تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی
سال:1398 | دوره:20 | شماره:76 |تعداد مقالات:8

برای کاهش رسوب ورودی به دهانه ی آبگیر می توان از دیوار جداکننده به عنوان سازه ی کنترل کننده ی ورود رسوب به آبگیر استفاده کرد. دیوار جدا کننده باعثتغییرالگوی جریان ودر نتیجه تغییر مقداررسوبورودی به آبگیر می شود. متوسط زاویه های خطوط جریان که به آبگیر وارد می شوند از کف به سمت سطح زیاد می شود. در این تحقیق، اثر دیوار جداکننده و آبشکن بر تغییرات مؤلفه ی سرعت بررسی شده است. مؤلفه های سرعت در دو بعد جهت جریان در کانال اصلی و عمود بر جریان در جلو دهانه ی آبگیر و زاویه ی ورود جریان در طول دهانه ی آبگیر تعیین گردید. با استفاده از زاویه ی بردار سرعت ورودی به آبگیر و مؤلفه های طولی و عرضی سرعت، توزیع سرعت و نحوه ی ورود و انتقال رسوبات به آبگیر در لایه های مختلف بررسی گردید. تغییرات سرعت در جلو دهانه ی آبگیر در سه لایه با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج بررسی ها نشان می دهد به خاطر هدایت جریان توسط آبشکن و وجود دیوار جداکننده و تأثیر روی لایه های میانی و کف، زاویه بردار سرعت در لایه ی سطحی بیشتر است تا در لایه های دیگر. وجود آبشکن باعث شده سرعت طولی در لایه ی نزدیک کف 25/2 برابر و سرعت عرضی در لایه ی سطحی 33/1 برابر نسبت به حالت بدون آبشکن افزایش یابد.

دریچه های کشویی در تاج سرریزهای اوجی با ارتفاع زیاد (سدهای تنظیمی) یا با ارتفاع کم (به عنوان آستانه) به منظور کنترل بهتر جریان طراحی و استفاده می شوند. در حالت دوم، متناسب با ترکیب های مختلف هندسه ی سرریز، بازشدگی دریچه، عمق بالادست و عمق پایین دست، چهار شرط مختلف جریان قابل تشخیص است: الف) جریان کنترل نشده ی آزاد، ب) جریان کنترل نشده ی مستغرق، ج) جریان کنترل شده ی آزاد و د) جریان کنترل شده ی مستغرق. تعیین حد تبدیل هر یک از این شرایط جریان به یکدیگر در کاربرد معادلات دبی در هر وضعیت سودمند خواهد بود. در این تحقیق، با استفاده از برداشت های آزمایشگاهی روی دو سرریز اوجی با ارتفاع مختلف و نیز از داده های آزمایشگاهی مدل سرریز دریچه دار پروژه کنترل آب فلوریدای جنوبی و مرکزی، روابطی برای تعیین حدود تبدیل و تعیین آبگذری در شرایط چهارگانه ارائه شده است. در شرایط جریان کنترل نشده ی آزاد، میانگین قدرمطلق خطای نسبی در تعیین دبی از روابط پیشنهادی 95/1 درصد، در شرایط جریان کنترل شده ی آزاد و مستغرق به ترتیب معادل 2 و 5 درصد است. نتایج بررسی ها نشان می دهد حد تبدیل جریان کنترل نشده به کنترل شده هنگامی است که عمق بالادست از حدود 46/1 برابر بازشدگی دریچه افزایش یابد. با افزایش ارتفاع پایین دست و کاهش ارتفاع بالادست سرریز نیز آستانه ی استغراق نسبی سرریز و میزان آبگذری افزایش می یابد.

مطالعات نشان می دهد که عملکرد بسیاری از شبکه های آبیاری و زهکشی موجود بنا به دلایلی مانند نقص در طراحی و اجرا و نبود مدیریت مناسب، کمتر از حد انتظار است. وجود عوامل مؤثر متعدد بر عملکرد این شبکه ها، مسئله ارزیابی را پیچیده کرده است. یکی از روش های بسیار کارآمد در زمینه ی ارزیابی کارایی، روش تحلیل پوششی داده هاست. البته فرض دقیق و معین بودن داده های مورد استفاده در این روش، باعث ایجاد محدودیت هایی در استفاده از آن می شود. از این رو، در مطالعه ی حاضر برای تعیین کارایی فنی، کارایی مقیاس و کارایی فنی خالص در چهار شبکه آبیاری و زهکشی کارون بزرگ با در نظر گرفتن مسئله ی عدم حتمیت در داده ها، از روش تحلیل پوششی داده ها با پارامترهای کنترل کننده ی میزان محافظه کاریاستفاده شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که در سطح احتمال 50 درصد انحراف از محدودیت، شبکه ی آبیاری و زهکشی گتوند و شمال شرق اهواز به ترتیب با میانگین 1 و 52/0 امتیاز، بیشترین و کمترین کارایی را دارند. بررسی علل ناکارایی در شبکه ها نشان می دهد که هزینه های پرسنلی و تعمیر و نگهداری بیشترین تأثیر را بر این امر داشته به نحوی که درصد اختلاف میان مقدار واقعی و مطلوب این دو نهاده به ترتیب 48 و 41 درصد است. برای اطمینان خاطر تصمیم گیرندگان در به کارگیری نتایج حاصل از مطالعه، با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو، اعتبار روش مذکور سنجیده شد. نتایج به دست آمده بیانگر توانمندی مدل تحلیل پوششی داده ها با پارامترهای کنترل کننده ی میزان محافظه کاری در مقابل داده های نامطمئن است.

