تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی
سال:1397 | دوره:19 | شماره:70 |تعداد مقالات:9

شبکه آبیاری رودشت در پایین دست رودخانه زاینده رود واقع شده است و کلیه نوسانات آبدهی رودخانه عینا به شبکه وارد می شود. این امر سبب ایجاد جریان ورودی نوسانی به کانال اصلی شده و از این رو بهبود شیوه بهره برداری به منظور کاهش اثر نوسانات ورودی در دستور کار بهره برداری این شبکه قرار گرفته است. در این تحقیق، بهره گیری از سامانه توزیع تناسبی، با نام بومی سامانه لت در اصفهان، که به عنوان یکی از جدی ترین گزینه های جایگزینی دریچه های مدول نیرپیک در کانال اصلی شبکه رودشت معرفی شده است، بررسی شد. برای این منظور مدل های ریاضی بهره برداری کانال اصلی شاخه شمالی شبکه رودشت برای سامانه آبگیری موجود، شامل آبگیرهای نیرپیک، و سامانه تناسبی ایجاد شد و عملکرد بهره برداری آنها در یک دوره واقعی بهره برداری در شرایط جریان ورودی نوسانی با استفاده از شاخص های ارزیابی عملکرد کفایت، راندمان و عدالت مورد آزمون قرار گرفت. نتایج تحقیق حاکی از آن است که در شرایط نوسانات شدید جریان ورودی، شاخص کفایت تحویل آب برای آبگیرهای پایین دست و شاخص راندمان برای آبگیرهای بالادست در هر دو سامانه تقریبا یکسان به دست آمده است. همچنین شاخص عدالت توزیع، با اجرای سامانه تناسبی در مقایسه با سامانه آبگیر نیرپیک به میزان 19 درصد کاهش عملکرد نشان داده است. جمع بندی نتایج نشان می دهند که به کارگیری سامانه لت به عنوان آبگیر کانال اصلی تحت جریان ورودی نوسانی، در هر دو سناریوی نوسانات ورودی ملایم (25 درصد) و شدید (تا 75 درصد)، در مقایسه با سامانه آبگیرهای نیرپیک، سبب وخامت فرآیند توزیع آب شده است. بنابراین با توجه به شرایط بهره برداری شبکه آبیاری رودشت، سامانه لت گزینه مناسب تحویل و توزیع آب در این شبکه نمی باشد.

پراکنش منابع آب و بارندگی ها در سطح کشور متناسب نیستند، از این رو انتقال بین حوضه ای آب در قالب طرح های آبی برای جمع آوری، انتقال و ایجاد کیفیت مناسب برای توسعه موزون فعالیت های انسانی لازم است. این نوع طرح ها با توجه به مخزن بالادست و تونل انتقال آب به پایین دست شرایطی ترکیبی از مسائل هیدرولوژیکی (تراز آب مخزن) و هیدرولیکی (هیدرولیک لوله یا تونل انتقال) را در خود جای داده است. به همین دلیل، تحلیل و بررسی این مسایل برای به دست آوردن شرایط مورد نظر باید همزمان صورت گیرد. در این تحقیق، چهار سد (یلان، پشندگان، گوکان و زاینده رود) و سه تونل برای انتقال آب از سد یلان به سد زاینده رود در نظر گرفته شده است. برای مدل سازی و بهینه سازی این مطالعه، همزمان دو الگوریتم با یکدیگر و با نرم افزار EPANET به صورت دینامیکی ارتباط دارند و مدل منابع آب، هیدرولیک و الگوریتم تکامل تفاضلی را حل می کند. از آنجا که انتقال آب در تونل ها به صورت تحت فشار است و کل مطالعه برای راندمان انتقال آب 95 درصد تعریف شده است، با افزایش ارتفاع هریک از سدها لازم است قطر تونل انتقال کاهش یابد تا بتواند راندمان مذکور را داشته باشد. نتایج تحقیق نشان می دهد که الگوریتم تکامل تفاضلی در حالتی که ضریب مقیاس و ضریب احتمال ترکیب F) و (Cr برابر 0.5 و 0.5 و جمعیت اولیه 1000 عضوی و نسل 1500 تایی است بهترین جواب را از نظر هزینه ارائه می دهد. هزینه بهینه ارائه شده با الگوریتم تکامل تفاضلی برای راندمان انتقال 95 درصد برابر 14014.5 میلیارد ریال است.

