استخراج یک مدل تحلیلی برای ارزیابی انتقال آلاینده ها از بدنه و مخازن سری بندهای گابیونی

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران-دانشکده فنی-دانشگاه مراغه

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه مراغه

چکیده

در این تحقیق سعی شد تا با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی و توسعه یک مدل تحلیلی بر مبنای معادلات دیفرانسیل مدل ذخیره‌ موقت، به بررسی کارائی این مدل در فرآیند‌های انتقال و پراکندگی آلودگی در مخازن سری پرداخته شود. مدل تحلیلی مذکور با استفاده از تبدیل لاپلاس بر روی معادلات دیفرانسیل حل شد و با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی برداشت شده در دو مخزن سری سنگدانه‌ای، ارزیابی کاملی بر روی کارائی و مقادیر پارامتر‌های مدل انجام گردید. سدهای ایجاد شده در فلوم آزمایشگاهی با استفاده از سه دانه‌بندی مختلف با اقطار 1/1، 2/3 و 3/6 سانتی‌متر ایجاد شد سایر پارامتر‌های آزمایشگاهی شامل چهار دبی به میزان 7، 9، 11 و 13/5 لیتر بر ثانیه و سه غلظت اولیه تزریقی به میزان 100، 140 و 200 گرم بر لیتر بودند. مقدار متوسط سرعت عبوری، ضریب انتشار طولی و لگاریتم ضریب تبادل جرم مابین منطقه ذخیره‌ای و بدنه اصلی جریان در جریان عبوری از سد‌ها با توجه به مدل تحلیلی حاضر به ترتیب برابر با cm/s 4، cm2/s4/2، 5/10- بدست آمد. تطابق منحنی‌های غلظت-زمان حاصل از حل تحلیلی انجام شده با استفاده از پارامتر‌های جذر میانگین مربعات خطا و شاخص نش-ساتکلیف مورد ارزیابی قرار گرفت و مقادیر آن-ها به ترتیب برابر با 0/21 و 0/7 استخراج شد که حاکی از قابلیت مطلوب مدل توسعه پیدا کرده برای فرآیند‌های انتقال و پراکندگی دارد.

