مطالعه آزمایشگاهی و عددی تأثیر نانورس بر کاهش تلفات نشت آب از آببندان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آبیاری و زهکشی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

یکی از راه­کار­های مؤثر برای مقابله با بحران کم­آبی و مهار رواناب بارش، احداث استخرهای ذخیره آب است که در استان­های شمالی به­آن آب­بندان می­گویند. نشت آب از آب­بندان علاوه بر کاهش حجم آب ذخیره شده باعث تشدید مسئله­ی زهدارشدن اراضی مجاور آن و همچنین اشباع شدن خاک دیواره و لغزش آن خواهد شد. در نتیجه برای کاهش نشت آب از آب­بندان باید به­کمک افزودن مواد مختلف مانند نانورس نفوذناپذیری خاک را بهبود بخشید. در این پژوهش ابتدا با آزمایش نفوذپذیری در آزمایشگاه تأثیر درصدهای وزنی مختلف نانورس (5/0، 1، 5/1 و 2%) بر هدایت هیدرولیکی خاک ارزیابی شد. با ساخت مدل فیزیکی از آب­بندان عملکرد ماده­ی نانورس در کاهش نشت آب بررسی گردید. همچنین با کمک نرم­افزار seep/wآب­بندان شبیه سازی شد و اثر نانورس بر میزان نشت و خط آزاد جریان مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که نفوذپذیری خاک از 4-10*58/1 به 5-10*88/2 با افزودن 5/0درصد وزنی نانورس کاهش یافت و بعد از آن افزایش مقدار نانورس تأثیر کمتری بر ضریب آبگذری خاک دارد، بنابراین 5/0% نانورس به­عنوان درصد بهینه برای ترکیب خاک به­منظور کاهش آبگذری آن انتخاب گردید. تلفات نشت آب از آب­بندان در مدل فیزیکی و عددی بعد از افزودن نانورس به خاک به­ترتیب برابر 58% و 22% کاهش یافت. ترکیب خاک با نانورس به­طور متوسط باعث کاهش 73/2 و 53/4 سانتی­متری خط آزاد جریان به­ترتیب در مدل فیزیکی و عددی شده است. بنابراین با کمک نانورس می­توان تلفات نشت آب از آب­بندان را که از ابنیه­های مهم سیستم مدیریت منابع آب هستند، کاهش داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical Study of Adding Nanoclay on Reducing Seepage loss of Ab-Bandan

نویسندگان [English]

  • Marziye Bahari 1
  • Ali reza Emadi 2
  • Ali Shahnazari 2
1 phD. Student of Irrigation and Drainage, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University,
چکیده [English]

One of the effective ways to deal with the water crisis and control runoff is constructing of water storage ponds that named Ab-Bandan in the Northern provinces. Water seepage from Ab-Bandans, in addition to reducing the volume of water stored in them, will cause saturation and slide of banks soil; As a result, to reduce seepage from Ab-Bandan different materials such as nanoclay should be added to improve soil impermeability. In this study with permeability tests in lab, the effects of different percentages of nanoclay (0.5, 1, 1.5 and 2%) were evaluated on soil hydraulic conductivity. A physical model of the Ab-Bandan was built. nanoclay performance in reducing water leakage was evaluated. Ab-Bandan was simulated with the seep/w software and the effect of nanoclay on the amount of seepage and phreatic surface was analyzed .The results showed that the permeability reduced from 1.58* 10-4 to 2.88*10-5 with the addition of %0.5 nanoclay and then the permeability was less affected by the amount of nanoclay, so 0.5% nanoclay was chosen as the optimum percentage. Water seepage losses from Ab-Bandan with physical and numerical models, reduced %58 and %22 respectively. Phreatic surface after combining soil with nanoclay, on average, respectively, 2.73 and 4.53 cm have been reduced in physical and numerical model. So with the help of nanoclay can reduce water seepage losses from Ab-Bandan.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Leakage
  • Nonoclay
  • Permeability
  • Physical Model
  • Water pond
ابراهیمی، م.، ه. نظرپور و ع. جانعلی زاده. 1393. بررسی اثر افزودن نانوذرات رس بر نفوذپذیری خاک ماسه لای دار. هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل.