دینامیک جریان در محل تلاقی رودخانه ها با شش ناحیه اصلی قابل تشخیص است: ناحیه رکود جریان، انحراف جریان، جدایی جریان، حداکثر سرعت، بازیافت جریان و لایه های برشی. زاویه تلاقی، نسبت دبی بین دو شاخه، اختلاف رقوم و غیره از جمله پارامترهای تاثیرگذار بر ابعاد این نواحی هستند. توجه بیشتر مطالعات قبلی بر تلاقی کانال های همکف معطوف بوده است، و در زمینه تلاقی های غیرهمکف مطالعات اندک است. این تحقیق به ارزیابی اثر زاویه تلاقی دو کانال بر دینامیک جریان (ناحیه جداشدگی، الگوی جریان و تراز آب)، با استفاده از شبیه سازی سه بعدی Flow-3D در تلاقی های همکف و غیرهمکف می پردازد. فاکتورهای مهم بررسی شده در این تحقیق، چهار نسبت دبی (نسبت دبی شاخه فرعی به دبی کل برابر با 0.2، 0.33، 0.5 و 0.67)، سه زاویه (45، 60 و 90 درجه) و اختلاف رقوم های متغیر هستند. پیش بینی های شبیه سازی عددی تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که بین دینامیک جریان در تلاقی های همکف و غیرهمکف تفاوت زیاد است و زاویه اتصال نقشی مهم در تلاقی رودخانه ها، به ویژه در تلاقی های همکف بازی می کند. با افزایش زاویه، ابعاد ناحیه جداشدگی جریان افزایش می یابد به طوری که طول ناحیه جداشدگی در زاویه 90 درجه 2.3 برابر طول ناحیه جداشدگی در زاویه 45 درجه برای تلاقی های همکف است. این مقدار در تلاقی های غیرهمکف با اختلاف رقوم های نسبی برابر با 0.1، 0.2 و 0.3 به ترتیب برابر با 4.5، 3 و 2.1 است.

در این پژوهش، علل ترک خوردگی و شکستگی های پوشش بتنی کانال اصلی انتقال آب دشت شبانکاره بررسی شده است. ابتدا در چند نوبت از محل پروژه بازدید شد و با حفر چال های شناسایی، از عمق های مختلف نمونه هایی تهیه گردید. نمونه های اخذ شده مورد آزمایش های شناسایی، تعیین پتانسیل واگرایی و تعیین میزان گچ قرار گرفتند. نتایج بررسی ها نشان داد که خرابی ها به واسطه نشست بستر کانال بوده است. این موضوع، مشکل آفرین بودن خاک بستر را به اثبات رساند. نتایج آزمایش های واگرایی نشان داد در برخی از نمونه های خاک منطقه پتانسیل واگرایی فیزیکی وجود دارد ولی چون این نوع خاکها به صورت رگه های با ضخامت کم در نقاط مختلف بدون الگویی خاص پراکنده اند، نمی تواند عامل اصلی تخریب ها محسوب شود. نتیجه آزمایشهای مختلف فیزیکی، شیمیایی، و به ویژه مقدار گچ خاک، نشان داد اغلب نمونه ها حاوی مقادیر قابل توجهی گچ از حدود یک تا نزدیک به 70 درصد هستند و خرابی ها نیز در مناطقی رخ داده که میزان گچ در آنها زیاد بوده است. بدین ترتیب عوامل ژئوتکنیکی، یعنی وجود توده های گچی و فراهم شدن شرایط انحلال در اثر جریان آب، عامل ایجاد ترک خوردگی و خراب شدن کانال انتقال آب شبانکاره شناخته شد.

