تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی
سال:1397 | دوره:19 | شماره:71 |تعداد مقالات:10

برآورد توزیع سرعت جریان از مباحث مهم در هیدرولیک جریان کانال های روباز، فاضلاب روها، و رودخانه هاست. وجود پدیده ی سرعت حداکثر زیر سطح آب (پدیده ی دیپ)، برآورد توزیع سرعت را در جریان های روباز با پیچیدگی هایی مواجه می کند. در این مقاله توزیع سرعت در کانال های مرکب فاضلاب رو تنگ، با استفاده از تئوری آنتروپیبرآورد و تأثیر توابع توزیع تجمعی مختلف بر منحنی های توزیع سرعت بررسی شده است. مقایسه ی نتایج دو تابع آنتروپی چیو و مارینی در برآورد توزیع سرعت و تخمین پارامترها نشان می دهد که مدل پیشنهادی دقت بالاتری ارائه داده است. همچنین، مقایسه ی داده های میدانی تحقیقات گذشته با نتایج مدل پیشنهادی نشان می دهد که مدل پیشنهادی در ترازها و مقاطع عرضی مختلف تطابق مناسبی با داده های میدانی دارد. نتایج بررسی ها بیانگر دقت قابل قبول مدل پیشنهادی در برآورد توزیع سرعت (R2 برابر 86/0، خطای نسبی برابر 11 درصد، RMSE برابر 0758/0، و MAPE برابر 84/7 درصد) است. همچنین، مقایسه ی این مدل با مدل توزیع سرعت چیو نشان می دهد که مدل پیشنهادی علاوه بر اینکه نسبت به مدل های موجود ساده تراست، محدودیت های مدل های پیشین را ندارد و عملکرد بهتری نیز نشان می دهد.

در تحقیق حاضر به مطالعه ی تجربی و عددی تأثیر مقاطع هندسی مختلف پایه ی پل بر کاهش فرسایش بستر و تنش برشی بستر پرداخته شده است. در مطالعه ی تجربی فرسایش بستر پیرامون مدل های پایه ی پل بررسی و میزان درصد کاهش در هر مدل برآورد شده است. در مطالعه ی عددی، میدان جریان اطراف مدل پایه ها به صورت سه بعدی با نرم افزار فلوئنت شبیه سازی و اثر هر یک از مقاطع بر کاهش تنش بر شیب ستر بررسی شده است. برای تعیین درصد کارایی هر یک از مقاطع، پایه استوانه ای به عنوان مدل مبنا انتخاب و میزان کاهش تنش برشی بستر در مدل عددی برای هر یک از مقاطع با کاهش عمق آبشستگی در مدل های فیزیکی مقایسه شده است. با توجه به حساسیت مدل های عددی به مدل های آشفتگی، مدل های آشفتگی با مقایسه ی نیمرخ های سرعت و سطح آزاد آب صحت سنجی شدند. نتایج بررسی ها نشان داد مدل RNGاز زیرمجموعه ی این مدل آشفتگی به حصول نتایج عددی با دقت قابل قبولی منجر شده است. از میان مقاطع هندسی مختلف که برای پایه ی پل در نظر گرفته شده است، مقطع دوکی شکل با ابتدای تیز، با کاهش 72 درصد عمق آبشستگی، نسبت به مدل مبنا، بهترین مدل تعیین شده است. مدل ترکیبی مقطع مستطیلی با مثلث انتهایی با کاهش 8 درصد در فرسایش بستر، کمترین تأثیر را بر بهبود نتایج داشته است. مقطع مستطیلی نیز موجب افزایش عمق آبشستگی به میزان 7 درصد شده است. نظر به محدودیت های که در انجام مطالعات آزمایشگاهی وجود دارد، مقایسه ی نتایج عددی با نتایج تجربی یکی دیگر از اهداف پژوهش حاضر بوده است. نتایج به دست آمده همسو بودن کاهش تنش برشی را در مدل-های عددی و کاهش عمق آبشستگی را در مدل های تجربی نشان می دهد.

