مدل‌بندی ضریب زبری کانال‌های خاکی با پوشش گیاهی بر مبنای قطر ذرات بستر جریان

نویسنده

بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی آذربایجان شرقی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تبریز، ایران،

چکیده

برای کاهش هزینه‌های اندازه‌گیری ضریب زبری جریان در کانال‌های خاکی می‌توان از متغیرهای کمکی مانند قطر ذرات بستر استفاده نمود. روابط مبتنی بر قطر ذرات خاک کف و جدار کانال‌های خاکی، به طور غالب برای بسترهای بدون پوشش گیاهی ارائه شده‌اند. بنابراین پژوهش حاضر با هدف الف) تعیین ضریب زبری کانال‌های خاکی دارای پوشش گیاهی در شبکه آبیاری و زهکشی مغان، ب) مقایسه ضریب زبری حاصل از روابط مبتنی بر قطر ذرات بستر با مقادیر واقعی و ج) ارائه مدل‌های‌ جدید برای ضریب زبری کانال‌های خاکی بر مبنای قطر ذرات بستر انجام شد. برای انجام آزمایش‌ها 181 مقطع از کانال‌های خاکی در شبکه آبیاری و زهکشی مغان انتخاب شدند. سرعت جریان آب در مقاطع مختلف کانال‌ها با استفاده از مولینه و مختصات نیمرخ عرضی مقاطع کانال‌ها به­وسیله دوربین نقشه‌برداری (ترازیاب) و یک شاخص مدرج تعیین شد. مقدار ضریب زبری با توجه به ابعاد و سرعت جریان آب در کانال‌های خاکی از رابطه مانینگ به دست آمد. میانگین ضریب زبری در بستر‌های خاکی دارای پوشش گیاهی 076/0 به دست آمد. کاربرد رابطه‌های استریکلر، هندرسون، گارد و راجو و برآی و رابطه‌های رودکیوی، برآی، لئین و کارلسون و هندرسون) به مقادیر قابل قبولی برای ضریب زبری کانال‌های خاکی با پوشش گیاهی منجر نشد. به منظور ارائه و توسعه مدل‌های مبتنی بر قطر ذرات بستر برای برآورد ضریب زبری بستر‌های خاکی دارای پوشش گیاهی، از اندازه‌های D50، D65 و  D75  ذرات بستر استفاده گردید. ضریب همبستگی ضریب زبری با این اندازه قطرها به ترتیب برابر 91/0، 83/0 و 66/0 بود. علاوه بر دقت قابل قبول مدل‌های پیشنهادی، سهولت کاربرد و سادگی مدل‌ها، مزیت دیگر آن‌ها می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling Roughness Coefficients in Vegetated Canals Based on Bed Particles Diameters

نویسنده [English]

  • Abolfazl Nasseri
Associate Professor, Agricultural Engineering Research Department, East Azarbaijan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Tabriz, Iran. Mobile: 09143108471.Email address
چکیده [English]

The indirect variables such as bed particles diameters could be applied to estimate roughness coefficients (RC) to decrease measurement costs. Bed particles diameters based relations were developed for non-vegetated channels. Therefore, the current study was conducted to evaluate bed particles diameters based relations (BPBR), to estimate roughness coefficients in vegetated canals for irrigation and drainage network of Moghan (in North-west of Iran) and to compare acquired RC from BPBR and RC from experiments and to model roughness coefficients in vegetatedcanals as a function of bed particles diameters. In irrigation and drainage network of Moghan 181 canals sections were selected to measure water flow velocity (with a flow meter) and canal cross sections. The Manning coefficients were estimated via water velocities, hydraulic radius and canal slopes. Results revealed that RC varied from 0.005 to 0.41 and averaged at 0.076 in vegetatedchannels. Also, Applying Strickler, Henderson, Garde and Raju and Bray (relations based on D50) and Ravdkivi, Bray, Lane and Carlson and Henderson (relations based on D65 and D75) did not produce a suitable value for RC in vegetated channels. The particle diameters (D50, D65 and D75) were applied to model roughness coefficient as a function of bed particles diameters in vegetated channels. Relative to the results from developed relations, the model results were relatively precision and recommendable. The correlation coefficient of RC with the particle diameters of D50, D65 and D75 were 0.91, 0.83 and 0.66, respectively. The advantages of developed models were accuracy, simplicity and facility in application.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bed particle diameters
  • Earth canals
  • Flow resistance coefficient
  • Hydraulic resistance
  • Manning coefficient
  • Uniform flow
ابراهیمی، ن.، م. فتحی مقدم، س. م. کاشفی پور، ک. ابراهیمی و س. م. صانعی. 1387. مطالعه تاثیر پوشش گیاهی مستغرق بر ضریب زبری رودخانه‌ای، پژوهش کشاورزی: آب، خاک و گیاه در کشاورزی، سال هشتم، شماره 1، ص 88-79.

