مدل سازی عددی یک بعدی الگوی رسوب در حوضچه های ترسیب مستطیلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، زنجان، ایران

2 گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی تهران شمال، ایران

3 گروه مهندسی عمران، موسسه آموزش عالی غیاث الدین جمشید کاشانی، ایران.

چکیده

حوضچه‌های ترسیب یکی از سازه‌های مهندسی ضروری جهت ته‌نشینی ذرات رسوب بوده و در تجهیزات آب و فاضلاب، به منظور جلوگیری از خسارات ذرات رسوب، به طور معمول مورد استفاده قرار می‌گیرد. هدف از این تحقیق ارائه مدل عددی یک بعدی جهت شبیه‌سازی جریان و رسوب در حوضچه ترسیب مستطیلی می‌باشد. معادلات حاکم معادلات متوسط‌ گیری شده در عمق جریان و انتقال رسوب بوده و برای حل عددی، روش تفاضل محدود به کار رفته است. مدل را می‌توان برای جریان غیرماندگار و ذرات غیریکنواخت مورد استفاده قرار داده و می‌توان اطلاعات مهمی مانند راندمان حذف، ضخامت و توزیع اندازه ذره گل و لای را پیش‌بینی کرد. مقایسه نتایج مدل عددی پیشنهادی با نتایج سایر پژوهشگران، دقت قابل قبول مدل پیشنهادی را بیان کرده به گونه‌ای که در تمامی مواردِ موردِ بررسی، میزان خطا کمتر از 3% بود. نتایج آنالیز حساسیت نشان داد که بیش از 50 درصد رسوبات معلق در 5 متر اول حوضچه رسوب می‌کند؛ از اینرو افزایش در ابعاد حوضچه ترسیب مستطیلی بهترین راه برای بهبود عملکرد حوضچه نیست. در واقع افزایش راندمان حذف را می‌توان با کاهش عمق حوضچه ترسیب، افزایش مساحت سطح مقطع جریان و کاهش میزان جریان سرریزی به دست آورد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

1D Numerical Modeling of Sediment Pattern in Settling Basins

نویسندگان [English]

  • Hamed Sarveram 1
  • Fatemeh Rostami 2
  • Mehdi Shahrokhi 3
1 Department of Civil engineering, Zanjan Branch, Islamic Azad University, Zanjan, Iran.
2 Department of Civil engineering, North Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
3 Department of Civil engineering, Ghiaseddin Jamshid Kashani Higher Education, Iran
چکیده [English]

Settling basins are one of the most important structures, which are commonly used for deposition of sediment particles in water and wastewater systems in order to prevent the damage of sediment particles. The purpose of this study was to provide a one-dimensional numerical model for simulating flow and sediment in a rectangular settling basin. The governing equations are depth averaged equations of flow and sediment transport. In order to the numerical solution, the finite difference method has been used. The model can be used for non-uniform flow and non-uniform particles and may predict important information such as removal efficiency, thickness, and distribution of particle size of sludge. Comparison of the results of the proposed numerical model with the results of other researchers stated the acceptable accuracy of the proposed model, so that in all cases the error rate was less than 3%. The results of the sensitivity analysis showed that more than 50% of suspended sediment was deposited at the first 5 meters of the basin; therefore, the increase in the dimensions of the rectangular reservoir was not the best way to improve the performance of the pond. In fact, increasing the removal efficiency can be achieved by reducing the depth of the settling basin, increasing the cross-sectional area of flow and reducing the surface loading rate.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rectangular settling basin
  • sediment
  • removal efficiency
  • numerical Model
  • Sludge
[1]   H.M. El-Baroudi, Characterization of settling tanks by eddy diffusion, Journal of the Sanitary Engineering Division, 95 (1969).
[2]   D.R. Schamber, B.E.  Larock,  Numerical  analysis  of flow in sedimentation basins, Journal of the Hydraulics Division, 107(5) (1981) 575-591.
[3]   E. Imam, J.A. McCorquodale, J.K. Bewtra, Numerical Modeling of Sedimentation Tanks, Journal of Hydraulic Engineering, 109(12) (1983) 1740-1754.
[4]   D.W. Ostendorf, B.C. Botkin, Sediment Diffusion in Primary Shallow Rectangular Clarifiers, Journal of Environmental Engineering, 113(3) (1987) 595-611.
[5]   E.W. Adams, W. Rodi, Modeling Flow and Mixing  in Sedimentation Tanks, Journal of Hydraulic Engineering, 116(7) (1990) 895-913.
[6]   S. Zhou, J.A. McCorquodale, Modeling of Rectangular Settling Tanks, Journal of Hydraulic Engineering, 118(10) (1992) 1391-1405.
[7]   P.K. Swamee, A. Tyagi, Design of Class-I Sedimentation Tanks, Journal of Environmental Engineering, 122(1) (1996) 71-73.
[8]   Y.-C. Jin, Q.-C. Guo,  T.  Viraraghavan,  Modeling  of Class I Settling Tanks, Journal of Environmental Engineering, 126(8) (2000) 754-760.
[9]   Q. Guo, Numerical modeling of suspended sediment transport, University of Regina, Saskatchewan, 2001.
[10] F. Rostami, M. Shahrokhi, M.A. Md Said, R. Abdullah, Syafalni, Numerical modeling on inlet aperture effects on flow pattern in primary settling tanks, Applied Mathematical Modelling, 35(6) (2011) 3012-3020.
[11] M. Shahrokhi, F. Rostami, M.A. Md Said, Syafalni, Numerical modeling of baffle location effects on the flow pattern of primary sedimentation tanks, Applied Mathematical Modelling, 37(6) (2013) 4486-4496.
[12]    M. Shahrokhi, F. Rostami, M.A.M. Said, S.-
R. Sabbagh-Yazdi, S. Syafalni, R. Abdullah, The effect of baffle angle on primary sedimentation tank efficiency, Canadian Journal of Civil Engineering, 39(3) (2012) 293-303.
[13]  X. Liu, H. Xue, Z. Hua, Q. Yao, J. Hu, Inverse Calculation Model for Optimal Design of Rectangular Sedimentation Tanks, Journal of Environmental Engineering, 139(3) (2013) 455-459.
[14]  T. Tu, K.J. Carr, A. Ercan, M.L. Kavvas, J. Nosacka, Two-Dimensional Sediment Transport Modeling in Cache Creek Settling Basin, California, in: World Environmental and Water Resources Congress 2015.
[15]    T. Tu, K.J. Carr, A. Ercan, T. Trinh, M.L. Kavvas, K. Brown, J. Nosacka, Two-Dimensional Sediment Transport Modeling under Extreme Flood at Lower Cache Creek, California, in: World Environmental and Water Resources Congress 2017
[16]  B.S. Booshehri, R. Rahimzadegan, Optimum Design of Settling Basin in Irrigation Networks, Isfahan University of Technology, Esfahan, 1995.
[17]  S.-N. Shetab-Boushehri, S.-F. Mousavi, S.-B. Shetab- Boushehri, Design of Settling Basins in Irrigation Network Using Simulation and Mathematical Programming, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 136(2) (2010) 99-106.
[18]  M.E. Ahmadi, H.G. Najafabadi, Numerical simulation of water flow and sediment in settling Basins, Power and Water University of Technology, Tehran, 2011.
[19]  W. Sun, Modeling Flocculation in Sedimentation Tank with Depth-Averaged Method, Faculty of Graduate Studies and Research, University of Regina, 2014.