برآورد نشت در کانال‌های انتقال آب با معادلات تجربی و مدل SEEP/W

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ‌التحصیل دکتری تخصصی؛ آبیاری و زهکشی؛ گروه مهندسی آب؛ دانشکده کشاورزی؛ دانشگاه شهرکرد؛ شهرکرد؛ ایران.

2 دانشیار؛ گروه مهندسی آب؛ دانشکده کشاورزی؛ دانشگاه شهرکرد؛ شهرکرد؛ ایران.

3 استادیار؛ گروه مهندسی آب؛ دانشکده کشاورزی؛ دانشگاه شهرکرد؛ شهرکرد؛ ایران.

4 استاد؛ گروه مهندسی آب؛ دانشکده کشاورزی؛ دانشگاه فردوسی مشهد؛ مشهد؛ ایران.

چکیده

افزایش بازده آبرسانی و کاهش تلفات آب در کانال­های انتقال، اهمیت بسیار زیادی دارد. پژوهش حاضر با هدف بررسی معادلات تجربی و مدل SEEP/Wدر برآورد نشت از کانال­های خاکی انجام شد. کانال خاکی بلداجی با خاک لومی واقع در پایین­دست شبکه آبیاری و زهکشی گندمان و بلداجی، شهرستان بروجن استان چهارمحال و بختیاری، به عنوان نمونه مورد مطالعه انتخاب شد. ابعاد کانال یادشده و دبی­های مورد بررسی براساس روابط تشابه ابعادی و با درنظر گرفتن مقیاس 13/0 به مدل آزمایشگاهی انتقال یافت. در این پژوهش، نه دبی (40 تا 161 لیتر در ثانیه) به دبی قابل کاربرد در مدل تبدیل شد. آزمایش­ها برای چهارسطح ایستابی مختلف، دو مقطع مثلثی و ذوزنقه ای، در سه تکرار انجام شد و مقدار نشت با معادلات تجربی واسنجی شده موریتز، اینگهام، هندوستان، مولس­ورس و ینی­دومیا، آفنگندن و دیویس-ویلسون نشت و مدل SEEP/W برآورد شد. نتایج نشانگر آن است که در همه حالت های بررسی شده، با درنظر گرفتن معیارهایR2، r،  RMSEوMAE،روش موریتز تخمین بهتری از نشت را ارائه می­دهد(R2=0.992، r=0.996،RMSE=0.48 و MAE=0.44 لیتر بر مترمربع بر دقیقه). همچنین، معادلات مولس­ورس و ینی­دومیا و هندوستان به دلیل نتایج ضعیف برای منطقه مورد نظر قابل توصیه نیستند. مدل SEEP/Wبا وجود برآورد مطلوب در مقطع ذوزنقه ای، برای مقطع مثلثی عملکرد مطلوبی نداشت. با توجه به کاهش هزینه و صرفه­جویی در وقت در نتیجه استفاده از تشابه ابعادی، بکارگیری این روش در شرایط کنترل شده آزمایشگاه برای مناطق مشابه پیشنهاد می­شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Seepage Estimation in Water Conveyance Canals by Emirical Equations and SEEP/W model

نویسندگان [English]

  • Ehsan Tavakoli 1
  • Behzad Ghorbani 2
  • m r 3
  • h s 2
  • b gh 4
1 PhD Graduate, Irrigation and Drainage, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Shahrekord University, Shahrekord, Iran.
2 Associated Professor, Department of Water Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Water Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran.
4 Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of. Mashhad, Iran.
چکیده [English]

Increasing conveyance efficiency and reducing water loss in distribution canals are very important. The current study aimed at investigating and comparing empirical equations and SEEP/W model for estimating seepage of earth channels. For this study, the earth canal of Boldaji, constructed in loamy soil and located downstream of modern irrigation and drainage network of Gandoman and Boldaji, Chaharmahal and Bakhtiari province, was chosen. Using dimensional similitude equations and considering 0.13 as scale ratio, the dimensions and discharges of the mentioned channel were applied to the laboratory model. In this study, 9 discharges (40-161 L/s) were converted to the applicable discharges of the model. Experiments carried out for 4 different water table depths and trapezoidal and triangular cross sections with 3 replications. Furthermore, by employing modified empirical models of Moritz, Ingham, India, Molesworth and Yennidumia, Offengenden, and Davis-Wilson, besides SEEP/W model, the amounts of seepage in the lab model were estimated. The results showed that for all investigated conditions and considering R2, r, RMSE, and MAE, Moritz presented the closest and the most accurate estimates of seepage (R2=0.992, r=0.996, RMSE=0.48 and MAE=0.44 lit/m2/min). Moreover, due to poor results of Molesworth and Yennidumia and Indian equations, they are not suggested for the study area.Although SEEP/W demonstrated appropriate performance for trapezoidal cross section, it did not show promising results for the triangular one. Considering the lower costs and shorter time as the results of utilizing dimensional analysis, it is recommended for controlled laboratory conditions in other similar regions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • infiltration
  • Earth canal
  • Physical modelling
  • Dimensional similitude
  • Ingham equation
  • Moritz equation

