-50049190350

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال ششم ، شماره دوم، زمستان 1395

اصلاح معادلات تجربی برآورد نشت با استفاده از تشابه ابعادی )کانال خاکی بلداجی، استان چهارمحال و بختیاری(
احسان توکلی1*، بهزاد قربانی2، حسین صمدی بروجنی3، مهدی رادفر2 و بیژن قهرمان4

1*( دانشجو دکتری تخصصی؛ گروه مهندسی آب؛ دانشگاه شهرکرد؛ شهرکرد؛ ایران
*نویسنده مسئول مکاتبات: eh_ta84@yahoo.com
2( دانشیار؛ گروه مهندسی آب؛ دانشگاه شهرکرد؛ شهرکرد؛ ایران
3( استادیار؛ گروه مهندسی آب؛ دانشگاه شهرکرد؛ شهرکرد؛ ایران
4( استاد؛ گروه مهندسی آب؛ دانشگاه فردوسی مشهد؛ مشهد؛ ایران

1555942457

تاریخ دریافت: 13/02/1395 تاریخ پذیرش: 30/09/1395

چکیده
تلفات زیاد از کانالهای آبیاری سبب شده که پوششدهی کانالهای انتقال به عنوان یکی از راهکارهای مهم در افزایش بازده انتقال آب مطرح شود. توجیه فنی پوشش انهار خاکی نیاز به بررسی میزان نشت و نفوذ آب در آنها دارد. در پژوهش حاضر، میزان نشت و نفوذ از کانال خاکی بلداجی، شهرستان بروجن استان چهارمحال و بختیاری، با بافت خاک لومی، با استفاده از مدل فیزیکی و روابط تشابه ابعادی، در محدوده دبیهای 40 تا 100 لیتر در ثانیه اندازهگیری شد. بدین منظور از معادلات تجربی موریتز، اینگهام، هندوستان، مولسورس و ینیدومیا، آفنگندن و دیویس-ویلسون برای تخمین نشت و نفوذ استفاده شد. نتایج نشان داد پیش از اصلاح ضرایب معادلات، نتایج روش اینگهام بیشترین مقدار 2R )917/0( را با مقادیر اندازهگیری شده دارد. در این روش، متغیرهای مستقل، عمق آب، طول کانال و محیط خیسشده میباشند. ولی پس از واسنجی معادلات تجربی برای کانال مورد نظر و اصلاح ضرایب آنها نیز روش موریتز و اینگهام، با بیشترین مقدار 2R )> 90/0( و کمترین مقدار RMSE )< 2/3 لیتر( به عنوان روابط برتر تخمین نشت در منطقه مورد مطالعه تشخیص داده شدند. تمامی معادلات نشت، در ابتدا کمبرآورد نشان دادند که اصلاح ضرایب، منجر به رفع این مشکل گردید. استفاده از تشابه ابعادی و انتقال شرایط کانال به آزمایشگاه سبب کاهش هزینه و صرفهجویی در وقت شد که با حصول نتایج قابل قبول و قابل مقایسه با مطالعات پیشین، میتوان بهکارگیری این روش را در شرایط کنترل شدهی آزمایشگاه برای مناطق مشابه نیز پیشنهاد نمود.
کلید واژه ها: روش اینگهام؛ روش موریتز؛ مدل فیزیکی؛ نشت و نفوذ

