مطالعه لایه‌بندی حرارتی و کیفی سد تهم زنجان با استفاده از نرم‌افزار CE-QUAL-W2

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد عمران- سازه های هیدرولیکی دانشگاه آزاد مراغه

2 دانشیار گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز

3 کارشناس ارشد مهندسی آب-سازه های آبی دانشگاه تبریز

چکیده

مطالعه لایه‌بندی حرارتی و کیفی سد تهم زنجان با استفاده از نرم‌افزار CE-QUAL-W2

چکیده
سابقه و هدف: در راستای توسعه پایدار، کنترل کیفی منابع آب از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این راستا شناخت پدیده لایه‌بندی از اهمیت خاصی برخوردار است. همچنین بررسی کیفیت منابع آب سطحی سدها که به عنوان اصلی‌ترین منبع تأمین نیازهای شرب کشور به شمار می‌آیند، از نظر شوری یکی از چالشهای مدیریت منابع آب می‌باشد. به منظور مطالعه لایه‌بندی جریان در مخازن می‌بایست دینامیک اختلاط و جریانات داخلی در مخزن را آنالیز نمود. از آنجائیکه پدیده‌های فراوانی در ایجاد لایه‌بندی مخازن مؤثر است، مطالعه این پدیده در مخازن تنها از طریق مدل‌های دینامیکی امکان‌پذیر است. از این‌رو استفاده از مدل‌های عددی در کنار اندازه‌گیری‌های میدانی اجتناب‌ناپذیر است.
مواد و روش‌ها: با توجه به کاربری آب مخزن سد تهم به منظور آب آشامیدنی زنجان، مطالعة کیفیت آن از اهمیت بسیاری برخوردار است. لذا در مطالعه حاضر جهت شناخت وضعیت کیفی آب سد تهم، شبیه‌سازی دمای آب و کل مواد جامد محلول با استفاده از نرم‌افزار CE-QUAL-W2 در دوره 1 ساله از تاریخ 30 آذر 1390 تا 30 آذر 1391 انجام شده است. همچنین مقادیر دما و شوری آب که در نقاط مختلف مخزن اندازه‌گیری شده با نتایج بدست آمده از مدل شبیه‌سازی شده مقایسه شده است. با استفاده از نتایج مدل شبیه‌سازی شده، روند تغییرات پارامترهای مذکور و پدیده لایه‌بندی حرارتی در مخزن سد مطالعه شده است.
یافته ها: در تحقیق حاضر مقادیر دما و شوری اندازه‌گیری شده و نتایج شبیه‌سازی از تطابق مناسبی برخوردار بودند. نتایج حاکی از وجود یک دوره لایه‌بندی حرارتی در مخزن است که حدود هشت ماه از سال بطول می‌انجامد. این پدیده از اواخر فروردین ماه شروع در مرداد و شهریور به اوج خود میرسد (اختلاف 20 درجه سانتی‌گراد بین رولایه و زیرلایه) همچنین در ماه‌های دی تا فروردین نیز اختلاط مشاهده می‌شود. در فصل پاییز با کاهش اختلاف دمای آب در لایه‌های بالایی و پایینی لایه‌بندی حرارتی در مخزن تضعیف می‌شود و در فصل زمستان کاملاً ناپدید می‌شود. همچنین نتایج دلالت بر وجود لایه‌بندی شوری همزمان با لایه‌بندی حرارتی در مخزن دارد.
نتیجه‌گیری: از منظر لایه‌بندی، مخزن سد تهم در دسته مخازن مونومیکتیک گرم قرار دارد. در فصول پاییز و زمستان، مقادیر شوری در کلیه اعماق به مقدار ثابتی می‌رسد. این روند تا اردیبهشت ماه ادامه دارد و بدلیل شروع لایه‌بندی بتدریج اختلاف مقادیر در عمق بیشتر شده و در فصل تابستان این اختلاف بیشتر می‌شود.