اسماعیلی، ک.، س. م. کاشفی پور، و م. شفاعی بجستانی. 1388. بررسی تاثیر فرم بستر بر روی ضریب زبری به کمک تلفیق روش عددی و آزمایشگاهی در جریان‌های غیرماندگار. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، سال بیست وسوم، شماره 3، ص144-136.

چادری، ح. 1376. جریان کانال‌های باز ( ترجمه ع. ا. صالحی نیشابوری و س. م. تقدیسیان). انتشارات جزیل. 648 ص.

حسینی، الف. 1373. بررسی مسائل هیدرولیکی در نهرچه‌های آبیاری با تکیه بر توجیه ضریب زبری. پایان نامه فوق لیسانس، گروه آبیاری، دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز، تبریز، 105ص

شفاعی بجستانی، م. 1373. هیدرولیک رسوب. دانشگاه شهید چمران. اهواز. 438 ص.

طایفه رضائی، ح. 1373. تحلیلی بر علل زهدار شدن دشت مغان، پایان‌نامه فوق لیسانس، گروه آبیاری، دانشکده کشاورزی کرج دانشگاه تهران، کرج. 250ص.

غریب، م. 1383. پهنه‌بندی خطر و مدیریت سیل حومه شهر رامیان، پایان‌‌نامه کارشناسی ارشد گروه آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. 110 ص.

غفاری، گ. و الف. مساعدی. 1384. تاثیر روش‌های مختلف تعیین ضریب زبری مانینگ در برآورد وسعت اراضی سیل‌گیر (مطالعه موردی رودخانه بابلرود). مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، سال دوازدهم، شماره 6، ص12-1.

فلاحتگر، م.، ع. بهره‌مند، و. بردی شیخ و ع. اترک چالی. 1389. بررسی تاثیر وجود پوشش گیاهی بر ضریب زبری مانینگ دامنه در مراتع آق‌قلا گرگان. مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، سال هفدهم، شماره3، ص12-1.

مساعدی، الف. و م. توکلی. 1382. بررسی مناسب‌ترین روش تعیین ضریب مانینگ و پهنه‌بندی خطر سیل در بخشی از اترک میانی. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، سال دهم شماره 1، ص 162-53.

مقصودی، ن. و ص. کوچک زاده. 1371. جریان‌های با سطح آزاد هیدرولیک کانال‌ها. جلد اول (جریان‌های یک بعدی ماندگار). دانشگاه تهران. تهران. 253ص.

موسوی بایگی، س. و م. فریدحسینی، ع. الف. علیزاده و م. اینانلو. 1390. بررسی تغییرات ضریب زبری مانینگ در پیش‌بینی هیدرولیک سیلاب (مطالعه موردی: اترک میانی). نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، سال بیست‌وششم، شماره 1، ص 192-183.

ناصری، الف. 1379. ارزیابی ضریب مقاومت جریان در کانال‌های با پوشش گیاهی در دشت مغان، گزارش پژوهشی نهائی. موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی. سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، 195ص.

Afzalimehr, H., and F. Anctil. 1998. Estimation of gravel-bed river flow resistance. Journal of Engineering. 124(10): 1054-1058.

Chow, V. T. 1972. Open channel hydraulics. McGraw-Hill Kogakusha, LTD. New York. P 680 .

Ciraolo, G., G. Ferreri and G. Loggia. 2006. Flow resistance of posidonia oceanic a in shallow water. Journal of Hydraulic Research, 44 (2): 189-202.

Cook, H. L. and F. B. Campbell. 1939. Characteristics of some meadow strip vegetation. Journal of Hydraulic Engineering. 118(1): 92-97.

Cox, M. B. and V. J. Palmer. 1984. Results of tests on vegetated waterways and method of field application. Oklahoma Agricultural Experimental Station, Stillwater Oklahoma, Miscellaneous Publication .No. MP1 2, 43.

Ebrahimi, N. G., M. Fathi- Moghaddam, S. M. Kashefipour, K. Ebrahimi and S. M. Saneie. 2008. A Study of the effect of submerged vegetation cover river roughness coefficient. Agricultural Research: Water, Soil and Crop in Agriculture. V:8 (1):79-87.

Fathi Moghaddam, M. and N. Kouwen. 1997. Non-rigid, no submerged, vegetative roughness on floodplains . Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 123 (1): 51-57.

Fathi-Moghadam, M. 2006. Effects of land slope and flow depth on retarding flow in non-summerged vegetated lands. Journal of Agronomy, 5(3): 536-540.