عنوان پایان‌نامه
مطالعه حرکت و ردیابی آلودگی از آبهای زیر زمینی به آبهای سطحی با استفاده از مدل فیزیکی روشهای عددی
- رشته تحصیلی
- مهندسی‌کشاورزی-آبیاری و زهکشی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 37857;کتابخانه پردیس ابوریحان شماره ثبت: 81;کتابخانه پردیس ابوریحان شماره ثبت: 369
- تاریخ دفاع
- ۲۶ تیر ۱۳۸۶
- دانشجو
- مریم مریدنژاد
- استاد راهنما
- کیومرث ابراهیمی
- چکیده
- چکیده مطالعه حرکت و ردیابی آلودگی از آبهای زیرزمینی به آبهای سطحی با استفاده از مدل فیزیکی و روشهای عددی پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران، پردیس ابوریحان، گروه مهندسی آبیاری و زهکشی مریم مرید نژاد(1386) در راستای مطالعه انتقال آلودگی در مسیر آبهای سطحی، حل معادله یک بعدی همرفت به روشهای عددیUpstream ،FTCS ، LWS و Quickest انجام و برنامه های کامپیوتری مربوطه نیز به زبان فرترن تهیه شد. جهت کنترل صحت در پیش بینی های مدلهای عددی توسعه داده شده، یک مدل فیزیکی بر مبنای روش مدلهای فرضی در محل آزمایشگاه هیدرولیک گروه آبیاری و زهکشی پردیس ابوریحان ساخته شد. مدل فیزیکی تهیه شده شامل دو قسمت محیط متخلخل در محل ورودی جریان آب و قسمتی از یک رودخانه فرضی بود. این مدل توانست پدیده ترکیبی انتقال آلودگی را در محیط متخلخل و آزاد شبیه سازی کند. اندازه گیریهای کمی تنها در مسیر آب آزاد انجام شد و محیط متخلخل بصورت کیفی مورد بررسی قرار گرفت. در این مورد از پتاسیم پرمنگنات بعنوان ردیاب استفاده شد. ردیاب مورد بحث با غلظت ثابت 1 گرم در لیتر و دبی ثابت به محدوده محیط متخلخل، رهاسازی شد. سپس از ردیاب در محل ظهور در آب آزاد و در مسیر جریان آزاد در فواصل مشخص از پیش تعیین شده، نمونه برداری شد. اندازه گیری غلظت به روش اسپکترومتری و با استفاده از دستگاه PerkinElmer (مدل اسپکترومتر Lambda25 ) انجام شد. سپس شرایط مدل فیزیکی به عنوان شرایط اولیه و مرزی در تمام مدلهای عددی استفاده شد. نتایج بدست آمده از شبیه سازی های عددی و آزمایشات مدل فیزیکی نشان داد که نتایج مدلهای عددی Upstream، LWS و Quickest تطابق قابل قبولی با نتایج آزمایشات دارد. تفاوت هایی بین نتایج مدل و آزمایشات وجود داشت که بنظر می رسد ناشی از عدم یکنواختی جریان در زمانهای اولیه شروع آزمایشات باشد. با وجود نوسانات ایجاد شده در مدل FTCS، روی جوابهای مدل و مقایسه آن با آزمایشات نمی توان نظر داد. از بین مدل های عددی استفاده شده در این تحقیق، بهترین تطابق بین نتایج آزمایش و شبیه سازیها، در مدلUpstream دیده شد. جهت بررسی حساسیت مدلهای عددی به تغییرات عدد کورانت، شبیه سازی ها با عددهای کورانت 078/0، 156/0، 312/0 و 936/0 انجام شد. نتایج شبیه سازی های روشهای Quickest و LWS نشان می دهد که هرچه عدد کورانت به صفر نزدیک تر می شود، میزان نوسانات افزایش می یابد. در روش FTCS میزان نوسانات با افزایش عدد کورانت افزایش یافت. روش Upstreamدر شبیه سازی های انجام شده با کورانت های مختلف نوسانی نشان نداد. به منظور مطالعه انتقال آلودگی بین محیط متخلخل و آب آزاد، غلظت ردیاب در محل خروج از ماسه و ورود به جریان آزاد اندازه گیری شد. مقدار غلظت رها شده در محیط متخلخل 1 گرم در لیتر و مقدار ثبت شده آن در مرز محیط متخلخل و جریان آزاد در 2 سری آزمایش به ترتیب 3152/0و 1199/0 گرم در لیتر بود. اگرچه ممکن است تصور شود که علت این تفاوت ناشی از پدیده جذب ردیاب استفاده شده توسط ماسه می باشد، ولی تکرار آزمایشات و عدم تعویض ماسه بکار رفته نشان داد که علت اصلی تفاوت غلظت ردیاب در محل رهاسازی (درون ماسه) و در محل ظهور آن در فصل مشترک محیط متخلخل و جریان آزاد، ناشی از پدیده انتشار ردیاب در اثر عبور جریان در محیط متخلخل و کاهش غلظت ناشی از پخش ردیاب در درون ماسه می باشد. در واقع می توان گفت حرکت آلودگی در آب زیرزمینی تنها توسط پدیده انتقال اتفاق نمی افتد، بلکه بیشتر تحت تاثیر پدیده انتشار قرار دارد. واژه های کلیدی : آلودگی، جریان آزاد، ردیاب، محیط متخلخل، مدل فیزیکی، مدلهای عددی
- Abstract
- Abstract In order to study contaminant transport in surface water in the present study, one-dimensional advection equation have been solved by different methods of numerical solution such as; Upstream scheme, Forward time Central space scheme (FTCS), Lax & Wendroff scheme (LWS) and Quickest scheme and the relevant computer codes was developed using Fortran software. Also in order to evaluate the numerical models, a physical model has been built in the hydraulic laboratory of irrigation and drainage department of Aburaihan campus. The physical model was included of an idealized porous media and also a section of river. This model was built to simulate contaminant transport from porous media to surface water. Measurements were conducted along the surface water, and the porous media. In the physical model simulations, a solute of potassium permanganate used as tracer and it injected to porous media with constant concentration of 1 g/l. Then time series sample were taken from the groundwater and surface water interface and along the surface water. Following by that, the Samples concentration was measured using spectrometer. The developed numerical models were applied to the physical model condition to evaluate the accuracy of the numerical models. According to the results there was good agreement between Upstream scheme, Lax & Wendroff scheme and Quickest scheme with experimental results. However, some differences between numerical and physical results were experienced, which was because of oscillation in the flow. These differences could be ignored, as they were not found to be very important. To evaluate the sensivity of numerical models, a number of simulations were done with 4 courant numbers of 078/0,156/0,312/0and 936/0. Results proved that in Lax & Wendroff (LWS) and Quickest schemes as the courant number approach to zero, the oscillation increases. However, in Forward time Central space scheme (FTCS) oscillation increases as the courant number increases. On the other hand, Upstream scheme did not show any oscillation with courant number changes. Also, in order to study the contaminant transport phenomenon between porous media and free surface water, the tracer concentration was measured at the interface of groundwater and free surface water flow. To achieve this aim, the tracer injected to the porous media with 1 g/l concentration. Then the concentration was measured at two experiments and the recorded value were 3152/0and 1199/0 g/l. Although it might be suppose that the cause of difference originated from tracer absorption by porous media, but experiment repetition without porous media substitution demonstrated that main cause of difference between concentration of tracer in porous media and interaction zone, caused by dispersion and tracer dispersed in porous media. Movement of contaminants in groundwater occurs not only by advection but also by dispersion. Key words: Numerical Model, Physical Model, Porous Media, Surface Water