مقدمه
68519047915656

سال

شش
م

/

سال

شش

م

/

یکی از مهمترین عوامل محدودکننده توسعه کشاورزی در مناطق خشک و نیمه خشک چون ایران، عدم دسترسی به منابع آب کافی است. با این وجود، متاسفانه از منابع آب موجود هم استفاده بهینه نمیشود. مقادیر بازده انتقال و توزیع آب در مناطق مختلف ایران بسیار متغیر است. طبق گزارش معاونت بهرهبرداری و مدیریت منابع آب کشور )1369( بازده انتقال حدود 68 درصد میباشد. مقادیر اندک راندمان انتقال آب در کانالهای توزیع عمدتا ناشی از تلفات نشت و نفوذ در کانالهای خاکی است) Sepaskhah and Salemi، 2004(. نشت و نفوذ، مهمترین بخش تلفاتدر حین انتقال آب کشاورزی) 2002 Wang et al.,( و یکی از مهمترین مشکلات موجود در طراحی شبکههای آبیاری به شمار میرود. با توجه به اهمیت حیاتی آب در مناطق خشک و نیمهخشک مثل ایران، حفاظت از منابع آب و استفاده بهینه از آن امری ضروری است. بنابراین، شناخت و کمیکردن فرایند نشت و نفوذ از کانال به منظور حفاظت منابع آب، مدیریت آبهای سطحی و زیرزمینی، تعیین شدت عوارض مرتبط با نشت و نفوذ و نیز ارزیابی منافع فنی و مادی بالقوه روشها و فناوریهای کاهش نشت ،اجتنابناپذیر است) 2014 ,Gates and Martin(.
روش های متعددی برای کمیکردن و تخمین نشت و نفوذ از کانالها معرفی شدهاند که به طور کلی عبارتند از:
روش های مستقیم که شامل انواع روشهای میدانی )روش
ورودی-خروجی، روش حوضچه ،seepage meter( می شوند و روش های غیرمستقیم )روشهای مبتنی بر روابط تجربی از جمله روش اینگهام1، دیویس-ویلسون2، موریتز3، روش هندوستان4، مولسورس و ینیدومیا5، آفنگندن6، ودرنیکف7، موسکات8، کوستیاکف9، سوبرامانیا10، میسرا11، روش های حل تحلیلی و روشهای قیاسی12 )Ali, 2011(.
روشهای مستقیم اندازهگیری نشت آب از کانالها کاربردیتر و دقیقتر هستند ولی نیاز به صرف هزینه و وقت بیشتری نسبت به روشهای غیرمستقیم دارند .انتقاد اصلی وارد بر روشهای غیرمستقیم، فرض شرایط طبیعی همگن است که در طبیعت به ندرت روی میدهد. با این

