نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• امیرحسین انصاری پور ¹
• کیومرث ابراهیمی ²
• محمدحسین امید ³

¹ دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب

² دانشیار گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران

³ استاد گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران

چکیده

ظرفیت خودپالایی رودخانه­ها تابع عوامل زمانی و مکانی، نوع و شدت بار آلاینده­های ورودی و نیز شرایط محیطی بستر رودخانه است.  در حقیقت، ارزیابی خودپالایی رودخانه تعیین مقدار اکسیژن محلول در طول آن است که بر اساس این ظرفیت می­توان دریافت رودخانه از لحاظ آلودگی در چه وضعیتی است و در چه نقاطی وضعیت بحرانی کمبود اکسیژن محلول وجود دارد.  از طرف دیگر، برایتعیینعکس­العملقابلانتظاررودخانهبهورودآلاینده­ها و شبیه­سازی پارامترهای کیفی، استفادهازمد­ل­هایریاضیضروریاست.  در این مورد تئوری استریتر- فلپس از مبانی شناخته شده و معروف در محاسبات خودپالایی است.  محدودیت روش پیشنهادی استریتر- فلپس صرف­نظر کردن از ترم­های انتقال و پخش است.  در تحقیق حاضر در مرحلۀ اول رابطۀ کلاسیک استریتر- فلپس به روش تحلیلی مدل شد.  پس از آن با افزودن ترم­های انتقال و پخش به رابطۀ مذکور، رابطۀ حاصل با استفاده از روش­های عددی FTCS، Upstream، Lax & Wendroff و QUICKESTتوسعه داده و مدل شد.  برای تأمین داده­های میدانی نیز در مهر و آبان 1389، در بازه­ای به طول 2 کیلومتر از رودخانۀ پسیخان نمونه­برداری و پارامترهای DO، BOD، NO₃^- و PO₄^- در آزمایشگاه اندازه­گیری شد.  با مقایسه مقادیر پیش­بینی شده غلظت اکسیژن محلول توسط
مدل­های عددی دارای ترم­های انتقال و پخش با مقادیر حل تحلیلی رابطه کلاسیک استریتر- فلپس در مقابل داده­های میدانی، مشخص شد که افزودن ترم­های انتقال و پخش سبب افزایش قابل توجه دقت پیش­بینی­ها می­شود.  نتایج همچنین نشان
می­دهد که همۀ روش­های عددی مورد استفاده دقت خوبی دارند و اختلاف بین آن­ها اندک است.  هرچند از میان روش­های عددی مورد استفاده، روش Upstreamبیشترین دقت را از خود نشان داده است.  علاوه بر آن، با توجه به روند تغییرات غلظت اکسیژن محلول مشخص شد که رودخانۀ پسیخان در بازه مورد نظر ظرفیت خودپالایی نسبتاً خوبی دارد. 
 

20.1001.1.26454531.1392.14.2.3.5

عنوان مقاله [English]

A Mathematical Model for River Flow Assimilation: A Case Study of Pasikhan River, Iran

چکیده [English]

The self-purification capacity of rivers is a function of time, space, nature, intensity of the pollution load and the condition of the river bed. Evaluating a river self-purification rate requires determination of the dissolved oxygen levels. The level of pollution and oxygen shortages at critical points along the river should be investigated. In the other words, the estimation of river contaminants is based on the self-purification capacity. The Streeter-Phelps method is a well-known approach for evaluating the level of dissolved oxygen in a river and it can be restricted to ignore advection and dispersion terms. It is possible to model the self-purification process knowing the aquatic parameters and pollutants. In this paper, the basic Streeter-Phelps equation has been analytically solved. Advection and dispersion terms have been included in the equation to increase the accuracy of the predictions. The new equation was then modeled using FTCS, Upstream, Lax & Wendroff, and QUICKEST numerical methods. A 2 km section of the Pasikhan River was chosen for field testing and the required water samples were taken and lab tested for DO, BOD5, NO3 and PO4. The analytical and numerical results for  predicting dissolved oxygen were compared with the field data. The results showed that all numerical predictions were in good agreement with the measured data, but the Upstream method showed the best results. Furthermore, the results indicated that the numerical methods performed better than the Streeter-Phelps base model. This may have been caused by the addition of the advection and dispersion terms to the Streeter-Phelps base model.

کلیدواژه‌ها [English]

• dissolved oxygen
• Mathematical Model
• Numerical methods
• Pasikhan River
• Self-purification
• Streeter-Phelps model