رودخانه ها در مواقع سیلابی اجسام شناور مانند بقایای درختان و گیاهان را با خود حمل می کنند که تجمع آنها مقابل پایه های پل می تواند با انسداد، تنگ کردن یا تغییردادن مسیر جریان در دهانه های پل، تشدید آب شستگی در اطراف آن را به همراه داشته باشد و با توسعه ی عمق آب شستگی به زیر پی پلها، تخریب آنها رخ دهد. در تحقیق حاضر تأثیر ابعاد اجسام شناور، تراز کارگذاری و ضخامت سر شمع، آرایش و قطر شمع ها بر توسعه ی زمانی و عمق حداکثر آب شستگی در اطراف گروه پایه کج بررسی شده است. پایه ی پل مورد بررسی متشکل است از دو پایه ی مستطیلی شکل با ابعاد 5/2 در 5/3 سانتی متر که با زاویه ی 28 درجه روی سر شمعی با ضخامتهای (Tpc) 3 و 5 سانتیمتر و ابعاد 10 در 16 سانتی متر که روی شمعهایی با آرایش 2×2 و 3×2 و قطرهای مختلف نصب گردید. آزمایش ها در شرایط آب زلال برای عمق های نسبی (نسبت عمق جریان به عرض پایه) 42/6 و 85/7، ترازهای نسبی کارگذاری سر شمع (Z/Tpc)، 0 و 1 و 5/1، جسم شناور با عرض نسبی (نسبت عرض جسم شناور به عرض پایه) 85/2، طول های نسبی (نسبت طول در راستای جریان جسم شناور به عرض پایه) 2، ضخامت های نسبی جسم شناور (نسبت ضخامت جسم شناور به عرض پایه) 85/0 و 42/1، اجرا شده است. مقایسه ی نتایج به دست آمده نشان می دهد در تراز نسبی کارگذاری سر شمع 0Z/Tpc = حضور جسم شناور عمق حداکثر آب شستگی را در محدوده ی هندسه های مختلف سر شمع و آرایش شمع ها به طور متوسط 5/8 درصد نسبت به حالت بدون جسم افزایش می دهد. با تغییر تراز کارگذاری سر شمع به 1Z/Tpc=، حضور جسم شناور به طور متوسط عمق حداکثر آب شستگی را به میزان 5/4 درصد نسبت به حالت بدون جسم افزایش می دهد. با افزایش تراز کارگذاری سر شمع به 5/1Z/Tpc=، حضور جسم شناور عمق حداکثر آب شستگی را به طور متوسط به میزان 4 درصد نسبت به حالت بدون جسم شناور افزایش می دهد. تجزیه و تحلیل نتایج حاکی از آن است که در شرایط حضور جسم شناور، افزایش عمق جریان بیشتر از 42/6 عرض پایه تأثیر محسوسی بر عمق حداکثر آب شستگی ندارد.

پیشبینی تنش برشی در کانال های روباز در بسیاری از مسائل مهندسی مانند طراحی کانال های پایدار، محاسبه افت انرژی و رسوب گذاری در کانال ها با اهمیت است، در واقع سیلابی، به دلیل تفاوت عمق جریان بین کانال اصلی و دشت های سیلابی اطراف، سرعت جریان نیز متفاوت است و متعاقبا میزان تنش برشی و توزیع آن به شکلی چشم گیر تغییر میکند. در تحقیق حاضر، کارایی مدل عددی سه بعدیAnsys Fluent در شبیه سازی پارامترهای مختلف هیدرولیکی برای کانال مرکب مستطیلی با بسترهای صاف و زبر بررسی شده است. مدل آشفتگی و شبکه ی مش بندی به کمک نتایج حاصل از مدل آزمایشگاهی و مدل عددی صحت سنجی و سناریوهای مختلف به کمک مدل عددی مذکور شبیه سازی شد. مقایسه ی مقادیر تنش برشی نشان می دهد که با کاهش عمق در دشت های سیلابی، میزان و درصد تنش برشی در دشت های سیلابی افزایش و در کانال اصلی کاهش می یابد و با افزایش زبری، میزان تنش برشی افزایش می یابد. نتایج بررسی ها همچنین بیانگر این نکته است که با افزایش دبی قدرت جریان افزایش می یابد و در محل تلاقی دشت های سیلابی و کانال اصلی سرعت بیشتر است و گردابه هایی در این محل تشکیل می شود. نتایج این تحقیق می تواند در طراحی کانال های پایداربه خصوص در محل تلاقی کانال اصلی و دشت های سیلابی نقش بسزایی داشته باشد.

