مطالعه آزمایشگاهی تاثیر سرریزهای قوس رودخانه بر انتقال آلاینده در رودخانه های پیچان رودی با بستر رسوبی

سابقه و هدف: امروزه با توجه به افزایش ورود آلاینده ها به آب های سطحی و رودخانه ها، مطالعه فرآیند اختلاط آلاینده ها در رودخانه ها از اهمیت زیادی برخوردار است. اختلاط در آبراهه ها تحت تاثیر عوامل متعددی نظیر آشفتگی، غیر یکنواختی سرعت و حرکت مولکولی انجام می گیرد. جریان های ثانویه، یکی از عوامل موثر بر ضرایب اختلاط است که افزایش پارامتر مذکور می تواند منجر به بهبود در فرآیند اختلاط گردد. از ضرایب مهم اختلاط می توان به ضریب پراکندگی طولی اشاره کرد که از روش های نظری و تجربی قابل برآورد می باشد. یکی از راه کارهای بهبود توان خودپالایی رودخانه ها، افزایش مقدار آشفتگی در رودخانه می باشد. کارگذاری سازه هایی مانند سازه های حفاظت دیواره رودخانه از جمله انواع آبشکن ها، سرریزهای مستغرق و صفحات مستغرق بدلیل الگوی جریانی که در اطراف و بین خود ایجاد می-کنند می توانند موجب افزایش آشفتگی و جریان های ثانویه و در نتیجه کمک به بهبود اختلاط آلاینده ها شود. هدف از تحقیق حاضر بررسی تاثیر کارگذاری سرریزهای قوس رودخانه بر فرآیند اختلاط و ضریب پراکندگی طولی، در مسیر پیچان رودی به روش آزمایشگاهی می باشد. برای این منظور آزمایش های ردیابی در پیچان رود آزمایشگاهی با بستر رسوبی و در شرایط با و بدون سرریزهای قوس رودخانه انجام گرفت. مواد وروش ها: آزمایش های تحقیق حاضر در آزمایشگاه هیدرولیک و مدل های فیزیکی گروه مهندسی آب دانشگاه گیلان، در فلومی مستطیلی به طول ۱۶ متر و عرض ۵/۱ انجام گرفت. به منظور ایجاد مسیر پیچان رودی به کمک ورق های فلزی مسیر پیچان رودی متشکل از ۸ قوس با شعاع ۵/۰ متر ایجاد شد و سپس کف پیچان رود به کمک ماسه معدنی به قطر ۵/۲ میلی متر پوشانده شد. برای انجام آزمایش های ردیابی از محلول آب و نمک بعنوان ماده ردیاب استفاده شد. در هر آزمایش غلظت جریان در دو نقطه ابتدا و انتهای بازه های مورد آزمایش به کمک دو دستگاه Ecمتر اندازه گیری و سپس تغییرات منحنی غلظت شوری در دونقطه ابتدای مسیر پیچان رودی و انتهای هر یک از قوس ها، اندازه گیری شد. در ادامه با به کارگیری نمودارهای تغییرات زمانی غلظت، چگونگی توزیع، انتقال و تغییرات ردیاب در بازه ها و دبی های مختلف بررسی و سپس ضریب پراکندگی طولی به کمک روش روندیابی برآورد شده و مقایسه بین اثر پارامترهای هیدرولیکی و کارگذاری سرریز بر آن ها انجام شد. یافته ها: نتایج آزمایش ها نشان داد که با افزایش دبی واحد عرض از m۳/m.s ۰۱۴/۰ به ۰۲۲/۰ پارامتر Cr (بیانگر اختلاف بیشینه غلظت ورودی و خروجی به بازه مورد آزمایش) در غالب آزمایش ها با کاهش مقدار تا ۹۷ درصد، پارامتر Tpr (بیانگر اختلاف زمان نسبی رسیدن به بیشینه غلظت در دو نقطه اندازه گیری) در اغلب آزمایش ها با کاهش مقدار تا ۹۰ درصد، پارامتر Tdr (بیانگر اختلاف زمان نسبی خروج ابر ردیاب از بازه مورد مطالعه) در غالب آزمایش ها با کاهش مقدار تا ۶۰ درصد، پارامتر U (نشان دهنده سرعت انتقال ردیاب) در تمامی آزمایش ها با