردید که پارامترهای زمانی استخراج شده از مدل HCIS نیز به­صورت خطی با N و فاصله از نقطه‏ی تزریق افزایش می­یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The Performance Assessment of the Hybrid Cells in Series and Transient Storage Models in the Tracer Routing through the Interconnected Reservoirs

نویسندگان [English]

  • Jafar Chabokpour 1
  • Mohammad Zabihi 2
1 Assistant professor of hydraulic structures, Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran.
2 M. S. Student of water resources, Civil Engineering Department, Faculty of engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran
چکیده [English]

Some parts of the free surface flow including river networks in which the velocities is low, can act as dead or hyporheic zones. These areas can help to the temporary storage of the tracers and consequently increasing the residence time parameter. In this study, the effects of consecutive reservoirs caused by construction of gabion flood control structures have been investigated in terms of dead zones creation and residence time expansion. For this purpose, 36 experiments were performed in the laboratory flume, including two gabion dams. The experimental variables included three rock median diameters, four entrance discharges and three entrance concentrations. The HCIS model, which includes temporal parameters of the λ, T1, and T2, has been used to obtain the residence time, the reservoirs volume behind the gabion dams and flow hydraulic parameters. The results showed that the transport time parameters were increased linearly with reservoir volume (V) and number (N). Also, linear regressions were established between the number of dams and the other temporal parameters obtained from experimental breakthrough curves (BC). It was found that the slopes of N- and V- ( is total duration time of the BC) linear regressions were bigger than the similar values for  (time from the injection time origin to the rising point of BC curve), indicating a higher residence time due to transient storage of the pollution. Also, it was found that the time parameters obtained from HCIS model are increased linearly with N and distance from the injection point.

کلیدواژه‌ها [English]

  • reservoirs in series
  • tracer test
  • transient storage
  • transportation time
  • HCIS model

