بررسی آزمایشگاهی و عددی تاثیر نواحی فرم بستر خیزاب‌چالاب بر جابجایی آلودگی در رودخانه‌های با بستر شنی

در تحقیق حاضر کارایی معادله انتقال پراکنش در شبیه سازی جابجایی آلودگی در رودخانه های شنی با فرم بستر خیزاب چالاب بررسی شد. آزمایش های ماده ردیاب (nacl) در یک کانال آزمایشگاهی با طول 12 متر، عرض 0.5 متر و ارتفاع 0.7متر و با شیب طولی 0.006 در سه دبی جریان 7.5، 10 و 12.5 لیتر بر ثانیه انجام شدند. چهار فرم بستر خیزابچالاب با ارتفاع و طول موج متفاوت برای شبیه سازی تبادلات هایپریک در نظر گرفته شد. نتایج آزمایشگاهی توسط مدل عددی otis نیز شبیه سازی شدند. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که در جریان بدون فرم بستر، افزایش دبی جریان موجب افزایش ضریب پراکنش طولی می شود، در حالیکه در جریان با فرم بستر به دلیل تبادلات هایپریک، عکس این روند مشاهده شد.  افزایش ارتفاع فرم بستر باعث افزایش عدد رینولدز جریان در ناحیه هایپریک می شود. افزایش عدد رینولدز نیز سبب افزایش تبادلات هایپریک و در نتیجه افزایش ضریب پراکنش طولی می شود. افزایش هم زمان دبی جریان و ارتفاع فرم بستر موجب افزایش بیش از حد دبی تبادلی می شود. بنابراین مدت زمان ماند آلودگی در ناحیه بستر رسوبی کاهش پیدا کرده و در نتیجه آلودگی با ذخیره موقت کم تر در ناحیه نگهداشت به ناحیه اصلی جریان بازمی گردد. لذا افزایش ضریب پراکنش طولی با افزایش ارتفاع فرم بستر در محدوده دبی های جریان زیاد قابل توجه نمی باشد. افزایش طول موج فرم بستر نیز موجب افزایش زمان ماند آلودگی در ناحیه هایپریک شده که این امر باعث افزایش ضریب پراکنش طولی می گردد. افزایش دبی جریان موجب کاهش نقش تبادلات هایپریک شده بنابراین حجم اصلی آلودگی در ناحیه اصلی جریان منتقل می شود. لذا تاثیر افزایش طول موج بر ضریب پراکنش طولی با افزایش دبی جریان کاهش پیدا می کند. مقایسه نتایج آزمایشگاهی با حل عددی مدل otis نشان از دقت بالای این مدل در پیش بینی نحوه جابجایی آلودگی دارد.

Laboratory and Numerical Investigation of the Effect of RifflePool BedForm Areas on Pollution Transmission in GravelBed Rivers

In the present study, the efficiency of the advectiondispersion equation in simulation of the pollution transport through the GravelBed Rivers with RifflePool bedform was investigated. Experiments of tracer material (NaCl) were performed in a flume with a length of 11 m, width of 0.5 m and height of 0.7 m and with a longitudinal slope of 0.006 in three flow discharges (7.5, 10 and 12.5 lit/s). Four bedforms of RifflePool with different heights and wavelengths were considered to simulate hyporheic exchanges. The laboratory results were also simulated by the OTIS numerical model. The laboratory results showed that in bedlessform flow, increasing the flow rate increases the longitudinal dispersion coefficient. The opposite of this trend was observed at the presence of bedform due to hyporheic exchanges. Increasing the height of the bedform increases the Reynolds number in the hyporheic zone and consequently hyporheic exchanges increase and the longitudinal dispersion coefficient increases. Simultaneous increase of flow rate and the bedform height causes excessive increase of hyporheic exchanges. Therefore, the residence time of the pollution in the sedimentary bed area is reduced and as a result, the pollution returns to the main flow area with less temporary storage in the storage zones. Therefore, increasing the longitudinal dispersion coefficient with increasing the bedform height in the range of high flow rates is not significant. Increasing the wavelength of the bedform also increases the residence time of contamination in the hyporheic zone, which increases the longitudinal dispersion coefficient. Increasing the flow rate reduces the role of hyporheic exchanges so that the main volume of pollution is transferred to the main flow area. Therefore, the effect of increasing the wavelength of the bedform on the longitudinal dispersion coefficient decreases with increasing the flow rate. The comparison of laboratory results with numerical solution of OTIS model shows the high accuracy of this model in predicting the transmission of contamination.