MODELING OF POLLUTANT TRANSPORT IN COMPOUND OPEN CHANNELS

Abstract

In this paper we describe the development and validation of a 2-D finite-difference mathematical model for simulating inert pollutant transport in compound channels. In its formulation the model couples depth-averaged (depth-integrated) versions of the classical 3-D Navier-Stokes equations and the advection-diffusion equation with constant eddy-viscosity model. The numerical solution scheme is Platzman’s space-staggered scheme, and a double time step operation is employed in the analysis. The model is initially validated using laboratory data of continuous-injection dye tracer experiments performed in a large asymmetrical compound-shaped channel at the Hydraulics Laboratory, University of Ottawa. Comparison between predicted and observed dye concentration curves indicates generally good agreement in the overall shapes of the curves, as well as in the peak concentrations and the times to peak.

Dans ce document, nous décrivons la mise au point et la validationd’un modèle mathématique aux différences finies bidimensionnelpour la simulation du transport des polluants inertes dans des canauxcomposés. Dans sa formulation, le modèle allie des versions deprofondeur-moyenne (profondeur intégrée) des équations deNavier-Stokes tridimensionnelles classiques et l’équationadvection-diffusion comportant un modèle constant de viscositétourbillonnaire. Le schéma de solution numérique est le schémaétalé dans l’espace de Platzman et on a eu recours à uneopération par étapes en deux temps pour l’analyse. Le modèleest validé initialement par des données de laboratoire tiréesd’expériences à l’aide de colorant à injection continuemenées dans un vaste canal en forme de composé asymétrique aulaboratoire d’hydraulique de l’université d’Ottawa. Unecomparaison entre les courbes, prédites et observées, deconcentration du colorant révèle en général une bonne harmoniedans les formes globales des courbes, ainsi que dans les concentrations depointe et les temps de pointe.