بررسی عددی عوامل مؤثر بر توزیع غلظت رسوب معلق نامتعادل در رودخانه‌های طبیعی (مطالعه موردی: رودخانه قره‌سو، کرمانشاه)

آب و خاک

مقاله 1، دوره 34، شماره 2 - شماره پیاپی 70، خرداد 1399، صفحه 241-253   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v34i2.76326

نویسندگان

رسول قبادیان^* ؛ حامد شکری

دانشگاه رازی کرمانشاه

چکیده

چگونگی تغییرات غلظت رسوب معلق در طول مسیر رودخانه و بررسی عوامل تأثیرگذار بر آن همواره مورد توجه مهندسین علم هیدرولیک و محیط زیست می­باشد. عدم وجود ایستگاه‌­های اندازه­گیری کافی و مشکلات نمونه­‌برداری رسوب معلق، تهیه مدل‌­هایی که به درستی رسوب معلق را در طول مسیر رودخانه روندیابی نمایند ضروری می­نماید. در طبیعت رسوب بصورت نامتعادل انتقال می‌یابد در حالی‌که خیلی مدل­های تجاری حالت ظرفیت حمل یا متعادل را در نظر می‌گیرند. از این رو در تحقیق حاضر مدلی عددی تهیه شده با حل عددی معادله تک­بعدی انتقال و پخش غیرماندگار روندیابی رسوب معلق در یک بازه رودخانه­ای را در شرایط عدم تعادل انجام می­دهد. پس از صحت­سنجی مدل، تأثیر ده روش عددی منفصل­سازی، پنج معادله انتقال رسوب، هشت رابطه ضریب پخشیدگی و هشت رابطه سرعت سقوط ذره بر تغییرات بار رسوب معلق در طول بازه مورد مطالعه بررسی شد. نتایج تحقیق نشان داد استفاده از رابطه تجربی وایف مقدار رسوب معلق بیشتری را نسبت به سایر روابط دیگر برآورد می­کند. در میان روابط سرعت سقوط ذره رابطه استوکس سرعت سقوط بیشتری را برآورد می­کند که باعث می­شود احتمال معلق شدن ذرات رسوب کمتر و در نتیجه غلظت آن نسبت به سایر روش­ها کمتر باشد. همچنین در بین روش­های منفصل­سازی روش وان لییر خطای کمتری را دارا است. از طرفی رابطه الدر کمترین و رابطه کاشفی پور– فالکونر بیشترین مقدار پخشیدگی را در هیدروگراف غلظت از خود بجا می­گذارند. علاوه بر این نتایج تحقیق حاضر نشان داد غلظت رسوب برآورد شده در حالت عدم تعادل حدود 7/11 درصد بیشتر از ظرفیت حمل بار معلق محاسبه شده توسط روابط تجربی می­باشد.

کلیدواژه‌ها

رسوب معلق؛ رودخانه قره سو؛ شبیه سازی عددی؛ عدم تعادل؛ کرمانشاه

مراجع

1- Appadu A.R. 2013. Numerical solution of the 1D advection-diffusion equation using standard and nonstandard finite difference schemes. Journal of Applied Mathematics. 2013(ID 734374):1-14

2- Baghbanpour S., and Kashefipour S.M. 2012. Numerical modeling of suspended sediment transport in rivers (case study: Karkheh River). Journal of Water and Soil Science (Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources) 16(61): 45-57. (In Persian with English abstract)

3- Habibi M. 1998. Proposed semi-experimental formula for calculating the discharge of suspended sediments of rivers. Journal of The College Engineering 31(1): 19-25. (In Persian with English abstract)

4- Kashefipour S.M., and Tavakoly Zadeh A.A. 2008. Hydrodynamic and water quality FASTER model and its application in river engineering. Iran Water Resources Research 3(3): 56-68. (In Persian with English abstract)

5- Lane E.W., and Kalinske A.A. 1941. Engineering Calculations of Suspended Sediment. Trans. Amer. Geophy. Union 20(3): 603-607.

6- Rajaee T., and Mirbagheri S.A. 2010. Suspended sediment model in rivers using artificial neural networks. Journal of Civil Engineering, 21(1):27-43. (In Persian with English abstract)

7- Sedaei N., Honarbakhsh A., Mousavi F., and Sadatinegad J. 2012. Suspended sediment formulae evaluation, using field evidence from Soolegan River. World Applied Sciences Journal 19(4): 486-496.

8- Sedaei N., and Solaimani K. 2012. Comparison of two estimation formulae with the measured values and implication of path analyzing method in Armand River. The Iranian Society of Irrigation and Water 10:53-64. (In Persian with English abstract)

9- Sedaei N., and Solaimani K. 2013. Classification of three formulae Chang- Simons- Richardson, Bagnold, Toffaleti in three rivers using AHP. Journal of Water and Soil Science 23(3): 235-247. (In Persian with English abstract)

10- Toffaletti F.B. 1968. A Procedure for Computation of the Total River Sand Discharge and Detailed Distribution, Bed to Surface. Committee on Channel Stabilization, U.S. Army Corps of Engineers Waterways Experiment Station Technical Report No 5.

11- Van Rijn L.C. 1984. Sediment transport, Part II: Suspended load transport. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 110(11): 1613-1641.

12- Versteeg H.K., and Malalasekera W. 2007. An Introduction to Computational Fluid Dynamics. the finite volume method, Second Edition.

13- Zhang S., Duan J., and Strelkoff T. 2013. Grain-scale nonequilibrium sedimenttransport model for unsteady flow. J. Hydraul. Eng., 139(1): 22–36.