چکیده

امروزه مدل های بهینه سازی کیفیت آب های سطحی کاربرد گستردهای در شبیهسازی و برنامهریزی مدیریتی سیستمهای رودخانهای دریاچهها، خورها و مخازن دارند. مدل ریاضی WASP7 امکان شبیهسازی کیفی دو بعدی و سه بعدی منابع آب را دارد و به راحتی میتواند برای شبیهسازی هیدرولیکی و کیفی مخازن و خورها مورد استفاده قرار گیرد.ضریب زبری مانینگ یکی از پارامترهای مهم در شبیه سازی میباشد. در این تحقیق رودخانه کارون از ایستگاه ملاثانی تا فارسیات به چهار قسمت تقسیم شده و پس از شبیه سازی کیفی این مقطع، مدل به دفعات زیاد برای مقادیر مختلف ضریب زبری ثابت در کل محدوده و همچنین تغییر پارامتر n در هر کدام از قسمتهای محدوده طرح اجرا گردید. به وسیله سعی و خطا مقدار ضریب زبری مانینگ برای قسمتهای ، ، و محدوده طرح به ترتیب برابر با / ، / ، / ، / بدست آمده و با ضرایب به دست آمده از روابط تجربی استریکلر و میر- پیتر و مولر مقایسه گردید. دلیل اختلاف ضرایب به دست آمده این است که مقدار n مانینگ که با استفاده از روابط تجربی محاسبه می شود، تنها به کمک اندازه ذرات بستر رودخانه بدست میآید، در حالیکه مقدار مقاومت جریان به عوامل دیگری مانند جزایر رسوبی، مئاندرهای مسیر جریان و پوششهای گیاهی نیز بستگی دارد.

واژه های کلیدی: ضریب زبری مانینگ، واسنجی، مدل ریاضی WASP7

»اولین همایش ملی مدیریت منابع آب اراضی ساحلی« دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، گروه مهندسی آب
۱۷ الی ۱۸ آذر ۱۳۸۹

Archvie of SID

مقدمه:

امروزه مدل های بهینه سازی کیفیت آب های سطحی کاربرد گستردهای در شبیهسازی و برنامهریزی مدیریتی سیستمهای رودخانهای دریاچهها، خورها و مخازن دارند. این مدلها با استفاده از ابزارهای ریاضی چون تقاضل محدود معادلات حاکم بر فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی را حل می نمایند. مدلهای ریاضی کیفیت آب براساس، پیچیدگی مدل، نوع آب دریافتی، پارامترهای کیفی مورد مطالعه و تواناییهای پیش بینی مورد نظر مدل، تقسیمبندی میشوند. پیچیدگی مدلها شامل چهار فاکتور تعداد و نوع شاخصهای کیفیت آب، میزان تغییرات مکانی، میزان تغییرات زمانی، پیچیدگی پیکر آب تحت آنالیز می باشد. از جمله پارامترهایی که در مدل های ریاضی بایستی واسنجی شود، ضریب زبری بستر و یا مقاومت بستر میباشد. بدین منظور معمولا ضرایب زبری در مقاطع عرضی مختلف تا حدی تغییر داده میشود که پارامترهای جریان از قبیل عمق یا دبی ویا فاکتورهای کیفی جریان تا حد قابل قبولی با مقادیر اندازه گیری شده همخوانی داشته باشد.ادوارد (۲۰۰۶) بر روی رودخانه روج به مساحت ۴۶۷ مایل مربع در میشیگان جنوبی که شامل شهر دیترویت بود، انجام داد. با توجه به اینکه قسمت عمدهای از هرزآبهای شهری و مازاد شبکه فاضلاب جهت بهبود آلودگی به این رودخانه هدایت میشوند، مطالعه کیفی این رودخانه از اهمیت بالائی برخوردار است. در شبیهسازی آنالیز کیفیت آب رودخانه از مدل WASP استفاده گردیدکه مدل پیشبینی خوبی برای کاهش میزان اکسیژن محلول در شدت جریانهای مختلف فاضلاب شبکه، نشان داد(.(۵ موسوی و کرمی نژاد با استفاده از مدل MIKE11 اکسیژن محلول را در رودخانه کارون دربازه بند قیر تا فارسیات شبیهسازی کردند. در این تحقیق مراحل مختلف شبیهسازی شامل بسط، کالیبراسیون و آزمون مطابقت مدل MIKE11 در بازه مورد نظر صورت پذیرفته است. در کالیبراسیون مدل هیدرودینامیک رودخانه ضریب زبری مانینگ برای بازه بند قیر تا زرگان ۵۴/۳) کیلومتر) ۰/۰۳۳، از زرگان تا پل پنجم ۶۱/۷) کیلومتر) ۰/۰۵۶ و حد فاصل پل پنجم تا فارسیات ۱۳۲/۲) کیلومتر) ۰ /۰۳۳ بدست آمده است(.(۳ رزاق منش ( (۱۳۸۳ در پایاننامه خود اثرات منابع آلاینده بر کیفیت آب رودخانه کر بوسیله مدل WASP6 و GIS بررسی نمود. در این تحقیق، رودخانه از محل مجتمع پتروشیمی تا بند امیر مورد مطالعه قرار گرفت و در این محدوده از نتایج نمونهبرداری شیمیایی در ۸ ایستگاه استفاده شد. مقایسه بین نتایج محاسبه شده توسط مدل و مقادیر اندازهگیری شده نشان داد که برای چهار پارامتر مورد مطالعه همبستگی بین ۰/۸۵ تا ۰/۹۶ وجود دارد(.(۱ در این تحقیق رودخانه کارون از ایستگاه ملاثانی تا فارسیات به چهار قسمت تقسیم شده و پس از شبیه سازی کیفی این مقطع، مدل به دفعات زیاد برای مقادیر مختلف ضریب زبری ثابت در کل محدوده و همچنین تغییر پارامتر n در هر کدام از قسمتهای محدوده طرح اجرا گردید.