طرح تجهیز و نوسازی شالیزاری، یکی از طرح های زیربنایی در بخش کشاورزی است. این طرح که در آن شالیزارهایی که به طور سنتی کشت می شوند به صورت مدرن درمی آیند، به طوررسمی از سال 1374در استان گیلان آغاز شد، آخرین گزارش موسسه ی تحقیقات برنج کشور نشان می دهد که تاکنون بیش از 76000هکتار از شالیزارهای این استان تجهیز و نوسازی شده است. کشاورزان از بهره برداران این طرح هستند، از این رو دریافت نظر آنان در پرسشنامه های هدفمند می تواند به ارتقای کیفی طرح کمک کند. در این پژوهش، به منظور تجزیه و تحلیل و ارزیابی دیدگاه های کشاورزان ذی نفع در طرح تجهیز و نوسازی، 455 پرسشنامه هریک با 50 سئوال، طی سال 1390 بین آنان توزیع شد. یافته ها نشان می دهد که کشاورزان شاغل در این اراضی از نظر سنی در رده ی مسن، از نظر سواد در رده ی بی سواد، و از نظر سرانه ی مالکیت در رده ی کشاورزان کم-زمین قرار دارند. حدود 60 درصد کشاورزان، نداشتن جاده برای تردد ماشین آلات و 35 درصد از آنان مشکل آب را برای پذیرش طرح تجهیز عنوان کرده اند. حدود 50 درصد از کشاورزان در سال های اول و دوم پس از اجرای طرح در خصوص نحوه ی تأمین و توزیع آب مشکل داشتند که با اقداماتی نظیر حفر چاه های کم عمق و استفاده از آب زهکش ها (به ترتیب 35 و 30 درصد) این مشکل را حل کرده اند به طوری که در سال های سوم به بعد برای 35 درصد کشاورزان باقی مانده بود. در مورد مصرف آب در داخل مزرعه، بیش از 50 درصد کشاورزان در سال های اول و دوم در مصرف آب داخل مزارع دارای مشکل بودند. مشکل مصرف آب در مزرعه پس از اجرای طرح تجهیز، ناشی از بزرگ شدن ابعاد کرت ها و تغییر در زمان آبیاری، تغییر در دبی ورودی (هیدرومدول) و تنظیم عمق آب به دلیل مشکل تسطیح سطوح بزرگ و مدیریت توزیع آب بوده است که با حل مشکلات تسطیح کرت های بزرگ و تطبیق کشاورزان با شرایط پس از اجرای پروژه، مشکل مصرف آب در مزرعه به 35 درصد تقلیل یافته است. پس از اجرای طرح تجهیز و نوسازی، حدود 50 درصد از کشاورزان داخل طرح از روش آبیاری تناوبی به-عنوان روش مناسب آبیاری در مزارع خود استفاده می کنند. 62 درصد از کشاورزان اعلام داشته اند مقدار افزایش محصول پس از اجرای طرح نسبت به حالت قبل، حداکثر 300 کیلوگرم در هکتار بوده است. حدود 78 درصد بهره برداران اعتقاد دارند که اجرای طرح تجهیز باعث سهولت برداشت محصول و خرمن کوبی آن شده است. پس از اجرای طرح، موقعیت زمین حدود 76 درصد بهره بردان جابه جا شده است که تأثیری منفی بر رضایت بهره برداران داشته است. به طور کلی یافته ها نشان می دهد که بیش از 75 درصد کشاورزان رضایت متوسط از اجرای طرح تجهیز و نوسازی دارند.

سرریزهای کلید پیانویی نوع جدیدی از سرریزها هستند که ظرفیت تخلیه دبی بسیار بالایی دارند و می توانند به عنوان سازه ای اقتصادی با کارایی بالا مورد استفاده قرار گیرند. این سرریزها جایگزین مناسبی برای سرریزهای خطی هستند زیرا به ازای بار آبی و عرض سرریز یکسان، دبی واحد عرض را در دهانه سرریزهای بدون تنظیم کننده افزایش می دهند. در این تحقیق ضریب دبی جریان سرریز کلید پیانویی با یک سرریز زیگزاگی با پلان مستطیلی مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج این تحقیق نشان می دهد ضریب جریان در سرریز PKW ( PIANO KEY WEIRS ) نسبت به سرریز زیگزاگی پلان مستطیلی حدود 38 درصد افزایش داشته است و همچنین با افزایش بار هیدرولیکی و رسیدن به دبی استغراق اختلاف ضریب جریان بین دو سرریز کاهش یافته بطوریکه این اختلاف در دبی های زیاد حدود 24 درصد کاهش و تراز پایاب از تراز تاج سرریز به تدریج افزایش پیدا کرده است.

خاک مسلح انتخاب مناسبی برای سازه هایی مانند دیوارهای ساحلی، سد خاکی، ساختمان دیوارهای نگهبان به ویژه در پایه های کناری پل ها، دیوارهای کناری آب روها و مسیل ها، حوضچه های رسوبگیر و شبکه های آبیاری و زهکشی است. در این پژوهش، سیستم خاک مسلح برای افزایش ظرفیت باربری خاک زیر فونداسیون سازه ها به کار رفته است. یک مدل کوچک آزمایشگاهی برای بررسی رفتار خاک ماسه ای مسلح شده با ژئوسنتتیک ها ساخته شده است. بردارهای جابه-جایی خاک و ظرفیت باربری پی نواری در حالت مسلح و غیر مسلح اندازه گیری شده است تا تأثیر پارامترهای متغیر از جمله نوع مسلح کننده، تعداد لایه های مسلح کننده، عمق اولین لایه و پهنای لایه ها بررسی شود. در ادامه، مدل عددی با همان اندازه ی مدل آزمایشگاهی در نرم افزار Plaxis ایجاد و نتایج به دست آمده با نتایج مدل آزمایشگاهی مقایسه شده است. به-طور کلی در مسلح کننده ی ژئوگرید نسبت به مسلح کننده ی ژئوتکستایل و حالت غیر مسلح، حجم وسیعی از خاک مسلح در برابر اِعمال بار مقاومت می کند و خاک ظرفیت باربری بیشتری از خود نشان می دهد. با افزایش تعداد و پهنای لایه ها نیز این عملکرد مشاهده می شود. بررسی عملکرد مسلح کننده ها و خاک ماسه ای در مدل سازی فیزیکی با روش PIV و در شبیه-سازی عددی با استفاده از نرم افزار Plaxis v8. 2، حاکی از افزایش حجم گوه ی گسیختگی در عمق و در نتیجه افزایش ظرفیت باربری پی نواری در حالت مسلح، نسبت به حالت غیر مسلح، است.

آبشستگی موضعی در اطراف لوله های عبوری از بستر رودخانه ها به دلیل تحمیل خسارت های زیاد اقتصادی، زیست محیطی و اجتماعی که در پی دارد همواره مورد توجه محققان و طراحان این سازه ها بوده است. این پژوهش با هدف بررسی جامع الگوی جریان، مکانیزم آبشستگی و توسعه ی زمانی چاله ی آبشستگی در اطراف لوله های مستغرق تحت جریان یک سویه، در آزمایشگاه تحقیقاتی هیدرولیک و سازه های آبی بخش مهندسی آب دانشگاه شهید باهنرکرمان اجرا شد. آزمایش ها برای دو حالت لوله منفرد و دوتائی موازی در فاصله های مختلف از یکدیگر و در شرایط هیدرولیکی متفاوت صورت پذیرفت. نتایج نشان داد که در اثر برخورد جریان با لوله ی منفرد، فرآیند آبشستگی با شکل گیری یک جریان نشتی زیرسطحی از بالادست به سمت پایین دست لوله آغاز می شود و بعد از آن شکل گیری فرسایش تونلی و عبور جت جریان از زیر لوله عامل اصلی توسعه ی طولی و عمقی چاله آبشستگی است. در حالت دوتائی موازی، بسته به فاصله ی بین دو لوله، پروفیل های مختلفی برای چاله ی آبشستگی مشاهده می شود. نشان داده شد که با تغییر فاصله ی نسبی بین دو لوله از S/D=0 به S/D=2، حداکثر عمق آبشستگی برای دبی 28 لیتر بر ثانیه به ترتیب 50 درصد و 44 درصد افزایش می یابد. در این حالت (دوتائی)، اندرکنش جریان و لوله ها، سبب تضعیف گردابه های تشکیل شده در اطراف لوله ها می شود و بدین ترتیب عمق آبشستگی، در مقایسه با حالت لوله منفرد، کمتر است به طوری که حداکثر عمق آبشستگی در حالت لوله منفرد، 27/1 برابر مقدار متناظر آن در حالت لوله های دوتائی است.

