نقش پساب تصفیه شده شهری بر نرخ فرسایش رسوبات چسبنده در کانال‌های انتقال آب

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشگاه فردوسی مشهد

2 هیات علمی

3 عضو هیات علمی دانشگاه شهرکرد

4 عضو هیات علمی- استاد

چکیده

در حال حاضر بررسی میزان فرسایش رسوبات چسبنده یک بخش مهم در سازه‌های انتقال آب، با استفاده از پیش‌بینی و تعیین رفتار رسوبات می‌باشد. از طرفی در مناطق خشک منابع آب تجدیدپذیر نظیر پساب تصفیه شده شهری به عنوان یک ذخیره آبی مطمئن در برنامه‌ریزی منابع آب به منظور تأمین نیاز بخش صنعت و کشاورزی مورد توجه قرار می‌گیرد. خصوصیات شیمیایی پساب موجب تغییر رفتار رسوبات چسبنده در کانال‌های انتقال آب می‌شود. از این رو در این تحقیق با استفاده از یک فلوم دایره‌ای به بررسی نرخ فرسایش رسوبات چسبنده در دوره‌های تحکیم مختلف پرداخته شد. در این راستا آزمایش‌ها در سه حالت آب خالص، سیال حاوی 30 و 60 درصد پساب انجام و دوره تحکیم رسوبات در بستر فلوم 1، 3، 14 و 28 روز در نظر گرفته شد. نتایج نشان می‌دهد در تمام دوره‌های تحکیم در ابتدای زمان اعمال تنش برشی، نرخ فرسایش به دلیل حضور رسوبات سطحی ابتدا افزایش و سپس کاهش می‌یابد. بیشترین نرخ فرسایش در سیال حاوی 60 درصد پساب و در تنش برشی 35/2 نیوتن بر مترمربع رخ داد. همچنین با افزایش دوره تحکیم اختلاف نرخ فرسایش در پساب 30 درصد، با آب خالص و 60 درصد پساب افزایش می‌یابد که این امر به دلیل وجود بالاتر بودن شاخص ESP بیشتر در شرایط 30 درصد پساب است. در دوره تحکیم‌های یکسان بیشتر بودن شاخص ESP در سیال حاوی 30 درصد پساب که منجر به پخشیدگی بیشتر ذرات، عمق ته‌نشینی بیشتر و پوکی کمتر گردید.

