Hydraulic investigation of non Darcy radial flow in unconfined aquifers in steady state

Document Type : Original Article

Authors

Isfahan University of Technology

Abstract

Darcy's law is valid for laminar flow and its application is not recommended for turbulent flow. The turbulent flow equations are derived based on hydrodynamics principals with introducing turbulence effects. The purpose of this research is to derive the relationship between discharge and hydraulic potential in radial flow in unconfined aquifers under steady state. The basis of the relationship is fractional derivative approach of the velocity flow related to the hydraulic gradient. The previous study data was used for the verification of the derived equation. The profile of the water level was computed and plotted for different porous media with non-Darcy flow in unconfined aquifer for different discharges based on the extracted equation and compared with the results of the Darcy's law. The results showed with increasing the discharge values the highest and lowest increament of water level were 10 and 1.48% related to Darcy flow respectively. These values for increasing of hydraulic conductivity were 19 and 9.8% respectively. Overall, the difference between the Darcy and non Darcy flow in water level estimation increased with increasing discharge and hydraulic conductivity as well as the increase of both parameters, which water level was higher in Darcy flow than non Darcy flow in all water profile profiles.

Keywords

References

انصاری، الف. 1391. مطالعه عددی و تحلیلی خط فریاتیک درون زهکش های سنگریز، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد یاسوج، یاسوج.
جامعی، م.، احمدیان­فر، ا.، رئیسی عیسی آبادی، ع. 1398. ارائه مدل عددی گالرکین ناپیوسته IMPES برای مدلسازی آلاینده های زیرزمینی امتزاج ناپذیر با کمک روش لاکس- وندروف.  نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک، 26، 2: 1-27.
جعفری، م. ح.،, مظاهری، م.، محمدولی سامانی، ج. 1396. مدل سازی عددی انتقال آلاینده در آبراهه های با پهنه ماندابی و جریان غیریکنواخت با استفاده از معادله جابه جایی-پراکندگی کسری. نشریه آب و خاک، 31، 3: 689- 700.
رئیسی، ع.، غفوری، ح. ر.، رستمی، داوود. 1396. توسعه یک مدل عددی جدید برمبنای گالرکین ناپیوسته برای شبیه سازی تهاجم آب شور دریا به آبخوان­های ساحلی.  نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک، 24، 4: 23 -41.
سعیدی، ح.، اکبرپور، الف.، باغوند، الف.، نیک سخن، م. ح.، صادقی طبسی، ص. 1395. ارائه مدل شبیه ساز- بهینه ساز کمی و کیفی بهره برداری از آبخوان به منظور تعدیل غلظت آلاینده ها با استفاده از الگوریتم فاخته. نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک، 23، 5: 87-103.
صلاحی نیا، س. 1393. مطالعه آزمایشگاهی جریان زیر سطحی در شرایط تغذیه سطحی و تغییرات خاک، پایان نامه کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج.
Ahmed, N., and Sunada, D. K. 1969. Nonlinear flow in porous media. Journal Hydraulic Engineering. ASCE. 95. 6: 1847-1857.
Li, B., Garga, V. K., and Davies, M. H. 1998. Relationships for non-Darcy flow in rockfill. Journal Hydraulic Engineering. 124. 2: 206-212.
Mc Corquodale, J. A., Hannoura, A., and Nasser, M. S. 1978. Hydraulic conductivity of rockfill. Journal of Hydraulic Research. 16. 2: 123-137.
Salehi, R., Rahimi, H., and Omid, M. H. 2005. An Empirical study of turbulent flow through confined coarse porous media. Iranian Journal of Agricultural Sciences. 36. 2: 263 -271.
Sedghi-Asl, M. Ansari, I. (2016). Adoption of Extended Dupuit- Forchheimer Assumptions to Non-Darcy
Flow Problems. Transport in Porous Media. 113. 3: 457-468.
Sedghi-Asl, M. Rahimi, H. Farhoudi, J. Hoorfar, A. Hartmann, S. 2014a. One-Dimensional Fully Developed Turbulent Flow through Coarse Porous Medium. Journal of Hydrologic Engineering. (ASCE). 19. 7: 1491-1497.
Sedghi-Asl, M., Rahimi, H., and Salehi, R. 2014. Non-Darcy flow of water through a packed column test. Transport in Porous Media. 101. 2: 215-227.
Scheidegger, A. E. 1963. The physics of flow through porous media. University of Toronto Press, Toronto, Canada.
Venkataraman, P., and Roma Mohan Rao, P. 2000. Validation of forchheimer's law for flow through porous Media with converging boundaries. Journal of Hydraulic Engineering ASCE. 126 .1: 63-71.
Ward, J. C. 1964.Turbulent Flow in Porous Media, Journal of Hydraulic Division. ASCE. 95. 6:1-11.
Zhou, H., and Yang. S. 2018. Fractional derivative approach to non-Darcian flow in porous media.  Journal of Hydrology. 566: 910-918.
Iranian Journal of Irrigation & Drainage
Volume 13, Issue 6 - Serial Number 78
January and February 2020
Pages 1580-1588

Files

Share

How to cite

Statistics