Effect of Floodplain Submerged and Non-submerged Vegetation on the Transverse Mixing Coefficient of Pollutants

Document Type : Research Article

Authors

1 Faculty member

2 Faculyt member

Abstract

Floodplain vegetation affects the flow and pollutant transport in waterways. In this paper, the effect of submergence of floodplain vegetation on the transverse mixing coefficient (ε) in a compound channel with asymmetric section is investigated experimentally. The experiments were carried out with different vegetation densities and relative flow depths. Tracer concentration was measured using MATLAB’s image processing toolbox in three sections downstream of the injection point. The transverse mixing coefficients were calculated by standard method of moments according to the variations of variance of tracer concentration. The results showed that ε increases in the emergent vegetation compared to the bare conditions up to 127 and 114% in the main channel and floodplain, respectively, while these values are 43 and 37% for the submerged vegetation. Also, ε increases with the flow relative depth for both submerged and emergent vegetation conditions. As the relative depth increases from 0.15 to 0.25, the lateral mixing coefficient in the floodplain and main channel increases to 97 and 45% for submerged and to 91 and 42% for non-submerged vegetation, respectively. For a specific relative depth, ε increases with the vegetation density. Finally, it was found that as the vegetation density increases, the difference between ε values for submerged and emergent vegetation conditions increases too. In general, the results showed that both submerged and non-submerged floodplain vegetation affect the lateral mixing coefficient significantly.

Keywords


پورآباده­یی، م. (1387). "بررسی تأثیر زبری موضعی بر ضریب اختلاط عرضی آلودگی در یک کانال مستطیلی"، پایان­نامه کارشناسی ارشد سازه­های آبی، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشگاه تهران.
پورمقدم، م. (1388). "پخش ماده محلول زوال­ناپذیر در مجرای با مقطع مرکب"، پایان­نامه کارشناسی ارشد سازه­های آبی، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشگاه تهران.
حاجی­علی­گل، ز.، کاشفی پور، م. و قمشی، م. (1388). "رابطه دبی جریان و تعداد ردیف‌های موانع استوانه‌ای موجود در مسیر جریان با ماکزیمم جابجایی امواج عمود بر جریان"، هشتمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشکده فنی دانشگاه تهران، تهران.
حمیدی­فر، ح. (1392)." بررسی آزمایشگاهی تأثیر پوشش گیاهی سیلاب‌دشت بر انتقال آلاینده­ها در مقاطع مرکب"، رساله دکتری سازه­های آبی، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشگاه تهران.
سعادت­پور، ع.، حیدرپور، م. و طباطبائی، س.ح. (1390). "انتخاب روش مناسب برای کاهش طول اختلاط کامل در جریان آشفته در یک کانال مستطیلی"، مجله پژوهش آب ایران، سال 5، شماره 9، ص.ص. 18-11.
سلیمانی، م. (1387). "بررسی انتشار ماده محلول در کانال مرکب"، پایان نامه کارشناسی ارشد سازه­های آبی، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشگاه تهران، تهران.
فرامرز، م.، ایوب­زاده، ع. و محمدی، ک. (1384). "شبیه­سازی عددی انتشار و انتقال آلودگی در مقاطع رودخانه­ای با سیلاب‌دشت"، پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران 17-19 اردیبهشت، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان.
عزیزی، ر. و قمشی، م. (1387). "تشکیل امواج عمود بر جریان ناشی از موانع استوانه ای در مسیر مجاری روباز"، هفتمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه صنعت آب و برق، تهران.
قاسمی، م.، منوچهر ح.، افضلی­مهر، ح. و خوشروش، م. (1390). "اثر برهم­کنش پوشش گیاهی و شکل بستر بر ضریب اختلاط عرضی در یک کانال مستطیلی"، دهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، رشت، دانشگاه گیلان.
Chau, K.W. (2000). “Transverse mixing coefficient measurements in an open rectangular channel”, Advances in Environmental Research, 4: 287-294.
Choi, S. and Lee, J. (2012). “Impact of vegetation on contaminant transport in partly-vegetated open-channel flows”, Proceedings of the 9th International Symposium on Ecohydraulics. 17th to 21st September, Vienna, Austria
Deng, Z.Q., Bengtsson, L., Singh, V.P. and Adrian, D. (2002). “Longitudinal dispersion coefficient in single-channel streams”, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 128(10): 901- 916.
Fischer, H.B., List, E.J., Koh, R.C.Y., Imberger, J. and Brooks, N.H. (1979). Mixing in inland and coastal waters, Academic Press.
Folkard, A.M. (2011). “Vegetated flows in their environmental context: a review”, Proceedings of Institute of Civil Engineering, 164(EM1): 3-24.
Goring, D.G. and Nikora, V.I. (2002). “Despiking acoustic doppler velocimeter data”, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 128(1): 117-126.
Hamidifar, H., and Omid, M. H. (2013). “Floodplain vegetation contribution to velocity distribution in compound channels”. Journal of Civil Engineering and Urbanism, 3(6), 357-361.
 
Hamidifar, H., Omid, M. H., and Keshavarzi, A. (2015). “Longitudinal dispersion in waterways with vegetated floodplain”. Ecological Engineering, 84, 398-407.
Kadlec, R.H. and Knight, R.L. (1996). Treatment wetlands. CRC Press Boca Raton, Florida. 893p.
Nepf, H. (1999). “Drag, turbulence, and diffusion in flow through emergent vegetation”, Water Resources Research, 35(2): 479–489.
Rutherford, J.C. (1994). River mixing. New York: John Wiley & Sons, p. 347.
Wahl, T.L. (2000). “Analyzing ADV data using WinADV”, ASCE Joint Conference on Water Resources Engineering and Water Resources Planning and Management, Minneapolis, Minnesota, USA, July 30-August 2.
Windham, L., Weis, J.S., and Weis, P. (2003). “Uptake and distribution of metals in two dominant salt marsh macrophytes”. Estuarine Coastal Shelf Science, 56: 63–72.
Zeng, Y.H., Huai, W.X. and Guymer, I. (2008). “Transverse mixing in a trapezoidal compound open channel”, Journal of Hydrodynamics, Series B (20): 645–649.
  • Receive Date: 30 March 2015
  • Revise Date: 02 September 2015
  • Accept Date: 19 October 2015
  • First Publish Date: 19 October 2015