حوضچه های آرامش به عنوان سازه های هیدرولیکی موثر برای استهلاک انرژی جنبشی جریان فوق بحرانی در پایین دست سرریز قرار می گیرند و در بعضی موارد برای دستیابی به طرحی اقتصادی از اجزایی مانند بلوک های کف، آستانه انتهایی و ...استفاده می کنند. بنابراین، برای تثبیت و کاهش طول پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش، احداث دیوارهای کوتاه به صورت آب پایه پیوسته می تواند موثر باشد. در این پژوهش آزمایشگاهی، اثر روزنه دار بودن آستانه پلکانی بر خصوصیات پرش در پایین دست سرریز اوجی بررسی شده است. آزمایش ها برای چهار اندازه بازشدگی (12، 25، 50 و 75 درصد) در سه فاصله نسبی (10.8، 14.6 و 18.75) اجرا شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که استفاده از آستانه پلکانی روزنهدار اثری مثبت بر کنترل و تثبیت موقعیت پرش هیدرولیکی درون حوضچه آرامش دارد و آستانه با 25 درصد بازشدگی در فاصله نسبی 10.4، نسبت به سایر آستانه ها، بیشترین اثر را در کاهش طول پرش دارد و طول پرش را به طور متوسط 40.8 درصد نسبت به پرش هیدرولیکی کلاسیک کاهش می دهد. همچنین از بین گزینه های آزمایش شده، مناسبترین موقعیت قرارگیری آستانه با 12 درصد بازشدگی بر مبنای کاهش طول پرش هیدرولیکی، در فاصله نسبی بیشتر از 14.6 به دست آمده است. کاهش توأم درصد بازشدگی و فاصله نسبی آستانه اثری مثبت بر افزایش افت نسبی انرژی دارد به طوری که آستانه با 12 درصد بازشدگی در فاصله نسبی 10.4 به طور متوسط افت نسبی انرژی را 11 درصد نسبت به پرش هیدرولیکی کلاسیک افزایش می دهد.

در مناطق خشک و نیمه خشک کمبود منابع آب های سطحی به صورت پایه و دائمی، استفاده بهینه را از منابع آب های زیرزمینی ضروری ساخته است. در این راستا، ذخیره سازی جریان های زیر سطحی درون مخازن آبرفتی سدهای زیرزمینی در مقیاس کوچک به نظر میرسد اقتصادی و مقرون به صرفه خواهد بود. گاهی به علت نبود منابع قرضه در محل، هزینه احداث سد افزایش می یابد؛ در این موارد، ترکبیی از مصالح موجود و بنتونیت میتواند معیارهای مورد نیاز را تامین کند. در این تحقیق، با ساخت مدل فیزیکی مقطعی از سد زیرزمینی، تاثیر افزودن بنتونیت در کاهش ضریب آبگذری اشباع افقی در خاک غیر چسبنده بررسی شده است. برای این منظور، نمونه ای از خاک غیر چسبنده انتخاب و بنتونیت به میزان 2، 4 و 6 درصد وزن خاک خشک به آن اضافه شد و پس از تراکم در مدل فیزیکی، مورد آزمایش نفوذپذیری قرار گرفت. نتایج آزمایش نشان داده است که افزودن بنتونیت، به علت سطح مخصوص بالا و تورم پذیری زیاد، ضریب آبگذری را کاهش می دهد. با افزایش بنتونیت تا 4 درصد، هدایت هیدرولیکی با شیب تندی کاهش می یابد و در مقدار بالاتر بنتونیت، شدت کاهش هدایت هیدرولیکی کندتر می شود به گونه ای که می توان گفت نمودار لگاریتم هدایت هیدرولیکی اشباع در برابر مقدار بنتونیت تابعی است خطی. بر اساس این تابع، مقدار بنتونیت مورد نیاز بر ای کاهش آبگذری خاک غیر چسبنده مورد آزمایش به مقدار آبگذری نمونه خاک استفاده شده در هسته سد زیرزمینی سنگانه در یک تراکم نسبی مشابه 4.6 درصد است.

سرریزهای کلید پیانویی (PKWs) جزء سرریزهای غیرخطی هستند که می توانند دبی را برای عرض مشخص و بدون افزایش بار آبی افزایش دهند. در شرایطی که سطح تماس سازه با سرریز یا فونداسیون محدود باشد، سرریزهای کلیدپیانویی با افزایش طول تاج سرریز در بالادست و پایین دست پایه، می توانند جایگزین مناسبی برای سرریزهای کنگره ای باشند. در این تحقیق، برای بررسی عملکرد هیدرولیکی سرریزهای کلیدپیانویی در شرایط جریان آزاد و جریان مستغرق، در مجموع 554 آزمایش روی 11 مدل فیزیکی اجرا شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که در شرایط جریان آزاد و در نسبتبار آبی 0.05<Ho/P<0.1، سرریز کلیدپیانویی با نسبت عرض دهانه های ورودی به عرض دهانه های خروجی 1.4، و در Ho/P>0.1 سرریز کلیدپیانویی با نسبت عرض دهانه های ورودی به عرض دهانه های خروجی1.2 ، کارایی هیدرولیکی بیشتری نسبت به سایر سرریزها دارند. ضریب دبی این سرریزها با ثابت بودن نسبت عرض دهانه ها و با تغییر شیب دهانه ها از 1:1.5 به منحنی (ربع دایره) حدود 3 درصد افزایش می یابد. در شرایط جریان مستغرق، با کاهش نسبت بار آب (Ho/P)، نسبت بار آبی مستغرق به بار آبی آزاد بالادست (H*/Ho) افزایش می یابد. در سرریز کلیدپیانویی، با نسبت عرض دهانه های برابر 1 و در مقادیر نسبت های استغراق کوچک تر از 0.48 (S<0.48) عمق پایین دست تاثیری بر عمق بالادست سرریز ندارد و H*=Ho است. اصلاح سرریزهای کلید پیانویی با نسبت عرض دهانه ها برابر 1 باعث می شود که در این سرریز شروع استغراق زودتر و استغراق کامل دیرتر به وجود آید و اصلاح سرریزهای کلیدپیانویی با شیب های منحنی شکل و نسبت عرض دهانه ها برابر 1 باعث می شود که استغراق در این سرریز دیرتر شروع شود و حد استغراق کامل آنها تغییری نکند.

