การศึกษาการแพร่กระจายความเข้มข้นของสารพิษที่ได้รับอิทธิพลจากความเร็วการไหลของน้ำในแม่น้ำและคลองที่ไหลมาบรรจบกันNumerical Study of a Combined Fluid Flow and Pollutant Concentration Dispersion in a Confluent River and Canal

Abstract

ปัญหามลพิษเป็นปัญหาที่สำคัญ และส่งผลต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์ ไม่ว่าจะเป็นมลพิษทางอากาศ หรือมลพิษทางน้ำในกรณีของมลพิษทางน้ำ ถ้าหากน้ำไม่สะอาด อาจส่งผลต่อน้ำสำหรับการบริโภค การอยู่อาศัยของสัตว์น้ำ และการประมง นอกจากนี้ยังส่งผลทางอ้อมโดยส่งกลิ่นเหม็นรบกวนได้ ในงานวิจัยนี้ศึกษาการแพร่กระจายความเข้มข้นของสารพิษที่ถูกปล่อยลงสู่คลองและไหลต่อไปยังแม่น้ำ ซึ่งถูกจำลองมาจากลักษณะภูมิประเทศจริงในประเทศไทย การวิเคราะห์และคำนวณจากสมการความต่อเนื่อง สมการโมเมนตัม และสมการการแพร่กระจายความเข้มข้นของสารด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่อยู่บนพื้นฐานของระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Method; FEM) ในงานวิจัยศึกษาถึงผลกระทบของความเร็วการไหลต่อการแพร่กระจายความเข้มข้นของสารพิษ ที่ความเร็วการไหลของน้ำในคลองที่มีค่า Reynold Number 8.3 × 104, 1.2 × 105 และ 1.7 × 105 และความเร็วการไหลของน้ำในแม่น้ำที่มีค่า Reynold Number 2.15 × 105, 4.3 × 105 และ 8.6 × 105 จากผลการวิจัยพบว่าโดยทั่วไปแล้วความเร็วการไหลในแม่น้ำสูงจะทำให้ความเร็วการไหลในคลองสูงขึ้น และความเร็วการไหลในคลองสูงจะทำให้ความเร็วการไหลในแม่น้ำสูงขึ้นเช่นเดียวกัน เพราะฉะนั้นแล้วในกรณีที่มีความเร็วการไหลสูงจะทำให้ความเข้มข้นเฉลี่ยของสารพิษเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและมีค่าสูง แต่สามารถลดความเข้มข้นเฉลี่ยได้รวดเร็วเช่นเดียวกัน ยกเว้นบางกรณีที่ความเร็วการไหลในคลองและแม่น้ำต่ำมากทำให้ค่าความเข้มข้นเฉลี่ยสูงขึ้น และบางค่าความเร็วทำให้เกิดการปะทะกันของน้ำที่จุดบรรจบกันของคลองและแม่น้ำส่งผลให้สารพิษสะสมบริเวณนั้นเป็นปริมาณมากและความเข้มข้นเฉลี่ยเพิ่มสูงขึ้นผลจากงานวิจัยนี้สามารถนำไปพัฒนาและประยุกต์ใช้กับแบบจำลองอื่นๆ หรือปัญหาที่คล้ายคลึงกันได้ เพื่อประโยชน์ในการจัดการปัญหาด้านมลพิษ

The problems of air pollution and of water pollution are serious and harmful to human beings and other living organisms as contaminated water and pollution can affect human life, aquatic organisms and fisheries. Besides polluted water has long been recognized as an indirect cause of foul odors. This study investigates concentrations and dispersion of toxic pollutants released into a river and a canal. A model is simulated from the real geography of Thailand. Our study involves analyzing and calculating the continuity equation, momentum equations and species concentration dispersion equation based on the finite element method (FEM). This research focuses on the effects of inlet velocities on the concentration dispersions. The Reynold number of inlet velocities in the canal are 8.3 × 104, 1.2 × 105 and 1.7 × 105, and the Reynold number of inlet velocities in the river are 2.15 × 105, 4.3 × 105 and 8.6 × 105. Generally, the velocity of the canal increases when the inlet velocities of the river increases. Also, river velocity generally increases when the inlet velocities in the canal increase. Therefore, high flow velocity has a major impact on enhanced speed, elevated pollutant concentrations. Meanwhile concentrations of toxic substances can be reduced rapidly. In certain cases, the flow velocities in canals and rivers are very low, resulting in higher average concentrations. Moreover, flow velocities can cause collisions at the confluence, resulting in high concentrations of toxic substances and increased average pollutant concentrations. The research findings should be further developed and applied to other types of models or similar issues for effective pollution control and management.