3-3-1-2- روش حوضچه ای40
3-3-1-3- محاسبات تلفات نشت در روش اندازه گیری صحرایی41
3-3-1-4- روش تعیین سرعت متوسط در کانال42
3-3-1-5- تعیین میزان تبخیر47
3-3-2- استفاده از روابط تجربی48
3-3-3- استفاده از مدل های عددی51
3-3-3-1- روش تفاضل محدود52
3-3-3-2- روش اجزاء محدود54
3-3-3-3- روش احجام محدود54
3-4- نرم افزار شبیه ساز و انتخاب مدل مناسب57
3-4-1- شبیه سازی تلفات نشت در کانال با استفاده از نرم افزار SEEP2D59
3-5- مروری بر برنامه ریزی بیان ژن70
3-5-1- نواع الگوریتم ژنتیک70
3-5-2- الگوریتم ژنتیک (GA)71
3-5-3- برنامه ریزی ژنتیک (GP)72
3-5-4- برنامه ریزی بیان ژن (GEP)72
3-5-4-1- مراحل اصلی در برنامه ریزی بیان ژن (GEP)72
3-5-4-2- ویژگی های برنامه ریزی بیان ژن (GEP)74
3-5-4-3- ساختار افراد (GEP)75
3-5-4-4- تابع برازش78
3-5- 5- پیش بینی ضرائب C روابط تجربی با استفاده از برنامه ریزی بیان ژن78
3-5- 5-1- تعیین تابع برازش78
3-5- 5-2- انتخاب مجموعه ترمینال ها و توابع79
3-5-5-3- انتخاب ساختار کروموزوم ها80
3-5-5-4- انتخاب تابع پیوند80
فصل چهارم: نتایج و بحث
4-1- مقدمه82
4-2- نشت اندازه گیری شده در روش صحرایی82
4-2-1-محاسبه مقادیرتلفات نشت85
4-3- شبیه سازی تلفات نشت با مدل SEEP2D88
4-4- تخمین ضرائب c با برنامه ریزی بیان ژن94
4- 4 -1- بیان درختی و استخراج ضرائب اصلاح شده از برنامه ریزی بیان ژن برای کانال های با عرض بیشتر از یک متر100
4 -4 -2- بیان درختی و استخراج ضرائب اصلاح شده از برنامه ریزی بیان ژن برای کانال های با عرض کمتر از یک متر106
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1- نتایج113
5-2- پیشنهادات114
پیوست116
منابع127
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل(2-1) آزمایش قانون دارسی برای جریان یک بعدی افقی………………………………………………………………………9
شکل (2-2) آزمایش قانون دارسی برای جریان یک بعدی دارای شیب ?………………………………………………….10
شکل(2-3) منشور مولفه های سرعت در قانون ریچارد……………………………………………………………………………….12
شکل (2-4) تابع فرونتال……………………………………………………………………………………………………………………………….18
شکل (2-5) تابع فرونتال در h0=0…………………………………………………………………………………………………………… 19
شکل (3-1) محدوده جغرافیایی منطقه مورد مطالعه…………………………………………………………………………………..32
شکل(3-2) نمایی از کانال B3-2…………………………………………………………………………………………………………………35
شکل (3-3) بیلان آب در روش ورودی- خروجی ………………………………………………………………………………………39
شکل(3-4) مقطع ورودی کانال B3-1 پس از تقسیم بندی و علامتگذاری………………………………………………43
شکل(3-5)مقطع ورودی2-3B (الف)-مقطع خروجی(ب)…………………………………………………………………………45
شکل (3-6) تصاویری از میکرومولینه استفاده شده…………………………………………………………………………………….46
شکل(3-7) ظرف مربوط به اندازه گیری تبخیر……………………………………………………………………………………………47
شکل(3-8) شمای تقریب به روش تفاضل محدود………………………………………………………………………………………..53
شکل(3-9) معرفی نقطه p و حجم کنترل آن…………………………………………………………………………………………….55
شکل(3-10) صفحه Conceptual Model………………………………………………………………………………………………..60
شکل(3-11) صفحه coverage setup…………………………………………………………………………………………………….60
شکل(3-12) پنجره units………………………………………………………………………………………………………………………….61
شکل(3-13) نمایی از مقطع کانال sc2 در محیط نرم افزار……………………………………………………………………..62
شکل(3-14) قسمتی از صفحه Properties Materials مدل……………………………………………………………62
شکل(3-15) a المان مثلثی و b المان مربعی………………………………………………………………………………………………63
شکل(3-16) صفحه Properties مربوط به پلیگون خاک…………………………………………………………………………64
شکل(3-17) صفحه Properties Mesh Polygon مدل……………………………………………………………………64
شکل(3-18) قسمتی از صفحه مدل در عملیات مش بندی…………………………………………………………………………65
شکل(3-19) مقطع کانال Sc2 پس از انجام مش بندی……………………………………………………………………………65
شکل(3-20) صفحه Properties مدل برای تعیین شرایط مرزی…………………………………………………………….67
شکل(3-21) انواع شرایط مرزی…………………………………………………………………………………………………………………..67
شکل(3-22) صفحه SEEP2D Analysis Option……………………………………………………………………………..68
شکل(3-23) قسمتی از صفحه خروجی مدل……………………………………………………………………………………………….69
شکل(3-24) چرخ رولت………………………………………………………………………………………………………………………………..74
شکل (3-25) بیان درختی (ET) رابطه F = sin (x) + sqrt(x2 + y )……………………………………………….75
