مدل‌سازی عددی لایه‌بندی حرارتی در مخزن سد با استفاده از مدل CE-QUAL-W2 (مطالعه موردی: سد یامچی)

الموضوعات :

امین اسمعیل زاده هنجنی ¹ , مهدی سرائی تبریزی ² , حسین بابازاده ³

1 - دانش‌آموخته کارشناسی ارشد رشته علوم و مهندسی آب، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی و صنایع غذایی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - استادیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی و صنایع غذایی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 - استاد گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی و صنایع غذایی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

تاريخ الإرسال : 19 الجمعة , شوال, 1443 تاريخ التأكيد : 06 الإثنين , جمادى الأولى, 1445 تاريخ الإصدار : 08 الإثنين , ربيع الثاني, 1445

الکلمات المفتاحية: مدل CE-QUAL-W2, لایه‌بندی حرارتی, سد یامچی,

ملخص المقالة :

چکیده مقدمه: یکی از مسائل تاثیر‌گذار بر کیفیت منابع آبی مانند مخازن سد‌ها و دیگر پیکره‌های آبی لایه‌بندی حرارتی می‌باشد. به‌منظور بررسی پدیده لایه‌بندی در مخازن سد‌ها بایستی به آنالیز دینامیک اختلاط و جریان‌های داخلی در مخزن پرداخت. باتوجه به تاثیر پدیده‌های مختلف در ایجاد لایه‌بندی، بررسی این پدیده در مخازن سد‌ها از طریق مدل‌های دینامیکی امکان‌پذیر است. بنابراین از مدل‌های عددی در کنار اندازه‌گیری‌های میدانی استفاده می‌شود. روش­: از آب مخزن سد یامچی برای تامین آب شرب محدوده استفاده می‌شود، بنابراین مطالعات کیفیت آب این مخزن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در نتیجه در این پژوهش برای شناخت شرایط لایه‌بندی آب مخزن سد یامچی، شبیه‌سازی دمای آب با استفاده از مدل CE-QUAL-W2 در یک دوره 1 ساله از اردیبهشت‌ماه سال 1394 تا فروردین‌ماه سال 1395 انجام شده است. همچنین نتایج بدست‌ آمده توسط مدل با مقادیر دمای اندازه‌گیری شده در نقاط مختلف مخزن مقایسه شدند و با استفاده از این نتایج پدیده‌ لایه‌بندی حرارتی در مخزن شبیه‌سازی و مطالعه شده است. یافته ­ها: در پژوهش حاضر مقادیر دمای اندازه‌گیری شده و نتایج شبیه‌سازی شده توسط مدل از تطابق مناسبی برخوردار بودند. نتایج نشان دهنده‌ی یک دوره لایه‌بندی حرارتی تابستانه در مخزن سد است که حدود چهار ماه از سال به طول می‌انجامد. این پدیده از خردادماه آغاز و در تیر شدت گرفته و در مردادماه به اوج خود می‌رسد، در نهایت تا اواسط شهریور ادامه دارد. از اواسط شهریور با کاهش دما لایه‌بندی حرارتی تضعیف شده و در فصل‌های پاییز و زمستان شاهد اختلاط در مخزن هستیم. این اختلاط تا اواخر اردیبهشت‌ماه ادامه دارد. نتیجه­ گیری: از لحاظ لایه‌بندی، مخزن سد یامچی در دسته مخازن مونومیکتیک گرم قرار دارد. در این مخازن با شروع فصل بهار و جذب انرژی، شکل‌گیری لایه‌بندی حرارتی آغاز می‌گردد. به شکلی که در اواسط فصل تابستان شاهد لایه‌بندی شدیدی خواهیم بود و این لایه‌بندی تا پایان تابستان ادامه خواهد داشت. به تدریج با شروع فصل پاییز و کاهش دما‌ی محیط لایه‌بندی تضعیف می‌شود، به‌گونه‌ای که مخزن سد بخش عمده‌ای از زمستان و اوایل بهار را در شرایط اختلاط کامل به سر می‌برد. این لایه‌بندی به صورت یک چرخه سالانه مجدداً از اواسط و یا انتهای بهار شروع به شکل‌گیری می‌کند.  

المصادر:

1.       Aghajanloo, k., (2021). Assessment of temporal variations of Alavian dam reservoir quality using WQI. 19^th Iranian Hydraulic Conference, Mashhad, Iran. 15-16 February.

2.       Beiramipoor, S., Qaderi, K., Haghjuie, H., Rahimpoor, M., (2018). 'Reservoir water quality management of Baft dam through selected drainage from the dam outlet locations using the model CE-QUAL-W2', Irrigation & Water Engineering, 8(31), pp.237.

