برآورد ضرایب انتشار طولی رسوبات معلق درون محیط‌های متخلخل درشت‌دانه

Abstract

چکیده:<br /> سابقه و هدف: به دلیل اینکه رواناب خروجی از حوضه‌های آبریز همواره شامل مقدار زیادی از رسوبات ریزدانه و معلق می‌باشد کارایی سدهای سنگریزه‌ای که از مصالح سنگی درشت‌دانه ساخته می‌شوند برای تنظیم سیلاب‌های عبوری به مرور زمان و به دلیل ترسیب ذرات رسوبی در منافذ درشت‌دانه بدنه سد کاهش می یابد. به دلیل اینکه بخشی از سازه‌های ساخته شده با استفاده از مصالح سنگی درشت‌دانه جریان‌های حاوی رسوبات معلق را از خود عبور می‌دهند لذا فرایند ردیابی این نوع جریان‌ها از درون محیط‌های متخلخل مورد توجه قرار گرفته است. بررسی فرایند انتقال و انتشار رسوبات معلق از درون محیط‌های درشت‌دانه معمولاً با استفاده منحنی‌های رخنه انجام می‌گردد. این فرایند بیشتر برای آلودگی‌ها و در رودخانه‌ها، مجاری فاضلاب‌رو و محیط‌های متخلخل ریزدانه متداول بوده و محققان قبلی از تکنیک‌های زیادی از جمله حل تحلیلی، تکنیک تخمین پارامتر و روش‌های عددی برای مسائل فوق الذکر استفاده نموده‌اند ولی هنوز در رابطه با رسوبات معلق تحقیقات متقنی انجام نشده است. منحنی‌های رخنه خروجی از محیط متخلخل در بسیاری از مواقع متقارن نبوده و دارای چولگی می‌باشد لذا تعدادی از محققان پس از برداشت داده‌های صحرائی پی به این مساله برده و مدل جدید‌تری را تحت عنوان مدل ذخیره موقت ارائه نمودند. بعضی از محققان با در نظر گرفتن مساله عدم تقارن در منحنی‌های رخنه خروجی اقدام به ترکیب رابطه مرتبه اول تبادل جرم با معادلات انتقال و انتشار نموده و با اعمال شرایط اولیه و مرزی متنوع حل‌های تحلیلی خاصی را استخراج نموده‌اند. نکته مهم در این خصوص این است که در شرایط مشابهی از شرایط اولیه و مرزی می‌بایستی اقدام به استفاده از حل‌های تحلیلی نمود. به همین دلیل در بسیاری از موارد محققان اقدام به استفاده از روش‌های گشتاور‌های زمانی و مکانی بر اساس داده‌های آزمایشگاهی برداشت شده می‌نمایند. 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 محیط‌های متخلخل درشت دانه انجام نشده است در این پزوهش در این زمینه تمرکز گردید. <br /> مواد و روش‌ها: در این پژوهش با ساخت نمونه‌ آزمایشگاهی از محیط‌ متخلخل درشت‌دانه و استفاده از رسوبات ریز‌دانه 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 درون‌گذر، و با اعمال گرادیان‌های متفاوت بر روی محیط، منحنی‌های رخنه رسوبات معلق خروجی از بدنه سازه‌های سنگریزه‌ای استخراج گردید. روش استخراج منحنی‌های رخنه به صورت برداشت نمونه آب از انتهای محیط بوده و پس از رد نمودن از کاغذ صافی و خشک کردن رسوبات، منحنی‌های 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. <br /> یافته‌ها: نتایج بدست آمده نشان داد که به دلیل ویژگی‌های ذاتی منحنی رخنه خروجی از درون بدنه سنگدانه‌ای، روش گشتاورگیری زمانی دارای دقت بهتری نسبت به معادله کلاسیک انتقال-انتشار بوده و همچنین با استفاده از روش پارامتر‌های ابعادی یک رابطه برای تخمین ضریب انتشار طولی بدست آمد که متوسط خطای نسبی آن برای تخمین ضریب انتشار 30 درصد می‌باشد و این مقدار در تحقیقات رسوبی قابل اطمینان می‌باشد. نتایج مربوط به آنالیز منحنی‌های رخنه خروجی از محیط متخلخل نیز نشان داد که منحنی‌های رخنه خروجی از محیط دارای دو بال صعودی و نزولی نامتقارن بوده که این به دلیل ذخیره موقت رسوبات درون محیط متخلخل درشت‌دانه می‌باشد.