مواد و روش ها:

رفتار جریان رودخانه ها تحت تأثیر فرایندهای مختلف در بستر زمان و مکان شکل می گیرد. جهت شناخت این پدیده ها و عوامل مؤثر بر آن انتخاب ابزاری مناسب برای تحلیل و بررسی ضروری خواهد بود. در تحلیل جریان رودخانه ها ، مدل های فیزیکی و ریاضی بعنوان ابزار مناسب نقش ایفا میکنند .استفاده از مدل های فیزیکی بدلیل نیاز به فضای وسیع ، هزینه زیاد و زمان طولانی انجام آزمایشات توصیه نمی شود .به همین دلیل بسیاری از مسائل مهندسی رودخانه را میتوان توسط مدلهای ریاضی مورد بررسی قرارداد .در مدلهای ریاضی ، فرآیندهای فیزیکی به صورت کمی و با استفاده از روشهای عددی حل معادلات دیفرانسیل حاکم بر جریان سیال ، تحلیل می شوند .توسعه سیستمهای رایانه ای از یکسو و پیشرفت در تکنیک های حل معادلات حاکم بر هیدرولیک جریان از سوی دیگر موجب شده است تا امروزه مدلهای ریاضی متعددی جهت شبیه سازی پدیده های مختلف رودخانه ای ارائه گردد .این مدلها دامنه وسیعی از جنبه های کاربردی را در بر می گیرد که از آن جمله روندیابی سیلاب ، پهنه بندی سیلاب مطالعه خصوصیات هیدرولیک جریان ، بررسی انتقال رسوب و … را میتوان برشمرد((۲؟

»اولین همایش ملی مدیریت منابع آب اراضی ساحلی« دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، گروه مهندسی آب
۱۷ الی ۱۸ آذر ۱۳۸۹

Archvie of SID

معرفی مدل :WASP

برنامه شبیه سازی آنالیز کیفیت آب (WASP7) نسخه ارتقاء یافته برنامه WASP اصلی میباشد. این مدل به کاربر کمک میکند که به تفسیر و تخمین اثرات وقایع طبیعی و آلودگیهای ثانویه برای حصول به تصمیمات منطقی در زمینه مدیریت آلودگیهای مختلف بپردازد. مدل WASP یک مدل با ساختار دینامیکی برای محیطهای آبزی میباشد که فرآیندهای متغیر زمانی همانند جابجای، پخشیدگی، بار آلودگی نقطهای و پخشی، و شرایط مرزی را در برنامه اصلی در نظر میگیرد(.(۶

شمای عمومی رودخانه کارون و محدوده مورد مطالعه:

حوضه آبریز رودخانه کارون و دز، دارای مساحت ۶۸۴۸۱ کیلومتر مربع است که ۲۳۲۵۰ کیلومتر مربع آن مربوط به حوضه دز و ۴۵۲۲۱ کیلومتر مربع آن حوضه کارون می باشد. رودخانه کارون در مسیر خود تامین آب مورد نیاز شرب، کشاورزی و صنعت حدود ۱۶ شهر و دهها روستا، هزاران هکتار اراضی کشاورزی، تولید انرژی برق آبی، چندین طرح پرورش ماهی و طرحها و کارخانههای صنعتی را بر عهده دارد. کاهش آبدهی رودخانه در مسیر خود بر اثر برداشتهای روزافزون آب از یک سو و در عین حال تخلیه پسابهای شهری، صنعتی و کشاورزی به رودخانه از سوی دیگر وضعیت کیفی رودخانه را به مخاطره افکنده است(.(۴

آمار و اطلاعات مورد استفاده در این تحقیق عبارتند از: اطلاعات هیدرومتری، اطلاعات مقاطع رودخانه، اطلاعات کیفی و اطلاعات آلایندههای ورودی در محدوده طرح. اطلاعات جمع آوری شده در این پروژه را میتوان در چهار گروه تقسیمبندی نمود.
الف – آمار و اطلاعات جریان روزانه ایستگاههای هیدرومتری واقع بر رودخانه کارون. ب- اطلاعات نمونهبرداری از دانهبندی مواد بستر رودخانه.

ج- اطلاعات مربوط به مقاطع برداشت شده از رودخانه در مسیر جریان. د- اطلاعات کیفی مربوط به جریانهای جانبی ورودی در محدوده طرح. ه- آمار و اطلاعات مربوط به ایستگاههای مونیتورینگ رودخانه کارون.