تأثیر تغییرات ناهمواری بستر بر پارامترهای اختلاط آلاینده‌ها در پیچان‌رود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی آب، دانشکده آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی آب، دانشکده آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

درک فرایند پخش، انتقال و اختلاط آلاینده‌ها، از موضوعات مهم در پایش کیفی منابع آبی به‌ویژه رودخانه‌ها است. ضریب پراکندگی طولی، یکی از پارامترهای مهم برای پیش‌بینی و توصیف فرایند اختلاط و انتقال آلودگی در رودخانه‌ها است. در این پژوهش، فرایند انتقال و اختلاط آلاینده‌ها در پیچان‌‌رودها به روش آزمایشگاهی بررسی شد. برای این منظور آزمایش‌های سنجش غلظت ردیاب در یک فلوم آزمایشگاهی که به شکل پیچان‌رود و متشکل از 8 قوس بود، برای شرایط هیدرولیکی مختلف و با دو بستر صلب و رسوبی انجام شد. با استفاده از داده‌های اندازه‌گیری شده و روش روندیابی، برای بازه‌های مختلف از مسیر پیچان‌رود، ضریب پراکندگی طولی برآورد شد. نتایج حاصل از آزمایش‌ها برای هر دو بستر نشان داد که با افزایش دبی، سرعت انتقال ردیاب افزایش و زمان انتقال ردیاب کاهش یافته است که به‌دنبال آن مقدار اختلاف بیشینه غلظت ورودی و خروجی از بازه (Cr) در محدوده 21 تا 100 درصد، کاهش یافت. نتایج حاکی از آن بود که با ناهموار شدن بستر جریان، مؤلفه‌های اختلاط مثل Cr و ضریب اختلاط طولی (DL) افزایش قابل‌توجهی پیدا می‌کنند. در شرایط مذکور کمترین مقدار پارامترهای Cr و DL به‌ترتیب با 100 و 85 درصد افزایش مقدار حاصل شد. همچنین بررسی نتایج آزمایش‌ها نشان داد که با افزایش طول مسیر پیمایش ردیاب و تعداد قوس‌ها، پارامترهای اختلاط افزایش یافتند. مقایسه نتایج نشان داد که برای هر دو بستر صلب و رسوبی، در هر بازه با افزایش عدد رینولدز، مقدار ضریب اختلاط طولی افزایش یافتند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Effect of Changing Bed Roughness on the Pollution Mixing Process of Meandering

نویسندگان [English]

  • Samaneh Nojoumi Siahmard 1
  • Mehdi Meftah Halaghi 2
  • Mahdi Esmaeili Varaki 3
  • Amir Ahmad Dehghani 2
  • Abdolreza Zahiri 2
1 PhD. Candidate, Dept. of Water Engineering, Faculty of Water and Soil Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
2 Assoc. Prof., Dept. of Water Engineering, Faculty of Water and Soil Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
3 Assoc. Prof., Dept. of Water Engineering, Faculty of Agriculture Science, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده [English]

The understanding of the mechanisms underlying the diffusion, advection, and mixing of pollutants constitutes a crucial aspect in monitoring water resources quality, particularly in the context of river systems. The longitudinal dispersion coefficient holds significant importance in predicting and illustration of pollutants in river systems. The current study investigated the advection and dispersion of pollution in meandering rivers experimentally. A series of experiments were undertaken to quantify the tracer concentration within a laboratory flume. The meandering flume with 8 bends was used to consider variation of tracer concentration for different discharges and solid and sedimentary beds. Utilizing the collected experimental data and employing the routing process, the longitudinal dispersion coefficient was determined across various segments of meandering rivers. Comparison of results for both solid and sedimentary bed indicates that as the flow discharge increases, the tracer's transfer speed increases while the transfer time decreases. Consequently, the difference between the peak concentration of tracer on the hydrographs (Cr) of input and output sections in the range of 21 to 100 percent decreases. Furthermore, by changing the bed from solid to sedimentary, Cr and the longitudinal mixing coefficient (DL) increased noticeably. In the mentioned conditions, the lowest values of Cr and DL parameters were obtained with 100 and 85% increase in value, respectively. Additionally, the results revealed a positive correlation between the mixing parameters and the length of the traversed tracer along the bends. The analysis of the data indicated that as the Reynolds number increased, the longitudinal mixing coefficient increased in both solid and sedimentary bed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mixing
  • Routing Process
  • Longitudinal Dispersion Coefficient
  • Meandering
  • Smooth Beds
  • Sedimentary Bed

