بخشی از مقاله
خلاصه
درک خودپالایی و از بین رفتن آلودگی در رودخانهها جهت کنترل موثر آلودگی در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. اختلاط عرضی آلاینده در کانالهای باز مسلماً از اهمیت بیشتری نسبت به اختلاط طولی برخوردار است. تلاشهای بسیاری جهت برقراری رابطهای بین ضریب اختلاط عرضی و پارامترهای کانال و جریان مانند عرض، عمق، سرعت برشی، فاکتور اصطکاک و انحنای کانال انجام گرفته است. با هدف ساده-سازی پیشبینی ضریب اختلاط عرضی، در این تحقیق، رابطهای در برگیرنده پارامترهای موثر بر ضریب اختلاط عرضی با استفاده از آنالیز ابعادی ارائه شده است. به منظور بررسی میزان تاثیر هر یک از پارامترهای موثر از نرم افزار آماری Minitab، بهره گرفته شد. نتایج نشان داد پارامترهای موثر بر ضریب اختلاط عرضی، ضریب زبری و نسبت عرض به عمق میباشند. از آنالیز حساسیت صورت گرفته مشخص شد تاثیر نسبت عرض به عمق بر ضریب اختلاط عرضی بیشتر میباشد.
1. مقدمه
در سالهای اخیر حفاظت رودخانهها و پاکسازی آنها مورد توجه سازمانهای ملی و بین المللی مسئول کنترل کیفیت و حفاظت منابع آب قرار گرفته است. این موضوع در مناطقی که شهرها و صنایع بزرگ در نزدیکی رودخانهها قرار دارند و رودخانهها تامین کننده اصلی نیازهای آبی میباشند، به منظور حفظ سلامت عمومی، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است 1]، 2و .[3 بدین جهت توانایی تخمین و شبیه سازی جریان، انتقال آلودگی و رسوب در سیستمهای رودخانهای برای برنامهریزی منابع آب اهمیت زیادی دارد. این قابلیت موجب کاهش خطر خسارت به محیط زیست در آینده و افزایش تاثیر مهندسی محیط زیست بر مدیریت منابع آب میشود.[1]
روند رو به رشد آلودگی آبهای سطحی در سراسر جهان نیاز به استفاده از فرآیندهای اختلاط و رقیقسازی را الزامی نموده است. هم اکنون استفاده از فرآیند پخشیدگی و تقویت خودپالایی رودخانه یکی از مهمترین روشهای مدیریت زیست محیطی رودخانه محسوب میشود. سرازیر شدن انواع پسابهای کشاورزی و صنعتی به داخل آبراههها به منظور اکسید شدن و حذف مواد آلی، به یک عمل مرسوم تبدیل شده است. برای کنترل آلودگی در جریانهای روباز، رهاسازی آلایندهها باید به صورت منطقی و تنظیم شده انجام شود. این مطلب نیازمند اطلاع دقیق از توانایی حمل، پخش و پاکسازی آلودگی توسط جریان آب در طول مشخصی از مسیر خود است.[2]
با تزریق آلایندههای مختلف به درون رودخانه، انتقال آنها به پایین دست توسط فرآیند اختلاط با جریان و پراکنشهای طولی، عرضی و عمقی تحت تاثیر فرآیندهای انتقال و اختلاط منتشر میشوند. قابلیت و قدرت جریان رودخانهها و دیگر جریانهای سطحی در پراکنش مواد اضافه شده به آن در جهات طولی، عرضی و قائم توسط ضرایب پراکندگی Kx، Ky وKz بیان میشود. [3 ] در نقاط دورتر از محل تزریق آلاینده که اختلاط در کل مقطع عرضی کامل میشود، تنها پراکندگی طولی قابل توجه خواهد بود.[4] برآورد ضریب اختلاط عرضی1 جریان مهمترین قدم برای تخمین طول اختلاط کامل میباشد. طول اختلاط کامل2، مسافتی است که جریان در طول آن توانایی رقیقسازی و پخش کامل آلاینده را به صورت یکنواخت در سطح مقطع داراست.
این ضریب به واسطه تفاوت در پروفیلهای سرعت در سه راستای اصلی، دارای سه مقدار متفاوت در جهتهای مذکور است. با این وجود مهمترین راستا در ارتباط با این ضریب، راستای عرضی آن میباشد. چرا که در این راستا، پروفیل سرعت عرضی به صورت مشخص وجود نداشته و از آنجا که ماهیت این ضریب به پروفیل سرعت بستگی دارد، در نتیجه برای تعیین آن باید به دادههای آزمایشگاهی و صحرایی روی آورد. محاسبات مربوط به سرعت انتشار مواد و غلظت آنها در کانالهای باز معمولاً بر اساس معادلات ساده شده بقای جرم میباشند. راهحلهایی تجربی برای جریانهای یکنواخت در کانالهای مستقیم وجود دارد و جریانهای پیچیده هندسی میتواند توسط روشهای عددی مورد بحث قرار گیرد. اگرچه درستی این روشها بستگی به مقادیر صحیح ضرائب اختلاط توربولانس دارد برای گستردگیهای جانبی، بطور معمول ضریب اختلاط جانبی متناسب با حاصل ضرب سرعت تنشی در عمق متوسط فرض میگردد. [5 ]
عمده تحقیقات انجام شده در 40 سال گذشته راجع به دینامیک اختلاط - عمدتاً3 در رودخانهها - توسط فیشر و همکاران - - 1979، هولی و جیرکا - 1986 - ورادرفورد - - 1994 انجام گرفته است5 ]، 6 و .[7 فیشر و همکاران - - 1979 برای اولین بار مبحث تأثیر پدیده اختلاط بر پخش و کاهش غلظت پسابها در رودخانه را مطرح نمود. او پدیده اختلاط را شامل سه مرحله در نظرگرفت: در مرحله اول - حد فاصل نقاط A وB در شکل 1 مواد آلاینده از منبع آلاینده خارج شده و وارد جریان رودخانه می شود. در این مرحله مومنتوم اولیه و شناوری جریان دو عاملی هستند که باعث رقیقسازی پساب میگردد. مرحله دوم - حد فاصل نقاط B وC در شکل 1 در حالیکه پسابها در حال گسترش در عرض و رقیق شدن هستند مومنتوم اولیه و شناوری جریان به تدریج محو شده و در این مرحله آشفتگی و جریان های ثانویه ناشی از آن عامل فرایند پخش و اختلاط میگردند. مرحله سوم - نقطه C به بعد در شکل - 1 هنگامی است که پسابهای ورودی در عرض کانال به طور کامل اختلاط پیدا کرده، برشهای طولی جریان شروع به فعالیت مینماید. در پایان این مرحله غلظت در تمام سطح مقطع به یک مقدار ثابت رسیده و اختلاط به طور کامل انجام شده است.
