Nghiên cứu bán phân tích về sự phân tán môi trường của các hạt lắng trong dòng chảy đất ngập nước không phụ thuộc chiều rộng

Environmental Fluid Mechanics - Tập 21 - Trang 1069-1090 - 2021
Nanda Poddar1, Susmita Das1, Subham Dhar1, Kajal Kumar Mondal1
1Department of Mathematics, Cooch Behar Panchanan Barma University, Cooch Behar, India

Tóm tắt

Dự đoán sự tiến triển của sự phân tán môi trường của các hạt lắng trong dòng chảy đất ngập nước có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật sinh thái. Trong nghiên cứu này, hiện tượng phân tán trong một trường nồng độ hai chiều không phụ thuộc chiều rộng của các chất ô nhiễm lắng được nghiên cứu bằng phương pháp bán phân tích dựa trên phương pháp tích phân các môment. Một sơ đồ sai phân ngầm hữu hạn được sử dụng để giải phương trình khuếch tán-sự vận chuyển phụ thuộc thời gian. Ảnh hưởng của các tham số vật lý khác nhau như vận tốc lắng, số Peclet, tham số thực vật và thời gian phân tán đến sự lan tỏa của việc thải ra nhanh chóng và đồng nhất của các chất đánh dấu trong dòng chảy kênh đất ngập nước hoàn toàn có thực vật được phân tích. Biểu diễn đa thức Hermite được sử dụng để xác định phân bố chiều dài của nồng độ trung bình. Kết quả cho thấy với việc tăng tham số thực vật, độ phân tán Taylor giảm vì tham số thực vật làm giảm vận tốc dòng chảy. Ngoài ra, khi thời gian phân tán tăng lên, nồng độ trung bình của các chất ô nhiễm lắng giảm và lan rộng hơn về chiều dài. Đáng chú ý là đỉnh nồng độ trung bình của các chất ô nhiễm giảm khi vận tốc lắng tăng lên.

Từ khóa

#phân tán môi trường #hạt lắng #dòng chảy đất ngập nước #phương pháp bán phân tích #nồng độ trung bình #tham số thực vật #vận tốc lắng

