مدل‌سازی عددی لایه‌بندی حرارتی در مخزن سد با استفاده از مدل ce-qual-w2 (مطالعه موردی: سد یامچی)

مقدمه: یکی از مسائل تاثیر‌گذار بر کیفیت منابع آبی مانند مخازن سد‌ها و دیگر پیکره‌های آبی لایه‌بندی حرارتی می‌باشد. به‌منظور بررسی پدیده لایه‌بندی در مخازن سد‌ها بایستی به آنالیز دینامیک اختلاط و جریان‌های داخلی در مخزن پرداخت. باتوجه به تاثیر پدیده‌های مختلف در ایجاد لایه‌بندی، بررسی این پدیده در مخازن سد‌ها از طریق مدل‌های دینامیکی امکان‌پذیر است. بنابراین از مدل‌های عددی در کنار اندازه‌گیری‌های میدانی استفاده می‌شود. روش : از آب مخزن سد یامچی برای تامین آب شرب محدوده استفاده می‌شود، بنابراین مطالعات کیفیت آب این مخزن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در نتیجه در این پژوهش برای شناخت شرایط لایه‌بندی آب مخزن سد یامچی، شبیه‌سازی دمای آب با استفاده از مدل ce-qual-w2 در یک دوره 1 ساله از اردیبهشت‌ماه سال 1394 تا فروردین‌ماه سال 1395 انجام شده است. همچنین نتایج بدست‌ آمده توسط مدل با مقادیر دمای اندازه‌گیری شده در نقاط مختلف مخزن مقایسه شدند و با استفاده از این نتایج پدیده‌ لایه‌بندی حرارتی در مخزن شبیه‌سازی و مطالعه شده است. یافته ها: در پژوهش حاضر مقادیر دمای اندازه‌گیری شده و نتایج شبیه‌سازی شده توسط مدل از تطابق مناسبی برخوردار بودند. نتایج نشان دهنده‌ی یک دوره لایه‌بندی حرارتی تابستانه در مخزن سد است که حدود چهار ماه از سال به طول می‌انجامد. این پدیده از خردادماه آغاز و در تیر شدت گرفته و در مردادماه به اوج خود می‌رسد، در نهایت تا اواسط شهریور ادامه دارد. از اواسط شهریور با کاهش دما لایه‌بندی حرارتی تضعیف شده و در فصل‌های پاییز و زمستان شاهد اختلاط در مخزن هستیم. این اختلاط تا اواخر اردیبهشت‌ماه ادامه دارد. نتیجه گیری: از لحاظ لایه‌بندی، مخزن سد یامچی در دسته مخازن مونومیکتیک گرم قرار دارد. در این مخازن با شروع فصل بهار و جذب انرژی، شکل‌گیری لایه‌بندی حرارتی آغاز می‌گردد. به شکلی که در اواسط فصل تابستان شاهد لایه‌بندی شدیدی خواهیم بود و این لایه‌بندی تا پایان تابستان ادامه خواهد داشت. به تدریج با شروع فصل پاییز و کاهش دما‌ی محیط لایه‌بندی تضعیف می‌شود، به‌گونه‌ای که مخزن سد بخش عمده‌ای از زمستان و اوایل بهار را در شرایط اختلاط کامل به سر می‌برد. این لایه‌بندی به صورت یک چرخه سالانه مجدداً از اواسط و یا انتهای بهار شروع به شکل‌گیری می‌کند.

numerical modelling of thermal stratification in dam reservoir using ce-qual-w2 model (case study: yamchi dam)

introduction: one of the effective issues on water resources quality like dam reservoirs and other water bodies is thermal stratification. for studying the stratification in reservoirs, turbulence dynamic and internal flows must be analyzed in reservoir. because of many phenomena that effect on stratification, studying this phenomenon is possible just with use of dynamic models. in this way using numerical models beside yield measurements are unavoidable. methods: due to the water usage of yamchi dam as a drinking water and irrigation, studying the water quality has more importance, so in this research for studying the status of thermal stratification of yamchi dam, modeling of temperature with ce-qual-w2 software in one year period from (may, 2015) until (april, 2016) was done. the value of observed temperature from various points of the reservoir were compared with modeled data and with the results of modeled data, variation trend of the stratification phenomena in yamchi dam was studied. findings: in this research, the value of the observed temperature was in good agreement with modeled data. the results showed that the stratification phenomena happen in reservoir and lasts about 4 months in the year. this phenomenon begins at the late may and improves in july and reaches its peak in august. at last, it would end in early september. from the september due to decrease of the temperature, stratification in the reservoir is declined and turbulence is also seen in autumn and winter. this turbulence continues until late may.