علوم و مهندسی آبیاری
سال:1389 | دوره:33 | شماره:1 |تعداد مقالات:8

محاسبات هیدرولیکی جریان در آبراهه ها و دشت های سیلابی نیازمند تخمین خصوصیات زبری است. برای توصیف مقاومت جریان یا زبری نسبی آبراهه ها و دشت های سیلابی از ضرایب زبری مانینگ (n)، شزی (C)، و دارسی ویسباخ (¦) استفاده می شود. تاکنون مطالعات زیادی در رابطه با تعیین مقدار ضریب اصطکاک (¦) از طریق اندازه ذرات انجام شده است اما در این بررسی ها اثر شکل ذرات رسوبی مشخص نیست. در این تحقیق برای تعیین ضریب اصطکاک (¦) از 11 نوع دانه بندی رسوب شامل 4 نوع ذرات طبیعی نسبتا گردگوشه، 4 نوع ذرات شکسته تیزگوشه و 3 نوع ذرات مصنوعی کاملا کروی استفاده شد. آزمایش ها در فلومی به طول 10 متر، عرض 25 سانتیمتر و ارتفاع 50 سانتیمتر با شیب کف ثابت 0.0005 انجام شد. نتایج نشان می دهند که در رسوبات با اندازه های 11 میلیمتر اختلاف قابل توجهی بین ضریب اصطکاک (¦) ذرات شکسته تیزگوشه و ذرات طبیعی نسبتا گردگوشه وجود دارد ولی در رسوبات با اندازه های 27 میلیمتر ضریب اصطکاک (¦) ذرات طبیعی نسبتا گردگوشه و ذرات مصنوعی کاملا کروی تقریبا برابرند و ضریب اصطکاک (¦) ذرات شکسته تیزگوشه کم ترین اختلاف را با ذرات مذکور دارد. در انتها نیز رابطه ای برای تعیین ضریب اصطکاک (¦) ارائه شده است.

انتخاب قطره چکان در سامانه آبیاری قطره ای از مهم ترین عوامل به شمار می رود؛ زیرا راندمان سامانه قطره ای به انتخاب قطره چکان و معیارهای طراحی بستگی دارد. در این تحقیق عملکرد 11 نوع قطره چکان تنظیم کننده فشار موجود در بازار ایران (ساخت خارج از کشور) بر یکنواختی دبی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از هر نوع قطره چکان 18 نمونه با دبی های اسمی (2، 4، 8 و 24) لیتر در ساعت به صورت تصادفی انتخاب و با اعمال فشارهای مختلف تغییرات دبی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشها در آزمایشگاه آبیاری تحت فشار دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز در سال 1386 طبق استاندارد ISO 9261 انجام گرفت. قطره چکان ها به ترتیب با کدهای A1 تا M4 نام گذاری گردیدند. هر نمونه قطره چکان در ده فشار 3، 4، 5، 6، 10، 15، 20، 30، 35 و 40 متر مورد آزمایش قرار گرفت. قطره چکان های مورد آزمایش بر اساس سه معیار نمای قطره چکان (x) در معادله قطره چکان (q=khx)، ضریب تشخیص (R2) و متوسط خطای پیش بینی دبی (Er) طبقه بندی گردیدند. نتایج نشان داد که مقادیر x از 0.0067 – تا 0.4969 – متغیر بود که کمترین مقدار مربوط به کد 0.0067) C2-) و بیش ترین مقدار مربوط به 0.4969) C1-) می باشد. M4 و D1 با مقادیر 0.0007 و 0.609 به ترتیب کم ترین و بیش ترین ضریب تشخیص را داشتند. محدوده متوسط خطا از 0.1 برای E2 تا 34.6 برای A2 متغیر بوده است. نتایج به دست آمده از رتبه بندی قطره چکان ها بر اساس سه معیار x، R2 و Er نیز نشان داد که J با کم ترین رتبه بهترین قطره چکان و D1 با بالاترین رتبه بدترین قطره چکان از نظر قدرت تنظیم کنندگی فشار بودند.