شکل (3-26) بیان درختی (ET) رابطه 3-35…………………………………………………………………………………………….76
شکل (3-27) بیان درختی معادله 3-27………………………………………………………………………………………………………78
شکل(4-1) خطوط هم فشار در کانال PC1-SC1……………………………………………………………………………………91
شکل(4-2) خطوط هم پتانسیل در کانال PC1-SC1……………………………………………………………………………….91
شکل(4-3) خطوط جریان در کانال PC1-SC1……………………………………………………………………………………….92
شکل(4-4) خطوط گرادیان در کانال PC1-SC1……………………………………………………………………………………..92
شکل(4-5) فلوچارت مراحل انجام محاسبات………………………………………………………………………………………………..94
شکل(4-6) بیان درختی ژن های 1 و2و3 در رابطه اینگهام دشت بیله ور……………………………………………….100
شکل(4-7) مقایسه میزان نشت محاسبه شده با رابطه اینگهام اصلاح شده و مدل GMS در کانال با عرض کف بیش از یک متر …………………………………………………………………………………………………………………………………101
شکل(4-8) بیان درختی ژن های 1 و2و3 در رابطه دیویس ویلسون دشت بیله ور………………………………….102
شکل(4-9) مقایسه میزان نشت محاسبه شده با رابطه دیویس ویلسون اصلاح شده و مدل GMS در کانال با عرض کف بیش از یک متر……………………………………………………………………………………………………………………….102
شکل(4-10) بیان درختی ژن های 1 و2و3 در رابطه موریتس دشت بیله ور…………………………………………..103
شکل(4-11) مقایسه میزان نشت محاسبه شده با رابطه موریتس اصلاح شده و مدل GMS در کانال با عرض کف بیش از یک متر…………………………………………………………………………………………………………………………..103
شکل(4-12) بیان درختی ژن های 1 و2و3 در رابطه مورث ورث ینی دوما دشت بیله ور……………………….104
شکل(4-13) مقایسه میزان نشت محاسبه شده با رابطه مورث ورث اصلاح شده و مدل GMS در کانال با عرض کف بیش از یک متر…………………………………………………………………………………………………………………………..105
شکل(4-14) بیان درختی ژن های 1 و2و3 در رابطه اینگهام دشت میاندربند………………………………………..107
شکل(4-15) مقایسه میزان نشت محاسبه شده با رابطه اینگهام اصلاح شده و مدل GMS در کانال با عرض کف کمتر از یک متر………………………………………………………………………………………………………………………….107
شکل(4-16) بیان درختی ژن های 1 و2و3 در رابطه دیویس ویلسون دشت میاندربند…………………………..108
شکل(4-17) مقایسه میزان نشت محاسبه شده با رابطه ویلسون اصلاح شده و مدل GMS در کانال با عرض کف کمتر از یک متر………………………………………………………………………………………………………………………….108
شکل(4-18) بیان درختی ژن های 1 و2و3 در رابطه موریتس دشت میاندربند………………………………………109
شکل(4-19) مقایسه میزان نشت محاسبه شده با رابطه موریتس اصلاح شده و مدل GMS در کانال با عرض کف کمتر از یک متر………………………………………………………………………………………………………………………….109
شکل(4-20) بیان درختی ژن های 1 و2و3 در رابطه مورث ورث ینی دوما دشت میاندربند…………………..110
شکل(4-21) مقایسه میزان نشت محاسبه شده با رابطه مورث ورث اصلاح شده و مدل GMS در کانال با عرض کف کمتر از یک متر………………………………………………………………………………………………………………………….110
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول (2-1) ضرائب رابطه ون گنوختن……………………………………………………………………………………………………….17

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

جدول(3-1) مشخصات کلی شبکه آبیاری – زهکشی گاوشان…………………………………………………………………….34
جدول(3-2) مشخصات مکانی کانال های آبیاری بتنی اندازه گیری شده……………………………………………………37
جدول(3-3) مشخصات هندسی کانال های آبیاری بتنی اندازه گیری شده (واحد متریک)………………………..38
جدول(3-4) موقعیت نقاط اندازه گیری در روش کاهش نقاط…………………………………………………………………….42
جدول(3-5) برآورد متوسط تبخیر در اندازه گیری دشت بیله ور………………………………………………………………..48
جدول(3-6) حالتهای مختلف منفصل سازی نقطه مرکزی p………………………………………………………………………56
جدول(4-1) مشخصات مقطع ورودی کانال B3-2 در خرداد ماه……………………………………………………………….83
جدول(4-2) مشخصات مقطع خروجی کانال B3-2 در خرداد ماه……………………………………………………………..83
جدول(4-3) مشخصات مقطع ورودی کانال B3-2 در تیر ماه…………………………………………………………………….84
جدول(4-4) مشخصات مقطع خروجی کانال B3-2 در تیر ماه………………………………………………………………….84
جدول(4-5) مقادیر تلفات اندازه گیری شده در کانال های آبیاری بتنی……………………………………………………..85
جدول(4-6) مشخصات هیدرولیکی کانال ها در اندازه گیری صحرایی در مقطع ورودی خرداد ماه…………..86
جدول(4-7) مشخصات هیدرولیکی کانال ها در اندازه گیری صحرایی در مقطع ورودی تیر ماه………………..86
جدول(4-8) مقادیر ضریب ثابت c معادلات تجربی دشت بیله ور در اندازه گیری صحرایی……………………..87
جدول(4-9) مقادیر ضریب ثابت c معادلات تجربی دشت میاندربند در اندازه گیری صحرایی…………………87
جدول(4-10) محدوده ضرائب ثابت در روابط تجربی…………………………………………………………………………………..88
جدول(4-11) پارامترهای خاک استفاده شده در مدل SEEP2D…………………………………………………………….89
جدول(4-12) مقایسه میزان نشت اندازه گیری شده و شبیه سازی شده توسط نرم افزار GMS……………..90
جدول(4-13) مقایسه مقادیر ضریب ثابت c معادلات تجربی دشت بیله ور توسط مدل SEEP2D و روش صحرایی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..93
جدول(4-14) مقایسه مقادیر ضریب ثابت c معادلات تجربی دشت میاندربند توسط مدل SEEP2D و روش صحرایی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………93
جدول(4-15) پارامترهای مورد استفاده در برنامه ریزی بیان ژن برای استخراج ضریب c روابط تجربی درکانال های دشت بیله وار…………………………………………………………………………………………………………………………….95
جدول(4-16) پارامترهای مورد استفاده در برنامه ریزی بیان ژن برای استخراج ضریب c روابط تجربی درکانال های دشت میاندربند…………………………………………………………………………………………………………………………96
جدول(4-17) پارامتر های آماری دقت مدل برنامه ریزی بیان ژن در کانال با عرض کف بیش از یک متر…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..97
جدول(4-18) پارامتر های آماری دقت مدل برنامه ریزی بیان ژن در کانال با عرض کف کمتر از یک متر…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..97
جدول(4-19) مقایسه مقادیر ضریب ثابت c معادلات تجربی دشت بیله ور توسط مدل GEP و روش صحرایی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..97
جدول(4-20) مقایسه مقادیر ضریب ثابت c معادلات تجربی دشت میاندربند توسط مدل GEP و روش صحرایی …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………98
جدول(4-21) مقایسه مقادیر تلفات نشت بدست آمده در اندازه گیری صحرایی و مدل GEP دشت بیله ور (……………………………………………………………………………………………………………………………………………98
جدول(4-22) مقایسه مقادیر تلفات نشت بدست آمده در اندازه گیری صحرایی و مدل GEP دشت میاندربند …………………………………………………………………………………………………………………………..99
جدول(4-23) مقایسه دقت برآورد نشت بین روش صحرایی و مدلGEPدر دشت یبله ور (درصد)…………99
جدول(4-24)مقایسه دقت برآورد نشت بین روش صحرایی و مدلGEPدر دشت میاندربند (درصد)……….99
جدول(4-25) مقادیر ثابت در بیان درختی مدل پیش بینی رابطه اینگهام در دشت بیله ور…………………. 101
جدول(4-26) مقادیر ثابت در بیان درختی مدل پیش بینی رابطه دیویس ویلسون در دشت بیله ور……..102
جدول(4-27) مقادیر ثابت در بیان درختی مدل پیش بینی رابطه موریتس در دشت بیله ور…………………103
جدول(4-28) مقادیر ثابت در بیان درختی مدل پیش بینی رابطه مورث ورث ینی دوما در دشت میاندربند………………………………………………………………………………………………………………………………………………………104
جدول(4-29) روابط بدست آمده ضرائب ثابت در کانال های با عرض کف بیش از 1 متر……………………….106
جدول(4-30) مقادیر ثابت در بیان درختی مدل پیش بینی رابطه دیویس ویلسون در دشت میاندربند…108
جدول(4-31) مقادیر ثابت در بیان درختی مدل پیش بینی رابطه مورتس در دشت……………………………….109
جدول(4-32) مقادیر ثابت در بیان درختی مدل پیش بینی رابطه مولث ورث ینی دوما در دشت میاندربند………………………………………………………………………………………………………………………………………………………110
جدول(4-33) روابط بدست آمده ضرائب ثابت در کانال های با عرض کف کمتر از 1 متر……………………….111
جدول(5-1) مقادیر نسبت نشت در کانال های منطقه در خرداد ماه………………………………………………………..131

فصل اول
مقدمه
1-1- مقدمه
ایران کشوری است با اقلیم خشک و نیمه خشک که از یک سو دارای وضعیت بحران کمبود آب است و از سوی دیگر تولید و توسعه محصولات در بخش کشاورزی به شدت به آب وابسته است. این وابستگی به حدی است که با وجود سطح نسبتا یکسان اراضی سالانه زیر کشت دیم و فاریاب کشور، حدود 90 درصد فراورده های کشاورزی از زراعت آبی حاصل میشود. از آنجا که بخش کشاورزی بیش از 93 درصد آب استحصالی کشور را مصرف میکند لذا مدیریت بهینه مصرف آب کشاورزی و کاهش تلفات آن از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از راه های جلوگیری از اتلاف منابع آب در بخش کشاورزی که با هزینه بالایی صورت می گیرد استفاده از مصالح مناسب در پوشش دار کردن کانالها جهت جلوگیری از نشت آن و افزایش راندمان انتقال در آنها می باشد.
