کاربرد شبیه سازی عددی در تعیین موقعیت و ابعاد سوراخ آب (Weep Hole) کانال بتنی تحت ترازهای مختلف آب‌زیرزمینی

نوع مقاله: مقاله عمران

نویسندگان

1 مهندسی آب، دانشگاه زنجان، زنجان ، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، گروه مهندسی آب، دانشگاه زنجان

3 گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز

چکیده

یکی از بزرگ‌ترین مشکلات شبکه‌های آبیاری و زهکشی، تخریب یا آسیب دیدگی پوشش بتنی کانال‌ها می‌باشد که منشأ آن در بسیاری از مواقع، نیروی زیرفشار است. نیروی زیرفشار به دلیل عدم کنترل فشارهای هیدرواستاتیک آب زیرزمینی بر دیواره و کف کانال اتفاق می‌افتد. هدف از این تحقیق بررسی موقعیت و ابعاد سوراخ آب در کف و دیواره کانال بتنی و تأثیر آن روی میزان دبی نشتی معکوس، زیرفشار و گرادیان هیدرولیکی در ترازهای مختلف آب زیرزمینی است. برای این منظور کانال بتنی با پی نفوذپذیر با هندسه فرضی توسط نرم افزار Seep/W شبیه سازی گردید. متغیرهای بررسی شامل ابعاد (5، 10 و 15 سانتی‌متر) و موقعیت‌های مختلف سوراخ آب (در حالت تکی و ترکیب دوتایی) تحت سه تراز مختلف آب زیرزمینی (1، 1/5 و 2 متر) بود. نتایج تحقیق نشان داد که در تمامی ابعاد سوراخ آب‌ها، افزایش عمق آب زیرزمینی باعث افزایش خطی دبی نشتی معکوس به داخل کانال بتنی و گرادیان هیدرولیکی خروجی می‌شود. همچنین در تمامی سوراخ آب‌ها، افزایش قطر باعث کاهش نیروی زیر‌فشار می‌شود. در صورت استفاده از دو سوراخ آب‌، دبی نشتی معکوس به داخل کانال و نیروی زیر فشار، به ترتیب بیشتر و کمتر از یک سوراخ آب می‌باشد. به عبارت دیگر، قرارگیری دو سوراخ آب‌ در موقعیت 6 و7 =N از لحاظ نیروی زیر فشار و دبی نشتی معکوس عملکرد مطلوبی را از خود نشان داد. در صورت قرارگیری دو سوراخ آب در موقعیت‌های 2 و3 =N، نیز بهترین عملکرد را از نظر حداقل گرادیان هیدرولیکی خروجی داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Application of numerical simulation in determining the position and dimensions of weep hole of concrete channel under different groundwater levels

نویسندگان [English]

  • Ghorban Mahtabi 1
  • Mitra Mollazadeh 2
  • Farzin Salmasi 3
1 Water engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
2 Water engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
3 Water engineering, University o Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

One of the most important problems of irrigation networks is damage to the concrete's canal, which resulted from uplift forces in many cases. The uplift force is created due to the lack of control of the hydrostatic pressure of groundwater on the side wall and the bottom of the canal. The aim of this study is to investigate the position and dimensions of weep hole in the floor and side walls of the concrete channel and its effect on the of reverse leakage flow, uplift forces and hydraulic gradient in different levels of groundwater. For this purpose, a concrete channel with hypothetical geometry over the permeable foundation was simulated by Seep/W software. The variables of the study included dimensions and different positions of weep hole under three different levels of groundwater.The results showed that in all dimensions of weep hole, increasing groundwater depth increase the linear reverse leakage flow rate into the concrete channel and the exist hydraulic gradient. Also, in all weep holes, increasing the diameter reduces the uplift force. If two weep holes are used, the reverse leakage flow into the canal and the uplift forces are respectively more and less than a weep hole. In other words, the placement of two weep holes at positions N=6 and 7 showed a good performance in terms of uplift forces and inverse leakage flow. If two weep holes were placed in positions N=2 and 3, it had the best performance in terms of the exist hydraulic gradient.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Exist hydraulic gradient
  • Reverse seepage discharge
  • Uplift force
  • Seep/W
  • Weep hole
 
]1[ نجفی پور، ف. (1387)، روش‌های پیشگیری از شکست لاینینگ حاصل از تورم خاک و فشار ناشی ز آب‌های زیرزمینی، دومین همایش ملی مدیریت شبکه­های آبیاری و زهکشی، دانشگاه شهید چمران اهواز، 1 تا3  بهمن.
]2[ رشت­برزاده، ا. (1390)، ارزیابی کاربرد مواد ژئوسنتیک در شبکه‌های آبیاری - مطالعه موردی شبکه آبیاری مغان، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهر، پایان نامه‌ی کارشناسی ارشد، گرایش سازه‌های هیدرولیکی.
]3[ رستمیان، ر.، عابدی کوپاپی، ج. (1390)، ارزیابی مدل نرم افزاری  Seep/Wدر برآورد میزان نشت از کانال‌های خاکی، مطالعه موردی شبکه آبیاری زاینده رود، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، سال پانزدهم، شماره 58 صفحه‌های 13-22.
]4[ قبادیان، ر.، خلج، م.، گلزاری، س. (1391)، تعیین محل بهینه بارباکان جهت کاهش نیروی زیر­فشار و جلوگیری از تخریب پوشش بتنی کانال‌ها با استفاده از روش عددی، نهمین کنگره بین المللی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، 19-21 اردیبهشت.
[5] Kahlown, A.M., Kemper, W.D. (2004), Seepage losses as affected by condition and composition of channel banks, Agricultural Water Management, Vol. 65 No. 2, pp. 145-153.
[6] Mansuri, B., Salmasi, F., Oghati, B. (2014), Effect of Location and Angle of Cutoff Wall on Uplift Pressure in Diversion Dam, Geotechnical and Geological Engineering, Vol. 32, No. 5, pp. 1165–1173.
[7] Broaddus, M.R. (2015), Performing a steady-state seepage analysis using SEEP/W: a primer for engineering students, M.Sc. Thesis, University of Louisville, Louisville, Kentucky.
[8] Khalili Shayan H., Amiri-Tokaldany E. (2015), Effects of blanket, drains, and cutoff wall on reducing uplift pressure, seepage, and exit gradient under hydraulic structures, International Journal of Civil Engineering, Vol. 13, No. 4, pp. 486-500.
[9] Salmasi, F., Khatibi, K., Nourani, B. (2017), Investigating reduction of uplift forces by longitudinal drains with underlined canals, ISH Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 23, No. 3, pp. 2–11.
]10[ اژدری مقدم، م.، تاج‏ نسایی، م.، تاج‏ نسایی.، م. (1389)، مدل‏سازی عددی سلول‏های جریان ثانویه در کانال‏های ذوزنقه‏ای با زبری یکنواخت، مجله مدل سازی در مهندسی، سال 8، شماره 20، صفحه‌های 70-57.
]11[ حاج عزیزی، م.، رحمانی، م.، بیگلری.، ن. (1393)، تحلیل اجزای محدود سدهای زیرزمینی و نکات مهم در طراحی و اجرای آنها-مطالعه موردی سد زیرزمینی آبخوری در استان سمنان، مجله مدل سازی در مهندسی، سال 12، شماره 38، صفحه‌های 165-153.
]12[ شاه مردان، م.م.، نوروزی، م.، شهبانی ظهیری نسایی.، ا. (1396)، بررسی عددی تأثیر گردابه‌ها بر روی افت فشار و تلفات جریان در داخل کانال با انبساط تدریجی صفحه‌ای، مجله مدل سازی در مهندسی، سال 15، شماره 48، صفحه‌های 60-45.
]13[ ملک پور، ا.، رحیمی، ح.، احمدی، ح. (1385)، بررسی اثر سطح آب زیر زمینی و ضخامت لایه آبدار بر میزان جریان نشت معکوس به کانال، همایش ملی مدیریت شبکه‌های آبیاری و زهکشی، دانشگاه شهید چمران اهواز، 12 تا 14 اردیبهشت.
 [14] Obead, I.H., Al-Baghdadi, H.M., Hamad R. (2014), Reducing the impact of uplift pressures on the base of a concrete dam by configuration of drainage holes (hypothetical case study), Civil and Environmental Research, Vol. 6, No. 1, pp. 120-131.