تحلیل نیمرخ سطح آب در محیط متخلخل درشت‌دانه با جریان شعاعی با استفاده از فرضیه جریان‌های متغیر تدریجی

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 استادیار، گـروه مهندسـی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشـگاه بوعلی‌سینا، همدان، ایران

2 گروه مهندسی عمران، دانشگاه زنجان

3 دانشجوی دکتری مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه زنجان

چکیده

تحلیل یک بعدی جریان ماندگار در حالت غیردارسی موازی و شعاعی (همگرا) با استفاده از تئوری جریان‌های متغیر تدریجی و تحلیل دو بعدی آنها با استفاده از حل معادله پارکین صورت می‌گیرد. جهت تحلیل دوبعدی جریان ماندگار، به داده‌های فراوانی مانند شرایط مرزی در بالادست و پایین-دست و همچنین شرط مرزی پروفیل سطح آب نیاز بوده و روند محاسبات آن پیچیده و زمانبر است. به‌عبارت دیگر، تئوری جریان‌های متغیر تدریجی نسبت به حل معادله پارکین به داده‌های بسیار کمتری نیاز داشته و پروفیل سطح آب به‌دست آمده از آن نیز به‌عنوان اصلی‌ترین شرط مرزی در حل معادله پارکین مورد استفاده قرار می‌گیرد. اکثر پژوهش‌های قبلی جریان غیردارسی موازی را بررسی کرده‌اند. درحالیکه در پژوهش حاضر، برای اولین بار با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی در مقیاس تقریبا واقعی (دستگاه آزمایش نیمه استوانه‌ای شکل به قطر 6 و ارتفاع 3 متر و 10 حالت مختلق برای عمق آب پمپاژ شده در بالادست) و تئوری جریان‌های متغیر تدریجی و رابطه‌ی نمایی بین گرادیان هیدرولیکی و سرعت جریان، پروفیل سطح آب جریان ماندگار در حالت جریان غیردارسی شعاعی با سطح آزاد بررسی شده است. نتایج بیانگر آنست که؛ متوسط میانگین خطای نسبی (MRE) 10 داده‌ی ثبت شده در آزمایشگاه برابر با 45/0 درصد محاسبه شده است.

کلیدواژه‌ها


Ahmed, N. and Sunada, D.K. (1969). Nonlinear flow in porous media. Journal of the Hydraulics Division, 95(6), 1847-1858.‏
Arbhabhirama, A. and Dinoy, A.A. (1973). Friction factor and Reynolds number in porous media flow. Journal of the Hydraulics Division. ASCE, 99(6), 901-915.
Bari, R. and Hansen, D. (2002). Application of gradually-varied flow algorithms to simulate buried streams. Journal of Hydraulic Research, 40(6), 673-683.
Bazargan, J. and Shoaei, S.M. (2006). Application of gradually varied flow algorithms to simulate buried streams.‏ IAHR J. of Hydraulic Research, 44(1), 138-141.
Bazargan, J. and Shoaei, S.M. (2010). Analysis of non-darcy flow in rock fill materials using gradually varied flow method. Journal of Civil and Surveying Engineering, 44(2), 131-139. (In Persian)
Forchheimer, P. (1901). Wasserbewagung Drunch Boden, Z.Ver, Deutsh. Ing., 45, 1782-1788.
Gudarzi, M., Bazargan, J. and Shoaei, S. (2020). Longitude Profile Analysis of Water Table in Rockfill Materials Using Gradually Varied Flow Theory with Consideration of Drag Force. Iranian Journal of Soil and Water Research, 51(2), 403-415. (In Persian)
Hansen, D., Garga, V.K. and Townsend, D.R. (1995). Selection and application of a one-dimensional non-Darcy flow equation for two-dimensional flow through rockfill embankments. Canadian Geotechnical Journal, 32(2), 223-232.‏
Jamie, M., Ahmadianfar, I. and Raeisi Isa Abadi, A. (2019). A Numerical IMPES Discontinuous Galerkin method for Immiscible Groundwater Contaminations Flow Using Lax-Wendroff scheme. Journal of Water and Soil Conservation, 26(2), 1-27. (In Persian)
Leps, T.M. (1973). Flow through rockfill, Embankment-dam Engineering: Casagrande volume edited by Hirschfeld, R.C. and Poulos, S.J., John Wiley and Sones, New York, pp. 87-107.
McWhorter, D.B., Sunada, D.K. and Sunada, D.K. (1977). Ground-water Hydrology and Hydraulics. Water Resources Publication.‏ LLC. U.S Library.
Norouzi, H., Bazargan, J., Azhang, F. and Nasiri, R. (2022). Experimental study of drag coefficient in non-darcy steady and unsteady flow conditions in rockfill. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 36(2), 543-562.‏
Pasupuleti, S., Kumar, P. and Jayachandra, K. (2014). Quantification of effect of convergence in porous media flow.‏ 5th International Conference on Porous Media and Their Applications in Science, Engineering and Industry, pp. 1-7.
Sadeghian, J. (2013). Analysis of radial flows in coarse alluvial beds. Ph.D. Thesis, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran. (In Persian)
Sadeghian, J., Khayat Kholghi, M., Hoorfar, A. and Bazargan, J. (2013). Comparison of binomial and power equations in radial non-Darcy flows in coarse porous media. Journal of Water Sciences Research, 5(1), 65-75.‏
Sadeghian, J., Khayat Kholghi, M., Hoorfar, A., bazargan, J. (2014). Experimental study of radial non-Darcy flows in coarse alluvial beds. Iranian Water Researches Journal, 8(2), 11-21. (In Persian)
Saeedi, H., Akbarpour, A., Baghvand, A., Niksokhan, M.H. and Sadeghi Tabas, S. (2016). Simulation-Optimization Quantitative and qualitative model operation of aquifer in order to adjust pollutant concentrations using Cuckoo algorithm. Journal of Water and Soil Conservation, 23(5), 87-103. (In persian)
Scheidegger, A.E. (1958). The physics of flow through porous media. Soil Science, 86(6), 355.‏
Sedghi-Asl, M. and Ansari, I. (2016). Adoption of extended dupuit–Forchheimer assumptions to non-darcy flow problems. Transport in Porous Media, 113(3), 457-469.
Shayannejad, M. and Ebrahimi, A. (2020). Hydraulic investigation of non Darcy radial flow in unconfined aquifers in steady state. Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 13(6), 1580-1588.  (In Persian)
Stephenson, D.J. (1979). Rockfill in hydraulic engineering. Elsevier scientific publishing company.‏ Distributors for the United States and Canada.
Venkataraman, P. and Rao, P.R.M. (2000). Validation of Forchheimer's law for flow through porous media with converging boundaries. Journal of Hydraulic Engineering, 126(1), 63-71.‏
Ward, J.C. (1964). Turbulent flow in porous media. Journal of the Hydraulics Division, 90(5), 1-12.‏