کلیدواژه‌ها


Akbari, N. (2012). Setteling of Erosion Threshold of cohesive sediment by annular flume. Master Thesis, Shahrekord University.
Alizadeh, A. (2005). Draining of land. University of Ferdowsi Press.
Ariathurai, R., Arulanandan, K. (1978). Erosion rates of cohesive soils. J Hydr Div, ASCE, 104(2), 279-283.
Amos, C. L., Daborn, G. R., Christian, H. A., Atkinson, A. and Robertson, A. (1992a). In situ erosion measurements on fine-grained sediments from the Bay of Fundy, Mar. Geol., 108, 175-196
Barbosa, R. N. and Overstreet, C. (2011). What is soil electrical conductivity. Baton Rouge. LA, USA: LSU Ag Center publication pub. 3185.
Baptiste, M., Pierre, L. H., Florence, C. and Thierry, G. (2017). Modeling fine sediment dynamic: towards a common erosion law for fine sand, mud and mixture. Water, doi: 10.3390/w9080564.
Bui, T.D. (2000). Cohesive Sediment Transport in Natural Streams. Journal of Water Resources 129.97.146.103.
Black, K.S. (2002). Working with natural cohesive sediments. Journal of Hydraulic Engineering, 128(1), 2–8.
Droppo, I.G. (2009). Biofilm structure and bed stability of five contrasting freshwater sediments. Marine and Freshwater Research. 60, 690-699.
Glasbergen, K. (2014). The Effect of Coarse Gravel on Cohesive Sediment Entrapment in an Annular Flume, presented to the University of Waterloo in fulfillment of the thesis requirement for the Degree of Master of Science in Geography, Waterloo, Ontario, Canada.
Grabowski, R.C., Droppo, I.G. and Wharton, G., (2011). Erodibility of cohesive sediment: The importance of sediment properties. Earth-Science Reviews, 105(3-4), 101-120.
Hosseini, K. and Kheirkhahn, M. (2015). Developing a Regression Relation for Erosion Rate of Cohesive Sediments Using Experimental Data and Numerical Modeling. Journal of Water and Soil Science, 18(70), 351-361. (in Persian)
Huang, J., Hilldate, R.C. and Greiman, B.P. (2006). Erosion and sedimentation manual. U.S. Department of the interior. United States Bureau of Reclamation.
Jacobs, W. (2011). Sand-mud erosion from a soil mechanical perspective. PhD Thesis, TU Delft.
Kandiah, A. (1974). Fundamental aspects of surface erosion of cohesive soils, Ph.D. thesis, Univ. of Calif., Davis, Calif.
Khastar, M., Esmaili, K., Samadi, H. and Ziaei, A. N. (2018). Wastewater effect on the deposition of cohesive sediment. Journal of Environmental Engineering (ASCE), ISSN 0733-9372.
Kimiaghalam, N., Shawn, P. C. and Ahmari, H. (2015). An experimental study on the effect of physical, mechanical and electrochemical properties of natural cohesive soils on critical shear stress and erosion rate. International Journal of Sediment Research. http://dx.doi. org/10.1016/j.ijsrc
Krishnappan, B. G. (2006). Cohesive sediment transport studiesusing a rotating circular flum. The 7th Int. Conf. on Hydroscience and Engineering (ICHE), Sep10-13, Philadelphia, USA.
Kuijper, C., Cornelisse, J. M. and Winterwerp, J. C. (1989). Research on erosive properties of cohesive sediments, J. Geophys. Res., 94, 14,341– 14,350.
Lavelle, J.W., Mofjeld, H.O. and Baker, E.T. (1984). An in situ erosion rate for a fine-grained marine sediment. J. Geopys. Res. 89 (C4), 6543-6552.
Le Hir, P., Cann, P., Waeles, B., Jestin, H. and Bassoullet, P. (2005). Erodability of natural sediments: Experiments on sand/mud mixtures from laboratory and field erosion tests, in Sediment and Ecohydraulics: Intercoh 2005, Proc. Mar. Sci. Ser., vol. 9, edited by T. Kusuda et al., 137-154, Elsevier, Amesterdam.
MAST (1993). On the methodology and accuracy of measuring physical-chemical properties to characterize cohesive sediments. G6M report, EU marine science and technology programme project.
Mehta, A.J. and Parthenaides, E. (1982). Resuspension of Deposited Cohesive Sediment Beds. Coastal Engineering, Cape Town, South Africa. ASCE, Reston, VA, 1569-1588.
Mei, C. C., Fan, S. J. and Jin, K. R. (1997). Resuspension and transport of fine sediments by waves. J Geophys Res, 102 (C7), 15807-15821.
Milburn, D. and Krishnappan, B.G. (2003). Modelling erosion and deposition of cohesive sediments from Hay River, Northwest Territories, Canada. Nordic Hydrology, 34(1-2), 125-138.
Mitchener, H. and Torfs, H. (1996). Erosion of mud/sand mixtures, Coastal Engineering, 29, 1-25.
Orvain, F., le Hir, P. and Sauriau, P. G. (2003). A model of fluff layer erosion and subsequent bed erosion in the presence of the bioturbator, Hydrobia ulvae, J. Mar. Res., 61, 823-851.
Pant, H.R. (2013). Erosional resistance of cohesive sediments in coastal saltmarshes, Master Thesis, Department of Civil and Environmental Engineering, Louisiana State University.
Parchure, T.M. and Mehta, A.J. (1985). Erosion of soft cohesive sediment deposits. Journal of Hydraulic Engineering, 111 (10), 1308-1326.
Partheniades, E. (2007). Engineering Properties and Hydraulic Behavior of Cohesive Sediments. CRC, Boca Raton. 338 p.
Roberts, J., Jepsen, R., Gotthard, D. and Lick, W., (1998). Effects of particle size and bulk density on erosion of quartz particles. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 124 (12), 1261-1267.
Samadi-Boroujeni, H., Khastar-Boroujeni, M., Fatahi, R., Ghasemi, M. and Taheri, Z. (2017). Laboratory experiment Shear stress of erosion threshold of fine sediments (Case study of Karkheh reservoir sediments). Journal of Hydraulics, 13(3). (in Persian)
Stone, M. and Krishnappan, B.G. (1997). Transport characteristics of tile-drain sediments from an agricultural watershed. Water, Air and Soil Pollution, 99, 89-103.
Winterwerp, J.C. and van Kesteren, W.G.M. (2004). Introduction to the physics of cohesive sediment in the marine environment. Elsevier, Amsterdam, 466 p.
Zhu, Y. H. (2006). Breach Growth in clay-dikes. Dissertation for the Doctoral Degree. Delft: Delft University‌ of‌ Technology, ISBN:978-90-9020964-7.