تعيين سرعت تبادلي جريان عمودي در سطح تماس بستر رودخانه زيارت و محيط متخلخل زير آن

Estimation of vertical exchange velocity through the sediment-water interface (Case study: Ziarat River in Golestan province)

تخمين ميزان دقيق تبادل آب­ هاي سطحي و زيرسطحي در منطقه هايپريك كه به عنوان محلي براي زندگي جانداران و ميكروارگانيسم­‌ها محسوب مي­‌شود، امري ضروري است. با توجه به اختلاف دما بين آب سطحي در رودخانه و آب زيرسطحي در محيط متخلخل واقع در منطقه هايپريك و تبادل آب بين دو محيط، مي­‌توان از دما به‌عنوان ردياب جهت تخمين اين تبادلات استفاده كرد. در اين تحقيق براي اولين بار در ايران دستگاهي طراحي و ساخته شد تا به واسطه آن امكان اندازه­‌گيري و ثبت دماي رسوبات در عمق منطقه هايپريك زير بستر رودخانه ايجاد گردد. در همين راستا اندازه­‌گيري در رودخانه زيارت استان گلستان توسط دستگاه مذكور صورت پذيرفت و با استفاده از مدل مفهومي توسعه­‌يافته انتقال حرارت، ميزان تبادل جريان آب سطحي و زيرسطحي محاسبه گرديد. بدين منظور در يك بازه به‌طول 40 متر از رودخانه، تعداد 10 مقطع عرضي به فواصل 4 متر انتخاب و در هر مقطع دماي چهار عمق مختلف از بستر رودخانه (بلافاصله زير بستر،0/25 متر، 0/5 متر، 0/75متر) و در ماه­‌هاي تير و دي سال 1397، برداشت گرديد. نتايج نشان داد كه در كليه فصول سال جرياني دائمي به واسطه اختلاف پتانسيل حرارتي بين جريان آب سطحي و زير سطحي رودخانه وجود دارد كه اين امر موجود انتقال مواد مغذي به ريز ارگانيسم­‌ها و در پي آن خودپالايي دائمي رودخانه مي­‌گردد. همچنين به‌طور متوسط ميزان سرعت عمودي تبادلي در تيرماه و دي ماه به ترتيب برابر 59/3 ميلي‌متر در روز و 284/3 ميلي‌متر در روز به‌دست آمد.

Precise estimation of water exchange between surface and subsurface flow in the hyporheic zone which is the habitat of microorganisms, is vital. The temperature can be used as a tracer for the estimation of water exchange through sediment-water interphase. In this study, an instrument was designed and constructed to make the measurement and recording of sediment temperature in the depth of the hyporheic zone possible. In this regard, measurements were made in the Ziarat River of Golestan Province by the aforementioned instrument, and vertical exchange velocity through the sediment-water interface was calculated using an extended conceptual model of heat transfer. For this purpose, in a 40 m interval of the river, 10 cross-sections were selected at 4 m intervals, and at each cross-section, the temperature of four different depths of the riverbed (just below the bed, 0.25, 0.50, 0.75 m) was recorded during July and December 2018. The results showed that in all seasons, there is a continuous vertical exchange through the sediment-water interface, which can be obtained from the difference of thermal potential between the surface and subsurface of the river flow. The average of vertical exchange velocity for July and December was 59.3 mm/day and 284.3 mm/day, respectively.