آذرافزا، م. و ا. اصغری کلجاهی. 1391. تاثیر نانوذرات رسی افزوده شده بر خاک در کاهش نفوذپذیری دپوهای دفن زباله. سی و یکمین گردهمایی علوم زمین. 6 ص.

اسمعیلی، ف. و ک. فخاریان. 1383. بررسی اثر شیرابه و آهک روی نفوذپذیری خاک رس موجود در محل دفن زباله­های شهر تهران (خاک چال کهریزک). اولین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، 9-1.

اوحدی، و. ر. و ا. نوری. 1392. تأثیر نانورس بر تحکیم پذیری و نفوذپذیری بنتونیت در حضور آلاینده­ی فلز سنگین. مجله عمران مدرس، سال 13، شماره 3، ص 9-1.

باقری، ع. 1387. مدیریت آب­ بندان و نقش آب­­‌بندان درذخیره سازی وتأمین آب مورد نیاز اراضی کشاورزی شمال کشور. دومین همایش ملی مدیریت شبکه­های آبیاری وزهکشی دانشگاه شهید چمران اهواز. 6 ص.

باقریه، ا.، م. ع. روشن ضمیر و س. م. حجازی. 1393. کاربرد نانو رس در بهبود مقاومت و نفوذپذیری خاک ماسه بادی. اولین کنفرانس ملی مکانیک خاک و مهندسی پی.

شفیعی دستجردی، ع. ا. 1392. بهسازی خاک لایه نفوذ ناپذیر مدفن زباله‌های شهری با استفاده از تکنولوژی نانو. اولین همایش سراسری محیط‌زیست، انرژی و پدافند زیستی، تهران، 6-1.

طاحونی،ش .1383. اصول مهندسی ژئوتکنیک، جلد اول: مکانیک خاک. انتشارات پارس آئین، تهران. 830 صفحه.

فانی حق، ع. و ک. استیری. 1390.بررسی مدل­های شبیه سازی VENSIM و WEAP در تخصیص منابع آب. ماهنامه عمران آب، شماره 48، ص 51-45.

Bjerrum, L. and J. Huder. 1957. Measurement of the permeability of compactedclays. 4th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, London, 1: 6-10.

Carmen, D. H. 1996. Clay and Clay Minerals. 44(3): 424-428

Haman, D. Z., A. G. Smajstrla, F. S. Zazueta, and G. A. Clark. 2003. Selecting a Method for Sealing Ponds in Florida. Agricultural and Biological Engineering Department, Florida Cooperative Extension Service, Institute of Food and Agricultural Sciences, University of Florida. 5 p.

Kadivar, M., K. Barkhordari and M. Kadivar. 2011. Nanotechnology in Geotechnical Engineering. Advanced Materials Research, 261: 524-528.

Kananizadeh, N.and A. Khoshniat. 2011. Behavior of Nanoclay as an Additive in order to Reduce Kahrizak Landfill Clay Permeability. 2nd International Conference on Environmental Science and Technology, Singapore. 5 p.

Krahn, J. 2012. Seepage Modeling with SEEP/W. Engineering Methodology, GEO-SLOPE International Ltd, 207 p.

Mahalle, Y. R and G. W. Adhau.2014. Study of evaporation and seepage losses from farm pond in saline area. International Journal of Agricultural Engineering. 7(2): 402-409.

Majeed, Z .H. and M. R.Taha. 2013. A review of stabilization of soils by using nanomaterials. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 7 (2): 576-581.

Montes, G., B.Fritza, A. Clementa and N.Michaub.2005.Modelling of geochemical reactions and experimental cation exchange inMX80 bentonite, Journal of Environmental Management, 77: 35–46.

Neethu, S. V. and S.Remya. 2013. Engineering behaviour of nanoclay Stabilized soil. Proceedings of Indian Geotechnical Conference, December 22-24, Roorkee. 7 p.

Swistock, B. R. 2008. Pond Facts 3, Fixing a Leaking Pond. College of Agricultural Sciences, Cooperative Extension, School of Forest Resources, Penn State. 4 p.