به منظور برآورد و کنترل تلفات نشت از کانال های آبیاری، مطالعات زیادی صورت گرفته است. از جمله روش های معمول در این زمینه، اندازه گیری صحرایی است که به روش های مختلف صورت می پذیرد. با توجه به اینکه روشهای صحرایی به صرف وقت و هزینه زیاد نیاز دارند، مدل های ریاضی قادر به شبیه سازی با میزان اختلاف بسیار کم نسبت به مقادیر اندازه گیری شده می باشند. با استفاده از این مدل ها میتوان به بررسی و پیش بینی مقادیر هدر رفت آب در کانال های پوشش دار و بدون پوشش در شرایط مختلف پرداخت و در صورت استفاده، این مدل ها میتوانند در اعمال مدیریت و بهره برداری بهینه از کانال ها بسیار سودمند واقع شوند (بهراملو و همکاران 1390).
1-2- شرح و بیان مسئله
کشاورزی یکی از عوامل مهم در توسعه و پیشرفت کشورها محسوب می شود و طرحهای توسعه کشاورزی نقش مهمی در خودکفائی هر منطقه ایفا می‌کند. دولتها جهت بهره برداری بهینه از منابع آب و
خاک، گامهای بزرگی در جهت مدرنیزه کردن اراضی کشاورزی برداشته اند و همگام با پیشرفت صنعت و تکنولوژی، کشاورزی نیز به ماشینآلات و سیستمهای مدرن آبیاری مجهز گردیده است. در جهت توسعه سریع کشاورزی، انهار اصلی و فرعی خاکی که بصورت سنتی اراضی زراعی را آبیاری میکنند بدلیل عدم کارایی و یا پایین بودن راندمان ضروری است بصورت شبکههای مدرن آبیاری و زهکشی طراحی و اجرا شوند. تجربه ساخت شبکه های آبیاری و زهکشی در کشور ایران به حدود 5 دهه بالغ میشود که در این بازه زمانی بیش از 3/2 میلیون هکتار شبکه در گوشه کنار کشور احداث شده که در حال حاضر مورد بهره برداری قرار می گیرند. در سال های اخیر در ایران سدهای بسیاری ساخته و مورد بهره برداری قرار گرفته اند. از آن جمله می توان به سد گاوشان اشاره نمود که در غرب ایران در دو استان کردستان و کرمانشاه و در دو حوضه آبریز متفاوت قرار گرفته است. قسمتی از آن در حوضه رودخانه کرخه و قسمتی در حوضه آبریز رودخانه سیروان قرار دارد. منطقه شبکه آبیاری و زهکشی در مسیر جاده کرمانشاه – کامیاران و کلا در حوضه آبریز رودخانه کرخه واقع شده است. این طرح جهت تامین اهداف زیر تعریف شده است:
* تامین بخشی از آب شرب شهرهای کامیاران و کرمانشاه
* ذخیره سازی آبهای سطحی به منظور تامین آب کشاورزی مورد نیاز دشتهای بیله ور و دربند
* بهبود شرایط اقتصادی – اجتماعی و افزایش درآمد سرانه کشاورزی
* ایجاد اشتغال و جلوگیری از مهاجرت روستاییان
* استفاده از پتانسیل برقابی در محل سد به میزان 2/9 مگاوات
آب مورد نیاز شبکه آبیاری و زهکشی گاوشان از منابع سطحی و زیر زمینی تامین میگردد. روش آبیاری پیشنهادی برای دشت میان دربند روش آبیاری سطحی و برای دشت بیله ور در نقاط کم فشار آبیاری با لوله های دریچه دار و در نقاط فشار متوسط و پرفشار روش بارانی در نظر گرفته شده است. در مجموع طرح ملی گاوشان برای تامین آب کشاورزی 31000 هکتار اراضی دشت های بیله ور و میان دربند برنامه ریزی شده است (گزارش نهایی مطالعات شبکه آبیاری زهکشی دشت میاندربند 1380).
معمولترین روش انتقال آب از منابع آبی به مزرعه، احداث جوی هایی با عرض و عمق بزرگ یا همان کانال های خاکی است. این کانالها هزینه احداث چندانی ندارند اما با گذشت زمان و عبور جریان آب از داخل آن، مشکلات بهره برداری از جمله رویش علف های هرز، خرابی جداره ها در اثر عبور احشام و از همه مهمتر تلفات و نشت آب در داخل کانال به چشم می آید. یکی از روش های جلوگیری از اتلاف منابع آب در بخش کشاورزی استفاده از مصالح مناسب در پوشش کانال هاست که این پوشش ها بسته به مشخصات فنی، میزان تاثیر پذیری از شرایط اقلیمی و نحوه جریان دارای دوام و مقدار نشت متفاوتی هستند. به دلیل هزینه زیاد بهره برداری و نگهداری از کانال های خاکی ، پوشش آنها در دستور کار قرار اکثر کشورها قرار گرفته است.
از جمله مزایای استفاده از پوشش کانال ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
* سرعت جریان در کانال های پوشش شده میتواند دو تا سه برابر سرعت جریان در کانال های پوشش نشده باشد. در نتیجه کانال میتواند برای عبور جریان برابر، ابعاد کوچکتری داشته باشد. با اینکه در این شرایط هزینه ای برای پوشش کانال صرف خواهد شد، اما کوچکتر شدن ابعاد کانال و نیز کاهش ابعاد حریم و سطوح لازم برای استملاک اراضی تا حدودی این هزینه ها را جبران می کند.
* موجب پیشگیری از زهدار شدن احتمالی اراضی و کاهش هزینه های زهکشی می شود.
* موجب جلوگیری از رویش علف های هرز و گیاهان خودرو در کانال می شود.
* از فرسایش و تخریب کانال جلوگیری می کند.
* باعث جلوگیری و یا کاهش میزان رسوب گذاری در کانال می شود.
* به لحاظ پیشگیری از رسوبگذاری، رویش گیاهان و فرسایش، موجب افزایش عمر مفید کانال شده و هزینه های نگهداری و بازسازی کانال را کاهش می دهد (توسعه و مدیریت سامانه های آبیاری 1390).
با در نظر گرفتن حرکت آب در خاک و پدیده نشت، به منظور شبیه سازی و برآورد تلفات در زیر یک کانال با توجه شرایط منطقه و همچنین برای پیش بینی مقادیر تلفات به ازای سطوح مختلف آب در داخل کانال از یک مدل مفهومی – ریاضی استفاده شده است. صحت سنجی و واسنجی مدل با استفاده از داده های اندازه گیری صحرایی انجام شده است. همچنین برای تعیین ضرائب محلی منطقه که در فرمول های تجربی هدر رفت آب در کانال وجود دارد از یک مدل ریاضی دیگر استفاده شده است.
1-3- اهداف پایان نامه
از آنجا که اندازه گیری های صحرایی نیاز به صرف وقت وهزینه ای خاص دارد با ابزاری مانند شبیه سازها و یا مدل ها می توان با دقت قابل قبولی شرایطی مشابه آنچه که در طبیعت موجود است را بوجود آورد و به نتایج رضایت بخشی دست یافت. ضمن استفاده از مدل در شبیه سازی، اهداف زیر در تحقیق دنبال میشود :
* کالیبراسیون ضریب هدایت هیدرولیکی(k) توسط نرم افزار SEEP2D بر اساس اندازه گیری های انجام شده در دو ماه خرداد و تیر سال 1392.
* شبیه سازی نشت در کانال به ازای سطوح مختلف آب در داخل آن.
* استفاده از پارامتر بی بعد هیدرولیکی کانال در بدست آوردن ضرائبc روابط تجربی با استفاده از نرم افزار GeneXpro Tools 4.0
* تطبیق مقادیر نشت شبیه سازی شده توسط دو نرم افزار به ازای روابط تجربی مختلف.
* ارائه رابطه مناسب در بدست آوردن ضرائب c.
پایان نامه نوشته شده شامل پنج فصل میباشد. در فصل اول توضیح مختصری در رابطه با موضوع و اهداف پایان نامه ذکر شده است. در فصل دوم به بررسی حرکت آب در خاک و معادلات حاکم بر آن و انواع روابط در محاسبه ضریب هدایت هیدرولیکی پرداخته شده است. در این فصل علاوه بر ارائه روش های مختلف اندازه گیری تلفات در کانال، خلاصه ای از تحقیقات صورت گرفته در این زمینه آورده شده است. در فصل سوم ضمن ارائه توضیحاتی در رابطه با منطقه مورد مطالعه، روش های مختلف تعیین میزان نشت در کانال و روابط تجربی حاکم بر مسئله فوق نیز شرح گردیده است. همچنین به توضیح مختصر در رابطه با اجرای مدلSEEP2D و استفاده از برنامه ریزی بیان ژن پرداخته شده است. در فصل چهارم ضمن ارائه داده های برداشت شده از روش اندازه گیری صحرایی و بدست آوردن ضرائب در روابط تجربی به مقایسه روابط پرداخته و بهترین فرمول برای منطقه ذکر گردیده است. فصل پنجم پایان نامه شامل نتیجه گیری و بحث در رابطه با میزان تلفات نشت در کانال های مذکور میباشد و همچنین پیشنهاداتی در رابطه با موضوع تحقیق ارائه شده است.
1-4- اهمیت، ارزش و کاربرد پایان نامه
از دلایل عمده اهمیت بررسی نشت میتوان به میزان تلفات آب در اثر نشت، تنزل کیفیت اراضی و خاک اطراف کانال در اثر این پدیده و تهدید محیط زیست منطقه اشاره کرد. به همین دلیل کاهش تلفات آب به کمترین میزان ممکن به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک اهمیت حیاتی داشته و باعث جلب نظر کارشناسان برای بررسی کمی و کیفی جریان آب از کانال ها و مسائل مربوط به آن شده است (قبادیان و همکاران 1391).
دشت های بیله ور و میاندربند از دشتهای حاصلخیز و با اهمیت در محدوده استان کرمانشاه بوده که هم از لحاظ آبهای سطحی ( باتوجه به منابع آب سطحی موجود) و هم از لحاظ آب زیرزمینی از غنای خوبی برخوردار است. با احداث شبکه آبیاری و زهکشی سد گاوشان، بررسی میزان نشت از کانال های منطقه در برآورد هدر رفت آب در مدت زمان طولانی بسیار حائز اهمیت است. از آنجا که نشت از کانال امری مهم در از دست دادن آب در طی انتقال است علاوه بر هدر رفتن منابع آبی، باعث میشود که سطح آب زیرزمینی بالا بیاید و میتواند باعث شوری خاک در مناطق با تبخیر بالا شود. از سوی دیگر نشت کانال میتواند به حفظ سطوح آبهای زیرزمینی کمک کند و از رشد گیاه یا منابع آب در مناطق روستایی حمایت کند. بنابراین به طور مفیدی میتوان به فرآیند نشت کانال، عوامل مؤثر برآن وچگونگی نفوذ آب پی برد.
با استفاده از نتایج به دست آمده در این تحقیق و اصلاح ضرائب موجود در روابط تجربی میتوان به ارائه راهکارهای مدیریت بهینه بهرهبرداری از منابع آب و رفع نواقص احتمالی و همچنین استفاده از فرمول های تجربی در منطقه منطقه مورد مطالعه پرداخت.
فصل دوم
کلیات و پیشینه تحقیق
2-1- مقدمه
آب موجود در خاک مانند دیگر اجسام میتواند انرژی را به مقادیر و شکلهای مختلف در خود داشته باشد. فیزیک کلاسیک دو نوع اصلی انرژی را از یکدیگر متمایز میسازد: انرژی جنبشی و انرژی ذخیره ای یا پتانسیل. از آنجا که حرکت آب در خاک به کندی صورت می گیرد و با توجه به اینکه انرژی جنبشی با مجذور سرعت نسبت مستقیم دارد میتوان از انرژی جنبشی آب خاک صرفه نظر کرد. انرژی پتانسیل آب خاک برعکس انرژی جنبشی آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در واقع مقدار این انرژی است که حالت و نیز حرکت آب در خاک را تعیین میکند.
تمایل خود انگیز و فراگیر تمام مواد در طبیعت این است که از نقطه ای که انرژی بیشتر است به نقطه ای که انرژی کمتر دارد، حرکت کنند تا زمانیکه جسم با مواد اطراف خود از نقطه نظر انرژی ایجاد تعادل نماید. آب موجود در خاک نیز از این قاعده کلی مستثنی نیست و برای ایجاد چنین تعادلی، دائما در جهت کاهش انرژی (در مقایسه با محیط مجاور) و نه مقدار مطلق آن، در حرکت است.
نیروهای مختلفی بر روی آب خاک تاثیر میگذارند که مقدار و جهت این نیروها در تعیین انرژی پتانسیل آب خاک موثر است. پتانسیل کل آب خاک، h ، بصورت معادله (2-1)، شامل اجزاء زیر است :
(2-1)
که در آن hz پتانسیل ثقلی، hp پتانسیل فشاری وho پتانسیل اسمزی می باشد ( ابن جلال و همکاران 1384) .
2-2- معادلات و قوانین حرکت آب در خاک
2-2-1- مروری بر قانون دارسی
یکی از قوانین اساسی حرکت آب در خاک قانون دارسی1 است. اولین مطالعه تجربی جریان آب زیرزمینی در سال 1856 توسط هنری دارسی انجام شد. وی نتیجه گرفت که جریان یک بعدی آب از میان یک لوله پر از ماسه، متناسب با مساحت سطح مقطع عرضی و افت بار هیدرولیکی در طول لوله بوده و نسبت عکس با طول جریان دارد (شکل2-1 و 2-2 ). قانون دارسی با رابطه (2-2) بیان میشود.
(2-2)
که در این رابطه دبی تخلیه، ثابت تناسب (هدایت هیدرولیکی)، مساحت سطح مقطع عرضی و شیب هیدرولیکی میباشد. این معادله میتواند بر حسب دبی ویژه یا شار دارسی بصورت رابطه (2-3) بیان شود.
(2-3)
رابطه اخیر برای جریان یک بعدی و افقی استفاده میشود، اما بار هیدرولیکی در آبخوان تابعی از سه بعد است شکل سه بعدی فرمول دارسی به صورت رابطه (2-4) است:
(2-4)
شکل(2-1) آزمایش قانون دارسی برای جریان یک بعدی افقی
برای جریان در لایه شیبدار رابطه دارسی یک بعدی به صورت رابطه (2-5) میباشد:
(2-5)

شکل(2-2) آزمایش قانون دارسی برای جریان یک بعدی دارای شیب ?
همانگونه که در شکل (2-2) نشان داده شده است، در رابطه دارسی، A کل سطح مقطع عرضی در جهت عمود بر مسیر جریان را که شامل ذرات جامد و خلل و فرج است را نشان میدهد. در این صورت، سرعت به دست آمده سرعت واقعی جریان آب نبوده بلکه سرعت مجازی آن است. بنابراین در مباحث حرکت آب در خاک اصطلاحا سرعت ظاهری2، سرعت تخلیه3 نامیده شده و با علامت مشخص میگردد. پس میتوان بصورت رابطه (2-6) نوشت:
(2-6)
سرعت حقیقی حرکت آب در داخل خلل و فرج و مجاری خاک، سرعت نشت4 نام دارد. بین سرعت نشت و سرعت ظاهری رابطه (2-7) برقرار است :
(2-7)
که در آن n نسبت تخلخل و e درجه پوکی خاک است.
سرعت حقیقی حرکت ذرات آب با هیچ یک از سرعتهای نشت و ظاهری مساوی نخواهد بود اما از آنجاییکه تعیین سرعت حقیقی عملا غیر ممکن است معمولا یکی از سرعت های فوق (عموما سرعت ظاهری) در محاسبات مربوط به جریان آب در خاک مورد استفاده قرار میگیرد (ابن جلال و همکاران 1384).
قانون دارسی در شرایطی معتبر است که جریان از نوع آرام ( ورقه ای)5 باشد، زیرا انرژی که در جریان های متلاطم6 بر اثر تلاطم هدر میرود در این قانون به حساب نیامده است. از آنجا که جریان آب در خاک معمولا از نوع آرام میباشد، بخوبی میتوان از قانون دارسی در اکثر موارد استفاده نمود.
ضریب تناسب k در فرمول دارسی هدایت هیدرولیکی نامیده میشود. این ضریب بیان کننده سهولت انتقال سیال در محیط متخلخل است. بنابراین این ضریب به خصوصیات محیط و مایع عابر از آن بستگی دارد. خصوصیات مورد نظر مایع در این رابطه واحد وزن و لزوجت آن میباشند. از جمله خصوصیات محیط، تخلخل، توزیع اندازه ذرات و شکل ذرات را شامل میشود.
از طریق آنالیز ابعادی یا استخراج معادله دارسی از طریق تحلیلی، رابطه (2-8) برای هدایت هیدرولیکی به دست می آید:
(2-8)که در آن k (بعدنفوذپذیری ذاتی) از خصوصیات منحصر بفرد محیط متخلخل است (کشکولی 1378).
2-2-2- معادله برنولی
از معادله برنولی برای تعیین انرژی آب در حال حرکت و در نتیجه نیروی محرکه آن میتوان استفاده نمود. انرژی در واحد حجم مایع در امتداد خطوط جریان برای جریان ماندگار و بدون شتاب با معادله زیر بیان
میشود:
(2-9)
که در آنجرم مخصوص مایع، سرعت مایع، فشار مایع، وزن مخصوص مایع و فاصله عمودی از سطح مرجع تا نقطه مورد نظر در مایع میباشد.
جریان ماندگار بدین معناست که سرعت جریان در کلیه نقاط مایع با زمان ثابت است. اگر تابع زمان نباشد میتوان رابطه (2-10) را نوشت :
(2-10)کلیه جملات معادله فوق بصورت انرژی در واحد حجم بیان میشود. جمله اول معرف انرژی جنبشی و دو جمله بعدی انرژی پتانسیل را نشان میدهند. این معادله انرژی به فرضیه برنولی7 معروف است (رحیمی 1389).
2-2-3- رابطه ریچارد
یک منشور بسیار کوچک خاک به ابعاد مطابق شکل (2-3) نشان داده شده است. ابعاد این منشور در جهت محورهای متعامد و انتخابی x، y ، z قرار دارد. اگر مولفه های سرعت جریان در مواقع ورود به این منشوردر جهات مذکور Vx، Vy، Vz باشد، چون درجه تغییرات سرعت در جهات یاد شده برابر بااست، مولفه سرعت در موقع خروج از منشور برابر میشود با :
(2-11)

شکل(2-3) منشور مولفه های سرعت در رابطه ریچارد
چنانچه عیار حجم آب موجود در خاک با نشان داده شود، درجه تغییرات آب موجود در خاک منشور مورد نظر نسبت به زمان، برابر میشود با معادله (2-12) :
(2-12)
بنابراین برای این منشور رابطه (2-13) و (2-14) را میتوان نوشت :
(2-13)

پس :
(2-14)
عبارتست از درجه تغییرات حجم آب در خاک به زمان. بر اساس قانون دارسی میتوان نوشت :
که با قرار دادن در معادله (2-14) خواهیم داشت :
(2-15)
این معادله به معادله عمومی جریان یا معادله ریچارد معروف است. با حل این معادله میتوان پروفیل عمودی آب در خاک و نیز مقدار آبی که جریان پیدا میکند را بدست آورد. برای حل آن باید شرایط مرزی و شرایط اولیه معلوم باشد (رحیمی 1389).
2-2-3-1- بررسی حالتهای مختلف رابطه ریچارد
اگر جریان آب در خاک افقی و فقط در یک جهت باشد، معادله (2-15) بصورت (2-16) ساده تر خواهد بود :
(2-16)
از آنجایکه است و در جریان افقی میباشد میتوان رابطه (2-17) را نوشت :
(2-17)
بار فشاری آب خاک است.
اگر جریان آب خاک فقط عمودی باشد معادله عمومی جریان (معادله ریچارد) بصورت رابطه (2-18) خواهد بود :
(2-18)
در اینجا نیز با توجه به اینکه است و میباشد میتوان رابطه (2-19) را نوشت(رحیمی 1389) :

(2-19)

2-2-3-2- جریان آب در خاک های اشباع
در خاکهای اشباع درجه تغییرات آب موجود در خاک نسبت به زمان برابر با صفر است، یعنی ، بنابراین معادله ریچارد به رابطه (2-20) که به آن معادله پیوستگی8 میگویند تبدیل میشود :
(2-20)همچنین میتوان معادله عمومی جریان را برای خاکهای همگن و اشباع بصورت رابطه (2-21) نوشت :
(2-21)
در خاک های ایزوتروپ و همگن که است. معادله فوق بصورت (2-22) میباشد :
(2-22)
که به معادله لاپلاس9 معروف است. این معادله در مطالعه حرکت آب در خاک از اهمیت ویژه ای برخوردار است. معادله فوق میتواند بینهایت جواب داشته باشد. برای تعیین جواب مربوطه به یک مساله خاص، چنانچه جریان ثابت باشد، لازم است شرایط مرزی10را داشته باشیم. انواع مختلفی از شرایط مرزی میتواند وجود داشته باشد. بعنوان مثال از مرزهای غیرقابل نفوذ، سطح آزاد آب تحت الارضی، مرزهایی با فشار معلوم و دبی ورودی یا خروجی معین میتوان نام برد (رحیمی 1389).
2-2-4- خاک های غیر اشباع
سیستم آب و خاک ممکن است به صورت دو جزئی و یا سه جزئی باشد. در حالت دو جزئی خاک اشباع و فاقد هواست. بنابراین اگر در چنین شرایطی آب در خاک دارای حرکت باشد آن را حرکت در حالت اشباع گویند. در وضعیت سه فازی علاوه بر آب مقداری هوا نیز در خاک وجود دارد، لذا حرکت آب در چنین خاک هایی بصورت غیر اشباع میباشد. در هر دو حالت آب از لابلای ذرات خاک حرکت میکند. با این تفاوت که در حالت اول قسمت عمده جریان از منافذ درشت عبور میکند و کمتر در برخورد و تماس با دانه های خاک قرار میگیرد. حال آنکه در حالت دوم بسته به اینکه خاک تا چه اندازه غیر اشباع باشد جریان آب از منافذ ریزتر خاک عبور کرده و در نتیجه با اصطکاک بیشتری با ذرات خاک روبرو است. به همین دلیل جریان در حالت اشباع سریع و در حالت غیر اشباع بسته به درجه خشکی خاک آهسته می باشد. با این وجود در هر دو حالت عامل اصلی که باعث حرکت یک مولکول آب میشود اختلاف پتانسیل هیدرولیکی بین دو نقطه است.
2-2-4-1- مدل های منحنی مشخصه رطوبتی در حالت غیر اشباع
منحنی مشخصه رطوبتی خاک نسبت به زمان و مکان متغیر است و اطلاعات لازم در مورد ویژگی های فیزیکی خاک از قبیل تخلخل، هدایت هیدرولیکی و.. ارائه میکند. از جمله عوامل موثر بر این منحنی میتوان به پدیده پس ماند، بافت و ساختمان خاک، تخلخل، شکل خلل و فرج، تراکم خاک، درجه حرارت و….اشاره کرد. روابط تجربی زیادی برای بیان کمی این منحنی موجود است که در زیر دو مورد که بیشترین استفاده را دارند، آورده شده است (خداوردی لو و همکاران 1381).

دسته بندی : پایان نامه ها

پاسخ دهید