21 InghamDavis-Wilson
43 Moritz India
5 Molesworth and Yennidumia
76 Offengenden Vedernikov
8 Muscat
109 Kostiakov Subramanya
Misra
Analogues
حال، این روشها میتوانند تلفات نشت را به صورت کمی پیشبینی نمایند) 7991 ,Moghazi and Ismail(. روابط تجربی تخمین نشت از کانال براساس آزمایشهای مزرعه ای در شرایط مختلف توسعه داده شدهاند) Cui et 2004 al.,(؛ لذا، با توجه به منطقهای بودن ضرایب معادلات تجربی ارایه شده، کاربرد این روابط در هر منطقه نیاز به واسنجی دارد )سالمی و سپاسخواه ،1385(.
عراق علوی) 1373( برای 18 کانال خاکی درجه 3 و 4 زیردست زایندهرود )مناطق جوزدان، گرگن لنجان و نجفآباد در استان اصفهان(، روشهای تجربی برآورد نشت را مقایسه نمود. سالمی و سپاسخواه) 1385( پس از بررسی 9 کانال خاکی در رودشت اصفهان با بافت سنگین ،متوسط و سبک و پوشش گیاهی کم، متوسط و زیاد، با روش جریان ورودی-خروجی، به واسنجی و صحت سنجی معادلات تجربی نشت )اینگهام، دیویس-ویلسون، آفنگندن، موریتز، مولسورس و ینیدومیا، میسرا و روش هندوستان( پرداختند و معادلات رگرسیونی خطی بین نشت اندازهگیری شده و محاسبه شده برقرار کردند .
نوری محمدیه و همکاران) 1389( دقت معادلات تجربی اینگهام، موریتز، دیویس-ویلسون، مولسورس و ینیدومیا و میسرا را نسبت به روش حوضچه در سه کانال موجود در دشت قزوین بررسی نمودند. حیدریزاده و سالمی )1393( از دادههای اندازهگیری شده نشت برای برآورد نشت آب در 9 کانال خاکی با 3 تکرار استفاده کردند و معادله اینگهام )بهترین معادله تجربی واسنجی شده در کانالهای خاکی رودشت اصفهان( را با معادله تئوری ودرنیکف مقایسه نمودند. استدلال ایشان برای انتخاب معادله اینگهام این بود که اگر نتایج برآورد نشت از معادله تئوری بر نتایج بهترین معادله تجربی رجحان داشت بر بقیه هم برتری خواهد داشت .Salemi و Sepaskhah )2001( معادلات تجربی برآورد نشت آب از کانالهای خاکی را در شبکه آبیاری دشت برخوار استان اصفهان مورد بررسی قرار دادند. رستمیان و عابدی کوپایی) 1390( توانایی مدل SEEP/W را برای تخمین مقدار نشت از 7 کانال خاکیدرجه 3 و 4 پاییندست سد زایندهرود مورد بررسی قرار داده و نتایج را با روش بیلان آبی و روشهای تجربی )دیویس-ویلسون، موریتز، اینگهام و مولسورس و ینی-دومیا( مقایسه کردند. به طور کلی در مطالعات پیشین ،نتایج نشت محاسبه شده با معادلات تجربی با مقادیر نشت اندازهگیری شده از کانال، مقایسه شده و تنها در برخی پژوهشها )سالمی و سپاسخواه ،1385 و Sepaskhah and 4002 ,Salemi( ضرایب معادلات واسنجی شدهاند. عدم واسنجی ضرایب معادلات تجربی که برای شرایط خاص منطقهای تعیین شدهاند، از نقاط ضعف بیشتر مطالعات بررسی شده است. از سوی دیگر، نیاز به انجام آزمایشهای برآورد نشت در محل کانال، این مطالعات را وقتگیر و پرهزینه کرده است. در این راستا میتوان از مدلسازی فیزیکی برای انجام آزمایشها در شرایط کنترلشدهی آزمایشگاه بهره برد .
مدلسازی فیزیکی، بررسی یک پدیده و یا پیشبینی رفتار در نمونه اصلی1 از طریق یک مدل مشابه کوچکتر یا بزرگتر )مدل( و مطالعه آن در مدل فیزیکی است. به این منظور، ابتدا با استفاده از روابط ریاضی، طرح اولیه برای ساخت مدل فیزیکی ارائه میشود. پس از ساخت و انجام آزمایش روی مدل، نتایج حاصل از اندازهگیریها از مدل به نمونه اصلی قابل تعمیم خواهد بود) Streeter و Wylie، 1979(.
برای شبیهسازی پدیدههای فیزیکی در قالب مدلهای فیزیکی یا آزمایشگاهی از تشابه ابعادی استفاده میگردد )9791 ,Streeter and Wylie(. یک مدل فیزیکی کاملا مشابه نمونه اصلی است معیارهای سهگانه زیر را در تشابه ابعادی برآورده می نماید) 2004Chanson, (:
تشابه هندسی: تشابه در شکل، یعنی همه ابعاد طولی در مدل ،Lr برابر کوچکتر/بزرگتر از نمونه اصلی باشند.
تشابه کینماتیکی: تشابه حرکت و سرعت بین اجزای مدل و نمونه اصلی
تشابه دینامیکی: نیازمند تشابه هندسی و کینماتیکی است؛ به علاوهی اینکه تمام نسبتهای نیرو در دو سیستم یکسان باشند.
در مدلسازی فیزیکی برای تعیین مقیاس و ابعاد مدل هندسی از معادله 1 استفاده میشود:
Lm
Lr Lp
که در آن ،Lr نسبت طول ابعاد مدل به نمونه اصلی ،Lp طول بعد در نمونه اصلی و Lm طول بعد نظیر در مدل فیزیکی است.
بیشتر پدیدههای هیدرولیکی، به ویژه در جریانهای باز )سازههای هیدرولیکی، موجها، مبدلهای انرژی موج و (… با استفاده از عدد فرود )نسبت نیروی اینرسی به نیروی جاذبه( مدلسازی میشوند) ,Ettema, 2000. Heller202(. به منظور بررسی اثرات مقیاسی مدلسازی فیزیکی ،عدد رینولدز و عدد وبر نیز کنترل می شود. عدد فرود ،رینولدز و وبر به ترتیب به صورت زیر تعریف میشوند
:)Chanson, 2004(
Fr  V
g L
269666-254612

V DRe
WeV2  Dکه V سرعت متوسط )متر بر ثانیه( و L مقیاس طول )در اینجا عمق متوسط جریان( ،g شتاب جاذبه) 81/9 متر بر مجذور ثانیه( ،D عمق هیدرولیکی )متر( ،ν لزجت سینماتیک) 6-10 مترمربع بر ثانیه( ،ρ دانسیته) 1000 کیلوگرم بر مترمکعب( و σ کشش سطحی آب) 0733/0 نیوتن بر متر( است.
5280667908798

سال

شش
م

/

شماره

2
/

زمستان

95

سال

شش

م

/



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

دیدگاهتان را بنویسید