در این پژوهش با هدف ارزیابی تحویل آب در شبکه آبیاری و زهکشی درودزن، شاخص عملکرد شبکه شامل کفایت تحویل آب، بازده تحویل آب، عدالت توزیع آب، اعتمادپذیری تحویل آب و نسبت عملکرد تحویل آب محاسبه گردید. این شاخص ها در دو نوبت آبیاری و در 12 کانال درجه 3 اندازه گیری و بررسی شد. بررسی ها با دو رویکرد از لحاظ آب مورد نیاز شبکه بر اساس طراحی اولیه و در شرایط فعلی در کشت گندم انجام شد. از پارامترهای آماری خطای استندارد، خطای میانگین و آزمون مربع کای برای تحلیل های آماری استفاده شد. نتایج نشان داد که شاخص عدالت و اعتمادپذیری توزیع آب در شبکه بترتیب برابر با 0.31و 0.12 بوده که با توجه به استنداردهای موجود بترتیب در حد ضعیف و متوسط قرار می گیرد. میانگین شاخص عملکرد تحویل آب در شبکه بر اساس دو رویکرد طراحی اولیه و شرایط فعلی بترتیب 1.41 و 0.61 بوده که نشان داد بر اساس طراحی اولیه 41 درصد آب بیش از اندازه و در شرایط فعلی، 39 درصد آب کمتر از نیاز تحویل شده است. شاخص بازده تحویل آب بر اساس دو رویکرد مورد بررسی بترتیب 0.79 و 0.97و شاخص کفایت تحویل آب بترتیب 0.93و 0.56 بود. به طور کلی تفاوت بین شاخص های کفایت تحویل آب، بازده تحویل آب و عملکرد تحویل آب در دو نیاز آبی مختلف قابل توجه است که باید بجای هیدرومدول اولیه، هیدرومدول بر اساس روش پنمن مانتیث ملاک عمل مدیریت شبکه آبیاری درودزن قرار گیرد.

دریچه های آویخته، سازه های اندازه گیری در کانال های آبیاری و از موارد مهندسی هیدرولیک هستند که به دلیل ناکافی بودن مطالعات در زمینه هیدرولیک حاکم بر آنها و همچنین نوع دریچه ها، نیاز به بررسی و مطالعه دارند تا بتوان آنها را به عنوان سازه اندازه گیری جریان توصیه کرد. این سازه ها از نظر اقتصادی مقرون به صرفه اند و بدون نیاز به هزینه زیاد یا فناوری پیچیده می توان آنها را ساخت، نصب کرد، به سادگی به کار برد، و از آنها بهره برداری کرد. در این تحقیق، برای تخمین بده عبوری از دریچه های آویخته تحت جریان آزاد و مستغرق در کانال های مستطیلی، با استفاده از روش های رگرسیونی و تحلیلی، معادلاتی توسعه داده شده اند که شامل روش ساده تجربی و ترکیبی از معادلات انرژی و مومنتم است. معادلات استخراج شده با استفاده از داده های آزمایشگاهی واسنجی شدند که متوسط خطای نسبی معادلات ارائه شده در تخمین بده برای رژیم جریان آزاد بین 1.58 تا 1.91درصد و برای رژیم جریان مستغرق از 3.5 تا 3.79 درصد است. همچنین، با استفاده از روش تحلیلی انرژی و مومنتم، نمودارهای عمومی برای تخمین ضریب بده برای هر دو شرایط جریان ارائه شده اند.