مقايسه تبادلات هايپريك در خيزاب-گوداب دو بعدي و سه بعدي

Comparison of Hyporheic Exchanges in 2D and 3D Riffle-Pool

تبادل آب و مواد محلول بين جريان سطحي و جريان داخل محيط متخلخل بستر رودخانه بعنوان تبادلات هايپريك شناخته مي شود. تبادلات هايپريك آب و مواد مغذي را به ارگانيسمهايي كه در ناحيه هايپريك زندگي مي كنند، رسانيده و شرايط اكولوژيكي و چرخه مواد غذايي را در اين ناحيه تحت تاثير قرار مي دهد. يكي از عوامل موثر بر اين تبادلات، گراديان هاي فشار در اطراف فرم بستر رودخانه مي باشد. خيزاب ها و گوداب ها از اشكال ژيومورفيك رودخانه ها تلقي مي شوند كه گراديان فشار در امتداد آن ها منجر به تبادلات هايپريك شده و اخيرا در پروژه هاي احياء رودخانهها مورد توجه قرار گرفته اند. هدف از تحقيق حاضر مقايسه ميزان دبي تبادلات هايپريك و زمان ماندگاري جريان داخل بستر رسوبي در خيزاب-گوداب دو بعدي و سه بعدي مي باشد. براي اين منظور ابتدا به شبيه سازي جريان سطحي با استفاده از مدل OpenFOAM پرداخته شده و سپس فشار حاصله بر روي فرم بستر بعنوان شرط مرزي به مدل آب زيرزميني MODFLOW معرفي مي گردد. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد با افزايش تقريبا 50 درصدي دامنه فرم بستر، دبي تبادلات هايپريك هم در حالت دو بعدي و هم در حالت سه بعدي 26 درصد افزايش و زمان ماندگاري در مدل دو بعدي 36 درصد و در مدل سه بعدي 41 درصد كاهش مي يابد. همچنين، مقايسه نتايج خيزاب-گوداب سه بعدي با مدل دو بعدي معادل آن نشان مي دهد كه دبي تبادلات هايپريك و زمان ماندگاري به ترتيب 3 و 4 درصد افزايش مي يابند.

Exchanges of water and solute between stream flow and flow through river bed porous media are known as hypoerheic exchanges. Hyporheic exchanges transfer water and nutrient to the organism lived in the hyporheic zone, so affect ecological conditions and food cycle. One of the important factor effects on these exchanges is pressure gradient along the bed form. Riffle-pools are geomorphic features of rivers which pressure gradient along them drive hyporheic exchanges and recently considered in river restoration projects. The goal of this study is to compare the hyporheic flux and residence time of flow within sediment bed, in 2D and 3D riffle-pool. For reaching this goal, the surface flow simulated with OpenFAOM and then the results of pressure along bed form, set as a boundary condition on groundwater model (MODFLOW software). The results show that, by increasing bed form amplitude, hyporheic exchanges flux increases by 26 percent for both 2D and 3D models, and residence time decreases by 36 percent for 2D and 41 percent for 3D models. Also, comparison of 3D riffle-pool with equal 2D model shows that hyporheic exchange