Modelling seasonal changes of longitudinal dispersion at the Okna River

• Autorzy: Manina M. , Halaj P. , Jurik L. , Kaletova T.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie sezonowych zmian dyspersji wzdłużnej w rzece Oknie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aim of study The problem of investigation of pollution transport along watercourses is not new, but since it is so complex there is still space for fine-tuning in order to apply it to individual watercourses. This study presents an opportunity to determine a value of longitudinal dispersion and is focused on comparing seasonal variation of the longitudinal dispersion predetermined by natural conditions of the river aquatic zone. Material and methods The dispersion of a pollutant tracer was simulated by HEC-RAS model and by one-dimensional advection-diffusion equation. Longitudinal dispersion coefficient was determined based on of tracer experiments (2 kg NaCl in 10 l H₂O) carried out in March, August, and October 2019. Both methods were applied to the Okna River in the Eastern Slovak Lowland. Result and conclusions Result showed that HEC-RAS modelling correlated to changes of dispersion and vegetation in the river. During the year, the longitudinal dispersion coefficient for Okna river estimated by the equation remained in a range from 0.093 to 1.08 m² ·s⁻¹, and when estimated using the HEC-RAS, from 0.220 to 1.850 m² ·s⁻¹. Results could represent different values of longitudinal dispersion simulated by the model or the equation. The obtained coefficients have a broad range of applications. The main use of these is as input data in the simulation of the spread of accidental pollution in rivers. Also, they can be applied to streams with similar characteristics. Results demonstrated an important role of seasonal variation of longitudinal dispersion coefficient that must be taken into account in the simulation of pollution spreading in rivers.

PL

Cel badań Choć zagadnienie badania transportu zanieczyszczeń wzdłuż cieków wodnych nie jest niczym nowym, to ze względu na poziom skomplikowania, wciąż wymaga ono doprecyzowania w odniesieniu do poszczególnych cieków wodnych. Przedstawione badania mają na celu ustalenie wartości dyspersji podłużnej i koncentruje się na porównaniu sezonowej zmienności dyspersji wzdłużnej, którą determinują naturalne warunki koryta rzecznego. Materiał i metody Dyspersję znacznika zanieczyszczeń symulowano za pomocą modelu HEC-RAS i jednowymiarowego równania dyfuzji-adwekcji. Określenia współczynnika dyspersji wzdłużnej dokonano na podstawie eksperymentów ze znacznikami (2 kg NaCl w 10 l H₂O) przeprowadzonych w marcu, sierpniu i październiku 2019 r. Obie metody zastosowano do rzeki Okna zlokalizowanej na Nizinie Wschodniosłowackiej. Wynik i wnioski Wyniki badań pokazały, że modelowanie HEC-RAS koreluje ze zmianami dyspersji oraz zmianami roślinności w rzece. Szacowany współczynnik dyspersji wzdłużnej dla rzeki Okna obliczony na podstawie równania w ciągu roku mieścił się w zakresie od 0,093 do 1,08 m² ·s⁻¹, zaś według HEC-RAS wynosił od 0,220 do 1,850 m² ·s⁻¹. Wyniki mogą reprezentować różne wartości dyspersji wzdłużnej symulowane za pomocą modelu lub za pomocą równanie. Uzyskane współczynniki mają szerokie zastosowanie. Są szczególnie przydatne do jako dane wejściowe do symulacji rozprzestrzeniania się przypadkowego zanieczyszczenia w rzekach. Można je również odnieść do strumieni o podobnych właściwościach. Wyniki badań wykazały ważną rolę sezonowej zmienności współczynnika dyspersji wzdłużnej, co należy uwzględnić w symulacji rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w rzekach.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2020
• Tom: 19
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.37-46,fig.,ref.

Twórcy

autor

Manina M.

• Faculty of Horticulture and Landscape Engineering, Slovak University of Agriculture in Nitra, Tulipanova 7, 949 76, Nitra, Slovakia

autor

Halaj P.

