تعيين عمق نفوذ آلاينده در بستر رودخانه‌ها به منظور ارزيابي خاصيت خودپالائي رودخانه‌ها با استخراج يك رابطه تحليلي

Estimation of the penetration depth of the pollution in the river bed for evaluation of the self-purification characteristics of the rivers by developing a novel theoretical relationship

در اين تحقيق به منظور بررسي خاصيت خودپالائي رودخانه‌ها سعي گرديد تا عمق نفوذ آلاينده‌ در بستر رودخانه‌ها تعيين گردد. بدين منظور مجموعه‌اي از داده‌هاي آزمايشگاهي برداشت شده و يك رابطه تحليلي براي بررسي عمق و مكانيزم نفوذ آن استخراج شد. از حسگر‌هاي هدايت الكتريكي و ردياب كلريد سديم به عنوان آلاينده غيرواكنشي در انجام آزمايش‌ها استفاده شد و براي استخراج رابطه تحليلي، ابتدا يك مدل مفهومي بر اساس روش سلول‌هاي تركيبي تهيه شده و با اعمال قانون بقاي جرم در يك ستون قائم از بستر رودخانه، معادله ديفرانسيل حاكم تشكيل و سپس حل گرديد. نتايج آزمايشگاهي در چهارچوب رابطه استخراج شده مورد بررسي قرار گرفت و مشاهده گرديد كه رابطه ارائه شده به خوبي قادر به باز‌سازي منحني‌هاي غلظت-زمان درون بستر مي‌باشد. پارامتر‌هاي زماني مدل نيز استخراج شد و روند تغييرات آن با ساير پارامتر‌هاي پژوهش مورد كاوش قرار گرفت و مشاهده شد كه مجموع سه پارامتر زماني مدل (α,T_1,T_2) رابطه معكوس با ضريب پخشيدگي عمقي داشته و همچنين مقدار آن با افزايش عمق بستر افزايش مي‌يابد. از حاصل‌ضرب پارامتر منفذ و سرعت منفذي به عنوان شاخصي براي تعيين ضريب پخشيدگي عمقي استفاده شد. همچنين مقادير مربوط به پارامتر‌هاي سرعت، ضريب پخشيدگي عمقي و انتشارپذيري نيز در اعماق مختلف بستر محاسبه شده و مشاهده شد كه مقدار تمامي آن‌ها با افزايش عمق بستر كاهش مي‌يابد.

In the current study, it was tried to determine the mechanism of the tracer penetration through the depth of the river beds to investigate the self-purification nature of the rivers. For this purpose, experimental tests were carried out, and an analytical solution was developed. The electrical conductivity sensors and sodium chloride tracer (as a conservative contaminant) were operated in the operations. Also, for the derivation of the analytical equation, a conceptual model was presented based on the hybrid cells in series model. Then, by imposing the mass conservation to each cell of depth column, the governing differential equation was obtained and solved. Next, the results were evaluated by the framework of the developed equation. Moreover, the applicability of the new model was checked and confirmed by the recreation of the breakthrough curves. The time parameters of the new model were extracted. Then, their variation by the other parameters was queried. It is observed that the sum of temporal parameters (α,T_1,T_2) have a reverse relationship with the vertical dispersion coefficient. On the other hand, its value has been raised by an increment of the bed depth. Furthermore, the product of void scale and the pore velocity has been used for calculation of the vertical dispersion coefficient. Also, the magnitudes of the pore velocity and dispersivity were commuted. It is revealed that by the increase of the bed depth, the mentioned parameters were decreased.