سرریزهای لبه تیز مرکب اغلب برای اندازه گیری دامنه ای وسیع از جریان و با دقت مناسب در کانال های روباز به کار گرفته می شوند. اما در مواردی که آب انتقالی حاوی مواد رسوبی و شناور باشد، مشکلاتی در نحوه ی عملکرد آنها ایجاد می شود. با ترکیب دریچه و سرریز مرکب، می توان تا حدی این مشکل را برطرف کرد. هدف از این پژوهش، بررسی خصوصیات هیدرولیکی سرریز و سرریز – دریچه با سه مقطع مرکب دایره ای-ذوزنقه ای-مستطیلی در سه بازشدگی مختلف دریچه برابر 5/1، 3 و 5/4 سانتی متر است. آزمایش ها در یک فلوم مستطیلی به طول 12 متر و عرض نیم متر اجرا شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که بر اساس داده های آزمایشگاهی، ضریب دبی جریان در سرریز های لبه تیز مرکب، در محدوده ی 58/0 تا 85/0 و در سرریز-دریچه مرکب، در محدوده ی 38/0 تا 78/0 است. به ازای بار آبی معین با افزایش بازشدگی دریچه، دبی عبوری افزایش ولی ضریب دبی جریان کاهش می یابد. همچنین، مقادیر محاسباتی و مشاهداتی ضریب دبی جریان بر اساس معیارهای ارزیابی، ضریب تبیین (R2)، و جذر میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE) که به ترتیب برابر 96/0 و 06/0 محاسبه شدند، مقایسه گردیدند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از ترکیب خطی روابط جریان در سرریز و سرریز-دریچه مرکب دایره ای-ذوزنقه ای – مستطیلی می دهد با دقتی قابل قبول ضریب دبی جریان را برآورد کند.

برای ارزیابی عملکرد بهره برداری از شبکه ی آبیاری یامچی، حجم آب تحویل داده شده به واحدهای زراعی در دوره ی بهره برداری سال های 91-90 تا 94-93 و تغییرات سطح زیرکشت محصولات مختلف تهیه شد و پس از برآورد نیاز آبی محصولات با استفاده از روش پنمن-مانتیث-فائو، شاخص هایی همچون تأمین نسبی منابع آب، تأمین نسبی آب آبیاری، نسبت حجم آب تحویلی و نسبت رطوبت قابل دسترس محاسبه شدند. نتایج بررسی ها نشان می دهد که شاخص تأمین نسبی آب آبیاری حدود 4/0 و 5/0 و شاخص تأمین نسبی منابع آب حدود 5/0 و 6/0 به ترتیب در دو سال آخر دوره ی بهره برداری بوده است که نشان می دهد حدود 50 درصد کمتر از نیاز آبی محصولات، آب تحویل شبکه شده است. در طول دوره ی چهار ساله ی بهره-برداری، سهم بارندگی در تأمین نیاز آبی محصولات در دو ماه اول (اردیبهشت و خرداد) بیشتر از دو ماه انتهایی (تیر و مرداد) آن بود. ارزیابی عملکرد زمانی و مکانی تحویل و توزیع آب در شبکه با استفاده از تصویرهای ماهواره ای و تفسیر آنها نشان می دهد که در سال های آخر بهره برداری، سطحی وسیع از اراضی دچار خشکی شدید بوده است و نیز اینکه سطح زمین های با تأمین کامل نیاز آبی کاهش یافته است.