3.       Chai, B., Li, Y., Huang, T., and Zhao, X. 2014. Pollution characteristics of thermally-stratified reservoir: A case study of the Heihe reservoir in Xian city, China. J. Chem. Pharm. Res. USA. 6: 7. 1231-1240.

4.       Ebrahimi, M., Jabbari, E. and Abbasi, H. (2015). Simulation of thermal stratification and salinity in dam reservoir using CE-QUAL-W2 software (Case study: Abaft Dam). J. Civil Engine. Urban. 5: 1. 07-11.

5.       Heidarzadeh, N., Neisari Tabrizi, N., (2019). 'Modeling and sensitivity analysis of water quality in Meymeh reservoir using CE-QUAL-W2 Software', Journal of Environmental Sciences and Technology, 21(5), pp.47-64.

6.       Kiani, S., (2017). 'Simulation of thermal stratification and concentration of the solvent oxygen using model CE QUAL W2 (Case Study: GARSHA Dam)', Journal of Wetland Ecobiology, 9(2), pp.39-52.

7.       kaveh, M., moridi, A., Shoorian, M., (2018). 'Solutions for Improving Water Quality in Dams' Reservoirs (Case Study: Ilam Reservoir)', Water Engineering, 11(37), pp.87-97.

8.       Ma, S., Kassinos, S.C., Fatta-Kassinos, D. and Akylas, E. (2008). Effects of selective withdrawal schemes on thermal stratification in kouris dam in Cyprus. Lakes &Reservoirs: J. Res. Manage. 13: 51-61.

9.       Rahimi Movaghar, M. Mirbagheri, S. Kerachian, R. (2019). Total dissolved solid and dissolved oxygen modeling, thermocline calculation and applying reservoir salinity reduction scenario in Shahid Rajaee reservoir using CE-QUAL-W2. Water Supply. 19 (2), pp.424-433.

10.   Rezaei Barandagh, H. Salmasi, F. Sahebi, F.  (2018). 'Water Quality and Temperature Stratification of Zanjan Taham Dam with CE-QUAL-W2 Software', Water and Soil Conservation, 25(1), pp.127-145.

11.   Soltani, G., Alavy, S. (2005). Experiences obtained from studies on quality effects of thermal stratification on few dams. In 12th Civil Engineering Student Conference, Tehran, Iran.

12.   Shaban, E., Ketabchi, H., (2019). 'Simulation of Sulfur Cycle using CE-QUAL-W2 model (Case Study of Seymareh Dam Reservoir, Iran)', Iranian Water Research Journal, 13(33), pp.151 161.

13.   Shabani, N., Rahmanifiroozjaee, A., Abessi, O., (2019). 'Thermal Stratification of Seymareh Dam Using Two-Dimensional, Hydrodynamic and Water Quality Model: CE-QUAL-W2', Journal of Environmental Sciences and Technology, 21(7), pp.77-87.

14.   Sabeti, R., Jamali, S. and Hajikandi Jamali, H. (2017). Simulation of thermal stratification and salinity using the Ce-Qual-W2 Model (Case Study: Mamloo Dam). Engineering, Technology and Applied Science Research.7(3). 1664-1669.

15.   talakesh, S., Fatahi Nafechi, R., Samadi Boroujeni, H., Mirabbasi Najafabadi, R., Khajepour, I., (2019). 'Investigation on Stratification of Temperature and Dissolved Oxygen in a Large Dam Reservoir (Case study: Karun 3 Dam)', Iranian Water Research Journal, 13(32), pp.49 57.

16.   Wells, S. A. (2020) "CE-QUAL-W2: A two-dimensional, laterally averaged, hydrodynamic and water quality model, version 4.2.2, user manual part 2, hydrodynamic and water quality model theory," Department of Civil and Environmental Engineering, Portland State University, Portland, OR.

17.   Wells, S. A. (2020) "CE-QUAL-W2: A two-dimensional, laterally averaged, hydrodynamic and water quality model, version 4.2.2, user manual part 4, model examples," Department of Civil and Environmental Engineering, Portland State University, Portland, OR.

18. Yuanning, Z., Xueping, G., Bowen, S., Chang, L., Budong, L., Xiaobo, L., (2022). ‘Tracking thermal structure evolution: An objective practice in a stratified reservoir based on high-frequency measurements’, Journal of Hydrology: Regional Studies, 39, 100989, ISSN 2214-5818, https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2022.100989