گرایش آبیاری و زهکشی

با عنوان : ارزیابی پوشش های مصنوعی (زمین بافت) و گراولی در زهکش های زیرزمینی با بهره گیری از مدل آزمایشگاهی تانک خاک

دانشگاه شیراز

دانشکده کشاورزی

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته آبیاری و زهکشی

عنوان:

ارزیابی پوشش های مصنوعی (زمین بافت) و گراولی در زهکش های زیرزمینی با بهره گیری از مدل آزمایشگاهی تانک خاک

استاد راهنما:

دکتر مسعود نوشادی

پایان نامه

بخش هایی از متن پایان نامه :

(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)

چکیده:

هدف از اين تحقيق، مطالعه عملکرد دو نوع پوشش مصنوعي PP450، توليدي در داخل کشور و پوشش گراولی دانه بندی شده با استاندارد U.S.B.R در خاک سيلتی لوم در سه بار آبی 55، 75 و 105(غرقاب) سانتی متر از محور زهکش با بهره گیری از دو مدل فيزيکی مخزن خاک بوده می باشد. نيمرخهای آب در اطراف لوله زهکش و نیز مقادير افت های عمودی، افقی و شعاعی و ورودی در دو نوع پوشش نشان داد که پوشش گراولی کارآیی مؤثرتری برای تخليه آب از نيمرخ خاک دارد. مقايسه دبی خروجی از زهکش ها نشان داد که در پوشش گراولی، دبی خروجی در بارهای آبی 55، 75 و 105 سانتی متر و در حالت ماندگار به ترتيب 1/66، 3/65 و 6/90 درصد از پوشش مصنوعی بيشتر می باشد. هدايت هيدروليکی پوشش گراولی در ابتدای آزمايش بين 6 تا 10 برابر هدايت هيدروليکی خاک اطراف زهکش (2/0 متر بر روز) بوده که در انتهای آزمايش به هدايت هيدروليکی خاک اطراف رسيد اما در پوشش مصنوعی PP450 حدود 10 برابر کمتر از خاک اطراف زهکش بود. همچنین در هدايت هيدروليکی و مقاومت ورودی لوله و پوشش در بار آبی 105 سانتی متر که حالت غرقاب می باشد نسبت به دو بار آبی 55 و 75 سانتی متر در هر دو پوشش رفتار متفاوتی نظاره گردید. در پوشش گراولی مقاومت ورودی با افزايش بار آبی کاهش (5/45%) و در پوشش مصنوعی افزايش (57%) يافت. همينطور هدايت هيدروليکی که با افزايش بار آبی در پوشش گراولی افزايش (3/36%) و در پوشش مصنوعی (8/53%) کاهش داشته می باشد. ضريب مقاومت ورودی لوله و پوشش در پوشش گراولی در هر سه بار آبی بيشتر از پوشش مصنوعی بود و تغييرات آن از تغييرات هدايت هيدروليکی تبعيت می نمود. نسبت گراديان در پوشش مصنوعی از پوشش گراولی بیشتر بود که به دليل کمتر بودن مجموع افتهای ايجاد شده توسط اين پوشش در خاک بود. با مطالعه نتايج مشخص گردید که پوشش گراولی برای خاک مورد مطالعه مناسب تر می باشد.

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

1- مقدمه

زهکشی در مناطقی نظير ايران که توليد محصولات کشاورزی در آنها بستگی به آبياری دارد، امری اجتناب ناپذير بوده و با در نظر داشتن تأثیر و اهميت زهکشی زيرزمينی و توجه ويژه به آن جهت کنترل سطح ايستابی، يافتن راه حلهای جديد و اقتصادی تر، خصوصا در ارتباط با توليد و بکارگيری انواع جديد لوله و مواد پوششی اطراف آنها ضروری می باشد(حسن اقلی و لياقت1383).

زهکشي عبارت می باشد از خارج کردن آب و املاح اضافي از خاک. زمينهايي که آبياري مي شوند به يک سيستم زهکشي نيازمند هستند و اين زهکشي مي تواند طبيعي باشد و يا به علت نوع خاک و ساير عوامل زمين شناسي مصنوعا تعبيه گردد. در بعضي موارد نيز زهکشي مصنوعي تکميل کننده زهکشي طبيعي مي باشد(باي بوردي، 1387). زهکشی زيرزمينی يک تکنيک برای جابجا کردن آب اضافی از زمين به مقصود ايجاد شرايط مناسب برای توليد محصول می باشد. در شرايطی که اين احتمال هست که ذرات خاک وارد لوله های زهکشی شوند مواد مناسبی بايد در اطراف لوله های زهکشی قرار داده بشوند (سکندار[1]، 1983).

بر اساس آمار موجود، 150 تا 170 ميليون هكتار از 240 تا 250 میلیون هكتار اراضي آبي جهان به طريق سطحي و يا زيرزميني زهكشي مي­گردد. مساحت اراضي­ای كه به زهكش­هاي زيرزميني مجهز می باشد به درستي معلوم نيست، اما واضح می باشد كه احداث زهكش­هاي زيرزميني در جهان به گونه فزاينده­اي رو به گسترش می باشد. در كشور ایران در سال­هاي گذشته سرمايه­گذاري عظيمي براي توسعه آبياري انجام گرفته می باشد به طوري كه سطح كل اراضي تحت شبكه­هاي مدرن آبياري که در حال حاضر 2/1 ميليون هكتار می باشد، با اجراي طرح­هاي جديد به 9/1 ميليون هكتار خواهد رسيد و متاسفانه بخشي از اين اراضي به علت آبياري بي­رويه يا فقدان سيستم زهكشي، زه­دار شده­اند(کميته ملی آبياری و زهکشی، 1381).

در مطالعات و طراحي شبکه هاي زهکشي به علت عدم توجه کافي به تجارب منطقه اي داخل کشور و اتکاء به مطالعات و تحقيقات منابع خارجي و روشهاي توصيه شده در منابع علمي خارجي اغلب نتيجه مطلوبي نداشته می باشد. در بيشتر پروژه هاي زهکشي شکست خورده عامل اصلي، طراحي و اجراي نا مناسب پوشش اطراف لوله هاي زهکشي گزارش شده می باشد. بنابراين در طرحهاي زهکشي زيرزميني اهميت طراحي و اجراي صحيح پوشش اطراف لوله هاي زهکشي به مراتب بيش از پارامترهاي ديگر طراحي می باشد. پوششها بخش جدايي ناپذير سيستم هاي زهکشي هستند که آسيب ديدن آنها موجب آسيب ديدن کل سيستم زهکشي مي گردد (قانع، 1385). اگرچه پوششها راندمان زهکشي را از طريق کاهش مقاومت ورودي به زهکش افزايش مي دهند ولي بيش از همه براي جلوگيري از ورود و آبشويي ذرات خاک به درون زهکش به کار مي طریقه. بنابراين پوششها بخصوص در خاکهاي شنی غير چسبنده مورد نياز هستند و در خاکهاي رسي چسبنده و پايدار نيازي به بکارگيري پوششهاي زهکشي نيست(دايريکس و يونکونگلو[2]،1982).