کلیدواژه‌ها


Bencala, K.E. and Walters, R.A. (1983). Simulation of solute transport in a mountain pool and riffle stream-a transient storage model. Water Resources Research, 19, 718–724.
Beven, K. J. and Binley, A. M. (1992). The future of distributed models: Model calibration and uncertainty prediction. Hydrological Processes, 6, 279–298.
Botter, G., Basu, N., Zanardo, B., Rao, S.P. and Rinaldo, A. (2010). Stochastic modelling of nutrient losses in streams: Interactions of climatic, hydrologic, and biogeochemical controls. Water Resources Research, 46, W08509.
Camacho, L. A. and Gonzalez-Pinzon, R. (2008). Calibration and prediction ability analysis of longitudinal solute transport models in mountain streams. Journal of Environmental Fluid Mechanics, 8(5), 597–604.
Chabokpour, J., Samadi, A., Merikhi. M. (2018). Application of method of temporal moments to the contaminant exit breakthrough curves from rockfill media. Iran J. Soil Water Res., 49(3), 629-640.
Chabokpour, J., Minaei, O. and Daneshfaraz. R. (2017). Study of the Longitudinal Dispersion Coefficient of Nonreactive Solute through the Rockfill Medium. J. of Hydraulic, 12(2), 1-12.
Chabokpour, J. (2019). Application of the model of hybrid cells in series in the pollution transport through the layered material. Pollution. 5(3), 473-486.
Cvetkovic, V., Carstens, C., Selroos, J.O. and Destouni, G. (2012). Water and solute transport along hydrological pathways, Water Resources Research, 48, W06537.
Farzadkhoo, M. and Hamidifar, H. (2017). Estimation of Longitudinal Dispersion Coefficient in Compound Channels with Two Rows of Rigid Vegetation (tree) over Floodplain. Journal of Hydraulic, 12(1), 85-91.
Fernald, A.G., Wigington, J.P.J. and Landers, D.H. (2001). Transient storage and hyporheic flow along the Willamette River, Oregon: field measurements and model estimates. Water Resources Research, 37, 1681–1694.
Gooseff, M.N., Hall, R.O.J. and Tank, J.L. (2007). Relating transient storage to channel complexity in streams of varying land use in Jackson Hole, Wyoming. Water Resources Research, 43, W01417.
Hamidifar, H. and Omid, M.H. (2016). Application of Digital Image Processing Technique for Prediction of Longitudinal Dispersion Coefficient in Compound Channels. Journal of water and soil conservation, 23(4), 281-293
Harvey, J.W. and Bencala, K.E. (1993). The effect of streambed topography on surface–subsurface water exchange in mountain catchments. Water Resources Research, 29, 89–98.
Harvey, J.W., Conklin, M.H. and Koelsch, R.S. (2003). Predicting changes in hydrologic retention in an evolving semi-arid alluvial stream. Advances in Water Resources, 26, 939–950.
Kasahara, T. and Wondzell, S.M. (2003). Geomorphic controls on hyporheic exchange flow in mountain streams. Water Resources Research, 39, 1005.
Laenen, A. and Bencala, K.E. (2001). Transient storage assessments of dye-tracer injections in rivers of the Willamette Basin. Journal of the American Water Resources Association, 37, 367–377.
Lautz, L.K., Siegel, D.I. and Bauer, R.L. (2006). Impact of debris dams on hyporheic interaction along a semi-arid stream. Hydrological Processes, 20, 183–196.
Lautz, L.K. and Siegel, D.I. (2007). The effect of transient storage on nitrate uptake lengths in streams: an inter-site comparison. Hydrological Processes, 21: 3533–3548.
McClain, M.E. (2003). Biogeochemical hot spots and hot moments at the interface of terrestrial and aquatic ecosystems. Ecosystems, 6(4), 301–312.
Nordin, C.F. and Troutman, B.M. (1980). Longitudinal dispersion in rivers: the persistence of skewness in observed data. Water resources research, 16(1), 123–8.
Ratto, M., Young, P.C., Romanowicz, R., Pappenberger, F. and SaltelliPagano, A. (2007). Uncertainty, sensitivity analysis and the role of data based mechanistic modeling in hydrology, Hydrology and Earth System Sciences, 11(4), 1249–1266.
Ruddy, B.C. and Britton, L.J. (1989). Travel time and Re aeration of Selected Streams in the North Platte and Yampa River basins, Colorado. U.S. Geological Survey Water Resources Investigations Report, 88–4205.
Runkel, R.L. (1998). One Dimensional Transport with Inflow and Storage (OTIS): A Solute Transport Model for Streams and Rivers. Water Resources Investigations Report, US Geologic Survey, 98–4018.
Seo, I.W. and T.S. Cheong. (2001). Moment based calculation of parameters for the storage zone model for river dispersion. Journal of hydraulic engineering, 127(6), 453–65.
Schmid, B. H. (2003). Temporal moments routing in streams and rivers with transient storage, Advances in Water Resources, 26, 1021–1027.
 Thackston, E.L. and Schnelle, K.B.J. (1970). Predicting effects of dead zones on stream mixing. Journal of the Sanitary Engineering Division, 96, 319–331.
Tong, Y. and Deng, Z. Q. (2015). Moment-Based Method for Identification of Pollution Source in Rivers, journal of environmental engineering, 141(10), 1-27.
Valett, H.M., Morrice, J.A., Dahm, C.N. and Campana, M.E. (1996). Parent lithology, surface–groundwater exchange, and nitrate retention in headwater streams. Limnology and Oceanography, 41, 333–345.
Wagener, T., Camacho, L.A. and Wheater, H.S. (2002). Dynamic identify ability analysis of the transient storage model for solute transport in rivers, Journal of Hydro informatics, 4(3), 199–211.
Winter, T.C., Harvey, J.W., Franke, O.L. and Alley, W.M. (1998). Ground Water and Surface Water: A Single Resource. U.S. Geological Survey, 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, 20, 267–287.
Young, P.C. and Wallis, S.G. (1993). Solute transport and dispersion in channels, in Channel Network Hydrology, edited by K. Beven and M. J. Kirby, pp. 129–173, John Wiley, Chichester, England.
Young, P.C. (1998). Data-based mechanistic modelling of environmental, ecological, economic and engineering systems, Environmental modeling and software, 13(2), 105–122.