مراجع

Apple, L. L. (1985). Riparian habitat restoration and beavers. Riparian ecosystems and their management: reconciling conflicting uses. US Forest Service General Technical Report RM-120, 489-490.
Bencala, K. E. (1983). Simulation of solute transport in a mountain pool‐and‐riffle stream with a kinetic mass transfer model for sorption. Water Resources Research, 19(3), 732-738.
Chabokpour, J., Samadi, A., & Merikhi, M. (2018). Application of method of temporal moments to the contaminant exit breakthrough curves from rockfill media. Iran Journal of Soil and Water research, 49(3): 629-640. (In Persian)
Chabokpour, J. (2019). Application of Hybrid Cells in Series Model in the Pollution Transport through Layered Material. Pollution. 5(3):473-486.
Doyle, M. W., Stanley, E. H., & Harbor, J. M. (2003). Hydrogeomorphic controls on phosphorus retention in streams. Water Resources Research, 39(6).
Ensign, S. H., & Doyle, M. W. (2005). In‐channel transient storage and associated nutrient retention: Evidence from experimental manipulations. Limnology and Oceanography, 50(6), 1740-1751.
Findlay, S. (1995). Importance of surface‐subsurface exchange in stream ecosystems: The hyporheic zone. Limnology and oceanography, 40(1), 159-164.
Ghosh, N. C. (2001). Study of solute transport in a river. Ph.D. thesis, I.I.T, Roorkee, India.
Ghosh, N. C., Mishra, G. C., & Ojha, C. S. P. (2004). Hybrid-cells-in-series Model for Solute Transport in a River. Journal of Environmental Engineering, 130(10), 1198-1209.
Ghosh, N. C., Mishra, G. C., & Kumarasamy, M. (2008). Hybrid-cells-in-series model for solute transport in streams and relation of its parameters with bulk flow characteristics. Journal of Hydraulic Engineering, 134(4), 497-502.
Gooseff, M. N., Hall Jr, R. O., & Tank, J. L. (2007). Relating transient storage to channel complexity in streams of varying land use in Jackson Hole, Wyoming. Water Resources Research, 43(1).
Ganesh, H. R. Ravindra, Fjóla G., Sigtryggsdóttir & Øyvind A. Høydal. (2019). Non-linear flow through rockfill embankments, Journal of Applied Water Engineering and Research,
7:4, 247-262.
Gurdak, J. J., Spahr, N. E., & Szmajter, R. J. (2002). Traveltime Characteristics of Gore Creek and Black Gore Creek, Upper Colorado River Basin, Colorado. US Geological Survey.
Harvey, J. W. (2000). Quantifying hydrologic interactions between streams and their subsurface hyporheic structure. Streams and ground waters, 3-44.
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.
Harvey, J. W., Conklin, M. H., & Koelsch, R. S. (2003). Predicting changes in hydrologic retention in an evolving semi-arid alluvial stream. Advances in Water Resources, 26(9), 939-950.
Jobson, H. E. (1996). Prediction of traveltime and longitudinal dispersion in rivers and streams. United States Geological Survey.
Johnston, C. A., & Naiman, R. J. (1987). Boundary dynamics at the aquatic-terrestrial interface: the influence of beaver and geomorphology. Landscape Ecology, 1(1), 47-57.
Kasahara, T., & Wondzell, S. M. (2003). Geomorphic controls on hyporheic exchange flow in mountain streams. Water Resources Research, 39(1), SBH-3.
Kumarasamy, M. V. (2015). Deoxygenation and Reaeration Coupled hybrid Mixing cells Based Pollutant Transport Model to Assess water Quality Status of a River. International journal of environmental research, 9(1), 341-350.
Lautz, L. K., Siegel, D. I., & Bauer, R. L. (2006). Impact of debris dams on hyporheic interaction along a semi‐arid stream. Hydrological Processes: An International Journal, 20(1), 183-196.
Olowe, K. O., & Kumarasamy, M. (2017). Development of the hybrid cells in series model to simulate ammonia nutrient pollutant transport along the Umgeni River. Environmental Science and Pollution Research, 24(29), 22967-22979.
Ravindra, G. H. R., Sigtryggsdottir, F.G. & Lia, L. (2018). Evaluation of Design Criteria for Downstream Riprap of Rockfill Dams. In: Proceedings of the 26th Congress on Large Dams;Vienna.
Runkel, R. L. (2002). A new metric for determining the importance of transient storage. Journal of the North American Benthological Society, 21(4), 529-543.
Stephenson, D. (1979). Gabion energy dissipators. In Proc. 13th ICOLD Congress (pp. 33-43).
Thackston, E. L., & Schnelle, K. B. (1970). Predicting effects of dead zones on stream mixing. Journal of the Sanitary Engineering Division, 96(2), 319-331.
Valett, H. M., Morrice, J. A., Dahm, C. N., & Campana, M. E. (1996). Parent lithology, surface–groundwater exchange, and nitrate retention in headwater streams. Limnology and oceanography, 41(2), 333-345.
Wagner, B. J., & Harvey, J. W. (1997). Experimental design for estimating parameters of rate‐limited mass transfer: Analysis of stream tracer studies. Water Resources Research, 33(7), 1731-1741.
Westbrook, C. J., Cooper, D. J., & Baker, B. W. (2006). Beaver dams and overbank floods influence groundwater–surface water interactions of a Rocky Mountain riparian area. Water Resources Research, 42(6).
Winter, T. C., Harvey, J. W., Franke, O. L., & Alley, W. M. (1999). Ground water and surface water. A single resource. USGS Circular, 1139.
Wondzell, S. M. (2006). Effect of morphology and discharge on hyporheic exchange flows in two small streams in the Cascade Mountains of Oregon, USA. Hydrological Processes: An International Journal, 20(2), 267-287.
Woo, M. K., & Waddington, J. M. (1990). Effects of beaver dams on subarctic wetland hydrology. Arctic, 223-230.
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 51، شماره 5
مرداد 1399
صفحه 1137-1150

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار