ظاهرتا الانتشار والتشتيت للموجات المائية

1996 المصبات البحرية لمياه الصرف الصحي

أ.د عادل رفقي عوض

KFAS

ظاهرتا الانتشار والتشتيت للموجات المائية علوم الأرض والجيولوجيا

أ- التصورات الأساسية:

إن موضع الانتشار (diffusion) يستخدم كمفهوم للتناثر (التشتيت) المرتبط بالمتوسط الزمني لتغيرات السرعة كما أن موضوع التشتيت (dispersion) يستخدم كمفهوم للتناثر (التشتيت) المرتبط بالتأثير المشترك للانتشار والمتوسط المكاني لتغيرات السرعة (تأثير القص).

إن الاعتبار التالي سيوضح الفارق الدقيق بين هذين المفهومين حيث نعتبر كبداية عنصر التتبع (الكاشف) موزعاً بشكل متجانس على مستوى رأسي ومتعامداً مع خط الشاطئ (الشكل رقم 2-7).

إن الانتشار المتركز حول مقطع السرعة الوسطية للزمن يكون بسبب الحركات الدوامة الاضطرابية, بينما يدعى التوزع المولد بواسطة تغيرات السرعة الأفقية والرأسية بالتشتيت.

 

وبشكل مشابه للانتشار الجزيئي فإن عوامل الانتشار الدوامة (الاضطرابية)  تكون مولدة تدخل في حسابات تأثير التوزع للتيارات الدوامة, وعند ذلك يأخذ الانتقال الدوامي في الاتجاه (i) الشكل:

حيث أن c تمثل التركيز الوسطي للزمن.

 

إن درجة قيمة عوامل الانتشار الدوّامة تحدد وبنجاح بواسطة تجارب مدعمة بالحسابات النظرية.

ففي حالة مياه متجانسة الكثافة واضطراب مولد بواسطة احتكام مع القاع فقط، فإن العوامل السابقة تكون كما يلي:

حيث أن U_o السرعة السطحية و U_f سرعة الاحتكاك. وعملياً فإن القيم السابقة تكون لها أهميتها النظرية فقط لأن تحديد قيمة عوامل الانتشار الدوامة والاستفادة منها يحتاج إلى استخدام وحل معادلة الانتشار العامة الثلاثية الأبعاد:

 

ب- التشتيت:

من الشائع عملياً التقليل من العلميات الحسابية الموجودة في حل معادلة الانتشار العامة بشكل وسطي فيما يتعلق بمجال منحى العمق (أو حتى على مساحات مقطع العمق العمودية).

لتحقيق ذلك فإن تأثير تغيرات السرعة في مجال منحى العمق (أو باتجاه المساحة) يكون معتبراً ومراعي داخل عامل الانتشارز

ويجب أن نتذكر أن عملية الانتقال بواسطة التشتيت هي علاقة رياضية حقيقية تنطلق من مجال الحيز الوسطي أكثر من كونها عملية فيزيائية.

 

وبشكل رياضي فإن عوامل الانتشار تحدد من واقع أن متوسط الانتاج لحالة واحدة لا ينطبق على انتاج الحالات المتوسطة الأخرى.

لنعتبر على سبيل المثال توزيعاً متجانساً للتركيز على كامل العمق في تيار بمنحى قص رأسي (الشكل 2-8) فإن الانتقال الكلي للمادة على المنحى الرأسي تكون:

 

الجزء الأول (Cud) من العلاقة (22) يمثل انتقال الطاقة بينما يمثل الجزء الثاني (Cu'dz) الانتقال المتبقي والذي يمكن أن يحسب رياضياً بالعلاقة:

حيث Dx يمثل عامل التشتيت (dispersion coefficient).

 

يمكن أن تحسب عوامل التشتيت النظرية تحليلياً لنماذج معينة من الجريانات الدوامة لمتجانسة، وبشكل عام فإن هذه العوامل من الدرجة الثانية أو الثالثة تكون بقيمة أكبر من عوامل الانتشار الدوامة المعطاة في العلاقات (18 و 19 و 20) الواردة سابقاً.

وعلى كل حال فإن عوامل الانتشار المحسوبة نظرياً أخفقت في حساب عدد من العمليات الفيزيائية النشيطة في الطبيعة ذلك أن القيم التجريبية لعوامل الانتشار. ثبت أنها تكون – بمقدار درجة واحدة أكبر من عوامل الانتشار المحسوبة نظرياً.

وطالما أن عوامل الانتشار المستخدة لا تمثل القضايا الفيزيائية لذلك ليس من الممكن الاعتماد على أسس دقيقة لتقدير قيمتها.

وعلى كل حال فإن المجالات التالية لعوامل الانتشار والمحددة بنماذج العمق الوسطية تم تحديدها على الصورة التالية:

 

وكقاعدة معروفة فإن العلاقة النسبية فيما بين العوامل تتحدد كما يلي:

في المعالجة السابقة يمكن أن نفهم أن العوامل التي تكون ذات أهمية رئيسية في موضوع انتشار الملوثات في البحر هي العوامل المسؤولة عن عدم التجانس في مقطع السرعة.

هذه العوامل هي الرياح والاحتكاك مع قاعدة البحر، وعملياً فإن كل الظروف والمعطيات الطبوغرافية تعتبر عوامل ذات أهمية خاصة طالما أنها تشكل شواذات في طبوغرافية أرضية منطقة التصريف، هذه العوامل هي التي ستحدد في النهاية أقصى تأثيرات فعل الريح واحتكاك القاعدة على معدل انتقال أو انحلال الملوثات.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]