در ايران مواد پوششی در پروژه های زهکشی کاربرد وسيعی داشته و صافی های گراولی که رايج ترين نوع پوشش لوله ها می باشد، بيشترين هزينه اجرايی يک طرح را به خود اختصاص داده می باشد(حسن اقلی و لياقت، 1383). پوشش هاي گراولی که هنوز رايج ترين نوع پوشش ها مي باشند، مشکلاتي مانند کمبود معادن گراول در محل اجراي پروژۀ زهکشي، حمل و نقل گراول به محل اجراي پروژه و عمليات اجرايي ( کندن ترانشه هاي عريض، دانه بندي گراول و غيره) دارند. همه اين موارد باعث مي گردد که بهره گیری از اين نوع پوشش ها هزينه اجرايي پروژه هاي زهکشي را بطور چشمگيري افزايش دهد، چنانچه حتي برخي پروژه ها از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نمي باشند. در چند سال اخير محققين در صدد جايگزين کردن پوشش هاي ديگر که هزينه کمتري دارند بجاي پوشش هاي گراولی برآمده اند. پوشش هاي مصنوعي (زمين بافت[3]) به خاطر مزاياي زيادي که دارند، مانند کاهش هزينه هاي نصب و اجرا، سرعت نصب بالا، کاهش تلفات زمين در اثر حفاري و غيره در کشورهايي مانند آمريکا، پاکستان، هلند و مصر در سطح وسيعي مورد بهره گیری قرار گرفته اند(قانع، 1385). زمين بافتها مانند مصالحي هستند که امروزه بصورت گسترده اي در اجراي کارهاي عمراني مورد بهره گیری قرار مي گيرند. از عمده ترين کاربردهاي اين مصالح، بهره گیری به عنوان پوشش مي باشد. در طول چندين سال گذشته مبحث کاربرد زمين بافتها در مهندسي هيدروليک و ژئوتکنيک بر اساس محاسن فني و اقتصادي آنها در مقايسه با مصالح معمول افزايش روز افزوني داشته می باشد. نتايج حاصل از تأثير بهره گیری از اين مصالح براي پوشش به عنوان جايگزين مصالح طبيعي و يا در ترکيب با آنها جهت کنترل تراوش آب در سازه هاي خاکي و کاهش هزينه هاي ساخت و تسريع در اجرا در مقايسه با ساير مصالح موجود در طراحي سيستم هاي صافي سازي و زهکشي کارهاي خاکي، بويژه در مناطقي که مصالح با کيفيت مطلوب موجود نمي باشد و يا تأمين آنها هزينه زيادي را در بر دارد، کاربرد اساسي دارد.

علیرغم توسعه وسیع ساخت و کاربرد مواد مصنوعی در سطح جهان، کاربرد این مصالح در ایران هنوز آنچنان که شایسته می باشد مورد استقبال چندانی قرار نگرفته می باشد که مانند علت های آن، می تواند عدم وجود تجربه و سابقه کاربرد این مصالح در ایران باشد. با در نظر داشتن رشد روزافزون صنايع پتروشيمي در كشور و توليد داخلی زمين بافتها با کيفيت مناسب و با بهره گيری از مواد پليمری مصنوعی و ضايعات اليافی حاصل از کارخانجات فرش و موکت، جايگزينی آنها با مصالح سنتی از نظر اقتصادی بسيار مقرون به صرفه و عملی می باشد(حسن اقلی و لياقت، 1383).

2- مروری بر پژوهش های پیشین

1-2- پوشش های زهکشی

به ماده متخلخلي كه در اطراف يك زهكش زيرزميني برای محافظت در برابر رسوب­گذاري و بهبود عملكرد هيدروليكي آن قرار داده مي­گردد پوشش زهكش[1] اطلاق گردد(کميته ملی آبياری و زهکشی، 1383). پوششهای زهکشی و صافی ها[2] دو تکنيک متفاوت برای حل معضلات زهکشی هستند. پوششهای زهکشی مواد نفوذ پذيری مانند گراول هستند که در اطراف لوله زهکش به مقصود بهتر کردن شرايط جريان آب قرار داده می شوند. صافی ها در زهکشی نيز مواد نفوذ پذيری هستند مانند ژئوتکستايلها، که به مقصود جلوگيری از ورود ذرات ريز دانه از خاک اطراف لوله زهکش توسط جريان آب زير زمينی به درون لوله زهکشی به کار برده می شوند(وزارت کشاورزی و غذا[3]، 2000).

امروزه به مقصود بيان پوشش اطراف لوله های زهکشی بدون در نظر داشتن تأثیر آن اکثرا از واژه پوشش بهره گیری می گردد. در واقع پوشش لوله های زهکش، از ضروری ترين بخشهای هر سيستم زيرزمينی می باشد که در خاکهای ناپايدار بهره گیری از آن کاملا ضروری می باشد(کيخا، 1377).