• Faculty of Horticulture and Landscape Engineering, Slovak University of Agriculture in Nitra, Tulipanova 7, 949 76, Nitra, Slovakia

autor

Jurik L.

• Faculty of Horticulture and Landscape Engineering, Slovak University of Agriculture in Nitra, Tulipanova 7, 949 76, Nitra, Slovakia

autor

Kaletova T.

• Faculty of Horticulture and Landscape Engineering, Slovak University of Agriculture in Nitra, Tulipanova 7, 949 76, Nitra, Slovakia

Bibliografia

• Abderrezzak, E. K. K., Ata, R., Zaoui, F. (2015). One-dimensional numerical modelling of solute transport in streams: The role of longitudinal dispersion coefficient. Journal of Hydrology, 527, 978–989.
• Danecek, J., Ryl, T., Riha, J. (2002). Stanovení hodnoty koeficientu podélne hydrodynamické disperze ve vodních tocích řešením Fišerova integrálu. In Journal of Hydrology and Hydromechanics, 50(2), 104–113.
• Drake, J., Bradford, A., Joy, D. (2010). Application of HEC-RAS 4.0 temperature model to estimate groundwater contributions to Swan Creek. Ontario, Canada, Journal of Hydrology, 389(3-4), 390–398.
• Fisher, B. H., List, E., Koh, R., Imberger, J., Brooks, N. (1979). Mixing in Inland Coastal Waters. New York: Academic Press.
• Gaiemo, G., Cheng, G. (2019). Mathematical modelling and application for simulation of water pollution accidents, Process Safety and Environmental Protection, 127, 189–196.
• Hamidifar, H., Omid, H. M., Keshavarzi, A. (2015). Longitudinal dispersion in waterways with vegetated floodplain. Ecological Engineering, 84, 398–407.
• Korosin, K. (1995). Disperzné koeficienty pre prirodzené profily povrchových tokov. Journal of Hydrology and Hydromechanics, 43(1-2), 93–101.
• Mosiej, J., Skrzypski, J., Suchecka, T. (2019). Impact of the Łódź agglomeration on water quality indicators and load of pollutants in ner and warta rivers, in the period 1995–2011. Acta Sci. Pol. Formatio Circumiectus 18(4), 2019, 25–35.
• Nawiesniak, M. (2018). Hydromorphological and landscape assessment of the Białka river valley. Acta Sci. Pol.Formatio Circumiectus 17(2) 2018, 3–11.
• Parker, R. S., Adams, K. S., Lammers, W. R., Stein, D. E. (2019). Targeted hydrologic model calibration to improve prediction of ecologically relevant flow metrics, Journal of Hydrology, 573, 546–556.
• Sokac, M., Veliskova, Y. (2016). Analytical Solution of the Advection-Dispersion Equation Using Asymmetrical Pollution Distribution. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 221.
• Taldei, S., Camporeale, G., Perucca, E., Ridolfi, L. (2010). Longitudinal dispersion in vegetated rivers with stochastic flows. Water Resources, 33, 562–571.
• Veliskova, Y., Pekarova, P. (2006). Numerical modelling of accidental pollution spreading at upper part of Hron River. In Proc. XXIII. Conference of the Danubian countries on the hydrological forecasting and hydrological bases of water management. ISBN 86-80851-07-8, (eds. Bruk, S., Petkovic, T.), CD ROM, Belgrade, Serbia, 10 p.
• Veliskova, Y., Halaj, P., Sokac, M. (2013). Citlivosť modelu HEC-RAS na zmenu disperzného koeficientu – vstupného parametru modelu. Acta Hydrologica Slovaca, 14(2), 392–401.
• Walker, B. J., Baumgartner, C. P., Gerba, C. P., Fitzsimmons, K. (2019). Surface Water Pollution. Environmental and Pollution Science, Third Edition, 261–292.
• Wang, F., Huai, X., Wang, J. (2017). Physically sound formula for longitudinal dispersion coefficients of natural rivers. Journal of Hydrology, 544, 551–523.