مراجع

  1. توکلی، ا.ب. قربانی. م. رادفر. ح. صمدی بروجنی. و ب. قهرمان. 1395. اصلاح معادلات تجربی برآورد نشت با استفاده از تشابه ابعادی (کانال خاکی بلداجی، استان چهارمحال و بختیاری). مجله حفاظت منابع آب و خاک. پذیرفته شده برای انتشار.
  2. حیدری­زاده، م.، و ح.ر. سالمی. 1393. بررسی کاربرد معادله تجربی اینگهام و معادله تئوری ودرنیکو در برآورد نشت آب از کانال­های منطقه رودشت اصفهان. مجله پژوهش آب در کشاورزی، 28(4): 703-712.
  3. رستمیان، ر.، و ج. عابدی کوپایی. 1390. ارزیابی مدل نرم افزاری SEEP/W در برآورد میزان نشت آب از کانال­های خاکی (مطالعه موردی شبکه آبیاری زاینده­رود). مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی (علوم آب و خاک)، 15: 13-22.
  4. سالمی، ح.ر.، و ع.ر. سپاسخواه. 1385. اصلاح معادلات تجربی نشت آب از کانال در منطقه رودشت اصفهان. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 10: 29-42.
  5. صدقی اصل، م.، ح. رحیمی. و ح. خالقی. 1389. مطالعه آزمایشگاهی کنترل نشت از پی­های آبرفتی. مجله مهندسی عمران، 1: 11-21.
  6. نوری محمدیه، م.، ت. سهرابی. و ح. رحیمی. 1389. ارزیابی روش­های تجربی تعیین نشت در کانال­های خاکی (مطالعه موردی: دشت قزوین). مجله پژوهش آب ایران، 4:125-128.
  7. ولی­سامانی، ج.، و پ. فتحی. 1384. ارزیابی برخی مدل­های تحلیلی غیرماندگار زهکشی در تخمین همزمان هدایت آبی اشباع و تخلخل موثر خاک با روش مسئله معکوس. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، 3:1-10.
    1. Aghvami, E.,A. Abbaspour, M.A., Ghorbani, and F. Salmasi. 2011. Estimation of channels seepage using seep/w and evolutionary polynomial regression (EPR) modelling (Case Study: Qazvin and Isfahan channels). J. Civil Eng. Urban. 3:211-215.
    2. Ali, H. 2011. Practices of irrigation &on-farm water management. Springer Science & Business Media, New York. USA.
    3. Bakry, M.F., and A.A.E.M. Awad. 1997. Practical estimation of seepage losses along earthen canals in Egypt. Water Resour. Manag. 11(3): 197-206.
    4. Chanson, H. 2004. The hydraulics of open channel flow. Arnold, London.
    5. Chen, C., J. Wan, and H. Zhan. 2003. Theoretical and experimental studies of coupled seepage-pipe flow to a horizontal well. J. Hydrol. 281: 159-171.
    6. Ettema, R. 2000. Hydraulic modeling: concepts and practice. ASCE, USA.
    7. Gee, G.W., and J.W. Bauder. 1979. Particle size analysis by hydrometer: a simplified method for routine textural analysis and a sensitivity test of measurement parameters. Soil Sci. Soc. Am. J. 43(5): 1004-1007.
    8. GEO-SLOPE International Ltd. 2002. SEEP/W for finite element seepage analysis. User Guide. Vesion 5. Calagary. Alberta. Canada.
    9. Heller, V. 2012. Model-prototype similarity. 4thCoastlab Teaching School, Wave and Tidal Energy. 17-20 Jan. Porto, Portugal.
    10. Karimi, S., and S. Abrishami. 2015. Numerical analysis of seepage of concrete-coated water transmission channels considering saturated-unsaturated conditions. Indian J. Sci.Tech. 8(2): 152.
    11. Kraatz, D.B. 1977. Irrigation canal lining. FAO Land and Water Development Series No. 1, 1977, FAO, Rome,pp. 18–50.
    12. Luofeng, X., and D. Xiangbao. 2012. Study on physical model experiment of dam's seepage stability base on coastal sand. Procedia Eng. 28:534-541.
    13. Nourani, V., M.H. Aminfar. M.T. Alam. and E. Sharghi. 2014. Liquid analog circuits for laboratory simulation of seepage. J. Environ. Hydrol. 22:1-15.
    14. Salemi, H.R.,and A.R. Sepaskhah. 2001. Modification of empirical equation for seepage loss estimation in small earth canals. Iranian J. Sci. Tech. 25(B4): 661-668.
    15. Sepaskhah, A.R., and H.R. Salemi. 2004. An empirical model for prediction of conveyance efficiency for small earth canals. Iranian J. Sci. Tech. 28: 623-628.
    16. Simpson, M.J.,T.P. Clement. and T.A. Gallop. 2003. Laboratory and numerical investigation of flow and transport near a seepage‐face boundary. Groundwater 41(5): 690-700.
    17. Streeter, V.L., and E.B. Wylie. 1979. Fluid mechanics. McGraw-Hill, USA.
پژوهش آب در کشاورزی
دوره 31، شماره 3
مهر 1396
صفحه 425-440

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار