بررسی آزمایشگاهی و عددی تبادلات هایپریک در حضور فرم بستر خیزاب و چالاب

Abstract

ناحیۀ هایپریک به ناحیۀ اشباع بلافاصله زیر بستر رودخانه گفته می‏شود که کارکرد بسیار مهمی در اکولوژی جانداران دارد. در این ناحیه، قسمتی از جریان آب سطحی اکسیژن و مواد مغذی را به جانداران می‌رساند و پس از طی زمان معینی دوباره به آب سطحی باز می‏گردد. تبادلات هایپریک بین جریان سطحی و جریان در محیط متخلخل رودخانه می‏تواند بر اثر وجود شکل‏های مختلف بستر رودخانه ایجاد شود. خیزاب‏ها و چالاب‏ها ویژگی‏های توپوگرافیکی هستند که در رودخانه‏های مستقیم، مارپیچی و شاخه‏ای یافت می‏شوند. تغییرات فشار روی سطح این فرم بستر به ایجاد تبادل‌های هایپریک منجر می‏شود. تخمین دقیق میزان این تبادلات و زمان ماند جریان می‏تواند در پروژه‏های احیای رودخانه‏ها بسیار مفید باشد. بنابراین، در تحقیق حاضر ضمن بررسی آزمایشگاهی تأثیر فرم بستر خیزاب- چالاب بر تبادلات هایپریک، با به‌کارگیری روش شبیه‏سازی گردابه‏های بزرگ، تغییرات فشار روی بستر شبیه‏سازی عددی شده و سپس مدل آب زیرزمینی و روش ردیابی ذرات برای شبیه‏سازی جریان در ناحیۀ هایپریک به‌کار گرفته شد. نتایج نشان ‏داد حل‌کنندۀ اینترفوم با مدل شبیه‏سازی به روش گردابه‏های بزرگ به‌خوبی قادر است شرایط آزمایشگاهی را مدل‏سازی کند. به‌طوری که پروفیل سطح آب را برای کل آزمایش‏های تحقیق حاضر، با درصد خطای متوسط (MPE) 8/1 درصد برآورد می‏کند که با توجه به میزان اندک خطا در تخمین پروفیل سطح آب، می‏تواند تخمین دقیقی از فشار روی سطح فرم بستر و به دنبال آن میزان تبادلات هایپریک ارائه کند. بررسی مشخصات ناحیۀ هایپریک نشان می‏دهد با افزایش عدد رینولدز، تبادلات هایپریک افزایش یافته و زمان‏ ماندگاری کاهش می‏یابد. همچنین، نتایج تحقیق حاضر نشان داد‏ نمودارهای زمان ماند از توزیع مقادیر حدی تبعیت می‏کنند. در تحقیق حاضر، به طور متوسط 20 درصد جریان سطحی در تبادل با جریان زیرسطحی است.