آب عبوری از روی سریزها یا زیر دریچه ها اغلب دارای انرژی زیادی می باشد. چنانچه این آب با همان انرژی وارد رودخانه شود موجب خرابی سازه های پایین دست می شود. یکی از راه های کاهش این انرژی ایجاد پرش هیدرولیکی می باشد. لذا مطالعه و تحقیق در مورد پرش هیدرولیکی اهمیت زیادی دارد. در تحقیق حاضر خصوصیات پرش هیدرولیکی روی بسترهایی با زبری ذوزنقه ای قائم الزاویه با ارتفاع های 5/0، 1 و 2 سانتی متر و شیب های صفر، 5/1-درصد و 3-درصد مورد بررسی قرار گرفته است. با در نظر گرفتن عدد فرود در محدوده 4 تا 9 نسبت اعماق مزدوج به طور متوسط 8/18 درصد نسبت به حالت کلاسیک کاهش داشته است. همچنین افت انرژی 6/9 درصد نسبت به حالت کلاسیک افزایش پیدا کرده است. بیشترین کاهش عمق ثانویه مربوط به زبری 2 سانتی متر و شیب 3-درصد بوده است. همچنین زبری و شیب معکوس بر طول پرش تأثیر داشته و باعث کاهش آن نسبت به پرش کلاسیک شده است.

تخمین پروفیل سطح آبدرآبخوان هاهنگامی با اهمیت خواهد شد که متأثر و هم زمان با تغذیه ی سطحی (مانند بارش) باشد. تغذیه ی سطحی می تواند موقعیت و وضعیت نیمرخ سطح آب را دچار نوسان کند و مهندس طراح نتواند پروفیل سطح آب را به خوبی برآورد کند. این حالت در شرایطی سخت تر خواهد شد که مصالح آب خوان درشت دانه یا به اصطلاح مصالحی با نفوذپذیری بالا و سرعت جریان آب نیز در وضعیت غیردارسی باشد. به همیندلیلضروریاستبامحاسبة مقداردقیق نیمرخنشتازآب خوانودر نظرگرفتنمسائلفنی، از خطرهایجانیومالیمحتملجلوگیری شود. در همین راستا باارائه ی یکحلتحلیلی(ریاضی) بااثر تغذیه و فرضیاتغیردارسیوجریانمتلاطمتوسعه یافتهبهبررسیپروفیلجریاندرونمصالحدرشت دانهپرداختهشدهاست. در این تحقیق، از داده های یک مدل آزمایشگاهی با طول، عرض و ارتفاع به ترتیب 5، 6/0 و 1 متر، با شیب 0135/0 و دارای شرایط مرزی تراز آب بالادست و پایین دست مختلف و متأثر از تغذیه سطحی، مدل سازی و برای مقایسه و ارزیابی مدل تحلیلی این پژوهش از معادلات دیگر محققان استفاده شد که در نهایت نتایج حاصل از این تحقیق، دقت بالای حل ارائه شده را نشان داده است.

این مطالعه به منظور ارزیابی راندمان کل آبیاری و هیدرومدول واقعی دشت نازلوچای ارومیه با استفاده از روش بیلان آب، در سال 1391 اجرا گردید. مطالعات شامل اندازه گیری های صحرایی، مطالعات میدانی، و بررسی آمار و اطلاعات موجود بود. راندمان کاربرد در 14 مزرعه اندازه گیری شد که مقدار آن از 4/55 تا 8/78 درصد متغیر بود. راندمان توزیع از 75 تا 94 درصد و راندمان انتقال آب نیز از 66 تا 92 درصد متغیر بود. راندمان کل شبکه سنتی دشت، برابر 44 درصد و نیاز آبی خالص ترکیب کشت دشت بر اساس روش پنمن-مانتیث برابر 4930 مترمکعب بر هکتار بود و بدین ترتیب، نیاز آبی ناخالص ترکیب کشت دشت برابر 11204 مترمکعب بر هکتار به دست آمد. شبکه ی آبیاری سنتی دشت نازلوچای در پایین دست حوضه ی آبریز نازلوچای واقع شده و مساحت خالص زمین های آن برابر 29050 هکتار است. میزان متوسط برداشت آب از رودخانه ی نازلوچای برابر 128 میلیون مترمکعب در سال و اختلاف حجم آب ورودی و خروجی آب زیرزمینی دشت برابر 13 میلیون مترمکعب در سال است. نزدیک به 29 میلیون مترمکعب در سال بیلان منفی در دشت وجود دارد. در مجموع، آب مصرفی در دشت نازلوچای برابر 170 میلیون مترمکعب در سال و هیدرومدول واقعی آبیاری دشت نازلوچای برابر 5838 مترمکعب در سال در هکتار است. نتایج بررسی ها نشان می دهد راندمان کل آبیاری دشت نازلوچای برای کشاورزی در حدود 85 درصد است. نتایج این مطالعه نیز نشان می دهد که میزان واقعی مصرف آب کشاورزی در این حوضه کمتر از ارقام اعلام شده بر مبنای راندمان در سطح کشور است، حتی در ارقام اعلام شده برای بهره وری آب برای تولید محصولات زراعی و باغی باید تجدید نظر شود.