پیلسبوری[4] (1967) انواع فيلترهاي مختلف را مورد بررسي قرار داده می باشد و عدم موفقيت برخي پروژه­ها را مديون فيلتر نامناسب مي­داند. دنيس و ترافورد[5] (1976) در آزمايشی به اين نتيجه رسيدند در صورت بهره گیری از فيلتر در يك سيستم زهكش، فاصله لوله­هاي زهكش را تا 120 درصد مي­توان اضافه نمود.                                                                    

پس از حفر ترانشه­اي كه در آن تنبوشه­ها قرار داده مي­شوند معمولاً اطراف تنبوشه را با مواد نفوذپذيري مي­پوشانند. بهره گیری از اين مواد به مقصود تأمين نكات زير مي­باشد:

الف – به عنوان مانعي تراوش­پذير در برابر ورود بيش از حد ذرات خاك و خاكدانه­ها به داخل لوله­هاي زهكش كه ممكن می باشد باعث گرفتگي لوله­ها گردد. اقدام کردن پوشش به عنوان صافي يا فيلتر در ابتداي احداث زهكش بسيار مهم مي­باشد ولي پس از نشست و تثبيت خاك­هاي اطراف و بالاي لوله اين تأثير از اهميت زيادي برخوردار نخواهد بود مگر در خاك­هاي ناپايدار. اقدام کردن پوشش به عنوان فيلتر در شرايطي كه امكان وارد شدن ذرات خاک به لوله­ها هست. براي اين مقصود اندازه منافذ فيلتر بايد به دقت تعيين گردد تا با ذرات خاك اطراف هماهنگي فيزيكي داشته باشد. به تجربه ثابت شده می باشد فيلترهايي خوب هستند كه برخي از ذرات كه اندازه آنها كوچك می باشد را از خود عبور دهد. وجود فيلتر در خاكهاي شني نرم و سيلتي درشت الزامي مي­باشد.

ب – بهبود هدايت هيدورليکی در اطراف لوله: موادي كه در اطراف لوله قرار داده مي­شوند معمولاً‌ داراي نفوذپذيري زيادي مي­باشند كه اين امر سبب مي­گردد كه افت انرژي در محل ورود آب به لوله و‌ سرعت آب در محل فيلتر كاهش پيدا كند و ذرات معلق آب رسوب کرده و به داخل لوله راه پيدا نكند. اين دو مقصود زماني حاصل مي­گردد كه ضخامت پوشش حداقل 5 تا 10 ميلي­متر و مقدار ضريب K در آن حدوداً‌ 10 برابر ضريب هدايت هيدروليكي خاك باشد(بای بوردی، 1387).

ج – ايجاد يك بستر مناسب برای تنبوشه­ها : تأثیر بستري[6] در خاكهاي ناپايدار اکثراً‌ توسط پوشش سنگريزه­اي[7] صورت مي­گيرد. سنگريزه باعث بهبود مكانيكي در سيستم “زهكش – پوشش – خاك” شده و به عنوان يك بستر و محافظ جانبي لوله­ها پلاستيكي اقدام مي­كند(کميته ملی آبياری و زهکشی، 1383)

د – براي تثبيت بستر طبيعي خاكي كه تنبوشه­ها در آن قرار داده مي­شوند.

انواع پوشش­ها بر اساس مواد متشكله­شان به سه دسته زير تقسيم مي­شوند:

2-1-1 – پوشش­هاي معدني[8]

پوشش­هاي معدني به گونه عمده شامل شن درشت،‌ سنگريزه­هاي ريز و سنگ­هاي شكسته شده می باشد، كه به هنگام نصب لوله زهكشي با دانه بندي مشخص در زير و اطراف آن قرار داده
مي­شوند كه در اين پوشش­ها، تأثیر صافي بودن آن ها مطرح می باشد. در مورد خصوصيات فيلترها از نظر اندازه و دانه­بندي آن ضوابط گوناگوني توسط سازمان حفاظت خاك امريكا[9] و دفتر عمران امريكا[10] تهيه شده می باشد كه مي­توان نتايج اين تحقيقات را در طرح­هاي زهكشي به كار برد. اين پوشش­ها اگر به خوبي طراحي و جاگذاري گردند، كاملاً مورد اطمينان هستند زيرا حجيم بوده و مي­توانند مقدار نسبتاً زيادي از مواد خاكي را در خود نگه دارند. اين مواد در اكثر شرايط با موفقيت تأثیر خود را در دراز مدت ايفا نموده­اند. پوشش­هاي سنگريزه­اي دانه­بندي شده كه به گونه مناسب طراحي شده­اند از نظر فيزيكي، پوشش­هاي ايده­آلي به شمار مي­طریقه. گراول­هاي دانه­بندي شده بايد يكنواخت و به صورت مخلوط دانه­بندي شده مناسبي از شن تميز و سنگريزه عاري از سيلت،‌ رس و مواد آلي باشد(کميته ملی آبياری و زهکشی،1383).

