مدل‌سازی سه‌بعدی جریان زیر‌سطحی و ارزیابی روش‌های تحلیلی جریان در زهکش‌های سنگریز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

3 دانشیار گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

چکیده

در این مقاله نیمرخ‌های جریان‌های زیرسطحی در محیط­های متخلخل درشت­دانه در دو حالت تغذیه و بدون تغذیه با استفاده از یک مدل عددی سه­بعدی شبیه­سازی و سپس با داده­های آزمایشگاهی و مدل­های تحلیلی مورد مقایسه قرار گرفت. با استفاده از مدل عددی SEEP/3D که مبتنی بر روش اجزای محدود می­باشد، شبیه­سازی عددی جریان صورت گرفته است. مدل آزمایشگاهی شامل یک محیط متخلخل درشت­دانه به طول 4/6 متر، عرض 8/0 متر و ارتفاع 1متر بوده که برای شرایط مرزی مختلف و دو شیب، 4 و 3/20 درصد اجرا و نیمرخ­های ‏ جریان اندازه­گیری شدند.  نتایج اندازه­گیری شده با نتایج حاصل از مدل­های عددی  و تحلیلی مقایسه گردید. در حالت بدون تغذیه برای مقایسه مدل عددی از داده­های مدل آزمایشگاهی و نتایج روش­های تحلیلی استفاده گردید که در این حالت پروفیل خط فریاتیک مدل عددی نسبت به آزمایشگاهی در حالت شیب 4 درصد کمبرآورد و در شیب 3/20 درصد، نتایج عددی به مراتب بهتر مدل­سازی شده است. برای مقایسه داده­های مدل عددی در شرایط تغذیه تنها از مدل تحلیلی Bear (1972)  استفاده گردید و نتایج حاصل از قیاس، کم برآوردی مدل عددی را نشان داده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

3D Numerical Modeling of Subsurface Flow through Rock Drains and Evaluation of Analytical Solutions

نویسندگان [English]

  • eshagh ansari 1
  • mohsen masoudian 2
  • mohammad sedghiasl 3
1 PhD Student of Water Engineering Department, Faculty of Agricultural Engineering, Agricultural and Natural resources University of Sari, Sari, Iran
2 Associate Professor of Water Engineering Department, Faculty of Agricultural Engineering, Agricultural and Natural resources University of Sari, Sari, Iran
3 Associate Professor of Soil Science Department, College of Agricultur, Yasouj University, Yasouj, Iran
چکیده [English]

In this paper, subsurface flow profiles through coarse porous media have been simulated using a 3-D numerical model with and without surface discharge and their results have been compared with experimental data as well as with analytical solutions. SEEP/3D model, which is based on the finite element method, was used to simulate subsurface flow. The experimental model was consisted of coarse porous media with 6.4 m in length, 0.8 m in width and 1 m in height. The experiments were performed for different boundary conditions with two bed slopes of 4 and 20.3 %. The simulated data of watertableprofiles and seepage discharges were compared with those corresponding experimental data. In no recharge conditions with 4% slope, the numerical data were compared with both experimental and analytical dataindicating that the numerical results underestimated the watertable profilesas compared to the experimental ones. The results was better for the 20.3%-slope. In surface recharge condition, the numerical results only compared with analytical solution of Bear (1972), and the results indicated underestimation as compared to the experimental data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Porous media
  • SEEP/3D
  • water profiles
  • experimental model
  • and analytical model

مراجع

Bear, J. (1972). Dynamics of Fluids in Porous Media. Elsevier Science, New York.
Bordier,C. and  Zimmer, D. (2000). Drainage equation and no- Darcian modelling in coarse porous media or geosynthetic materials. Journal of Hydrology, 228: 174-187
Castro- Orgaz, O. Giraldez, J. V. and Robinson, N. I. (2012). Second- order two- dimensional solution for the drainage of recharge based on picard iteration technique: A generalized Dupuit –Forchheimer equation. Water Resources Reseach, 48, w06516.
Castro- Orgaz, O. Giraldez, J. V. and Mateos, L. (2013). Where is the water table? A reassessment of Dupuit –Forchheimer theory using higher order closure hypothesis. Estudios en la Zone no saturada del suelo . Vol XI.
Chapman, T.G. (1980). Modeling groundwater flow over sloping beds. Water Resources Research, 16(6): 1114-1118.
Chapman, T.G. (1957). Two dimensional ground water flow through a bank with vertical faces. Geotechnique, 7(1): 35-40.
Childs, E. C. (1971). Drainage of Groundwater Resting on a Sloping Bed. Water Resources Research,7(5): 1256-1263.
Jager, C. (1956). Engineering Fluid Mechanics. Blackie and Son. Edinburgh.
Salahinia, S. (2015). Experimental investigation of the subsurface flow under rainfall recharge and soil variability. M.SC. Faculty of Engineering Departmant of civil Engineering. Yasouj University. (In Farsi).
Sedghi-Asl, M. (2009). Investigation of Dupuit Approximate Limits for gradually varied flow in coarse grained poros media. Ph.D. University of Tehran. (In Farsi).
Sedghi-Asl, M. Ansari, E. (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., and Hartman, S. (2014). An Analytical Solution for 1-D Non – Darcy Flow Through. Transport Porous Media, 104: 565-579
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 50، شماره 3
مرداد 1398
صفحه 665-674

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار