لایه بندی حرارتی مخزن سد سیمره با استفاده از مدل دو بعدی هیدرودینامیکی و کیفی CE-QUAL-W2

محورهای موضوعی : آب و محیط زیست

نسیم شعبانی ¹ , علی رحمانی فیروزجائی ² , عزیر عابسی ³

1 - دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، رشته مهندسی عمران، گرایش آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
2 - استادیار دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل (مسئول مکاتبات)
3 - استادیار دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

تاریخ دریافت : 1395/09/19 تاریخ پذیرش : 1395/11/13 تاریخ انتشار : 1398/07/01

کلید واژه: مدل CE-QUAL-W2, ترموکلاین, سد سیمره, لایه بندی حرارتی,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: وجود لایه‌بندی حرارتی در مخزن سد عامل و بیانگر تغییرات کیفیت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب در ترازهای مختلف است. خصوصیات دمایی مخازن سدها را می توان با استفاده از مدل‌های ریاضی پیش‌بینی کرد. مدل CE-QUAL-W2یک مدلی دو بعدی هیدرودینامیکی و کیفی است که با توجه به قابلیت‌های فراوان آن، برای لایه‌بندی حرارتی از آن استفاده می‌گردد. روش بررسی: برای لایه‌بندی حرارتی سد سیمره در استان ایلام از مدل CE-QUAL-W2 استفاده گردید. گام نخست در مدل-سازی فرآیند کالیبرسیون است. کالیبراسیون یک فرآیند چند مرحله‌ای برای اصلاح پارامترها است تا بتوان بین داده‌های مشاهده شده و مدل تطابق ایجاد نمود. برای لایه‌بندی حرارتی در مدل CE-QUAL-W2 سه مرحله کالیبراسیون شامل کالیبراسیون هندسه مخزن، سطح آب و بهره‌برداری مخزن و دمایی وجود دارد که جهت اجرای بهینه مدل انجام گرفت. پس از انجام کالیبراسیون، نتایج لایه‌بندی برای ماه‌های مختلف سال استخراج شد. یافته‌ها: میزان خطای جذر میانگین مربعات برای کالیبراسیون که با مقایسه داده‌های واقعی و داده‌های مشاهده ای، به ترتیب 5/0، 05/0 و 62/1 محاسبه گردید، بیانگر آن است که مدل برای لایه‌بندی حرارتی دارای قابلیت مناسبی است. بر اساس اطلاعات مربوط به مدل‌سازی، مشخص گردیده است که سد سیمره دارای یک دوره لایه‌بندی حرارتی است. این لایه‌بندی از اسفند ماه تا دی ماه ادامه دارد و در پاییز به اوج می‌رسد. ضخامت لایه سطحی آب که رولایه نام دارد از ماهی به ماه دیگر متفاوت است. ضمن آن‌که این تفاوت در لایه میانی یا ترموکلاین نیز در ماه‌های مختلف دیده می‌شود. ضخامت رولایه در آذرماه بیش از سایر ماه‌ها می‌باشد. وجود این لایه‌بندی در مخازن باعث می‌شود تا به تدریج مواد آلی و رسوبات ته‌نشین شده در کف زیاد شده و در هنگام اختلاط مخزن موجب گسترش پدیده تغذیه‌گرایی در مخزن شود.

چکیده انگلیسی:

Background: Thermal stratification in the reservoir changes the physical, chemical and biological quality at different levels. Temperature conditions of the reservoirs can be predicted using mathematical models. CE-QUAL-W2 is a two-dimensional, hydrodynamic and water quality model that is used for thermal stratification regarding its capabilities. Material and Methods: CE-QUAL-W2 is used for thermal stratification in Seymareh dam. Calibration is first step in modeling. Calibration is an iterative process whereby model coefficients are adjusted until an adequate fit of observed versus predicted data is obtained. CE-QUAL-W2 model has three calibrations phase including volume-elevation, water balance and thermal calibrations, all have done for model optimum performance. After the calibration, stratification results are extracted for the various months. Results: The root mean square error of calibration calculated by comparing the actual data and the observed data were 0.5, 0.05 and 1.62, respectively, indicating that the model for the layer ‌ Thermal conditioning is suitable. This stratification continues from March to December and culminates in autumn. The thickness of the surface layer of water, called the roller, varies from month to month. This difference is also seen in the middle layer or the thermocline in different months. The thickness of roller in December is more than other months. Discussion and Conclusion: Based on modeling information, it has been determined that the Seymareh Dam has a thermal stratification period. The presence of this layering in the reservoirs causes the organic matter and sedimentation of sediments to gradually increase in the bottom of the reservoir.