Tài liệu tham khảo

Fischer HB (1967) The mechanics of dispersion in natural streams. J Hydraul Div 93:187–216 Costanza R, Farber SC, Maxwell J (1989) Valuation and management of wetland ecosystems. Ecol Econ 1:335–61 Costanza R, d’Arge R, de Groot R et al (1997) The value of the world’s ecosystem services and natural capital. Nature 387:253–260 Turner RK, van den Bergh JCJM, Söderqvist T, Barendregt A, van der Straaten J, Maltby E, van Ierland EC (2000) Ecological-economic analysis of wetlands: scientific integration for management and policy. Econ Ecol 35:7–23 Ghisalberti M, Nepf HM (2005) Mass transport in vegetated shear flows. Environ Fluid Mech 5:527–551 Nepf H, Ghisalberti M (2008) Flow and transport in channels with submerged vegetation. Acta Geophys 56:753–777 Liu S, Masliyah JH (2005) Dispersion in porous media. Handbook of porous media, 2nd edn. CRC Press, pp 81–140 Zhou JB, Jiang MM, Chen B, Chen GQ (2009) Emergy evaluations for constructed wetland and conventional wastewater treatments. Commun Nonlinear Sci Numer Simulat 14(4):1781–1789 Chen GQ, Zeng L, Wu Z (2010) An ecological risk assessment model for a pulsed contaminant emission into a wetland channel flow. Ecol Modell 221(24):2927–2937 Zeng L, Chen GQ, Tang HS, Wu Z (2011) Environmental dispersion in wetland flow. Commun Nonlinear Sci Numer Simulat 16:206–215 Wu Z, Li Z, Chen GQ (2011) Multi-scale analysis for environmental dispersion in wetland flow. Commun Nonlinear Sci Numer Simulat 16(8):3168–3178 Dhar S, Poddar N, Kairi R, Mazumder B, Mondal K (2021) Numerical study on dispersion of fine settling particles in a depth dominated wetland flow. Commun Nonlinear Sci Numer Simulat 96:105707 Zeng L, Chen GQ (2011) Ecological degradation and hydraulic dispersion of contaminant in wetland. Ecol Modell 222:293–300 Chen B, Zeng L, Wu YH, Ji P, Zhao YJ (2012) Transport of bicomponent contaminant in free-surface wetland flow. J Hydrodyn Ser B 24(6):925–929 Nepf HM (2012) Flow and transport in regions with aquatic vegetation. Ann Rev Fluid Mech 44(1):123–142 Zeng L, Zhao YJ, Chen B, Ji P, Wu YH, Feng L (2014) Longitudinal spread of bicomponent contaminant in wetland flow dominated by bank-wall effect. J Hydrol 509:179–187 Wu Z, Fu X, Wang G (2015) Concentration distribution of contaminant trasport in wetland flows. J Hydrol 525:335–344 Wang P, Chen GQ (2015) Environmental dispersion in a tidal wetland with sorption by vegetation. Commun Nonlinear Sci Numer Simulat 22(1–3):348–366 Wang P, Chen GQ (2017) Contaminant transport in wetland flows with bulk degradation and bed absorption. J Hydrol 552:674–683 Wang P, Zeng L, Huai W (2018) Transient dispersion of an initial point pollutant concentration in wetland flows. Environ Sci Pollut Res 25:34414–34425 Zeng L, Wu YH, Ji P, Chen B, Zhao YJ, Chen GQ, Wu Z (2012) Effect of wind on contaminant dispersion in a wetland flow dominated by free-surface effect. Ecol Modell 237–238:101–108 Wang H, Huai W (2018) Analysis of environmental dispersion in a wetland flow under the effect of wind: extended solution. J Hydrol 557:83–96 Taylor GI (1953) Dispersion of soluble matter in solvent flowing slowly through a tube. Proc R Soc Lond A219:186–203 Aris R (1956) On the dispersion of a solute in a fluid flowing through a tube. Proc R Soc Lond A235:67–77 Chatwin PC (1970) The approach to normality of the concentration distribution of a solute in a solvent flowing along a straight pipe. J Fluid Mech 43(02):321 Mazumder BS, Das SK (1992) Effect of boundary reaction on solute dispersion in pulsatile flow through a tube. J Fluid Mech 239(1):523 Yasuda H (1984) Longitudinal dispersion of matter due to the shear effect of steady and oscillatory currents. J Fluid Mech 148(1):383 Mukherjee A, Mazumder BS (1988) Dispersion of contaminant in oscillatory flows. Acta Mechanica 74:107–122 Bandyopadhyay S, Mazumder BS (1999) Unsteady convective diffusion in a pulsatile flow through a channel. Acta Mechanica 134(1–2):1–16 Mondal KK, Mazumder BS (2005) On the solute dispersion in a pipe of annular cross-section with absorption boundary. ZAMM 85(6):422–430 Wang P, Chen GQ (2017) Basic characteristics of Taylor dispersion in a laminar tube flow with wall absorption: exchange rate, advection velocity, dispersivity, skewness and kurtosis in their full time dependance. Int J Heat Mass Transf 109:844–852 Mondal KK, Mazumder BS (2007) On dispersion of settling particles from an elevated source in an open-channel flow. J Comput Appl Math 193(1):22–37 Mondal KK, Mazumder BS (2008) Dispersion of fine settling particles from an elevated source in an oscillatory turbulent flow. Eur J Mech B/Fluid 27(6):707–725 Mazumder BS, Paul S (2012) Dispersion of settling particles in oscillatory turbulent flow subject to deposition and re-entrainment. Eur J Mech B/Fluid 31:80–90 Anderson D, Tannehill JC, Pletcher RH (2013) Computational fluid mechanics and heat transfer. Taylor and Francis Wang P, Zeng L, Jiang W, Zhang Z (2019) Contaminant transport in wetland flows: different fate between the upper and bottom layers. J Clean Prod 119040 Ergun S (1952) Fluid flow through packed columns. Chem Eng Prog 48:89–94 Wu Z, Zeng L, Chen GQ, Li Z, Shao L, Wang P, Jiang Z (2012) Environmental dispersion in a tidal flow through a depth-dominated wetland. Commun Nonlinear Sci Numer Simulat 17(12):5007–5025 Poddar N, Dhar S, Mazumder BS, Kairi RR, Mondal KK (2021) Effects of bulk degradation and boundary absorption on dispersion of contaminant in wetland flow. Int J Heat and Mass Transf 179:121669 Gill WN, Sankarasubramanian R (1970) Exact analysis of unsteady convective diffusion. Proc Royal Soc A Math Phys Eng Sci 316(1526):341–350