مقاله مروری: بررسی معادلات نفوذ در جریان های غیر اشباع (معادله گرین امپ با سایر معادلات)

توضیحات

 عنوان فارسی: مقاله مروری: بررسی معادلات نفوذ در جریان های غیر اشباع (معادله گرین امپ با سایر معادلات)

• مقدمه
• نتیجه گیری کلی
• منابع و مآخذ

مقدمه

در این تحقیق به بررسی کاربردهای معادله گرین امپ در برآورد میزان نفوذ در خاکها پرداخته می شود که توسط محققین مختلف انجام و گزارش شده است. در نهایت به مختصری از نتایج این محققان نیز پرداخته می شود.ارزیابی میزان نفوذ آب در خاك به ویژه در حوضه های آبریز رودخانه ها از اهمیت به سزایی برخوردار است. روش های فیزیكی نسبتاً ساده ای برای تشریح فرایند نقطه ای نفوذپذیری وجود دارد، روابط و معادلات مربوط به نفوذپذیری معمولا به دو روش ارائه گردیده اند. در این میان استفاده از قوانین و روابط اثبات شده مانند قانون بقای جرم و بقای انرژی و تلفیق آنها و در نتیجه دستیابی به یكسری معادلات ریاضی مانند معادله فیلیپ و گرین امپت بعنوان روابط پیشگام، همواره مد نظر محققین قرار گرفته اند.

مهم ترین حسن این معادلات آن است كه بر پایه ی قوانین فیزیكی وضع گردیده اند. لیكن عدم دقت كافی در این معادلات كه حاصل از ساده سازی شرایط فیزیكی و ایده آل و یكنواخت فرض كردن محیط خاك می باشد را می توان به عنوان مهمترین نقص آنها قلمداد نمود. شیوه دوم استفاده از روابط تجربی از قبیل هورتون و كاستیاكف است. مهمترین حسن این معادلات دقت بالا به دلیل توجه داشتن به تمام شرایط و عوامل مؤثر در فرآیند نفوذ می باشد. تأثیر گرفتن از شرایط مكانی و زمانی و نارسایی پارامترهای معادلات در تبیین مفاهیم فیزیكی از نقص های عمده این گونه معادلات می باشد. اندازه گیری خصوصیات فیزیكی خاك و ارتباط دادن پارامترهای هیدرولیكی به هم می توانند ما را در مقایسه معادلات مختلف نفوذ كمك نماید . تعیین ضرایب مدل ها و انتخاب بهترین مدل با بهترین ضرایب كمك می كند تا بتوان میزان نفوذ آب به خاك را در زمان های مختلف محاسبه نمود. در این مطالعه با از نتایح مطالعات میدانی و با بكار گیری داده های حاصل از آزمایشات، منحنی های نفوذ تجمعی و شدت نفوذ رسم شده و پس از تحلیل و بررسی، بهترین معادله نفوذ با ضرایب مربوطه برای این حوضه تعیین می گردد. جلینی (1375) ضمن ارزیابی و تعیین ضرایب پنج مدل نفوذ آب به خاك (كاستیاكف، سازمان حفاظت خاك آمریكا، فیلیپ، كاستیاكف تعدیل شده و هورتون)، تأثیر شرایط سطح خاك روی میزان نفوذ آب به خاك را توسط حلقه های مضاعف مورد بررسی قرار داد. وی سرعت نهایی نفوذ اندازه گیری شده به دو روش استوانه های مضاعف و بارشی و نیز مطالعه تأثیر ارتفاع ثابت و متغیر آب داخل استوانه میانی در طول مدت اندازه گیری و همچنین اثر پوشش گیاهی خاك را بررسی كرد. نتایج نشان داد كه شرایط سطح خاك تأثیر قابل توجهی روی میزان نفوذ داشته است، به طوری كه در خاك با پوشش گیاهی 9 برابر بیشتر از / سرعت نهایی نفوذ و نفوذ تجمعی 9 تا 1 خاك لخت بود. سرعت نهایی نفوذ اندازه گیری شده به 3 برابر بیشتر / روش استوانه مضاعف در خاك لخت 3 تا 1 از روش بارشی بود.. واقفی (1389) در بررسی نفوذپذیری آب در خاك در شرایط بارندگی ناماندگار نشان داد كه عملكردهای مدلهای بارندگی رواناب بستگی تام به چگونگی تبدیل – بارندگی خام به خالص دارد . ایشان با بهره گیری از مدل گرین امپت و نتایج آزمایشات استوانه مضاعف در هفت – چاهك كه در یكی از حوضه های معرف جنوب كشور انجام گردید، موجبات تخمین پارامترهای مدل را امكان پذیر نمودند .

كلمن ( 2008 ) ضرایب مدلها را با استفاده از داده های اندازه گیری شده به طریقه استوانه مضاعف تعیین نمود. مقایسه ضرایب همبستگی مدلها نشان داد كه مدلهای گرین آمپت و فیلیپ تطابق خوبی با واقعیت ندارند در – صورتی كه بقیه مدلها، مخصوصاً مدل كوستیاكف، تطابق خوبی با داده های تجربی داشتند . پس از آن كلمنس در سال 2009 نشان داد كه معادله گرین آمپت اولاً مقدار نفوذ تجمعی را مستقیماً به – عنوان تابعی از زمان بیان نمی كند و ثانیاً استفاده از این مدل نیاز به اندازه گیری خواص فیزیكی خاك در طی آزمایش دارد.

