حل تحلیلی معادله جریان متلاطم درون آبخوان آبرفتی با تغذیه یکنواخت سطحی

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

تخمین پروفیل سطح آبدرآبخوان­هاهنگامی‌ با اهمیت خواهد شد که متأثر و هم‌زمان با تغذیۀ سطحی (مانند بارش) باشد. تغذیۀ سطحی می­تواند موقعیت و وضعیت نیمرخ سطح آب را دچار نوسان کند و مهندس طراح نتواند پروفیل سطح آب را به‌خوبی برآورد کند. این حالت در شرایطی سخت­تر خواهد شد که مصالح آب­خوان درشت­دانه یا به ‌اصطلاح مصالحی با نفوذپذیری بالا و سرعت جریان آب نیز در وضعیت غیردارسی باشد. به‌همیندلیلضروریاستبامحاسبة مقداردقیق نیمرخنشتازآب­خوانودر نظرگرفتنمسائلفنی،از خطرهایجانیومالیمحتملجلوگیری شود. در همین راستا باارائۀ یکحلتحلیلی(ریاضی) بااثر تغذیه و فرضیاتغیردارسیوجریانمتلاطمتوسعه ‌یافتهبهبررسیپروفیلجریاندرونمصالحدرشت­دانهپرداختهشدهاست. در این تحقیق، از داده­های یک مدل آزمایشگاهی با طول، عرض و ارتفاع به­ترتیب 5، 6/0 و 1 متر، با شیب 0135/0 و دارای شرایط­ مرزی تراز آب بالادست و پایین­دست مختلف و متأثر از تغذیه سطحی،مدل­سازی و برای مقایسه و ارزیابی مدل تحلیلی این پژوهش از معادلات دیگر محققان استفاده شد که در نهایت نتایج حاصل از این تحقیق، دقت بالای حل ارائه شده را نشان داده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analytical solution of turbulent flow equation in alluvial aquifer with uniform recharge surface

نویسندگان [English]

  • Eshagh Ansari 1
  • mohsen masodian 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, Faculty of Agricultur, Yasouj University, Yasouj, Iran.
چکیده [English]

Estimating water surface profile would be important if it happens simultaneously with surface recharging (eg. precipitation). Surface recharging can fluctuate the subsurface water profile, so that designers cannot predict the water profile. This condition will be worsened when the media consists of coarse alluvial and highly permeable texture and the flow regime is Non-Darcy. For this reasons, it is necessary to determine accurate seepage profile through the media and consider the technical problems to avoid financial and human risks. In this regard, subsurface profiles through coarse porous media was investigated by presenting analytical solution considering recharge and Non-Darcy assumption and full-developed turbulent flow. In this study, we used the data resulted from a laboratory model (5*0.6*1 m with 0.0135 slope) and different upstream and downstream level affected by surface recharge for modelling. Results showed acceptable accuracy when analytical results were compared with available analytical solutions of other researcher.

کلیدواژه‌ها [English]

  • analytical model
  • bed sloped
  • Non-Darcy flow
  • recharge surface
  • water profile

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. J. Hydrol. 228, 174-187.

 

Castro-Orgaz, O. 2012. Second-order two-dimensional solution for the drainage of recharge based on Picard iteration technique: A generalized Dupuit–Forchheimer equation. Water Resour. Res. https://doi.org/10.1029/2011WR011751.

 

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 Zona No Saturada del Suelo. 11, 169-173.

 

Chapman, T. G. 1957. Two dimensional ground water flow through a bank with vertical faces. Geotechnique. 7(1): 35-40.

 

Chapman, T. G. 1980. Modeling groundwater flow over sloping beds. Water Resour. Res. 16(6): 1114-1118.

 

Childs, E. C. 1971. Drainage of groundwater resting on a sloping bed. Water Resour. Res. 7(5): 1256-1263.

 

Mahmoodian-Shooshtari, M. 2015. Hydraulics of Ground Water. Shahid Chamran University Press. Ahvaz, Iran. (in Persian)
 

Naderi, S. 2017. Experimental investigation of drainage flow under soil variability and surface recharge flow. M. Sc. Thesis. Faculty of Engineering, Department of Civil Engineering, Yasouj University, Yasouj, Iran. (in Persian)

 

Salahinia, S. 2015. Experimental investigation of the subsurface flow under rainfall recharge and soil variability. M. Sc. Faculty of Engineering, Department of Civil Engineering, Yasouj University, Yasouj, Iran. (in Persian)

 

Sedghi-Asl, M. 2009. Investigation of Dupuit Approximate Limits for gradually varied flow in coarse grained porous media. Ph. D. Thesis. University of Tehran, Tehran, Iran. (in Persian)

 

Sedghi-Asl, M. and Ansari, E. 2016. Adoption of extended Dupuit–Forchheimer assumptions to non-Darcy flow problems. Transport Porous Med. 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 Med. 104, 565-579.