منابع و مأخذ:

1. Khayammi, M., Danesh, Sh., Khodashenas, S., Davari, K. 2009. Simulation of Water Quality in Dam’s Basins (Case Study – Torogh Dam Basin). Journal of Water and Soil, 23(1): 17-29. (In Persian)


2. Hamzepour, S., Behmanesh, J., Mohamadnejad, B. 1391.  Evaluation of Water Quality within dam reservoirs using CE-QUAL-W2 Model, a two-dimensional (Case Study: Maroon Dam). The 11th Conference on Iranian Hydraulic, Oromieh University, Iran.


3. Ford, D. E. 1990. Reservoir transport processes. P.15-41. In K. W. Thornton,B. L. Kimmel & F. E. Payne(eds) . Reservoir Limnology: Ecological Perspectives, John Wiley & Sons, New York.


4. Nogueira, M. G., Henry, R., & Maricatto, F. E. 1999. Spatial and temporal heterogeneity in the Jurumirim Reservoir, Sao Paulo, Brazil. Lake Reserv. Res. Manage, 4: 107–120.


5. Amiri, L., Vafaie, F., Ardalan, M. 2009. Thermal Stratification in Sefidrood Dam. The 8th International Conference on Civil Engineering, Shiraz University, Iran.


6. Perks, C. 2006. Dealing With Stratification within a Water Supply Reservoir. 69th Annual Water Industry Engineers and Operators’ Conference Bendigo Exhibition Centre.


7. Mikio, H. 1994. Water quality and its control, IAHR, A.A. Balkema, Rotterdam, Netherlands.


8. Kermani, M., Naseri, S. 2002. Impacts of Dam construction on water quality. Journal of Water and Environment, 51: 6-11. (In Persian)


9. Ford, D. E., Thornton, K. W. 1979. Time and length scales for the one-dimensional assumption and its relation to ecological models. Water Resources Res, 15: 113-120.


10. Nazariha, M., Danaei, E., Hashemi, S.,  Izad Doustdar, A. 2010. Prediction of Thermal Stratification in Proposed Bakhtyari Reservoir With CE-QUAL-W2. Journal of Environmental Studies, 36 (54), 11-18. (In Persian)


11. Madadi, H., Najmi, N. 2008. Stratification of Des Dam Reservior usin CE-QUAL-W2 Model. The Second Conference on Environmental Engineering, Tehran University, Iran. (In Persian)


12. Edinger, J. E., Buchak, E. M. 1975. A Hydrodynamic, Two-Dimensional Reservoir Model: The Computational Basis, Prepared for US Army Engineer Division, Ohio River, Cincinnati, Ohio.


13. Cole, T. M., Wells, S. A. 2007. A Two-Dimensional, Laterally Advanced, Hydrodynamic and Water Quality Model, Version 3. Army Engineering and Research Development Center.


14. Modiri-Gharehveran, M., Etemad-Shahidi, A., & Jabbari, E. 2014. Effects of climate change on the thermal regime of a reservoir, Water Management, 167: 601-911. (In Persian)


15. Saeidi, P., Mehrdadi, N., Ardestani, M., Baghvand, A. 2014. Simulation of Thermal Stratification and Dissolved Oxygen Concentrations Using Ce-Qual-W2 Model (Case Study: Shahid Rajaee Dam). Journal of Environmental Studies, 39(4): 171-180. (In Persian)


16. Zohrevand, M., Seraji, M., Hashemi, S. 2011. Water Quality Condition Evaluation in Dam Reserviors Using Ce-Qual-W2 Model (Case Study: Mamloo Dam). The First International Conference on Dams and Hydropower. Tehran. Iran. (In Persian)


17. Weysi, K., Samarghandi, M., Samadi, M., Safaee, M., Nourmoradi, H., MoghimBeigi, A. 2014. Monitoring of the Undesirable Phenomenon of Thermal Stratification in Reservoir Dam of Ekbatan, Hamadan. Journal of Health System Research, 9: 1005-1013. (In Persian)


18. Mahab Ghodss Consulting Engeneering Company. 2015. Seymareh Dam Overview, www.mahabghodss.net (In Persian)


19. Dehghan, J. 2001. Thermal stratification in tandem reservoirs, case study :reservoirs of karun1,karun2 and karun3 dams. Master of science in Environmental Engineering. Iran University of Science and Technology. 125 pages. (In Persian)