آب شویی نیتروژن از نیمرخ خاک در اراضی تحت آبیاری به خصوص در شالیزارها موجب کاهش راندمان استفاده از نیتروژن و آلودگی آب های زیرزمینی می گردد. وضعیتی از خاک که باعث افزایش نگه داشت یون های آمونیم و نیترات می شود از شدت این مشکل می کاهد. زئولیت های طبیعی که دارای ظرفیت تبادل یونی بالایی می باشند، ممکن است جهت جذب آمونیم و به تعویق انداختن آبشویی اضافی نیترات به کار برده شود. اهداف این تحقیق تاثیر مقادیر مختلف کاربرد زئولیت سدیمی (0، 2، 4، 8 و 16 گرم زئولیت بر کیلوگرم خاک) بر سرعت حرکت آب در خاک و آب شویی نیترات و آمونیم به کار برده شده به عنوان کود نیترات آمونیم به میزان 350 کیلوگرم نیتروژن خالص در هکتار در یک خاک لوم سیلتی تحت شرایط رطوبت اشباع (شالیزاری) بودند. نتایج نشان داد که کاربرد 2، 4، 8 و 16گرم زئولیت در هر کیلوگرم خاک باعث افزایش میانگین سرعت حرکت آب در منافذ خاک، به ترتیب به میزان 5.0، 19.9، 68.0 و 58.6 درصد نسبت به تیمار شاهد می شود. ماکزیمم غلظت نسبی (c/c0) نیترات خروجی از ستون های خاک در منحنی های رخنه (BTC) در تمامی تیمارها در نزدیکی حجم تخلخل برابر با 0.5 اتفاق افتاد. هم چنین به طور متوسط پس از عبور 39.1 سانتی متر آب از خاک اشباع در تیمارهای 2، 4 و 8 گرم زئولیت، مقدار نیترات خارج شده به ترتیب برابر 86.9، 66.0 و 48.5 درصد مقدار نیترات اضافه شده به سطح خاک بود. میزان آمونیم خارج شده از خاک در تمامی تیمارها ناچیز بود (3.95، 3.48، 3.13 و 2.28 درصد مقدار اضافه شده به سطح خاک)، اما نتایج تحلیل آماری تفاوت معنی داری را در بین تیمارهای زئولیت دار در میزان آمونیم خروجی نشان داد. رابطه بین ضریب پراکندگی هیدرودینامیک نیترات در خاک با سرعت حرکت آب در منافذ خاک به صورت توانی بوده و با افزایش مقدار زئولیت در خاک مقدار این ضریب افزایش بیش تری یافت.

مولفه های ساختاری GIS که به اشیا Arc Objects معروف هستند، ساختارهایی متشکل از توابع، روش ها و خصوصیات متفاوت بوده که به شکل کپسوله شده (اجتماعی از اجزای یاد شده) در محیط های نرم افزاری مورد استفاده قرار گرفته و امروزه نقش مهمی را در تولید نرم افزارهای سامانه اطلاعات جغرافیایی به عهده دارند. علیرغم اهمیت و نقش ویژه این اشیا در پیاده سازی مفاهیم و الگوریتم های مورد نیاز در نرم افزارهای GIS، متاسفانه در کشور استفاده از آن ها کمتر مورد توجه قرار گرفته و این در حالی است که امکانات تعبیه شده در نرم افزارهای سامانه های اطلاعات جغرافیایی محدود است و از سوی دیگر دامنه کاربردهای این فن آوری در علوم منابع طبیعی، کشاورزی، محیط زیست و غیره روز به روز بیشتر می گردد. در این تحقیق، با به کارگیری اشیا یاد شده، نرم افزاری مشتمل بر 12293 خط برعنوانه در قالب 275 تابع طراحی و نوشته شده است که امکان مدیریت داده های مکانی، توصیفی و سری های زمانی شبکه های آبراهه ای و ایستگاه های آب سنجی کشور را (در مقیاس 1:250000) به لحاظ ذخیره سازی، ویرایش، پرسش و پاسخ، نمایش و تهیه اطلاعات خروجی فراهم می نماید. از ویژگی های منحصر به فرد نرم افزار که نمونه آن در سایر نرم افزارهای GIS فعلی موجود نمی باشد، اجرای جست و جوی های مکانی چندگانه بر روی پایگاه مکانی بدون نیاز به بارگذاری و نمایش لایه ها در صفحه نمایش است. از دیگر مزایای آن، تولید لایه های مجازی حاصل از پرسش های مکانی بوده که این لایه ها بدون داشتن منشأ فیزیکی بر روی دیسک سخت قابل نمایش و استفاده کاربر می باشند. هم چنین امکان دسترسی مستقیم به داده های ایستگاه های آب سنجی (در قالب فایل های اکسل) از درون نرم افزار فراهم آمده است.

کمتر رودخان های در طبیعت یافت می شود که به صورت مستقیم جریان داشته باشد و اغلب به صورت مئاندری هستند. الگوی جریان در رودخانه های مئاندری بسیار پیچیده بوده و مکانیک جریان در قوس رودخانه خصوصیات ویژه ای دارد که در مسیرهای مستقیم دیده نمی شود. مدل های عددی برای پیش بینی میدان جریان در این قبیل موارد به عنوان یک وسیله موثر همواره مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجا که در طبیعت همه قوس ها به صورت یکنواخت (پهنای 0.6 متر) و واگرا (پهنای 0.6 به 0.75 متر) استفاده شد. خصوصیات جریان ازجمله پروفیل های طولی، قائم و عرضی سرعت، خطوط جریان، جریان های اصلی و ثانویه، شیب طولی و تنش برشی بستر در دو قوس مورد مقایسه قرار گرفت. صحت سنجی مدل عددی با داده های اندازهگیری شده در قوس 180 درجه یکنواخت نشان داد که مدل به خوبی میدان جریان در قوس یکنواخت را شبیه سازی می کند. نتایج این تحقیق نشان داد که مسیر سرعت حداکثر در صفحه نزدیک سطح آب در حدود زاویه 50 درجه خط مرکزی کانال را در قوس واگرا قطع می کند؛ درحالی که این اتفاق در زاویه حدود 55 درجه در قوس یکنواخت رخ می دهد. خط حداکثر سرعت در کانال واگرا در حدود زاویه 80 تا 85 درجه با جدار خارجی قوس مماس می گردد اما این امر در کانال یکنواخت در حدود زاویه بین 90 تا 100 درجه رخ می دهد. هچنین تغییرات سطح آب برای کانال یکنواخت روندی کاهشی (شیب طولی منفی) و برای کانال واگرا روندی افزایشی (شیب طولی مثبت) دارد. به دلیل کوچکتر بودن مولفه سرعت طولی قوس واگرا نسبت به یکنواخت، ماکزیمم قدرت جریان حلزونی در قوس یکنواخت به میزان 10.55 درصد کمتر از قوس واگرا می باشد؛ علاوه بر این، یک سلول چرخشی در خلاف جهت گردش جریان ثانویه در مقطع 135 درجه هر قوس مشاهده شد.

تنش برشی یکی از مهمترین موارد تحقیق را در مهندسی هیدرولیک به خود اختصاص می دهد؛ زیرا مستقیما بر ساختار جریان تاثیر می گذارد. در این تحقیق برای مطالعه تنش برشی در بستر و جداره کانال ذوزنقه ای چندین سری آزمایش در کانال ذوزنقه ای با شیب جدار 1 به 1 و در حالت صاف انجام گردید. از پرستون تیوپ برای اندازه گیری تنش برشی استفاده گردید. روابط موجود برای تعیین تنش برشی مورد ارزیابی قرار گرفت و روابطی برای تنش برشی در کانال ذوزنقه ای در حالت صاف با شیب جانبی 1 به 1 ارائه شده است. هم چنین تاثیر پارامتر نسبت ظاهری بر مقدار تنش برشی بی بعد مورد ارزیابی قرار گرفته است. درصد نیروی برشی دیوار (%SFw) نسبت به کل نیروی برشی مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفت و نشان داده شد که با افزایش نسبت ظاهری مقدار نیروی برشی دیوار کاهش می یابد.

حداکثر بارش محتمل (PMP)، حداکثر ارتفاع بارندگی ممکن است که می تواند در یک منطقه رخ دهد. اهمیت حداکثر بارش محتمل در طراحی سرریزها و ساختمان های ذخیره و توزیع آب، غیرقابل انکار است. بنابراین باید ساختمان های ذخیره و توزیع آب به گونه ای طراحی شود که بتواند حداکثر سیل روی داده را بدون هیچ آسیبی تحمل نماید. روش های مختلفی برای محاسبه حداکثر بارش محتمل وجود دارد که به طور کلی به دو دسته سینوپتیکی (همگرایی) و آماری تقسیم می شود. روش آماری موسوم به روش هرشفیلد هنگامی استفاده می شود که تنها داده های موجود، مقادیر بارندگی بوده واین داده ها به اندازه کافی در اختیار باشد. روش همگرایی به دلیل استفاده از پارامترهای بیشتر جهت تخمین حداکثر بارش محتمل از دقت بیشتری برخوردار است. در این مقاله با استفاده از تحقیق انجام گرفته توسط سازمان هواشناسی کشور برای محاسبه مقدار PMP به روش همگرایی در حوضه خواف و کال شور و با توجه به داده های مقدار بارش 24 ساعته ایستگاه های باران سنجی حوضه، مقدار k برای زیرحوضه های منطقه محاسبه گردید. داده های حداکثر بارش 24 ساعته از ایستگاه های همدیدی و اقلیم شناسی استان خراسان رضوی اخذ گردید. مقدار حداکثر بارش محتمل به دو روش هرشفیلد اول و دوم نیز محاسبه گردید و بین نتایج حاصل مقایسه صورت گرفت. نتایج نشان داد که مقادیر به دست آمده از روش هرشفیلد اول و دوم تفاوت زیادی با هم دارند. از آنجا که مقادیر به دست آمده به روش همگرایی دقیق تر است، با مقایسه انجام شده مشخص شد که مقادیر PMP به دست آمده به روش هرشفیلد دوم به روش همگرایی نزدیک تر است.

وجود جریان تحت فشار در بالادست دریچه تخلیه کننده ها، و هم چنین مقادیر ناچیز نسبت بازشدگی دریچه به هد آب روی دریچه تخلیه کننده، سبب می شود استفاده از روش های تئوری معمول با خطاهای چشمگیری در تعیین پارامترهای مختلف همراه باشد. بر این اساس نیاز به انجام مطالعات آزمایشگاهی دقیق می باشد. در این مقاله، که برگرفته شده از یک طرح تحقیقاتی بر روی مدل فیزیکی مجرا و دریچه های سرویس و اضطراری سد نرماشیر می باشد، نتایج حاصل از اندازه گیری و مطالعه نیروها و ارتعاشات وارد بر دریچه ها ارائه می شود. در این تحقیق پس از طراحی و ساخت مدل فیزیکی مجرا و دریچه های سرویس و اضطراری در آزمایشگاه هیدرولیک پژوهشکده حفاظت خاک وآبخیزداری، آزمایش های لازم انجام پذیرفت. مقادیر ارتفاع معادل فشار در نقاط مختلف و میزان آبگذری دریچه در 6 تراز مخزن و 12 بازشدگی از دریچه ها، اندازه گیری شد.با استفاده از بررسی توزیع فشار در پیزومترهای واقع در زیر و روی دریچه های سرویس و اضطراری، نیروهای عمودی وارده در دو هد ماکزیمم و نرمال از مخزن و بازشدگی های مختلف از دریچه ها، محاسبه شد. روش محاسبه این نیروها بر پایه استفاده از توزیع فشار به دست آمده توسط پیزومترهای نصب شده بر بالا و زیر دریچه اضطراری و حاصل ضرب آن در سطح پیرامونی هر پیزومتر بود. نتایج نشان داد حداکثر نیروی افقی در بازشدگی 2 درصد دریچه ظاهر شده و مقدار آن معادل 2410 کیلونیوتن تعیین شد. هم چنین حداکثر نیروی افقی وارد بر دریچه اضطراری نیز در بازشدگی اولیه ظاهر شده و مقدار آن معادل 2507 کیلونیوتن تعیین شد. هم چنین نتایج نشان داد حداکثر فرکانس تحریک در اثر عبور جریان از مجرا حدود 80 برثانیه بوده که با اتخاذ تدابیر فنی مشخص شد این ارتعاش با اضافه کردن قطر لوله بالابر یا همان بازوی نگه دارنده دریچه ها، در محل پروتوتایپ سد قابل کنترل می باشد.