واژه‌های کلیدی: مدل‌های دینامیکی، شوری، مونومیکتیک گرم.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Water Quality and Temperature Stratification Of Zanjan Taham Dam with CE-QUAL-W2 Software

نویسندگان [English]

  • Hadi Rezaei Barandagh 1
  • farzin salmasi 2
  • farzaneh sahebi 3
چکیده [English]

Water Quality and Temperature Stratification Of Zanjan Taham Dam with CE-QUAL-W2 Software

Abstract
Background and Objectives: for sustainable development, water recourses quality control has special importance. In this way, recognizing the stratification of reservoirs is very important. Also surveying water quality in the case for salinity of surface water resources of dams that figures as the main resource of drinking water of a country is one of the challenges of water resources management. For studying the stratification in reservoirs, turbulence dynamic and internal flows must be analyzed in reservoir. Because of many phenomenons that effect on stratification, studying this phenomenon is possible just with the using of dynamic models. In this way using numerical models beside yield measurements are unavoidable.
Materials and Methods: Because of the the Taham dam's water usage as for drinking water of Zanjan city, so studying the water quality of has more importance, so in this research for studying the status of the water quality of taham dam, modeling of temperature and TDS (Total dissolved solids) with CE-QUAL-W2 software in one year period from (December 21, 2011) until (December 20, 2012) was done. The value of observed temperature and TDS were compared with modeled data. With the results of modeled data, variation trend of said parameters and the stratification phenomena in taham dam was studied.
Results: In this research, the value of the observed temperature and salinity were in good agreement with modeled data. The results showed that the stratification phenomena happens in reservoir and lasts 8 months in the year. This phenomena begins at the end of March and improves in August and September (with 20 degrees difference between temperature of upper and lower water layers). Turbulence is also seen from January until March. In fall, because of decreasing the difference between temperature of upper and lower water layers, stratification in the reservoir is decreased and in winter it disappears. Results also shows the salinity stratification happens simultaneous with temperature stratification in the reservoir.
Conclusion: From the view point of stratification, Taham dam is in the case of Thermal Monomictic reservoirs. In fall and summer seasons, the value of salinity for all of depths of dam is a constant value. This process is continued until May and after this time because of beginning the stratification phenomenon the difference between layers in depth increase and at summer the difference become maximum.
Keywords: Dynamic Models, Salinity, Thermal Monomictic.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dynamic Models
  • Salinity
  • Thermal Monomictic
1.Abeysinghe, K., Nandalal, K., and Piyasiri, S. 2005. Prediction of thermal stratification of the
Kotmale reservoir using a hydrodynamic model. J. Natn. Sci. Foundation Sri Lanka.
33: 1. 25-36.
2.Amiri, L. 2009. Water temperature dissolved oxygen and stratification modeling reservoirs
with CE-QUAL-W2 software (Case study Sefidroud dam), environmental engineering
master thesis, civil engineering group. Civil engineering collage of Khajenasir University.
(In Persian)
3.Bakhtiyari, A. 2010. Water temperature stratification of Taham dam Reservoir. Applied
Research project of Zanjan Regional Water Authority. (In Persian)
4.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.
5.Elci, S. 2008. Effects of thermal stratification and mixing on reservoir water quality. The
Japanese Society of Limnology. 9: 135-142.
6.Hamzehpoor, S., Behmanesh, J., and Mohammadnejhad, B. 2011. Water quality analyze in
dam reservoirs with two dimensional modeling CE-QUAL-W2 software (case study Maroon
dam). The 11th conference of Iran Hydraulic. November. Urmia University. (In Persian)
7.Ma, Sh., Kassinos, S., Kassinos, D., and Akylas, E. 2008. Effects of selective water
withdrawal schemes on thermal stratification in Kouris Dam in Cyprus. J. Lake. Manage.
13: 51-61.
8.Roustaee, J., Fazeli, M., and Hashemi, S. 2009. Water quality analyze with two dimensional
modeling CE-QUAL-W2 software (Case study Latian dam),.The first conference of water
management of beach. September 13, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources
University, Water Engineering Group. (In Persian)
9.Saeidi, P., Mehrdadi, N., Ardestani, M., and Baghvand, A. 2013. Simulation of
dissolved oxygen and Temperature Stratification Modeling Of Shahid Rajaei Dam with
CE-QUAL-W2 model. J. Environ. Stud. Tehran University. 32: 4. 171-180. (In Persian)
10.Zohrevand, S., and Hashemi, M. 2011. Estimating Water Quality Term of dam reservoirs
with two dimensional modeling CE-QUAL-W2 software. The first international conference
and third national conference of dam and Hydroelectric Power Plants, IRIB International
Conference center. February 14. (In Persian)