مراجع

Azhdan, Y., Emadi, A. R., Chabokpour, J. & Daneshfaraz, R. 2018. Experimental and numerical study of advection- dispersion of pollutant in a Gravel Bed Rivers. Water and Soil Science, 28, 127-139. (In Persian). https://doi.org/10.22059/ijswr.2018.244186.667776.
Baek, K. O. & Seo, I. W. 2010. Routing procedures for observed dispersion coefficients in two-dimensional river mixing. Advances in Water Resources, 33, 1551-1559. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2010.09.005.
Boxall, J. & Guymer, I. 2007. Longitudinal mixing in meandering channels: new experimental data set and verification of a predictive technique. Water Research, 41, 341-354. https://doi.org/10.1016/j.watres.2006.10.010.
Fischer, H. B. Imberger, J., John List, E., Koh, R. C. Y. & Brooks, N. H. 1979. Mixing in Inland and Coastal Waters, Academic Press, London, UK.
Kianersi N. & Shafai Bagestan, M. 2018. Variation of transverse mixing pollutants in a straight channel with and without submerged vanes. Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, 19, 101-114. (In Persian). https://doi.org/10.22092/idser.2018.115506.1256.
Madvar, H. R., Dehghani, M., Memarzadeh, R., Salwana, E., Mosavi, A. & Shahab, S. 2020. Derivation of optimized equations for estimation of dispersion coefficient in natural streams using hybridized ANN with PSO and CSO algorithms. IEEE Access, 8, 156582-156599. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3019362.
Mansouri Kargar, S., Shafai Bejestan, M. & Zayeri, M. 2021. Experimental study of the effect of rectangular weir and u-weir on contaminants’ transverse mixing coefficient and mixing length. Iran-Water Resources Research, 17, 290-301. (In Persian)
Mirnaseri, M., Emadi, A., Zahiri, A. & Gholami Sefidkouhi, M. A. 2021. Laboratory and numerical investigation of the effect of riffle-pool bed-form areas on pollution transmission in Gravel-Bed Rivers. Iranian Journal of Soil and Water Research, 52, 1025-1040. (In Persian). https://doi.org/10.22059/ijswr.2021.315188.668831.
Park, I. & Seo, I. W. 2018. Modeling non-Fickian pollutant mixing in open channel flows using two-dimensional particle dispersion model. Advances in Water Resources, 111, 105-120. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2017.10.035.
Park, S. W. & Ahn, J. 2019. Experimental and numerical investigations of primary flow patterns and mixing in laboratory meandering channel. Smart Water, 4, 1-15. https://doi.org/10.1186/s40713-019-0016-y.
Peruzzi, C., Galli, A., Chiaradia, E. A. & Masseroni, D. 2021. Evaluating longitudinal dispersion of scalars in rural channels of agro-urban environments. Environmental Fluid Mechanics, 21, 925-954. https://doi.org/10.1007/s10652-021-09804-7.
Seo, I. W., Choi, H. J., Kim, Y. D. & Han, E. J. 2016. Analysis of two-dimensional mixing in natural streams based on transient tracer tests. Journal of Hydraulic Engineering, 142, 04016020. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001118.
Shin, J., Seo, I. W. & Baek, D. 2020. Longitudinal and transverse dispersion coefficients of 2D contaminant transport model for mixing analysis in open channels. Journal of Hydrology, 583, 124302. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.124302.
Singh, S. K. & Beck, M. 2003. Dispersion coefficient of streams from tracer experiment data. Journal of Environmental Engineering, 129, 539-546. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(2003)129:6(539).
Wallis, S., Bonardi, D. & Silavwe, D. 2014. Solute transport routing in a small stream. Hydrological Sciences Journal, 59, 1894-1907. https://doi.org/10.1080/02626667.2013.863425.
Yeberehpour, E., Shafai Bagestan, M. & Kashefiour, S. M. 2019. Investigation of transverse distribution of pollutant and flow pattern in the present of triangular vane in the straight channels. Ferdowsi Civil Engineering, 32, 17-34. (In Persian). https://doi.org/10.22067/civil.v32i3.70258.
Zhang, W. 2011. A 2-D numerical simulation study on longitudinal solute transport and longitudinal dispersion coefficient. Water Resources Research, 47. https://doi.org/10.1029/2010WR010206.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار