تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی
سال:1396 | دوره:18 | شماره:69 |تعداد مقالات:10

در این پژوهش، دو روش صحرایی اندازه گیری هدایت هیدرولیکی اشباع با نفوذسنج گلف و نفوذسنج مکشی در مزرعه ای با خاک لومی- شنی در دانشکده کشاورزی مغان مقایسه شدند. آزمایش های گلف با دستگاه نفوذ سنج گلف مدل k2800 اجرا شد. به این منظور، 15 چاهک با شعاع 5 سانتی متر و عمق 25 سانتی متر درشبکه 2×2 متر حفر و دبی خروجی از دستگاه در بار آبی 5 و 10 سانتی متر اندازه گیری شد. آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی با چهارتیمار و 15 تکرار دنبال شد. در روش نفوذ سنج مکشی، آزمایش ها در همان شبکه و در مکش های 5، 10 و 15 (سانتی متر) اجرا شد. میانگین هدایت هیدرولیکی برای روش نفوذسنج مکشی، گلف با بار آبی 5، گلف با بار آبی 10 (سانتی متر)، و آنالیز دو عمقی گلف به ترتیب برابر 7، 3، 4، و 6.2 (سانتی متر بر ساعت) به دست آمد. نتایج آزمون فیشر نشان داده است که روش های مختلف در یک گروه قرار گرفته اند و تفاوت معنی داری در سطح یک درصد با یکدیگر ندارند. میانگین مقادیر به دست آمده برای عکس طول درشت مویینگی خاک برابر 0.07 (بر سانتی متر) است و با افزایش میزان هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، روند افزایشی آن در خاک دیده شد.

به کارگیری محیط متخلخل به جای صفحات مشبک در آبگیری از کف رودخانه های کوهستانی، از روش های نوین آبگیری از رودخانه محسوب می شود. در پژوهش حاضر با ساخت مدل آزمایشگاهی و اجرای آزمایش های متعدد، تاثیر عواملی مانند: اندازه و یکنواختی سنگدانه های داخل آبگیر، طول و ارتفاع مختلف آبگیر و دبی های ورودی متفاوت بر میزان دبی انحرافی آبگیرکفی با محیط متخلخل، بررسی شد. نتایج به دست آمده از آزمایش ها نشان می دهد که هر چه اندازه سنگدانه های محیط متخلخل آبگیر بزرگتر و دانه بندی یکنواخت تر باشد میزان دبی انحرافی از آبگیر بیشتر خواهد بود. افزایش ضریب یکنواختی سنگدانه های داخل آبگیر موجب کاهش 4 تا 6 درصد از نسبت دبی انحرافی به دبی ورودی می شود. با افزایش طول و ارتفاع (ضخامت) آبگیر، میزان دبی انحرافی از آبگیر روند افزایشی دارد. برای مثال، افزایش طول آبگیر از 15 به 45 سانتی متر برای مدل آبگیری با ارتفاع 10 سانتی متر و سنگدانه های با متوسط 15.30میلی متر باعث افزایش 25 درصد در نسبت دبی انحرافی به دبی ورودی برای دبی ورودی 14.82لیتر بر ثانیه شد. حداقل و حداکثر نسبت دبی انحرافی به دبی ورودی در آزمایش های این تحقیق به ترتیب 13 و 90 درصد است. مقایسه نتایج این بدست آمده از این تحقیق با نتایج بدست آمده از تحقیقات پیشین حاکی از کاهش میزان دبی انحرافی در شرایط جدید است. با تجزیه و تحلیل داده های به دست آمده و استفاده از آنالیز ابعادی و رگرسیون چند متغیره بین نتایج آزمایش ها، معادله ای جدید برای تخمین ضریب آبگذری برای این نوع آبگیر پیشنهاد شده است.

اهمیت مطالعه ناحیه مرده کناری از آنجا مشخص می شود که هنوز تاثیر آن بر مشخصات آشفتگی جریان به طور کامل شناخته شده نیست. تعداد این نواحی، نحوه قرار گرفتنشان نسبت به هم و نیز ابعاد هریک به تنهایی می تواند تاثیر متفاوتی بر الگوی جریان داشته باشد. در پژوهش حاضر تلاش شد تا کارایی نرم افزار STAR-CCM+ در مدل سازی جریان در حضور مجموعه ای از نواحی مرده به صورت سه بعدی بررسی شود. به همین منظور از نتایج مدل آزمایشگاهی موجود استفاده گردید. واسنجی STAR-CCM+ برای تعیین بهترین نوع مدل آشفتگی انجام گرفت و سپس برای صحت سنجی از سرعت لحظه ای اندازه گیری شده در جهت عرض کانال، استفاده شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که شتاب گرفتن جریان در کانال اصلی باعث جدایی بیشتر جریان و افزایش گرادیان سرعت در نزدیکی گوشه های بالادست ناحیه مرده می شود. سرعت متوسط جریان با ورود به نواحی مرده کمتر خواهد شد و ناحیه کم سرعت به صورت ناحیه ای چرخشی ظاهر می شود. بررسی الگوهای جریان در شبیه سازی گردابه های ایجاد شده ناشی از این سازه ها نشان می دهد که مدل دو ناحیه ای RANS کارایی بیشتری نسبت به مدل تک ناحیه ای RANS می تواند داشته باشد. اما در مجموع مدل LES بیشترین کارایی را در شبیه سازی جریان از خود نشان می دهد.

ضریب آبگذری اشباع یکی از مهم ترین و پرکاربردترین مولفه های ژئوتکنیکی است. این مولفه تحت تاثیر توزیع منافذ و خصوصیات سطح ذرات خاک قرار دارد که تغییر در این عوامل باعث ایجاد تغییراتی گسترده در آبگذری می شود. در این تحقیق، به کمک مدل فیزیکی، تاثیر افزودن آهک آبدیده و مخلوط خاکستر پوسته برنج و آهک آبدیده (به نسبت 1:1) بر ضریب آبگذری افقی اشباع (ksat-h) نمونه متراکم بررسی شده است. برای این منظور، نمونه غیرچسبنده انتخاب و مواد فوق هریک به میزان 2، 4 و 6 درصد وزن خاک خشک به آن اضافه شد و پس از 28 روز تیمار مورد آزمایش نفوذپذیری قرار گرفت. نتایج بررسی ها نشان می دهد که افزودن آهک آبدیده، آبگذری را افزایش داده و اضافه کردن آهک تا 4 درصد وزنی، ضریب آبگذری را بیشینه می کند و برای مقادیر بیشتر آهک، ضریب آبگذری روندی کاهشی خواهد داشت، اما همواره از مقدار شاهد بیشتر است. افزودن خاکستر پوسته برنج به آهک که به عنوان کاتالیزور عمل می کند، موجب تسریع واکنش پوزولانی می شود و تا حدی آبگذری را نسبت به نمونه شاهد کاهش می دهد. در این حالت، آبگذری تحت تاثیر دو فرایند تبادل کاتیونی و واکنش پوزولانی بین آهک و خاکستر پوسته برنج است.

مصالح سنگریزهای به وفور در ساخت سازه های آبی کاربرد دارند. رژیم جریان عبوری اغلب غیردارسی است و درباره نحوه محاسبه ضریب های زبری جریان قبلا پژوهش شده است. بیشتر محققان پیشین با استفاده از ایجاد ارتباط بین عدد رینولدز و ضریب زبری در دو فرم توانی و دو جمله ای این مساله را ارزیابی کرده اند. در این تحقیق آزمایشگاهی، با استفاده از دو نو سنگدانه با قطرهای d50=1.1cm و d50=1.6cmو سه دبی در واحد عرض و همچنین سه گرادیان هیدرولیکی، پارامترهای موثر در ضریب زبری جریان عبوری بررسی گردید. نتایج این بررسی ها نشان می دهد که برخلاف آنچه محققان پیشین گفته اند در جریان های عبوری از محیط های سنگریزه ای دارای سطح آزاد با هوا، پارامتر عدد فرود، نسبت به پارامتر عدد رینولدز، ارتباط بهتری با ضریب های زبری برقرار می کند. همچنین، مشاهده گردید که به دلیل تشکیل پروفیل (M2) درون محیط متخلخل درشت دانه، مساحت درگیر جریان در طول پروفیل به سمت خروجی محیط متخلخل کاهش پیدا می کند و ضریب زبری اعمالی از سوی سنگدانه ها نیز عملا کاهش می یابد. مقادیر عددی محاسبه شده برای ضریب های زبری جریان های کاملا درون گذر، در قیاس با جریان های با سطح آزاد، بسیار بیشتر است و سرانجام روابطی به فرم توانی بین اعداد بدون بعد فرود، نسبت هندسی عمق به قطر محیط، و ضریب های زبری در دو فرم زبری مانینگ و دارسی ویسباخ برقرار گردید. با استفاده از روابط پارامترهای ابعادی و ترکی اعداد بدون بعد فرود و نسبت هندسی عمق جریان به قطر محیط متخلخل، روابطی نیز برای تخمین ضرایب زبری ارائه شد که برای تخمین ضریب های مانینگ و دارسی- ویسباخ به ترتیب دارای خطای نسبی 14 و 26 درصد است.

سرریزهای کلیدپیانویی جدیدترین نوع سرریزهای تاج طولانی هستند که نسبت به سرریزهای زیگزاگی طول تاج بیشتری را در همان عرض به دست می دهند و از این رو ظرفیت تخلیه را بالاتر می برند. استفاده از موانع در خروجی سرریزهای کلیدپیانویی با هدف افزایش میزان استهلاک انرژی در آنها روشی است که تاکنون کمتر به آن توجه شده است. سرریزهای کلیدپیانویی در تاج سدهای مخزنی و همچنین در شبکه های آبیاری و زهکشی کاربرد دارند و این پژوهش به علت اهمیت موضوع استهلاک انرژی در این نوع سازه ها اجرا شده است. در این تحقیق برای بررسی اثر آرایش موانع بر میزان استهلاک انرژی سازه، پس از شناخت پارامترهای موثر، مدل های فیزیکی از موانع در دو آرایش مختلف (N) ساخته شد. موانع با دو آرایش N1 (ردیف های 3 تایی و 2 تایی که به صورت زیگزاگی قرار گرفته اند) و N2 (ردیف های 2 تایی) در کلید خروجی سرریز قرار گرفتند. همچنین 27 آزمایش در محدوده دبی 135-5 لیتر بر ثانیه اجرا شد. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که با افزایش دبی، میزان استهلاک انرژی کاهش می یابد. همچنین میزان استهلاک انرژی در آرایش (2-2) به اندازه 1.16 درصد بیشتر از میزان استهلاک انرژی در آرایش (2-3) و به اندازه 8.61 درصد بیشتر از میزان استهلاک انرژی در مدل بدون مانع است. روند تغییرات ضریب تخلیه جریان نیز در این نوع سرریز مورد ارزیابی قرار گرفت. به این صورت که حداکثر ضریب دبی با استفاده از روش تئوری، برابر 0.63 و با استفاده از روش انتگرالی، برابر 2.54 برای تمامی مدل های آزمایشگاهی است.

در این تحقیق اثر به کارگیری سرریزهای تاج دندانه ای در ورودی سرریزهای مدور قائم به منظور کنترل گرداب آزاد مورد ارزیابی قرار گرفته است.برای این منظور با اعمال تغییر در زاویه جریان تقرب a، تلاش گردید تا امکان ارزیابی اثر قدرت جریان چرخشی در اطراف سرریز بر ضریب تخلیه جریان فراهم گردد. همچنین اثر بخشی شیب کلیدهای سرریز تاج دندانه ای در این تحقیق مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که افزایش زاویه جریان تقرب نسبت به موقعیت آبگیر (a) منجر به افزایش قدرت گرداب شده و به تبع آن باعث کاهش ضریب تخلیه جریان خواهد شد. به بیان دیگر با تغییر زاویه حمله جریان از صفر به 30 درجه و از صفر به 60 درجه بترتیب بطور متوسط منجر به کاهش23.3 و 37.1 درصدی میزان ضریب تخلیه جریان خواهد شد. همچنین نتایج نشان داد که بهترین عملکرد متعلق به سرریز با ارتفاع نسبی P/D معادل 1.5 می باشد. مقایسه نتایج با سرریز نیلوفری نشان داد که تحت شرایط جریان گرداب آزاد، سرریز تاج دندانه ای صرفنظر از میزان ارتفاع، تحت شرایط هیدرولیکی قبل از استغراق، بعنوان یک جایگزین مناسب مطرح خواهد بود.

سرریزهای قوسی به دلیل شرایط هیدرولیکی خاص و طول تاج بلند، قابلیت مناسبی در تنظیم موثر تراز سطح آب در سدها و شبکه های آبیاری و زهکشی دارند. اما تاکنون در زمینه تخمین ضریب دبی این سرریزها و نیز استخراج رابطه دبی-اشل آنها تحقیقات بسیار کمی انجام شده است. لذا دراین تحقیق از روش های برنامه ریزی بیان ژن (GEP) و روش شبکه عصبی مصنوعی (ANN) ضریب دبی سرریزهای اوجی قوس محور با دیواره های هادی همگرا مدل سازی و با داده های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفت. بدین منظور از داده های مدل فیزیکی سرریز سد گرمی چای با چندین زاویه همگرایی دیواره های هادی 0o<q<120o استفاده شد. ...

ژئوممبران یکی از انواع ژئوسنتتیک هاست که استفاده از آن برای کنترل تلفات آب در استخرهای ذخیره و کانال های انتقال و توزیع آب با سرعت در حال رشد است. از مزایای این پوشش علاوه بر سهولت و سرعت در اجرا، آب بندی خوب و جلوگیری از تلفات نشت است. در این تحقیق نقش مسائل اجرایی و بهره برداری در استفاده از مزیت کنترل تلفات آب با به کاربردن پوشش ژئوممبران بررسی شده است. برای این منظور در استان های اصفهان، همدان، خوزستان، سمنان و البرز، 15 استخر پوشش شده با ژئوممبران انتخاب شد، این استخرها با ورق ژئوممبران نوع HDPE با ضخامت 1.5میلی متر داخلی پوشیده شده بودند، عمر پوشش انجام شده در استخرها 8 سال و عمق آنها 3 متر از لبه بود. میزان تلفات کل آب در این استخرها در سه مرحله از سال زراعی به روش حوضچه ای تعیین شد. بر اساس نتایج به دست آمده، مقدار تلفات نشت آب از پوشش ژئوممبران بین 0.1 تا 37.6 و به طور متوسط 13.9 لیتر در مترمربع در روز بوده و در حدود 125 برابر کمتر از تلفات نشت در استخرهای دارای پوشش بتنی است. کمترین تلفات نشت در نمونه های ارزیابی شده در استان های همدان و خوزستان (با 0.3 و0.2  لیتر در مترمربع در روز)، و بیشترین تلفات نشت در نمونه های ارزیابی شده در استان های البرز، اصفهان و سمنان به ترتیب با 23.1، 16.2 و 29.6 لیتر در مترمربع در روز تعیین شد. با توجه به یکسان بودن نوع ورق ژئوممبران و شرایط هندسی استخرها، اختلاف در مقدار تلفات آب به مسائل اجرایی و بهره برداری از پوشش در استخرها مربوط است. مسائل قابل رویت در استخرهایی با مقدار تلفات بالا شامل بی توجهی به شیب بندی اصولی کف در طراحی و اجرا، بی توجهی در لایروبی در حین بهره برداری، بسترسازی نامناسب، متراکم نکردن بستر به شکلی مناسب، وجود سنگ و اشیای نوک تیز در زیر پوشش، ایجاد موج در سطوح شیبدار دیواره های استخر، بریدگی ناشی از خالی بودن زیر پوشش در محل جوش ها و گوشه های استخر، و تخریب های ناشی از فعالیت های انسانی در حین اجرا و بهره برداری است.

با توجه به مصارف بالای آب در کشاورزی، بحران آب در این بخش مشهودتر است و از این رو استفاده از منابع آب نامتعارف، به ویژه زهاب های کشاورزی به عنوان امری ضروری مطرح شده است. برای بررسی امکان تصفیه زهاب کشاورزی با جاذب ها به عنوان فیلترهای زیستی با تعیین کارآیی چهار نوع فیلتر زیستی شامل کاه و کلش گندم، سبوس برنج، ساقه پنبه و خاک اره چوب در بهبود کیفی زهاب کشاورزی شامل فاکتورهای شوری، اسیدیته، نیترات، کلسیم، منیزیم، سدیم، فسفات، سولفات، کل ذرات محلول و کل ذرات معلق در شرایط پایلوت تحقیقاتی بررسی شد. نتایج تجزیه واریانس نشان می دهد که بین تیمارهای مختلف ازنظر پارامترهای مورد مطالعه، به غیر از نیترات، اختلاف آماری معنی داری وجود ندارد. همه فیلترهای مورد مطالعه در بهبود کیفیت زهاب های کشاورزی موثرند و با توجه به فراوانی آنها در هر منطقه می توان از هریک از آنها برای بهبود کیفیت زهاب های کشاورزی استفاده کرد. نتایج این تحقیق از دید تغذیه گرایی منابع آب جهت دفع پساب به منابع آب های سطحی نشان می دهد که فیلترهای خاک اره چوب و ساقه پنبه به ترتیب با جذب 62.23 و 60.12 درصد نیترات و 20 و 20.7 درصد فسفات نسبت به فیلترهای دیگر برتری دارند. بر اساس نتایج کیفی زهاب خروجی از فیلترهای مورد مطالعه و مقایسه آن با حداکثر مجاز استاندارد کیفی آب برای کاربری کشاورزی، به ترتیب گیاهان زراعی گندم، جو و پنبه تحت الگوهای کشت مختلف برای استفاده از حدود 260 میلیون مترمکعب زهاب تولیدی شبکه آبیاری زهکشی مغان قابل برنامه ریزی است.