Stoftransport

For at kunne modellere iltsvind ved et udslip af f.eks. spildevand er det nødvendigt at klarlægge, hvordan stof bliver transporteret i vandløbet. Transport og spredning af stof i et vandløb kan beskrives på flere måder. Den simpleste er at antage, at kun konvektiv transport er af betydning, men ofte kan spredningen ikke negligeres. Den mest almindeligt anvendte model er den endimensionale transport/dispersions model for ikke-stationær strømning, hvor transport/dispersionsligningen benyttes [Vestergaard, 1989].

Transport/dispersionsligningen er baseret på kontinuitetsligningen for stof. Denne er opsat for et lille element af en strømning med længden dx over et lille tidsrum dt. Der er taget udgangspunkt i følgende figur.

Den generelle kontinuitetsligning opskrives som: [Vestergaard, 1989]

  Magasinering = stof ind - stof ud + kilde

 

hvor

 

 

 

V er volumenet [m3]
C er koncentrationen af stof [g/m3]
dt er tidsskridtet [s]
dx er længden af elementet [m]
F er fluksen af stof gennem tværsnitsarealet [g/s]
m er kildeledet [g/m·s]


Ovenstående reduceres til: [Vestergaard, 1989]

 


I transport/dispersions modellen antages, at transporten (Fluksen, F) gennem et tværsnit kan beskrives ved konvektion og en Fick's diffusion. En fordeling af stof vil på denne måde blive transporteret med strømmen ved konvektiv transport med den gennemsnitlige strømhastighed, mens spredningen vil ændres som følge af diffusionsledet.

Fluksen gennem en overflade udtrykkes som: [Vestergaard, 1989]

 


Indsættes dette i kontinuitetsligningen fås: [Vestergaard, 1989]

 


Denne ligning er kendt som den endimensionale transport/dispersionsligning.

Stoftransporten er i dette projekt modelleret i DHI's programpakke MIKE 11. Her er det hydro-dynamiske modul anvendt til en beskrivelse af de strømningsmæssige forhold, og advektion-dispersionsmodulet er efterfølgende benyttet til beskrivelse af stoftransport og spredning, hvor den endimensionale Transport/Dispersionsligning løses. Dette er sket numerisk ved et implicit finite-differens løsningsskema. 

Stoftransportmodulet i MIKE 11 opsat for en delstrækning af Østerå, er sket med udgangspunkt i et sporstofforsøg udført af projektgruppen, hvor der blev udledt rhodamin i et punkt i åen og efterfølgende målt på sporstoffets udbredelse ca. en km nedstrøms udledningspunktet. Den modellerede stoftransport er kalibreret efter den målte stoftransport vha. dispersionskoefficienten Dx.