بررسي ضرايب انتشار طولي آلودگي‌هاي غيرواكنشي در محيط‌هاي سنگدانه‌اي

Study of the Longitudinal Dispersion Coefficient of Nonreactive Solute through the Rockfill Medium

در بسياري از جريان ­هاي عبوري از بدنه سد­هاي سنگريزه ­اي و يا زه­كش ­هاي طويل سنگي شامل جريان درون­گذر داراي سطح آزاد، مدل­سازي فرايند­هاي جابجايي و انتشار آلايند­ه ها از مهمترين مباحث مي­ باشد. در اين تحقيق با استفاده از محلول كلريد سديم و حسگر­هاي هدايت الكتريكي كه درون محيط سنگ­دانه­ اي كار گذاشته شده بود، اقدام به برداشت منحني­ هاي رخنه آزمايشگاهي شد و با استفاده از حل تحليلي معادله جابجايي-انتشار غيرماندگار و روش بهينه ­سازي برازش منحني با روش كمترين مربعات اقدام به استخراج سري­هاي زماني آلودگي در موقعيت ­هاي كارگذاري حسگر­هاي هدايت ­سنج الكتريكي گرديد. مجموعه دستگاه برداشت داده ­ها، شامل حسگر­هاي هدايت الكتريكي، دستگاه جمع­ آوري داده و نرم ­افزار تهيه شده براي آن بود. در اين آزمايش ­ها از دو قطر سنگدانه با اندازه ­هاي متوسط 1/1 و 1/8 سانتي­ متر، دو دبي و پنج جرم تزريقي آلودگي استفاده گرديد و در نهايت مشاهده شد كه بر خلاف توزيع نرمال كه حالت خاص و متقارني از حل معادله مزبور است، منحني­ هاي رخنه آزمايشگاهي برداشت شده به صورت نامتقارن در بازو­هاي بالا و پائين ­رونده بوده و بازوي پائين­ رونده بسيار طولاني­ تري را دارد كه اين به دليل ذخيره موقت آلودگي درون محيط سنگدانه ­اي و انتقال تدريجي آن به بيرون از محيط مي­ باشد. در حالت كلي مي­ توان گفت كه حل تحليلي معادله جابجايي و انتشار قادر به پيش ­بيني ساختار كلي منحني ­هاي رخنه خروجي مي­ باشد، ولي در بساري از موارد مشاهده گرديد كه نقطه اوج منحني تئوريكي پايين تر از منحني آزمايشگاهي است. مقادير متوسط پارامتر­هاي آماري RMSE،CRM ، ME و MAE براي منحني­ هاي برداشت شده نيز به ترتيب برابر با 1/35، 0/000608، 640 (ppm) و 52/9 (ppm) مي ­باشد كه تطابق مناسب داده­ هاي آزمايشگاهي برداشت شده با حل تحليلي را نشان مي­ دهد.

In many flowthrough patterns from body of rockfill dams or long rock drains with free water surface, modeling of advection and dispersion of pollutants is one of most important issues. In this research with application of sodium chloride as tracer and EC sensors installed inside the rockfill media, experimental breakthrough curves were extracted. Then with analytical solution of unsteady advection- dispersion equation and none linear optimization least square technique the analytical breakthrough curves at the positions of sensors were also determined. The data acquisition instrument consisted of EC sensors, data logger and application software. Two types of rocks with diameters of 1.1 and 1.8 centimeters, two completely flowthrough discharges of 0.26 and 0.37 liters per second and 5 injection mass of sodium chloride 5, 10, 15, 25 and 50 grams were the variables of laboratory experiments. Finally it was observed that against normal distribution of mass which is special and symmetric case of equation, the observed BC curves were asymmetric in raising and falling limbs. They had longer tail in falling limb because of transient storage of tracer inside the rock media and gradually transport towards the downstream. It was concluded that the classical AD equation is suitable for predicting the general trend of BC curves. In many cases it was observed that the peak point in the analytical solution is lower than the experimental one. Average magnitudes of RMSE, CRM, MAE and ME the statistical parameters for simulated concentration data were 1.35, 0.000608, 52.9ppm and 648.8 ppm respectively which showed a good agreement between experimental and analytical data series.