مدل‌سازی آزمایشگاهی وضعیت زهکشی جریان در آبخوان‌های ماسه‌ای و ارزیابی روابط تحلیلی موجود

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه یاسوج

2 دانشگاه یاسوج، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی عمران

3 عضو هیات علمی/دانشگاه یاسوج

چکیده

در مطالعه حاضر نشت جریان‌های زیرسطحی درون محیط متخلخل ماسه‌ای (ماسه ساحلی) با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی شبیه‌سازی شده و نتایج حاصله با داده‌های حاصل از روابط تحلیلی دوپوئی- فرشهایمر، چاپمن، بی‌یر و کاسترو-ارگاز و همکاران مورد مقایسه قرار گرفته است. مدل آزمایشگاهی شامل یک محیط متخلخل ماسه ساحلی به طول 5 متر، عرض 6/0 متر و ارتفاع 1 متر می‌باشد. برای ترازهای مختلف جریان و شیب کف فلوم برابر با 0135/0، دبی نشت و نیم‌رخ نشت اندازه‌گیری گردید. میزان خطای دبی با استفاده از درصد خطای نسبی و میزان خطای نیم‌رخ نشت با استفاده از مقیاس تابع هدف نرمال (NOF) محاسبه گردیده است. پس از مقایسه نتایج آزمایشگاهی و نتایج تحلیلی، نقاط قوت و ضعف روابط تحلیلی مشخص گردید. از مقایسه نتایج دبی نشت آزمایشگاهی با دبی رابطه تحلیلی دوپوئی- فرشهایمر درصد خطای نسبی بین 2/4 تا 4/6 درصد به دست آمد. با مقایسه نتایج نیم‌رخ نشت آزمایشگاهی با روابط تحلیلی، برای رابطه چاپمن میزان خطای NOF بین 012/0 تا 048/0، برای رابطه تحلیلی بی‌یر بین 011/0 تا 081/0 و برای رابطه تحلیلی کاسترو- ارگاز بین 011/0 تا 078/0 به‌دست آمد که نشان از تطبیق مناسب بین داده‌های برداشت شده آزمایشگاهی با نتایج حاصل از روابط تحلیلی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory modeling of drainage flow through fine sandy aquifers and evaluation of available analytical methods

نویسندگان [English]

  • sadegh naderi 1
  • mansour parvizi 2
  • mohammad sedghi-asl 3
1 Yasouj University
2 yasooj university
3 Soil Science Dept., College of Agriculture, Yasouj University
چکیده [English]

In this paper, subsurface water profile and seepage discharge through fine porous media were modeled experimentally and their results were compared with the data of Dupuit- Forchheimer, Chapman, Bear and Castro- Orgaz et al. methods. Laboratory model consist of fine porous media having 5 m long, 0.6 m wide and 1 m deep. For different water levels. The seepage discharge and water profiles were measured and then were compared with analytical relationship. The values of relative error percent and NOF function for computed and measured variables were compared. After comparison of experimental results and analytical solutions, the drawbacks and capabilities of each method has been revealed. After comparing the results of the discharge experimental with the analytical relationship based on Dupuit- Forchheimer assumption analytical the relative error was between 4.2 to 6.4 percent. By the comparison of the experimental results with analytical solution for subsurface flow profile, the NOF for analytical method were between 0.012 to 0.048 for Chapman, 0.011 to 0.081 for Bear and 0.011 to 0.078 for Castro- Orgaz et al, respectively, which indicated a proper confirmation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Analytical methods
  • Laboratory model
  • Seepage discharge
  • Seepage line
  • Subsurface flow
 انصاری،ا. 1391. مطالعه عددی و تحلیلی خط فریاتیک درون زهکش‌های سنگ­ریز. پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد اسلامی واحد یاسوج.

صدقی‌اصل،م.، حیمی،ح.، فرهودی،ج.، سامانی،ج. 1389. تجزیه و تحلیل پروفیل‌های جریان درون محیط‌های متخلخل درشت‌‌دانه. مجله پژوهش آب ایران. 4. 7: 81-88.

صلاحی‌نیا،س. 1394. مطالعه آزمایشگاهی جریان زیر‌سطحی در شرایط تغذیه ‌سطحی و تغییرات خاک. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه یاسوج.

فرداد.ح. اصول زهکشی و کاربرد آن. چاپ دوم، انتشارات دانش و فن، 1384.

محمودیان‌شوشتری،م. 1388. هیدرولیک آب‌های زیرزمینی. چاپ اول، اهواز، انتشارات دانشگاه شهید چمران.

وزارت نیرو. شرکت مدیریت منابع آب ایران، معاونت پژوهشی و مطالعات پایه، دفتر استانداردها و معیارهای فنی، 1384، راهنماهای استاندارد در تغذیه مصنوعی آب‌های زیرزمینی، نشریه شماره 150-ن.

Bear,J., 1972. Dynamics of fluids in porous media–American Elsevier pub. Comp., inc. New York, 764p.

Brutsaert,W. 1994. The unit response of groundwater outflow from a hill slope. Water Resources Research. 30: 2759-2763.

Castro-Orgaz,O., Giraldez,J.V., Mateos.,L. 2013. Where is the water table A reassessment of the Dupuit-Forchheimer theory using higher order closure hypothesis. Estudios en la Zona no Saturada del Suelo. Asociación Galega de Investigadores da Auga Universidad de Santiago de Compostela. 11: 168-173.               

Chapman,T.G. 1980. Modeling groundwater flow over sloping beds. Water Resources Research. 16: 1114-1118.

Chapuis,R.P., Dallaire,V., Gagnon,F., Marcotte, D., Chouteau, M. 2007. Falling-head permeability tests in an unconfined sand aquifer. ASTM geotechnical testing journal. 30: 104-112.

Chapuis,R.P. 2010. Steady state groundwater seepage in sloping unconfined aquifers. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 70 89-99.

Childs,E.C. 1971. Drainage of groundwater resting on a sloping bed. Water Resources Research. 7: 1256-1263.

Choi,E.C.C. 1983. Seepage around horizontal drains in hill slopes. Journal of Hydraulic Engineering. 109: 1363-1368.

Di Nucci,C. 2015. A free boundary problem for fluid flow through porous media. arXiv preprint arXiv:1507.05547.

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., Farhoudi,J., Hartmann,S. 2014b. An Analytical Solution for 1-D Non-Darcy Flow Through. Transp Porous Med. 104: 565-579.

Yates,S.R., Warrick,A.W., Lomen,D.O. 1985. Hillside Seepage. An analytical solution to a nonlinear Dupuit Forchheimer problem. Water Resources Research. 21: 331-336.