بررسی آزمایشگاهی و عددی تاثیر نواحی فرم بستر خیزاب-چالاب بر جابجایی آلودگی در رودخانه های با بستر شنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علومکشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

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

3 دانشیار گروه مهندسی آب دانشکده آب و خاک دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

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

چکیده

در تحقیق حاضر کارایی معادله انتقال- پراکنش در شبیه‌سازی جابجایی آلودگی در رودخانه‌های شنی با فرم بستر خیزاب- چالاب بررسی شد. آزمایش‌های ماده ردیاب (NaCl) در یک کانال آزمایشگاهی با طول 12 متر، عرض 5/0 متر و ارتفاع 7/0متر و با شیب طولی 006/0 در سه دبی جریان 5/7، ۱۰ و 5/12 لیتر بر ثانیه انجام شدند. چهار فرم بستر خیزاب-چالاب با ارتفاع و طول موج متفاوت برای شبیه‌سازی تبادلات هایپریک در نظر گرفته شد. نتایج آزمایشگاهی توسط مدل عددی OTIS نیز شبیه‌سازی شدند. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که در جریان بدون فرم بستر، افزایش دبی جریان موجب افزایش ضریب پراکنش طولی می‌شود، در حالیکه در جریان با فرم بستر به دلیل تبادلات هایپریک، عکس این روند مشاهده شد. افزایش ارتفاع فرم بستر باعث افزایش عدد رینولدز جریان در ناحیه هایپریک می‌شود. افزایش عدد رینولدز نیز سبب افزایش تبادلات هایپریک و در نتیجه افزایش ضریب پراکنش طولی می‌شود. افزایش هم‌زمان دبی جریان و ارتفاع فرم بستر موجب افزایش بیش از حد دبی تبادلی می‌شود. بنابراین مدت زمان ماند آلودگی در ناحیه بستر رسوبی کاهش پیدا کرده و در نتیجه آلودگی با ذخیره موقت کم‌تر در ناحیه نگهداشت به ناحیه اصلی جریان بازمی‌گردد. لذا افزایش ضریب پراکنش طولی با افزایش ارتفاع فرم بستر در محدوده دبی‌های جریان زیاد قابل توجه نمی‌باشد. افزایش طول موج فرم بستر نیز موجب افزایش زمان ماند آلودگی در ناحیه هایپریک شده که این امر باعث افزایش ضریب پراکنش طولی می‌گردد. افزایش دبی جریان موجب کاهش نقش تبادلات هایپریک شده بنابراین حجم اصلی آلودگی در ناحیه اصلی جریان منتقل می‌شود. لذا تاثیر افزایش طول موج بر ضریب پراکنش طولی با افزایش دبی جریان کاهش پیدا می‌کند. مقایسه نتایج آزمایشگاهی با حل عددی مدل OTIS نشان از دقت بالای این مدل در پیش‌بینی نحوه جابجایی آلودگی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Laboratory and Numerical Investigation of the effect of Riffle-Pool Bed-Form Areas on Pollution Transmission in Gravel-Bed Rivers

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mirnaseri 1
  • Alireza Emadi 2
  • Abdolreza Zahiri 3
  • Mohammad Ali Gholami Sefidkouhi 4
1 Department of Water Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.
2 Department of Water Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University,sari,iran
3 Associated Professor, Dep. of Water Engineering, Faculty of Water and Soil, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Golestan.
4 Department of Water Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University ,Sari ,Iran
چکیده [English]

In the present study, the efficiency of the ADE in the pollution transport through the Gravel-Bed Rivers with Riffle-Pool bed-form was investigated. Experiments of tracer material (NaCl) were performed in a flume with a length of 11 m, width of 0.5 m and height of 0.7 m and with a longitudinal slope of 0.006 in three flow discharges. Four bed-forms of Riffle-Pool with different heights and wavelengths were considered to simulate hyporheic exchanges. The laboratory results were also simulated by the OTIS. The laboratory results showed that increasing the flow discharge without bed-form increases the longitudinal dispersion coefficient. The opposite of this trend was observed the presence of bed-form due to hyporheic exchanges. Increasing the height of the bed-form increases the Reynolds number in the hyporheic zone and consequently hyporheic exchanges increase and the longitudinal dispersion coefficient increases. Simultaneous increase of flow discharge and the bed-form height causes excessive increase of hyporheic exchanges. Therefore, the residence time of the pollution in the sedimentary bed area is reduced and as a result, the pollution returns to the main flow area with less temporary storage in the storage zones. Therefore, increasing the longitudinal dispersion coefficient with increasing the bed-form height in the range of high flow discharges is not significant. Increasing the wavelength of the bed-form also increases the residence time of contamination in the hyporheic zone, which increases the longitudinal dispersion coefficient. Increasing the flow discharge reduces the role of hyporheic exchanges so that the main volume of pollution is transferred to the main flow area. Therefore, the effect of increasing the wavelength of the bed-form on the longitudinal dispersion coefficient decreases with increasing the flow discharge. Comparison of laboratory results with numerical solution of OTIS model shows the high accuracy of this model in predicting the transmission of contamination.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Riffle-pool
  • Hyporheic Exchanges
  • Transmission of Contamination
  • advection-dispersion
  • OTIS