در این پژوهش، تأثیر افزودنی حباب ساز با عیارهای مختلف سیمان بر ویژگی های مقاومتی بتن تازه و سخت شده بررسی شده است. بدین منظور 9 طرح اختلاط بتنی با نسبت آب به سیمان 45/0 و کاربرد 3 سطح عیار سیمان 300، 350 و 400 کیلوگرم بر متر مکعب، و 3 سطح حباب ساز صفر، 01/0 و 03/0 درصد وزنی سیمان مصرفی، در نظر گرفته شد. آزمایش های تعیین مجموع هوای بتن، چگالی و تعیین مقدار اسلامپ روی بتن تازه و آزمایش های چگالی، تخلخل، مقاومت فشاری و مقاومت الکتریکی روی نمونه های بتن سخت شده در همه ی مخلوط ها اجرا شد. نتایج آزمایش ها روی بتن تازه نشان می دهد که با افزایش ماده ی افزودنی حباب ساز، کارایی بتن تازه و میزان هوای کل آن افزایش و چگالی بتن کاهش می یابد. نتایج آزمایش ها روی بتن سخت شده نشان می دهد که افزودن ماده ی حباب ساز به اندازه ی 03/0 درصد وزن سیمان به مخلوط بتن با هر 3 عیار سیمان، منجر می شود به کاهش چگالی، مقاومت فشاری و مقاومت الکتریکی. با توجه به شاخص های موجود، عیار 300 کیلوگرم بر متر مکعب (بدون هوازا و با هوازا) برای پوشش بتنی از جنبه مقاومتی گزینه ای پذیرفتنی نیست. برای پوشش بتنی کانال های آبیاری و برای تامین حداقل مقاومت فشاری لازم، در بین مخلوط های مورد بررسی مخلوط های بتنی به ترتیب عیار سیمان 400 کیلوگرم بر متر مکعب (بدون هوازا)، 350 کیلوگرم بر متر مکعب (بدون هوازا و 01/0 درصد وزن سیمان هوازا) اولویت دارند. برای پوشش بتنی در مناطق سردسیر، مناسب ترین گزینه جهت اطمینان از پارامتر مقاومت فشاری و دوام در برابر یخبندان، مخلوط بتنی است با عیار 400 کیلوگرم بر متر مکعب و 01/0 درصد وزن سیمان حباب ساز.

در خلال بهرهبرداری از شبکههای کانالهای روباز (شبکههای آبیاری، زهکشی، کشتیرانی و. . . )، بعضاً کانالهایی به صورت جانبی به کانال اصلی برخورد میکنند. ممکن است در خلال اجرا و به دلایل طبیعی یا انسانی مانند اشتباه در پیادهسازی نقاط، اختلاف ترازهایی نیز در کف دو کانال ایجاد شود. در این مقاله تأثیر عواملی چون نسبت دبی کانال متقاطع به مستقیم، نسبت اختلاف رقوم بستر، فرسایش پذیر و فرسایش ناپذیر بودن بستر، و دانه بندی مصالح بستر بر میزان عمق آب شستگی در یک اتصال 90 درجه به صورت آزمایشگاهی با استفاده از فلومی به طول 5 متر و عرض 30 سانتیمتر و کانال متقاطع فلومی به طول 5/2 متر و عرض 30 سانتیمتر بررسی شده است. مقایسه ی نتایج به دست آمده در حالتی که کف دو کانال دارای اختلاف تراز است با حالت بدون اختلاف تراز آن، نشان می دهد که با افزایش اختلاف تراز کف دو کانال، فرسایش نیز تا 78 درصد برای حالت هر دو کانال فرسایش پذیر افزایش می یابد که این میزان برای حالت کانال متقاطع فرسایش ناپذیر تا 45 درصد کمتر است. دلیل این امر میتواند ایجادجریان پرتابی در حالتی باشد که کانال متقاطع دارای بستر فرسایش ناپذیر است. افزایش سرعت جریان در شیب به وجود آمده در محل اتصال دو کانال، وقتی کف دو کانال فرسایش پذیر باشند، میتواند باعث افزایش عمق چاله ی فرسایشی گردد.