Skip to main content
SUPERVISOR
منوچهر حیدرپوراسفرجانی (استاد راهنما) محمد شایان نژاد (استاد مشاور) امیر حق شناس (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohsen Akbari
محسن اکبری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Modeling the self- purification level of Zayanderood river using the numerical solution of the advection- dispersion equation and HEC-RAS model and evaluation of control structures effect on it
Rivers as the main water source for humans and other creatures are sometimes this source of life are polluted with entering the wast water that be caused a significant decreasing of dissolved oxygen. It is necessary to predict the amount of dissolved oxygen for management of water resources. So, estimation the amount of dissolved oxygen concentration, is one of the necessary steps to monitor river health.The various models have been developed in order to predict the dissolved oxygen in the rivers such as CSP and MSP models. The base of developed model in this research is advection-diffusion equation (ADE) of solute traort. For this purpose, two terms including production and decay of dissolved oxygen were added to this equation. Final equation was discretized using finite difference method with implicit scheme. With applying the initial and boundary conditions, the equation set was solved by Thomas algorithm. The calculations was done by programming in MATLAB software. After mapping the topography of the river, using GIS software and HEC-GeoRAS river sections and the results of its application moved to HEC-RAS. To get the velocity and depth of the river was used HEC-RAS software. In order to calibration and validation of the model, data of Zayanderoud were used. The temporal and spatial variations of dissolved oxygen were plotted and compared with real data and results of the MSP and CSP models. Results showed that concentration of the dissolved oxygen can be well predicted through solving developed ADE equation with introducing two terms for decay and production of oxygen. The comparison between the results of the model and two other models showed that the model gives better results than the MSP and CSP models. Sensitivity analysis of model coefficients showed that rearation coefficents had the most effect on results of the developed ADE model. The results showed the presence of type of different wires in suitable sections, causing a significant increase in the concentration of dissolved oxygen, but the kind of sharp-edgedweirs and compound weir at 5% level showed no significant difference. However, broad- crested and stepped weirs were effected on the concentration of dissolved oxygen. Also the weir-gate had no significant effect in 5% level on the concentration of dissolved oxygen. Keywords dissolved oxygen, Thomas algorithm, Zayandehrud, Advection- Dispersion Equation, overflow, MATLAB and HEC-RAS
رودخانه ها به‌عنوان اصلی ترین منبع تأمین‌کننده آب برای انسان ها و سایر موجودات به شمار می آیند که در معرض خطر ورود آلاینده ها قرار می گیرد. این باعث کاهش معنی داری در میزان اکسیژن محلول در رودخانه می شود. برای مدیریت منابع آب لازم است مقدار اکسیژن محلول پیش بینی شود. غلظت اکسیژن محلول در رودخانه ، یکی از معیارهای اصلی تعیین کیفیت آب رودخانه است. بنابراین، برآورد مقدار غلظت اکسیژن محلول، یکی از مراحل ضروری برای پایش سلامت رودخانه ها است. مدل های زیادی به‌منظور توسعه اکسیژن محلول در رودخانه‌ها به کار گرفته ‌شده است که از آن جمله می توان مدل‌های MSP و CSP را نام برد. اساس مدل توسعه یافته در این پژوهش، معادله انتقال- انتشار املاح در خاک است. به این منظور عوامل تولید و مصرف اکسیژن در رودخانه به معادله انتقال- انتشار املاح اضافه شد. معادله نهائی به روش عددی تفاضلات محدود و به کمک الگوی ضمنی منفصل شد. پس از منفصل سازی معادله و اعمال شرایط اولیه و شرایط مرزی، دستگاه معادلات به‌دست‌آمده با الگوریتم توماس حل شد. محاسبات با کدنویسی هایی در نرم‌افزار MATLAB انجام شد. پس از تهیه نقشه توپوگرافی رودخانه، با استفاده از نرم‌افزار GIS و HEC-GeoRAS رودخانه مقطع بندی شد و نتایج آن به نرم‌افزار HEC-RAS انتقال پیدا کرد. همچنین برای به دست آوردن سرعت و عمق رودخانه از نرم‌افزار HEC-RAS استفاده شد. برای واسنجی و تأیید مدل اکسیژن محلول، از داده های رودخانه زاینده‌رود در محدوده رودشت اصفهان استفاده شد. تغییرات زمانی و مکانی اکسیژن محلول ترسیم و با داده های مشاهده ای و نتایج حاصل از مدل های MSP و CSP مقایسه گردید. نتایج نشان داد که با حل عددی معادله ADE توسعه‌یافته و با اعمال عبارتی برای مصرف و تولید اکسیژن می توان غلظت اکسیژن محلول را به خوبی پیش‌بینی نمود. مقایسه نتایج حاصل از پژوهش حاضر با مدل های کیفی MSP و CSP و داده‌های مشاهده ای نشان داد که روش مذکور نتایج بهتری نسبت به مدل های MSP و CSP داشته است. تجزیه‌وتحلیل حساسیت ضرایب مدل نشان داد ثابت هوادهی(K r ) بیشترین تأثیر را بر پیش بینی های مدل ADE توسعه‌یافته دارد. نتایج نشان داد حضور انواع مختلف سرریز در مقاطع مناسب باعث افزایش چشمگیر غلظت اکسیژن محلول می شود ولی نوع سرریزهای لبه تیز و سرریزهای مرکب در سطح 5% تفاوت چندانی نداشت. با این ‌حال، سرریز لبه پهن و سرریز پلکانی بر میزان غلظت اکسیژن محلول مؤثر بودند. همچنین حضور سرریز- دریچه در سطح 5% تأثیر چندانی بر میزان غلظت اکسیژن محلول نداشت. کلمات کلیدی: اکسیژن محلول، الگوریتم توماس، زاینده‌رود، معادله انتقال- انتشار، سرریز، MATLAB، HEC-RAS

ارتقاء امنیت وب با وف بومی