پایان نامه برآورد عملی تلفات نشت در کانال های آبیاری

پایان نامه کارشناسی ارشد

 عنوان:

برآورد عملی تلفات نشت در کانال های آبیاری

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات: 150  صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

فهرست مطالب:

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه………………………… 2

1-2- شرح و بیان مسئله……………………… 2

1-3- اهداف پایان نامه……………………… 4

1-4- اهمیت، ارزش و کاربرد پایان نامه……………………… 5

فصل دوم: کلیات و پیشینه تحقیق

2-1- مقدمه……………………… 8

2-2- معادلات و قوانین حرکت آب در خاک……………………….. 8

2-2-1- مروری بر قانون دارسی………………………. 8

2-2-2- معادله برنولی………………………. 11

2-2-3- رابطه ریچارد……………………… 12

2-2-3-1- بررسی حالتهای مختلف رابطه ریچارد……………………… 13

2-2-3-2- جریان آب در خاک های اشباع……………………… 14

2-2-4- خاک های غیر اشباع……………………… 15

2-2-4-1- مدل های منحنی مشخصه رطوبتی در حالت غیر اشباع…………….. 15

2-2-4-2- مدل های هدایت هیدرولیکی در حالت غیر اشباع………………………. 17

2-5- پیشینه موضوع……………………… 21

2-5-1- برآورد راندمان در کانال های آبیاری………………………. 21

2-5-2- روابط تجربی برآورد نشت………………………. 26

2-5-3- تحقیقات انجام شده با روش عددی………………………. 27

فصل سوم: مواد و روشها

3-1- مقدمه……………………… 31

3-2- مشخصات عمومی منطقه مورد مطالعه……………………… 31

3-2-1- موقعیت جغرافیایی………………………. 31

3-2-2- کانال های آبیاری شبکه……………………… 32

3-2-3- معرفی کانال های آبیاری دشت های بیله ور و میاندربند………… 33

3-2-3-1- دشت بیله ور…………………….. 34

3-2-3-2- دشت میاندربند……………………… 36

3-2-4- خاکشناسی منطقه……………………… 38

3-2-4-1- نفوذپذیری خاک……………………….. 38

3-2-4-2-عمق لایه غیر قابل نفوذ……………………… 39

3-3- روش های اندازه گیری تلفات نشت در کانال……………………… 39

3-3-1- روش اندازه گیری صحرایی………………………. 39

3-3-1-1- روش بیلان آب………………………. 39

3-3-1-2- روش حوضچه ای………………………. 40

3-3-1-3- محاسبات تلفات نشت در روش اندازه گیری صحرایی………. 41

3-3-1-4- روش تعیین سرعت متوسط در کانال……………………… 42

3-3-1-5- تعیین میزان تبخیر……………………… 47

3-3-2- استفاده از روابط تجربی………………………. 48

3-3-3- استفاده از مدل های عددی………………………. 51

3-3-3-1- روش تفاضل محدود……………………… 52

3-3-3-2- روش اجزاء محدود……………………… 54

3-3-3-3- روش احجام محدود……………………… 54

3-4- نرم افزار شبیه ساز و انتخاب مدل مناسب………………………. 57

3-4-1- شبیه سازی تلفات نشت در کانال با استفاده از نرم افزار SEEP2D………………….

3-5- مروری بر برنامه ریزی بیان ژن……………………… 70

3-5-1- نواع الگوریتم ژنتیک……………………….. 70

3-5-2- الگوریتم ژنتیک (GA)……………………..

3-5-3- برنامه ریزی ژنتیک (GP)……………………..

3-5-4- برنامه ریزی بیان ژن (GEP)……………………..

3-5-4-1- مراحل اصلی در برنامه ریزی بیان ژن (GEP)……………………..

3-5-4-2- ویژگی های برنامه ریزی بیان ژن (GEP)……………………..

3-5-4-3- ساختار افراد (GEP)……………………..

3-5-4-4- تابع برازش……………………….. 78

3-5- 5- پیش بینی ضرائب C روابط تجربی با استفاده از برنامه ریزی بیان ژن……… 78

3-5- 5-1- تعیین تابع برازش……………………….. 78

3-5- 5-2- انتخاب مجموعه ترمینال ها و توابع……………………… 79

3-5-5-3- انتخاب ساختار کروموزوم ها ……………………..80

3-5-5-4- انتخاب تابع پیوند……………………… 80

فصل چهارم: نتایج و بحث

4-1- مقدمه……………………… 82

4-2- نشت اندازه گیری شده در روش صحرایی………………………. 82

4-2-1-محاسبه مقادیرتلفات نشت………………………. 85

4-3- شبیه سازی تلفات نشت با مدل SEEP2D……………………….

4-4- تخمین ضرائب c با برنامه ریزی بیان ژن……………………… 94

4- 4 -1- بیان درختی و استخراج ضرائب اصلاح شده از برنامه ریزی بیان ژن برای کانال های با عرض بیشتر از یک متر…..100

4 –4 -2- بیان درختی و استخراج ضرائب اصلاح شده از برنامه ریزی بیان ژن برای کانال های با عرض کمتر از یک متر……. 106

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- نتایج………………………. 113

5-2- پیشنهادات………………………. 114

پیوست……………………….. 116

منابع………………………. 127

چکیده:

از جمله عوامل موثر بر میزان نشت از کانال می­توان به خصوصیات هندسی مقطع کانال، عمق آب زیرزمینی و سرعت جریان آب اشاره کرد. بررسی پدیده نشت به دلایل مختلفی که مهمترین آن تلفات آب در کشاورزی و کاهش میزان راندمان در آبیاری است همواره مورد توجه کارشناسان بوده است. در حال حاضر طراحان و دست اندر کاران ساخت و ساز شبکه های مدرن آبیاری در کشور با استفاده از معادلات تجربی موجود، اقدام به محاسبه نشت آب از کانال می­نمایند. هدف از مطالعه کنونی واسنجی ضرائب ثابت c موجود در روابط تجربی در منطقه شهرستان کرمانشاه می­باشد. بدین منظور در این تحقیق 6 کانال آبیاری بتنی در دو دشت بیله ور و میاندربند انتخاب شدند. در دو ماه خرداد و تیر سال 1392 به روش جریان ورودی – خروجی نشت در کانال های مورد مطالعه اندازه گیری شد. سرعت جریان با استفاده از دستگاه مولینه در مقاطع ورودی و خروجی اندازه گیری شد. سپس با استفاده از داده های اندازه گیری شده، مدلSEEP2D برای تعیین ضریب هدایت هیدرولیکی کالیبره و واسنجی شد. با مدل کالیبره شده مقدار تلفات نشت به ازای اعماق مختلف آب در کانال محاسبه گردید. همچنین از چهار معادله تجربی اینگهام، موریتس، دیویس ویلسون و مولث ورث ینی دوما برای مقایسه تلفات و تعیین ضریب ثابت روابط تجربی استفاده گردید. در ادامه برای استخراج رابطه ای به منظور پیش بینی ضرائب روابط تجربی ،مدلGEP (برنامه ریزی بیان ژن) بکار گرفته شد. در این مدل از دو نسبت بی بعد (T/b,Y/b) بعنوان داده ورودی و ضرائب ثابت محاسبه شده بعنوان داده خروجی استفاده گردید. با بررسی پارامترهای آماری، دقت مدل بیان ژن و همچنین روابط استخراج شده جهت تعیین ضرائب ثابت محاسبه گردید. نهایتا مناسبترین رابطه تجربی برای دشت بیله ور اینگهام و برای دشت میاندربند موریتس اعلام گردید. نتایج این تحقیق نشان داد تلفات نشت در اندازه گیری های صحرایی در کانال های B3-1، B3-2 و B2دشت بیله ور به ترتیب 089/0، 097/0 و1146/0 مترمکعب برمترمربع بر روز و در کانال های PC1-SC1، SC2 و SC5 دشت میاندربند به ترتیب 012/0، 01/0 و 0099/0 مترمکعب برمترمربع بر روز می­باشد.

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه

ایران کشوری است با اقلیم خشک و نیمه خشک که از یک سو دارای وضعیت بحران کمبود آب است و از سوی دیگر تولید و توسعه محصولات در بخش کشاورزی به شدت به آب وابسته است. این وابستگی به حدی است که با وجود سطح نسبتا یکسان اراضی سالانه زیر کشت دیم و فاریاب کشور، حدود 90 درصد فراورده های کشاورزی از زراعت آبی حاصل میشود. از آنجا که بخش کشاورزی بیش از 93 درصد آب استحصالی کشور را مصرف می­کند لذا مدیریت بهینه مصرف آب کشاورزی و کاهش تلفات آن از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از راه های جلوگیری از اتلاف منابع آب در بخش کشاورزی که با هزینه بالایی صورت می گیرد استفاده از مصالح مناسب در پوشش دار کردن کانالها جهت جلوگیری از نشت آن و افزایش راندمان انتقال در آنها می باشد.

به منظور برآورد و کنترل تلفات نشت از کانال های آبیاری، مطالعات زیادی صورت گرفته است. از جمله روش های معمول در این زمینه، اندازه گیری صحرایی است که به روش های مختلف صورت می پذیرد. با توجه به اینکه روش­های صحرایی به صرف وقت و هزینه زیاد نیاز دارند، مدل های ریاضی قادر به شبیه سازی با میزان اختلاف بسیار کم نسبت به مقادیر اندازه گیری شده می باشند. با استفاده از این مدل ها میتوان به بررسی و پیش بینی مقادیر هدر رفت آب در کانال های پوشش دار و بدون پوشش در شرایط مختلف پرداخت و در صورت استفاده، این مدل ها می­توانند در اعمال مدیریت و بهره برداری بهینه از کانال ها بسیار سودمند واقع شوند (بهراملو و همکاران 1390).

2-1- شرح و بیان مسئله

کشاورزی یکی از عوامل مهم در توسعه و پیشرفت کشورها محسوب می شود و طرح­های توسعه کشاورزی نقش مهمی در خودکفائی هر منطقه ایفا می‌کند. دولت­ها جهت بهره ­برداری بهینه از منابع آب و خاک، گام­های بزرگی در جهت مدرنیزه کردن اراضی کشاورزی برداشته اند و همگام با پیشرفت صنعت و تکنولوژی، کشاورزی نیز به ماشین­آلات و سیستمهای مدرن آبیاری مجهز گردیده است. در جهت توسعه سریع کشاورزی، انهار اصلی و فرعی خاکی که بصورت سنتی اراضی زراعی را آبیاری می­کنند بدلیل عدم کارایی و یا پایین بودن راندمان ضروری است بصورت شبکه­های مدرن آبیاری و زهکشی طراحی و اجرا شوند. تجربه ساخت شبکه های آبیاری و زهکشی در کشور ایران به حدود 5 دهه بالغ می­شود که در این بازه زمانی بیش از 3/2 میلیون هکتار شبکه در گوشه کنار کشور احداث شده که در حال حاضر مورد بهره برداری قرار می گیرند. در سال های اخیر در ایران سدهای بسیاری ساخته و مورد بهره برداری قرار گرفته اند. از آن جمله می توان به سد گاوشان اشاره نمود که در غرب ایران در دو استان کردستان و کرمانشاه و در دو حوضه آبریز متفاوت قرار گرفته است. قسمتی از آن در حوضه رودخانه کرخه و قسمتی در حوضه آبریز رودخانه سیروان قرار دارد. منطقه شبکه آبیاری و زهکشی در مسیر جاده کرمانشاه – کامیاران و کلا در حوضه آبریز رودخانه کرخه واقع شده است. این طرح جهت تامین اهداف زیر تعریف شده است:

– تامین بخشی از آب شرب شهرهای کامیاران و کرمانشاه

– ذخیره سازی آبهای سطحی به منظور تامین آب کشاورزی مورد نیاز دشتهای بیله ور و دربند

– بهبود شرایط اقتصادی – اجتماعی و افزایش درآمد سرانه کشاورزی

– ایجاد اشتغال و جلوگیری از مهاجرت روستاییان

– استفاده از پتانسیل برقابی در محل سد به میزان 2/9 مگاوات

آب مورد نیاز شبکه آبیاری و زهکشی گاوشان از منابع سطحی و زیر زمینی تامین می­گردد. روش آبیاری پیشنهادی برای دشت میان دربند روش آبیاری سطحی و برای دشت بیله ور در نقاط کم فشار آبیاری با لوله های دریچه دار و در نقاط فشار متوسط و پرفشار روش بارانی در نظر گرفته شده است. در مجموع طرح ملی گاوشان برای تامین آب کشاورزی ٣١٠٠٠ هکتار اراضی دشت های بیله ور و میان دربند برنامه ریزی شده است (گزارش نهایی مطالعات شبکه آبیاری زهکشی دشت میاندربند 1380).

معمولترین روش انتقال آب از منابع آبی به مزرعه، احداث جوی هایی با عرض و عمق بزرگ یا همان کانال های خاکی است. این کانالها هزینه احداث چندانی ندارند اما با گذشت زمان و عبور جریان آب از داخل آن، مشکلات بهره برداری از جمله رویش علف های هرز، خرابی جداره ها در اثر عبور احشام و از همه مهمتر تلفات و نشت آب در داخل کانال به چشم می آید. یکی از روش های جلوگیری از اتلاف منابع آب در بخش کشاورزی استفاده از مصالح مناسب در پوشش کانال هاست که این پوشش ها بسته به مشخصات فنی، میزان تاثیر پذیری از شرایط اقلیمی و نحوه جریان دارای دوام و مقدار نشت متفاوتی هستند. به دلیل هزینه زیاد بهره برداری و نگهداری از کانال های خاکی ، پوشش آنها در دستور کار قرار اکثر کشورها قرار گرفته است.

از جمله مزایای استفاده از پوشش کانال ها می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

– سرعت جریان در کانال های پوشش شده می­تواند دو تا سه برابر سرعت جریان در کانال های پوشش نشده باشد. در نتیجه کانال می­تواند برای عبور جریان برابر، ابعاد کوچکتری داشته باشد. با اینکه در این شرایط هزینه ای برای پوشش کانال صرف خواهد شد، اما کوچکتر شدن ابعاد کانال و نیز کاهش ابعاد حریم و سطوح لازم برای استملاک اراضی تا حدودی این هزینه ها را جبران می کند.

– موجب پیشگیری از زهدار شدن احتمالی اراضی و کاهش هزینه های زهکشی می شود.

– موجب جلوگیری از رویش علف های هرز و گیاهان خودرو در کانال می شود.

– از فرسایش و تخریب کانال جلوگیری می کند.

– باعث جلوگیری و یا کاهش میزان رسوب گذاری در کانال می شود.

– به لحاظ پیشگیری از رسوبگذاری، رویش گیاهان و فرسایش، موجب افزایش عمر مفید کانال شده و هزینه های نگهداری و بازسازی کانال را کاهش می دهد (توسعه و مدیریت سامانه های آبیاری 1390).

با در نظر گرفتن حرکت آب در خاک و پدیده نشت، به منظور شبیه سازی و برآورد تلفات در زیر یک کانال با توجه شرایط منطقه و همچنین برای پیش بینی مقادیر تلفات به ازای سطوح مختلف آب در داخل کانال از یک مدل مفهومی – ریاضی استفاده شده است. صحت سنجی و واسنجی مدل با استفاده از داده های اندازه گیری صحرایی انجام شده است. همچنین برای تعیین ضرائب محلی منطقه که در فرمول های تجربی هدر رفت آب در کانال وجود دارد از یک مدل ریاضی دیگر استفاده شده است.

و.......