افزایش مقدار تا ۸۵ درصد و پارامتر DL (بیانگر ضریب پراکندگی طولی) در غالب آزمایش ها با افزایش مقدار تا ۹۸ درصد مواجه شده اند. تجزیه و تحلیل نتایج حاکی از آن است که افزایش مسیر پیمایش غلظت تزریق شده، منجر به بهبود شاخص های مرتبط با کاهش غلظت شوری به عنوان نماد آلایندگی می شود. به طوری که پارامترهای Cr و DL به ترتیب با ۶۶ و ۹۶ درصد افزایش مقدار بیشترین تغییرات را داشتند. مقایسه نتایج نشان داد که با کارگذاری سرریز قوس رودخانه در دو طرف مسیر با نسبت ۵/۲ برابری فاصله به طول سرریزها پارامترهای Cr و DL به ترتیب ۹۴ درصد افزایش و ۹۵ درصد کاهش یافتند. پارامترهای مذکور با کارگذاری سرریز در قوس داخلی با نسبت ۵/۲ برابری فاصله به طول سرریزها به ترتیب با افزایش مقدار تا ۹۴ درصد و کاهش مقدار تا ۹۷ درصد، با کارگذاری سازه در دو طرف مسیر پیچان رودی با نسبت ۵ برابری فاصله یه طول سرریزها با کاهش مقدار و با کاهش فاصله کارگذاری سرریزها به ۷/۱ برابری نسبت فاصله به طول سرریزها با افزایش مقدار تا ۹۴ درصد حاصل گردیدند. مقایسه پارامترهای سنجش زمانی توزیع و انتقال ردیاب شامل Tpr و Tdr حاصله از آزمایش های بدون سازه و با کارگذاری سرریزهای قوس رودخانه با آرایش های مختلف نشان داد که با نصب سازه ها پارامترهای مذکور با افزایش مقدار مواجه شدند. به طوری که پارامتر Tpr بدنبال کارگذاری سرریزهای قوس رودخانه در دو طرف مسیر پیچان رودی با نسبت ۵/۲ برابری فاصله به طول سرریزها با ۶۶ درصد افزایش مقدار، با کارگذاری سرریزهای قوس رودخانه تنها در قوس داخلی با نسبت ۵/۲ برابری فاصله به طول سرریزها تا ۶۱ درصد افزایش مقدار، با کارگذاری سرریزهای قوس رودخانه در دو طرف مسیر با نسبت فاصله به طول سرریزها برابر با ۵، تا ۴۹ درصد و با کارگذاری سرریزها در دو طرف مسیر پیچان رودی با نسبت ۷/۱ برابری فاصله به طول سرریزها تا ۴۸ درصد افزایش مقدار نسبت به حالت بدون سرریز داشت. همچنین پارامتر Tdr نیز در اغلب موارد پس از کارگذاری سرریزهای قوس رودخانه با آرایش های مختلف با افزایش مقدار تا ۸۴ درصد مواجه شده است. تجزیه و تحلیل نتایج حاکی از آن است که کارگذاری سرریزهای قوس رودخانه با آرایش های مختلف و افزایش موانع منجر به کاهش سرعت انتقال ردیاب (پارامتر U) شده است.نتیجه گیری: تجزیه و تحلیل نتایج نشان داد که در آزمایش های انجام گرفته بر روی بستر رسوبی، با افزایش متوسط سرعت و تلاطم جریان، پارامتر Cr با کاهش مقدار و پارامتر DL با افزایش مقدار مواجه شده است. همچنین افزایش مسافت نسبی و تعداد قوس های آبراهه منجر به افزایش پارامتر Cr و DL گردیده است. نتایج حاکی از آن است که به طور کلی با کارگذاری سرریزهای قوس رودخانه با آرایش های مختلف در اغلب موارد پارامتر Cr با افزایش مقدار و پارامتر DL با کاهش مقدار مواجه شده است. از این میان کارگذاری سرریزها در دو طرف مسیر با نسبت ۷/۱ برابری فاصله به طول سرریزها بدلیل افزایش همزمان دو پارامتر Cr و DL عملکرد بهتری داشت.

Keywords:

آزمایش های ردیابی , پراکندگی طولی , غلظت آلاینده , بستر رسوبی , پیچان رود