برآورد ضریب هوادهی در مدیریت کیفی آب رودخانۀ دیناچال، با استفاده از روابط تجربی و روش های عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی منابع آب، دانشگاه تهران

2 دانشیار گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشگاه تهران

3 استاد گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشگاه تهران

چکیده

برآورد دقیق ضریب هوادهی، با توجه به تأثیر آن بر اکسیژن محلول رودخانه، از گام‌های مهم و ابتدایی مدل‌سازی برای مدیریت کیفی منابع آب مربوطه است. هدف اصلی مقالۀ حاضر، ارزیابی میزان تأثیرپذیری اکسیژن محلول رودخانۀ دیناچال از ضریب هوادهی است. برای ‌این منظور، نمونه‌های کیفیت آب در بازه‌ای به طول 2 کیلومتر از رودخانه، در شهریور 1391 برداشت شد. پارامترهای اصلی کیفیت آب اندازه‌گیری‌شده در نمونه‌ها عبارت‌اند از: هدایت الکتریکی، اسیدیته، اکسیژن محلول، اکسیژن‌خواهی بیوشیمیایی، نیترات و فسفات. در ‌این تحقیق، رابطۀ مشهور و متداول استریتر- فلپس با افزودن فرایندهای انتقال، پخش و زوال، بهبود می‌یابد. سپس به‌موازات آن، با کاربرد چهار روش عددی اف‌تی‌سی‌اس، کوئیکست، آپ‌استریم و لکس- وندروف، غلظت اکسیژن محلول در رودخانۀ دیناچال شبیه‌سازی و نتایج روش‌های عددی و مدل استریتر- فلپس نسبت‌به داده‌های اندازه‌گیری‌شده مقایسه می‌شود. ضریب هوادهی رودخانۀ دیناچال نیز با کاربرد چهار رابطۀ تجربی اکونر و دوبینز، لانگبین و دیورام، بولتون و لینگ و همکاران، برآورد و این روابط اعتبارسنجی شدند. نتایج نشان داد که روش عددی آپ‌استریم با استفاده از ضریب هوادهی بولتون، بهترین جواب را در مقایسه با سایر روش‌ها ارائه کرده است. مقادیر ضریب هم‌بستگی پیرسون و میانگین قدرمطلق خطا در ‌این روش، به‌ترتیب 995/0 و 033/0 است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Estimation of reaeration rate coefficient on Dinachal river using empirical equations and numerical methods, in water quality management

نویسندگان [English]

  • Mehdi Mohammadi Ghaleni 1
  • Kumars Ebrahimi 2
  • Mohammad Hosein Omid 3
1 Ph.D. Student of Water Resources Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Department of Irrigation & Reclamation Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
3 Professor, Department of Irrigation & Reclamation Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

The accurate estimation of reaeration rate coefficient, because of its effects on dissolved oxygen in rivers, is one of the most important initial steps of water quality management. The main goal of this paper is to evaluate the effects of reaeration rate coefficient on the river water dissolved oxygen, case study Dinachal River, Iran. To achieve these aims, water quality samples were collected along a reach of 2 kilometers of the river in September 2013. Electrical Conductivity, pH, Dissolve Oxygen, Biochemical Oxygen Demand, Nitrate and Phosphorus are the main quality parameters which were measured in laboratory, using the above mentioned collected water samples. Streeter-Pheps model has been used to simulate dissolved oxygen in the river analytically and to improve the output of the model advection, dispersion and decay rate terms were included to the basic form of the Streeter-Phepls equation. In addition, dissolved oxygen concentration in the river has been simulated involving FTCS, QUICKEST, Upstream and Lax-Wendroff numerical methods. The reaeration coefficient has been estimated using four eempirical equations including; Oconnor-Dobbins, Langbein-Durum, Boulton and Ling et al.. The results show that Up-stream numerical method containing Boulton rreaeration Coefficient equation has the most accurate results, with the amounts of Pearson correlation coefficient and Mean Absulate Errors equal to 0.995 and 0.033, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • biochemical oxygen demand
  • numerical methods
  • Pearson correlation coefficient
  • Streeter-Phepls model
  • Water quality

مراجع

  1. 1.       انصاری ‌پور ا. ح.، ابراهیمی‌ک. و امید م ح (1392) بررسی خودپالایی جریان‌های رودخانه‌ای با توسعه و کاربرد مدل‌های ریاضی مطالعۀ موردی: رودخانۀ پسیخان-گیلان. تحقیقات مهندسی کشاورزی. 14(2):42-31.
  2. 2.       مفتاح هلقی م. و مسگران کریمی‌ب (1378) مطالعه و بررسی خودپالایی رودخانۀ قره‌سو. گزارش سازمان حفاظت محیط زیست گرگان، 164 صفحه.
  3. 3.       نظری ع.، ابراهیمی‌ک. و امید م ح (1391) مقایسه روش‌های برآورد ضریب انتشار طولی در شبیه‌سازی اکسیژن محلول- رودخانۀ پسیخان. نهمین سمینار بین‌المللی مهندسی رودخانه، دانشگاه شهید چمران اهواز،‌ایران.
  4. Alam J B, Hossain A, Khan S K, Banik B K, Islam M R, Muyen Z and Rahman H M (2007) Deterioration of water quality of Surma River. Environmental Monitoring and Assessment. 134:233–242.
  5. EPA (1997) Technical Guidance Manual for Developing Total Maximum Daily Loads. Book II: Streams and Rivers. pp. 39-46.
  6. Gotovtsev A V (2010) Modification of the Streeter–Phelps System with the Aim to Account for the Feedback between Dissolved Oxygen Concentration and Organic Matter Oxidation Rate. Water Resources. 37(2):245–251.
  7. Haider H, Ali W and Haydar S (2013) Evaluation of various relationships of reaeration rate coefficient for modeling dissolved oxygen in a river with extreme flow variations in Pakistan. Hydrological Processes. 7:3949-3963.
  8. Kashefipour S M and Falconer R A (2002) Longitudinal Dispersion Coefficient in Natural Channels. Water Research. 36:1596-1608.
  9. Ling L, Chunli Q, Qidong P, Zhifeng Y and Qianhong G (2010) Numerical Simulation of Dissolved Oxygen Supersaturation Flow over the Three Gorges Dam Spillway. Tsinghua Science and Technology. 15(5):574-579.
  10. Morid Nejad M, Ebrahimi K and Banihabib M E (2009) A Study of Tracing Contaminant through the Surface Water involving Physical and Numerical Models. 2nd international conference on Water, Eco-systems and sustainable development in arid and semi-arid zones, Yazd, Iran.
  11. Schnoor J (1996) Environmental modeling: Fate and transport of pollutants in water, air, and soil. Wiley & Sons, New York, pp. 231-354.
  12. Streeter M W and Phelps E E (1925) A study of the pollution and natural purification of the Ohio River. United State Public Health. pp. 87-102.
  13. Streeter H W, Wright C T and Kehr R W (1936) Measures of natural oxidation in polluted streams. Sewage Works. 8:282-316.
  14. Yu L and Salvador N N B (2005) Modeling Water Quality Rivers. American Applied Sciences. 2(4):881-886.
مدیریت آب و آبیاری
دوره 5، شماره 1 - شماره پیاپی 1
بهار و تابستان
فروردین 1394
صفحه 69-79

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار