ارائه يك روش جديد در مدل‌سازي رياضي انتقال آلاينده در رودخانه‌هاي داراي نواحي نگهداشت

Presentation of a New Method in Mathematical Modeling of Pollutant Transport in Rivers with Storage Zones

پيش‌بيني انتقال آلاينده‌ها در منابع آب در مديريت و جلوگيري از آلودگي آن‌ها از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. ناهمگوني و عدم يكنواختي در مورفولوژي در تمام طول رودخانه كه به ناحيه نگهداشت شناخته مي‌شود، انتقال يكنواخت آلاينده‌ها به پايين‌دست را دچار تغييراتي خواهد كرد. نواحي نگهداشت در كنار رودخانه‌ها در حقيقت مكان‌هاي اطراف رودخانه هستند كه سرعت در آن‌ها به ‌طور چشم‌گيري از سرعت رودخانه كمتر بوده و به نواحي مرده نيز معروف هستند. وجود اين نواحي در رودخانه‌ها كاربرد معادله كلاسيك انتقال آلاينده را براي آن‌ها با مشكل مواجه مي‌سازد. براي شبيه‌سازي دقيق‌تر انتقال ماده آلاينده در رودخانه‌هاي طبيعي داراي نواحي نگهداشت، بايد اصلاحاتي در معادله جابه­جايي-پراكندگي كلاسيك صورت گيرد. در اين تحقيق يك رويكرد جديد با در نظر گرفتن تغييرات شار پراكندگي ماده‌ي آلاينده به‌ صورت غيرخطي و با لحاظ ناحيه‌ي نگهداشت ارائه مي‌شود. جهت صحت‌سنجي و اعتبارسنجي مدل ارائه ‌شده، از مثال فرضي و داده‌هاي واقعي استفاده شده است. بر اساس نتايج اندازه‌گيري شده، خروجي مدل انطباق قابل قبولي با داده‌هاي مشاهداتي داشته و نشان مي‌دهد مدل ارائه‌ شده، مدلي دقيق و قابل قبول در شبيه‌سازي انتقال ماده حل-شده در رودخانه‌هاي داراي ناحيه نگهداشت است. با توجه به نمودارهاي غلظت-زمان به دست آمده مي‌توان به اين نتيجه رسيد كه مدل ارائه ‌شده هر ناحيه نگهداشتي با هر مساحتي را مي‌تواند مدل كند، همچنين اين مدل براي تمام رودخانه‌هاي با و بدون ناحيه نگهداشت نيز كاربرد دارد و نسبت به ساير مدل‌هاي ارائه ‌شده از لحاظ تعداد پارامتر (در نظر گرفتن يك پارامتر) و سادگي در تفسير فيزيكي برتري دارد و مي‌تواند جايگزين مدل كلاسيك انتقال آلاينده در اين نوع رودخانه‌ها شود.

Prediction of pollutants transport in water resources is of particular importance in the management and prevention of their pollution. The heterogeneity and non-uniformity in the morphology throughout rivers which is known as the storage area, will make changes in the uniform transport of pollutants to downstream. Storage areas along rivers are actually places around the river where flow velocity in these places is significantly slower than the river’s flow velocity and are also known as dead zones. The presence of these places in rivers makes it difficult to apply the classic pollutant transport equation for them. For a more accurate simulation of the pollutant transport in natural rivers containing storage zones, some improvements should be made to the classic advection-dispersion equation. In this study, a new approach is presented by considering nonlinear flux dispersion and applying storage zones. In order for verification and validation of the proposed model, two series of hypothetical and real data examples have been used. Based on the measured results, the model outputs have acceptable adaptation with observational data and show that the proposed model is an accurate and acceptable model in the simulation of dissolved pollutant transport in rivers with storage zones. According to the obtained concentration-time curves, it can be concluded that the proposed model can model any type of storage area with any amount of area. Also, this model is applicable for all rivers with and without storage area and it is more superior in comparison with other similar models in terms of the number of parameters (considering merely one parameter) and simplicity in physical interpretation; and can be an appropriate alternative instead of the classic pollutant transport model in these type of rivers.