بررسی آزمایشگاهی تاثیر رسوب معلق بر جابجایی آلودگی و مقایسه با روش گشتاورگیری زمانی و نرم‌افزار otis-p

ارزیابی کیفیت محیط زیست و ایمنی بهداشت اغلب نیاز به پیش بینی انتقال املاح به ویژه آلاینده ها در رودخانه ها و آبراهه های طبیعی دارد. فرایند انتقال و پراکنش رسوب معلق در جریان های مجاری باز و نحوه تبادل آن ها در داخل محیط متخلخل سنگدانه ای (بستر رودخانه) از بسیاری جهات شبیه به آلودگی عمل می کند. در این پژوهش، مدل نگهداشت موقت (tsm) در شرایط جریان همراه با رسوب معلق (غلیظ) توسط مدل عددی otis-p و همچنین بهینه سازی معادلات گشتاورگیری زمانی (tm) با الگوریتم ژنتیک (ga) حل و منحنی های رخنه (btc) شبیه سازی شدند. به منظور ایجاد بستر رسوبی از مصالح شنی با قطر میانه (d50) 11.85 میلی متر و تخلخل (n) 0.28 استفاده شد. آزمایش های ماده ردیاب (nacl) در یک کانال آزمایشگاهی با طول 12 متر، عرض 0.5 متر و ارتفاع دیواره 0.7 متر در سه دبی جریان 10 ،12.5 و 15 لیتر بر ثانیه انجام شدند. به منظور ایجاد شرایط جریان غلیظ، رسوب معلق با غلظت های اولیه 187500 (sc1) و 375000 (sc2) بخش در میلیون (ppm) تهیه و به صورت آنی در بالادست بستر رسوبی تزریق شدند. نتایج آزمایشگاهی نشان دادند که وجود رسوب معلق در جریان (شرایط جریان غلیظ) سبب افزایش مدت زمان متوسط ماند آلودگی در ناحیه اصلی جریان (mrt) می شود. نتایج حل عددی نشان داد که ضریب تبادل ناحیه نگهداشت (α) در شرایط جریان غلیظ 1 تا 3.2 برابر ضریب تبادل ناحیه نگهداشت (α) نسبت به شرایط جریان زلال بود. نتایج حل عددی نشان داد که ضریب پراکنش طولی (dx) در شرایط جریان غلیظ 2 تا 7 برابر ضریب پراکنش طولی (dx) نسبت به شرایط جریان زلال بود. منحنی های رخنه شبیه سازی شده توسط مدل عددی otis-p و روش گشتاورگیری زمانی (tm) تطابق بالایی با منحنی های رخنه آزمایشگاهی  با شاخص نش ساتکلیف (nash-sutcliffe) بین 0.89 تا 0.97 و 0.89 تا 0.95 داشتند. در آبراهه های طبیعی دارای غلظت بالای رسوب معلق، تبادلات هایپریک در جابجایی آلاینده ها نقش زیادی را بر عهده دارند. بنابراین پیشنهاد می شود از مدل نگهداشت موقت (tsm) به جای استفاده از روش حل تحلیلی معادله انتقال-پراکنش (ade) استفاده شود.

experimental investigation of the suspended sediment effect on the contamination transport and comparison with the temporal moment analysis and otis-p software

environmental quality and health safety assessment often require prediction of solute transport in rivers. the process of moving suspended sediment in rivers acts like contamination. in this study, the transient storage model (tsm) was used to simulate the contamination transport in dense flow conditions (with suspended sediments). otis-p numerical model and temporal moment analysis (tm) were used to solve the transient storage model (tsm) and the breakthrough curves (btcs) were simulated. grain material with an average diameter (d50) of 11.85 mm and the porosity (n) of 0.28 were used to create a sedimentary bed. experiments of tracer material (nacl) were performed in a flume with a length of 12 m, a width of 0.5 m and a height of 0.7 m applying three different flow discharges (10, 12.5 and 15 l/s). in order to create dense flow conditions, suspended sediments with initial concentrations of 187500 ppm (sc1) and 375000 ppm (sc2) were injected. experimental results showed that the existence of suspended sediment in the stream (dense flow conditions) increased the medium residence time (mrt) of contamination in the main stream. the results of numerical solution showed that storage zone exchange coefficient (α) in dense flow conditions was 1 to 3.2 times the storage zone exchange coefficient (α) compared to clear flow conditions. the results of numerical solution showed that the longitudinal dispersion coefficient (dx) in dense flow conditions was 2 to 7 times the longitudinal dispersion coefficient (dx) compared to clear flow conditions. the btcs simulated by the otis-p numerical model and the temporal moment analysis (tm) were highly agreement with the laboratory btcs with the nash-sutcliffe index between 0.89 to 0.97 and 0.89 to 0.95.in natural rivers with high concentrations of suspended sediment, hyporheic exchanges have an important role in the transport of contamination. therefore, the use the transient storage model (tsm) is recommended instead of the analytical solution of the advection-dispersion equation (ade).