در مواردي كه لوله­هاي زهكشي داراي قابليت انعطاف­پذيري زيادي هستند كاربرد پوشش­هاي گراول­اي ضروري می باشد زيرا اين نوع پوشش­ها علاوه بر تأثیر فيلتري و هيدروليكي باعث مي­شوند كه يك بستر پايدار براي محافظت لوله در برابر تكانهاي عمودي ناشي از بار وارده از طرف خاك به هنگام نصب يا بعد از آن به وجودآيد(دايريکس، 1979).

2-1-2- پوشش­هاي آلي[11]

مواد پوششي آلي شامل كاه و پوشال، كلش غلات،‌ كلش كتان، كلش برنج، برگ سرو، خيزران، چوب ذرت، خرده­هاي چوب، ني، غلاف خار و بن، كتان خردشده، ساقه­هاي كتان، چمن، تورب و الياف نارگيل مي­باشند كه در مواردي كه هم تأثیر نگهداري ذرات و هم تأثیر هيدروليكي پوشش مهم می باشد، به صورت حجيم به كار مي­طریقه. اين مواد ممكن می باشد به صورت نامنظم و نامتراکم روي لوله­هاي زهكشي در داخل ترانشه ريخته شوند، و يا ممكن می باشد به صورت مواد از قبل پيچیدهء حلاجی شده[12] دور لوله زهكش قرار داده شوند. درگذشته نه چندان دور اين مواد را به صورت نوارهايي در بالاي لوله­هاي زهكش به كار مي­برده­اند كه اين روش اكنون منسوخ گرديده می باشد(کميته ملی آبياری و زهکشی، 1383).

پوشش­هاي آلي در اكثر كشورهاي اروپاي غربي به كار برده مي­شوند اما در مناطق مرطوب بخش شرقي آمريكا و كانادا كمتر مورد بهره گیری قرار مي­گیرند(دايريکس، 1990). در هلند الياف نارگيل و يا مخلوط آن دو به صورت حجيم به كار برده مي­گردد(دايريکس، 1992). مشكل عمده اين پوشش­ها اينست كه اغلب مورد تجزيه بيولوژيكي قرار مي­گيرند و در صورتي كه pH خاك بيش از 6 باشد بعد از 2 تا 5 سال به گونه كامل تجزيه مي­شوند(ون زيجتز[13]، 1992).

در کشورهای اسکانديناوی، خاک اره حاصل از درختان مخروطی[14] اغلب به عنوان ماده پوششی برای لوله های زهکشی مورد بهره گیری قرار می گيرند(کابوسی و همکاران، 1388).

ريميديس و دايريکس[15] (2003) در ليتوانی طی يک تحقيق چهارساله بين سالهای 98-1994 نشان دادند که بهره گیری از پوشش خاک اره سبب بهبود کارکرد سيستم زهکشی گرديد.

[1]– Envelope

[2] – Filter

[3] -Ministry of Agriculture and Food

[4]– Pillsburry

[5] -Dennis and Trafford

[6]– Bedding function

[7]– Gravel

[8]– Granular envelopes

[9]– USSCS, United States Soil Conservation Service

[10] -USBR, United States Bureau of Reclamation

[11]– Organic material

[12]– PLM, Pre-wrapped loose Material

[13] – Van Zeijts

[14] -Coniferous tree

[15] – Rimidis and Dierickx

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

[1] – Sekendar

[2] – Dierickx and Yuncunglu

[3] – Geotextile

تعداد صفحه : 162