بخشی از مقاله
چکیده:
جزییات نتایج عددی مدل دو بعدی تهیه شده برای شبیه سازی جریان و اجزای کیفی آب در مخزن سد شهید مدنی ارائه می شود. غلظت نمک در آب رودخانه اصلی مخزن بسیار زیاد است از اینرو بررسی کیفیت آب در درون مخزن ضروری است. برای مدل سازی جریان آب و شوری در مخزن از معادلات انتگرال گیری شده در عمق هیدرودینامیک و پراکنش استفاده شده است. پیش بینی نحوه توزیع غلظت نمک در مخزن برای دو حالت مستمر و منقطع و روند رفع آلودگی آب در مخزن پس از ورود آب شیرین به مخزن از بررسیهای مهم این پژوهش هستند.
مقدمه
سد مخزنی ونیار یکی از پنج پروﮊه سد سازی طرح حوزه آبریز آجی چای می باشد. این سد از نوع سنگ ریزه ای با هسته نفوذ ناپذیر می باشد. محل سد در ۵/۹ کیلومتری شمال شرقی شهر تبریز, طول جغرافیایی “۶۳و ‘۲۲وْ۶۴ و عرض جغرافیایی “۶۵ و‘۶و ْ۸۳، بر روی رودخانه تلخه رود واقع شده است. مساحت حوزه آبریز رودخانه آجی چای، در محل سد ونیار، برابر ۲۷۵۷ کیلومترمربع می باشد. دبی متوسط سالانه رودخانه در محل سد حدود ۴۱ مترمکعب در ثانیه است
مدل تهیه شده در این پژوهش از نوع دو بعدی است و نتایج عددی جریان و اجزای کیفی آب مدل برای حالتهای مختلف مخزن به تفصیل بیان شده است. مدل مزبور برای مقادیر دبی و غلظت جز کیفی مورد نظر آب - شوری - رودخانه اصلی منتهی به مخزن - آجی چای - از روی جداول آماری ماهانه مورد استفاده قرار گرفته است. میانگین جریان رودخانه در محل سد ونیار حدود ۰۵۴ میلیون مترمکعب در سال می باشد.
از این مقدار حدود ۸۷ درصد مربوط به ماههای اسفند، فروردین، اردیبهشت و خرداد می باشد. غلظت املاح جریان در این ماهها با توجه به میزان جریان در سطح پایینی قرار دارد و لذا با ذخیره سازی اهم جریان رودخانه در ماههای پرآبی می توان شوری رودخانه را به طور مؤثری کنترل نمود. بنابراین مقدار دبی متوسط سالانه - ۸۱/۴۱ مترمکعب در ثانیه - و نیز حداکثر مقدار دبی ماهانه - ۶۱/۳۵ مترمکعب در ثانیه مربوط به اردیبهشت ماه - و غلظت نمک متناظر - ۵۱۴/۲۳۶۱ میلی گرم در لیتر - حداکثر دبی - قدس نیرو، ۴۷۳۱ - به عنوان مقادیر شاخص انتخاب گردیدند. از آن جا که مقادیر دبی سایر رودخانه های منتهی به مخزن در مقایسه با رودخانه اصلی مخزن - آجی چای - کوچک بودند از اینرو مقادیر متوسط مجاری ورودی مزبور انتخاب شدند.
اگرچه مدل عددی تهیه شده قابلیت مدل سازی جریانهای دایمی و غیردایمی را دارد ولی در این پژوهش به منظور دستیابی به منحنی جریان مواد آلوده کننده، تنها حالت دایمی جریان در مخزن مورد مطالعه قرار گرفته است. با این وجود ورود مواد آلوده کننده به مخزن میتواند به یکی از دو صورت دایمی - مستمر - و غیردایمی - منقطع - در نظر گرفته شود. برای حالت جریان غیردایمی نیز بدون در نظر گرفتن مقادیر دبی های ورودی مخزن، می توان مقداری دبی - به صورت ثابت یا متغیر - برای مجرای خروجی سد در نظر گرفت.
معادلات هیدرودینامیک
معادلات دیفرانسیل حاکم مورد استفاده در مدل عددی برای تعیین میدان تغییرات سطح آب و سرعت متوسط در عمق در صفحه افقی بر اساس انتگرال گیری معادلات سه بعدی ناویر-استوکس بر روی عمق ستون آب می باشند. در استخراج معادلات مزبور فرض بر این بوده است که شتابهای قایم در مقایسه با شتاب ثقل ناچیز هستند - فرض آبهای با عمق کم ویا فرض توزیع فشار هیدرواستاتیک در عمق آب - و نیز اینکه تنشهای رینولدز در صفحه قایم می توانند به وسیله تقریب بوسینسک نشان داده شوند
که در آن = U * سرعت اصطکاکی سیال است. برای محاسبه ضرایب شزی از معادله کلبروک-وایت استفاده گردید. در مورد مشخصات زبری بستر، داده عددی وجود نداشت از اینرو یک مقدار شاخصی برابر با۰۲ میلیمتر برای پارامتر زبری نیکورادزه فرض گردید. همچنین شتاب کوریولیس در مدل عددی با در نظر گرفتن مقدار “۶۵و ‘۶وْ۸۳ برای عرض جغرافیایی ناحیه ، وارد محاسبه شده است.
معادلات اجزای کیفی آب
در مورد معادلات اجزای کیفی آب، نخست شکل کلی معادله انتقال-پخش - معادله پراکنش - بر روی عمق ستون آب انتگرال گیری شده است و سپس معادلات متناظر مربوط به هر جز کیفی آب در مدل شامل شوری، B.O.D، نیتروﮊن آمونیاک، اکسیژن نامحلول و درجه حرارت تنظیم گردیده اند. معادله عمومی انتگرال گیری شده در عمق به صورت زیر می باشد
که در آن داریم: = φ غلظت نمک، Dxx , D xy , D yx , D yy = ضرایب عمق متوسط پخش و پراکنش طولی توربلانس در جهات xو y ، = φ o منبع یا چاه مواد آلوده کننده، = φ d نرخ رشد یا زوال اجزای کیفی آب، = φ k نرخ کلی انتقال سینتیک. همانگونه که پیش از این بیان گردید یکی از اهداف اصلی این پژوهش، محاسبه و پیش بینی توزیع مقدارغلظت نمک در مخزن سد است و این کار به وسیله حل معادله متناظر در این قسمت انجام می پذیرد که در آن مقادیر نرخ زوال و انتقال سینتیک صفر می باشند
