مدل سازی ترکیبی یک بعدی و دو بعدی دینامیک فلزات سنگین در سیستم های رودخانه ای با استفاده از ضریب زوال متغیر ( مطالعه موردی رودخانه کارون )

انتقال الودگی و رسوب از مهمترین مسایل و مشکلات موجود در سیستم های رودخانه ای، خلیج و دریا و تاثیر منفی ان بر زندگی منطقه می باشد. فلزات سنگین یکی از الاینده های خطرناک برای زندگی بشر می باشند به همین دلیل مدل سازی این پدیده در رودخانه و در نقاطی که نزدیک به محل زندگی انسان ها می باشند از اهمیت بالایی برخوردار است. بطور کلی فلزات سنگین در طبیعت بصورت NonConservative بوده و میزان غلظت انها برحسب pH و شوری قابل تغییر است. هدف اصلی این تحقیق ارایه روابط جدیدی برای ضریب زوال فلزات سنگین با توجه به تغییر pH و EC (در این تحقیق EC به عنوان تابعی از شوری در نظر گرفته شده است.) در سیستم های رودخانه ای با استفاده از مدل های ترکیبی یک بعدی و دوبعدی می باشد.

در مدل سازی فرایندها در مصب و رودخانه ها، منطقه مورد نظر ممکن است که از خصوصیات مختلفی برخوردار باشد. مدل های یک بعدی زمان کمتری برای اجرای مدل نسبت به مدل های دو بعدی نیاز دارند و مدل های دو بعدی تغییرات سرعت و غلظت را در عرض و میاندرهای رودخانه شبیه سازی می کنند، برای استفاده از هر دو مزیت مدل های یک بعدی و دو بعدی می توان در مدل سازی از مدل های ترکیبی یک بعدی و دو بعدی استفاده نمود. این روش بدین صورت می باشد که ابتدا مدل یک بعدی اجرا و نتایج خروجی از این مدل به عنوان ورودی مدل دو بعدی در نظر گرفته می شود. در این تحقیق با استفاده از مدل یک بعدی  FASTER و دو بعدی DIVAST به مدل سازی ترکیبی فلز سنگین کادمیوم پرداخته شده است. در مدل های حاضر از حل معادلات یک بعدی و دو بعدی دینامیکی پخش و انتشار به کمک روش عددی جدیدی که ULTIMATE QUICKEST نام دارد، استفاده شده است. این روش به کمک یک مثال استاندارد تایید و سپس برای پیش بینی غلظت فلزات سنگین در سیستم رودخانه ای کارون مورد استفاده قرار گرفت.

در این تحقیق جهت واسنجی و صحت سنجی هیدرودینامیک مدل یک بعدی، ابتدا مدل را در بازه ملاثانی-فارسیات رودخانه کارون اجرا گردید و با استفاده از داده های مشاهداتی ایستگاه اهواز مورد واسنجی قرار گرفت. سپس از مدل یک بعدی در مقاطع زرگان و ام الطمیر خروجی دریافت گردید و به عنوان ورودی مدل دو بعدی استفاده شد. در انتها جهت اجرای انتقال الودگی مدل های یک بعدی و دو بعدی از 5 ضریب زوال مختلف (1- ضریب زوال برابر با صفر، 2- ضریب زوال ثابت، 3- ضریب زوال متغیر با pH ، 4- ضریب زوال متغیر با EC ، 5- ضریب زوال متغیر با pH و EC ) برای مدل سازی فلز سنگین محلول کادمیوم استفاده شد. 3 ضریب زوال متغیر انتخابی در این تحقیق با انجام اجراهای متعدد براورد گردیده و جهت اجرا وارد Source مدل ها شدند. لازم به ذکر می باشد که نتایج حاصل از واسنجی و صحت سنجی انتقال الودگی مدل های یک بعدی و دو بعدی با استفاده از داده های مشاهداتی ایستگاه شکاره مورد واسنجی و صحت سنجی قرار گرفتند.

نتایج واسنجی و صحت سنجی مدل های یک بعدی و دو بعدی برای فلز سنگین محلول کادمیوم نشان می دهند که با انتخاب ضریب زوال متغیر با pH و EC دقت مدل سازی افزایش می یابد. ضریب زوال متغیر توانست که دقت مدل یک بعدی را برای کادمیوم محلول 72% افزایش دهد. همچنین دقت مدل دو بعدی را برای کادمیوم محلول با انتخاب ضریب زوال متغیر 97%  افزایش یافت. بدین ترتیب می توان از این از معادلات انتخابی جدید برای ضریب زوال فلز سنگین محلول کادمیوم همچنین و مدل های توسعه یافته به عنوان ابزاری مناسب جهت مدیریت زیست محیطی رودخانه استفاده نمود.

کلیدواژه ها:

رودخانه کارون ، مدل سازی ترکیبی ، فلزات سنگین ، ضریب زوال متغیر