برآورد ضرایب انتشار طولی رسوبات معلق درون محیط های متخلخل درشت دانه

چکیده: سابقه و هدف: به دلیل اینکه رواناب خروجی از حوضه های آبریز همواره شامل مقدار زیادی از رسوبات ریزدانه و معلق می باشد کارایی سدهای سنگریزه ای که از مصالح سنگی درشت دانه ساخته می شوند برای تنظیم سیلاب های عبوری به مرور زمان و به دلیل ترسیب ذرات رسوبی در منافذ درشت دانه بدنه سد کاهش می یابد. به دلیل اینکه بخشی از سازه های ساخته شده با استفاده از مصالح سنگی درشت دانه جریان های حاوی رسوبات معلق را از خود عبور می دهند لذا فرایند ردیابی این نوع جریان ها از درون محیط های متخلخل مورد توجه قرار گرفته است. بررسی فرایند انتقال و انتشار رسوبات معلق از درون محیط های درشت دانه معمولا با استفاده منحنی های رخنه انجام می گردد. این فرایند بیشتر برای آلودگی ها و در رودخانه ها، مجاری فاضلاب رو و محیط های متخلخل ریزدانه متداول بوده و محققان قبلی از تکنیک های زیادی از جمله حل تحلیلی، تکنیک تخمین پارامتر و روش های عددی برای مسائل فوق الذکر استفاده نموده اند ولی هنوز در رابطه با رسوبات معلق تحقیقات متقنی انجام نشده است. منحنی های رخنه خروجی از محیط متخلخل در بسیاری از مواقع متقارن نبوده و دارای چولگی می باشد لذا تعدادی از محققان پس از برداشت داده های صحرائی پی به این مساله برده و مدل جدید تری را تحت عنوان مدل ذخیره موقت ارائه نمودند. بعضی از محققان با در نظر گرفتن مساله عدم تقارن در منحنی های رخنه خروجی اقدام به ترکیب رابطه مرتبه اول تبادل جرم با معادلات انتقال و انتشار نموده و با اعمال شرایط اولیه و مرزی متنوع حل های تحلیلی خاصی را استخراج نموده اند. نکته مهم در این خصوص این است که در شرایط مشابهی از شرایط اولیه و مرزی می بایستی اقدام به استفاده از حل های تحلیلی نمود. به همین دلیل در بسیاری از موارد محققان اقدام به استفاده از روش های گشتاور های زمانی و مکانی بر اساس داده های آزمایشگاهی برداشت شده می نمایند. با تاکید بر موارد اشاره شده و نیز با توجه به اینکه تاکنون تحقیقات آزمایشگاهی منسجم و کاملی در زمینه مطالعه رفتار رسوبات معلق درون محیط های متخلخل درشت دانه انجام نشده است در این پزوهش در این زمینه تمرکز گردید. مواد و روش ها: در این پژوهش با ساخت نمونه آزمایشگاهی از محیط متخلخل درشت دانه و استفاده از رسوبات ریز دانه در محدوده بار معلق سعی شد تا یک سری داده آزمایشگاهی به منظور ردیابی فرایند انتقال و انتشار طولی رسوبات معلق برداشت شود. در این پژوهش با انتخاب دو قطر سنگدانه، چهار دبی درون گذر، و با اعمال گرادیان های متفاوت بر روی محیط، منحنی های رخنه رسوبات معلق خروجی از بدنه سازه های سنگریزه ای استخراج گردید. روش استخراج منحنی های رخنه به صورت برداشت نمونه آب از انتهای محیط بوده و پس از رد نمودن از کاغذ صافی و خشک کردن رسوبات، منحنی های غلظت زمان استخراج گردید. همچنین با استفاده از تکنیک تخمین پارامتر برای معادله کلاسیک انتقال-انتشار و نیز روش گشتاورگیری زمانی ضریب انتشار طولی رسوبات معلق استخراج شد. یافته ها: نتایج بدست آمده نشان داد که به دلیل ویژگی های ذاتی منحنی رخنه خروجی از درون بدنه سنگدانه ای، روش گشتاورگیری زمانی دارای دقت بهتری نسبت به معادله کلاسیک انتقال-انتشار بوده و همچنین با استفاده از روش پارامتر های ابعادی یک رابطه برای تخمین ضریب انتشار طولی بدست آمد که متوسط خطای نسبی آن برای تخمین ضریب انتشار 30 درصد می باشد و این مقدار در تحقیقات رسوبی قابل اطمینان می باشد. نتایج مربوط به آنالیز منحنی های رخنه خروجی از محیط متخلخل نیز نشان داد که منحنی های رخنه خروجی از محیط دارای دو بال صعودی و نزولی نامتقارن بوده که این به دلیل ذخیره موقت رسوبات درون محیط متخلخل درشت دانه می باشد.

Keywords:

مصالح سنگریزه ای , رسوبات معلق , ضریب انتشار طولی , معادله کلاسیک انتقال-انتشار , گشتاور های زمانی