بررسی آزمایشگاهی اثر سرریزهای مستطیلی و U-شکل بر ضریب اختلاط عرضی و طول اختلاط آلاینده‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، گروه سازه‌های آبی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز.

2 استاد گروه سازه‌های آبی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

3 استادیار گروه سازه‌های آبی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

چکیده

در دهه‌های اخیر، کمبود بی‌سابقه منابع آب، آلودگی و تخریب اکوسیستم‌ها در بسیاری از نقاط جهان، محققان و در دهه‌ی اخیر، آلودگی و تخریب اکوسیستم‌های آبی نیاز به ابداع و ارتقای روش‌های افزایش ضریب اختلاط عرضی و در نتیجه کاهش طول اختلاط بخصوص در مجاری باز را افزایش داده است. در همین راستا این مطالعه به بررسی عملکرد احداث سرریزهای مستطیلی و U -شکل در افزایش کیفیت آب در مجاریِ باز مستقیم به‌صورت آزمایشگاهی می‌پردازد. آزمایش‌ها در فلوم 12 متری با عرض 80 سانتی‌متر انجام گرفت. به‌منظور مقایسه، سرریز مستطیلی نیز مورد آزمایش قرار گرفت. ماده ردیاب در بالادست سرریز، تزریق و غلظت آن در 5 مقطع عرضی به‌طور همزمان در ۱۷۵ گره و در زمان‌های مختلف اندازه‌گیری شد. به‌منظور محاسبات لازم، مؤلفه‌های سه‌بعدی سرعت نیز برداشت شد. با تحلیل نتایج و بررسی توزیع عرضی و طولی غلظت و نیز الگوی جریان در پایین‌دست سرریز U-شکل مشخص گردید که این سرریز‌ می‌توانند با ایجاد جریان‌های ثانویه عرضی، موجب تشدید ضریب اختلاط عرضی تا 12.2 برابر و کاهش طول اختلاط تا% 91.9 نسبت به حالت بدون سرریز ‌شود. این در حالیست که سرریز مستطیلی باعث افزایش ضریب اختلاط عرضی تا 1.53 برابر و کاهش طول اختلاط کامل تا %34.7 نسبت به حالت بدون سرریز گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Study of the Effect of Rectangular Weir and U-weir on Contaminants’ Transverse Mixing Coefficient and Mixing Length

نویسندگان [English]

  • Somayeh Mansouri Kargar 1
  • Mahmood Shafai Bejestan 2
  • Mohammadreza Zayeri 3
1 M.Sc. Graduate of Hydraulic Structure Engineering, Department of Water Science Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
2 Professor of Hydraulic Structure Department. College of Water Science Engineering. Shahid Chamran University of Ahwaz, Ahvaz, Iran.
3 Associate Professor of Hydraulic Structure Department. College of Water Science Engineering. Shahid Chamran University of Ahwaz, Ahvaz, Iran.
چکیده [English]

In the last decade, pollution and degradation of aquatic ecosystems has raised the need to develop and improve methods to enhance the transverse mixing coefficient resulting in a shorter mixing length, especially in straight open channels. In this regard, this study experimentally investigated the performance of the construction of rectangular weir and U-weir in improving water quality in an straight open channel. The experiments were performed in a 12-meter flume with a width of 80 cm. Tracer material was injected at constant rate at the upstream of weir and at different time intervals its concentration was measured simultaneously in 5 cross sections downstream of the weir at 175 nodes. In order to make the necessary calculations, the three-dimensional components of velocity were also measured. By analyzing the results and examining the transverse and longitudinal distribution of the concentration as well as the flow pattern downstream of the U-weir, it was determined that it can intensify the transverse mixing coefficient up to 12.2 times and reduce the mixing length up to 91.9% compared to the case of no weir. This is while the rectangular weir increased the transverse mixing coefficient up to 1.53 times and decreased the length of complete mixing up to 34.7% times compared to the case of no weir.

کلیدواژه‌ها [English]

  • River
  • Water Quality
  • Secondary flow
  • Transverse mixing coefficient
  • U-weir
Albers C, Steffler P (2007) Estimating transverse mixing in open channels due to secondary current-induced shear dispersion. Journal of Hydraulic Engineering 133(2):186-196
Beladi Y, Shafai Bejestan M (2018) Investigation of the effect of number of submerged vanes on transverse mixing coefficient in a rectangular channel. Iranian Journal of Irrigation and Drainage 11(6):999-1008 (In Persian)
Fischer H B, List E J, Koh R C Y, Imberger J, Brooks N H (1979) Mixing in inland and coastal waters. Academic Press, 302p
Hamidifar H, Omid M H, Keshavarzi A (2015) The effect of vegetation submerged and non-submerged flood zone on transverse mixing coefficient. Hydraulic Journal 10(1):13-23 (In Persian)
Kianersi N, Shafai Bejestan M (2018) Variation of transverse mixing pollutants in a straight channel with and without submerged vanes. Irrigation and Drainage Structures Engineering Research 19(72):101-114 (In Persian)
Kurdistani S M, Pagliara S (2017) Experimental study on cross-vane scour morphology in curved horizontal channels. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 143(7):04017013
Mansouri Kargar S, Shafai Bejestan M (2018) Investigation of the distribution pattern of tracer concentration influenced by U-shaped Cross-Vane. In: 17th Iran National Hydraulic Conference, 4-6 Sep, Shahrekord, Iran (In Persian)
Mugnier C (1995) Experimental study of the influence of vegetation on longitudinal dispersion. Master Dissertation, Massachusetts Institute of Technology, USA, 82p
Perucca E, Camporeale C, Ridolfi L (2009) Estimation of dispersion coefficient in rivers with riparian vegetation. Advance in Water Resource 32(1):78-87
Rosgen D L (2001) The cross-vane, W-weir and J-hook vane structures, their description, Design and Application for Stream Stabilization and River Restoration. Wetlands Engineering & River Restoration
Saadatpour A, Heidarpour M, Pourabadei M (2011) Choosing the right method for reducing the mixing length in turbulent flow in a rectangular shape channel. Iranian Water Researches Journal 5(9):11-18 (In Persian)
Sharma H, Ahmad Z (2012) A new technique for enhancing transverse mixing of pollutants in streams. International Conference on Environmental Research (ICER-2012). University of Terrenganu, Kuala Terrenganu, Malaysia
Yabbarehpour E, Shafai Bejestan M, Kashefipour S M (2019) Effect of triangular vanes on mixing length and transverse mixing coefficient in straight Channel. Journal of Water and Soil Science 22(4):189-197 (In Persian)
Zebardast S, Tabatabaei S H, Abbasi F, Heidarpour H and Hosseinipour E Z K (2015) Analysis of complete mixing length in a non-rectangular channel. P, (1998-2003). World Environmental and Water Resources Congress Floods, Droughts, and Ecosystems