نفوذپذیری از جمله پارامترهای مهم خاك در بررسی فرایندهای هیدرولوژیكی حوضه های آبخیز محسوب می گردد و نشان دهنده سرعت عمودی حركت آب به داخل خاك است. این پارامتر با گذشت زمان از شروع نفوذ به مقدار نسبتاً ثابتی می رسد كه معادل با هدایت هیدرولیكی اشباع خاك خواهد بود، كه این زمان وابسته به رطوبت اولیه خاك و شرایط دانه بندی و بافت خاك است. هدایت هیدرولیكی اشباع نیز عبارت است از مقدار آب عبوری از واحد سطح در واحد زمان كه تحت شیب هیدرولیكی واحد عبور نماید (كرسیك 2009). نفوذپذیری یك خاك عموماً به دو روش نقطه ای و منطقه ای (میانگین گیری) تعیین می شود. روش استوانه مضاعف و جویچه مسدود از جمله روش های نقطه ای است. از معایب این روش ها این است كه نمی توانند معرف یك منطقه وسیع باشند. در مقابل روش های نقطه ای، رو شهای میانگین گیری می باشند كه در سطح وسیع تر اندازه گیری را انجام می دهند. روش ورودی- خروجی از جمله روشهای میانگین گیری محسوب می گردد. همچنین نفوذپذیری یكی از فرایندهای هیدرولوژیكی می باشد كه حركت رواناب و از دست دادن خاك را تحت تاثیر قرار می دهد. نفودپذیری خاك  میتواند بر روی مدیریت نگهداشت آب در خاك در مناطق كوهستانی كه یك چالش بزرگ محسوب می شود، تاثیر بسزایی داشته باشد (كوتیاری و همكاران 2004 ، ونكر و گارنرز 2007 ).

یكی از راه حل های كاهش تلفات خاك و كاهش رواناب ها در حوضه های آبخیز نفوذ دادن آب به داخل خاك می باشد. نفوذ آب به خاك یك فرایند فیزیكی است كه نه تنها دینامیك رواناب تولید شده را كنترل می كند، بلكه بر سرتاسر هیدرولوژی اكوسیتم حوضه آبخیز تاثیرگذار خواهد بود (سوتلت 2003). تحقیقات زیادی نشان داده است كه نفوذپذیری خاك به شدت تحت تاثیر پوشش گیاهی، جنس خاك، توپوگرافی و مدیریت اراضی می باشد. با توجه به اینكه هر خاك رفتار متفاوتی داشته و معادله نفوذپذیری آن بر یكی از این معادلات منطبق می باشد، نكته اساسی در اینجاست كه كدام معادله برای خاك منطقه مطالعاتی مناسب است. با توجه به اهمیت موضوع، تحقیقات متعددی در این زمینه انجام گردیده است. كزاك و آهویا ( 2005 ) با كاربرد ضرایب اصلاحی و رابطه گرین– آمپت در 11 گروه خاك نتیجه گرفتند كه میتوان با مدل سازی نفوذپذیری نقاط از پلات، نفوذپذیری را در مقیاس حوضه تخمین زد. در تحقیقی كه توسط باموتاز و همكاران (2010) صورت گرفت به بررسی تغییرات مكانی نفوذ در مناطق پوشش دار بر روی خا كهای آتشفشانی در شرقی اوگاندا پرداخته است. در این تحقیق از 12 سایت  آزمایشی با شیب 10 تا 23 درصد استفاده شد. تست نفوذپذیری به كمك استوانه مضاعف در سه بخش بالا، پائین و میانه هر سایت انجام گرفت تا تغییرات مكانی نفوذ مشخص گردد. سپس میزان نفوذ به كمك چهار معادله فیلیپ، هورتن، گرین – آمپت و كوستیاكوف بررسی شد. نتایج آن ها نشان داد كه نفوذ به شدت تحت تاثیر پوشش گیاهی و شیب منطقه بوده و در ضمن معادلات فیلیپپ و كوستیاكوف نتایج بهتری از تخمین نفوذ را نسبت به معادلات هورتن و گرین – آمپت نشان دادند.

واقفی و موحدزاده (1393)، به بررسی و مقایسه مدل های مختلف نفوذپذیری در حوضه آبریز مند دشتی با استفاده از نتایج آزمایشات استوانه مضاعف پرداختند. در این تحقیق سواحل یكی از رودخانه دائمی استان بوشهر(رودخانه مند شهرستان دشتی) مورد مطالعه قرار گرفته است. میزان نفوذ عمودی آب به – خاك با روش آزمایش صحرایی استوانه مضاعف با سه تكرار (در 60 چاهك) جهت كنترل و تعیین بهترین مدل و محاسبه ضرایب 8 مدل نفوذپذیری، اندازه گیری شد.

با استفاده از نرم افزارهای محاسباتی منحنی های نرخ نفوذ و نفوذ تجمعی رسم گردید و برای هر مدل یك برنامه كامپیوتری به زبان ویژوال بیسیك نوشته شد تا بهترین ضریب مدل ها را كه كمترین خطا را نسبت به منحنی های بدست آمده از آزمایشات نشان می دهند، به عنوان بهترین ضرائب بدست آمده تعیین نماید. هر برنامه با قرار دادن حالتهای مختلفی از ضرایب مدل ها را بطور مجزا با نتایج آزمایشات میدانی تطابق داده و ضمن نمایش میانگین مقدار خطا بهترین ضرایب منطبق با حوضه را به عنوان خروجی محاسبات نشان داد. به ترتیب مدل های فلیپ و كاستیاكف و SCS آمریكا نسبت به مدل های كاستیاكف لوئیس و گرین آمپت و اورتون و هورتون و هال برای این حوضه تناسب و تطابق بیشتری داشت. ایشان مدل گرین امپ را که بصورت زیر است استفاده کردند. گرین آمپت با بكار بردن قانون دارسی در بخش اشباع شده خاكرخ در حالیكه فرض پتانسیل he ارتفاع آب در سطح خاك و H می شود ماتریك در جبهه نفوذ است.

 توجه:

• برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
• لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.