مهندسی زهکشی

مهندسی زهکشی

اسلاید 1: Drainage EngineeringRainfall and Runoff

اسلاید 2: از آبياري به عنوان علم بقا Science of Survival اسم برده مي شود.شرط اساسي براي كشاورزي آبي موفق تأمين و نگهداري از لايه خاك به نحوي است كه تعادل لازم بين رطوبت اكسيژن و نمك براي رشد مناسب گياه تأمين كند. زهكشي يكي از عمليات اساسي براي تأمين چنين تعادلي است. در نيتجه مي‌توان گفت اگر آبياري علم بقاي بشر است زهكشي تأمين كننده بقاي آبياري است. پس اهميت زهكشي به اندازه اهميت آبياري است.اهميت زهكشي: دوام كشاورزي فارياب بدون زهكشي غير ممكن است.

اسلاید 3:

اسلاید 4:

اسلاید 5:

اسلاید 6:

اسلاید 7:

اسلاید 8: جريانات سطحي بايد در ارزيابي زهكش مدنظر قرار گيرد. از آنجا كه تمام جريانات آبي به لحاظ توپوگرافي به سمت نقاط پايين دست حركت مي‌كنند در نتيجه خروجي نهايي هم آبهاي سطحي و زيرزميني بايد به يك خروجي واحد ختم شود. در نتيجه ملاحظات طراحي بايد شامل ظرفيت لازم براي تخليه هر دو منبع باشد.در اراضي مسطح و در مناطق مرطوب هدف از زهكشي خارج كردن عمق معيني از آب مازاد سطحي در يك مدت معين است. ظرفيت سيستم زهكش‌هاي سطحي براساس مقدار رواناب حداكثر كه عملا باعث ايجاد يك لايه آب سطحي است تعيين مي‌شود.در اراضي شيب دار اهداف زهكش شامل مهار كردن حداكثر رواناب در موقعيت معيني از حوزه آبريز است. اين جريان عبارتست از جرياني كه بر روي سطح زمين ايجاد شده و در مسير شيب جريان مي‌بايد اين جريان تعيين كننده سطح مقطع كانالهاي زهكش و يا كالورت و زيرگذر و سيفونهاست.

اسلاید 9: معمولاً: در تابستان بارندگي > تبخيردر زمستان تبخير > بارندگيطول دوره زمستان: زمستان از نقطه نظر زهكشي عبارتست از دوره‌اي كه خاك در حد ظرفيت زراعي يا خيس تر باشد. درطول اين دوره‌ است كه زهكشها عمل كرده و مزاياي زهكشي مؤثر پديدار مي‌شود. متوسط طول دوره بيانگر درجه شدت مشكل زهكشي است.

اسلاید 10: باران طرح هرچه حد باران طرح بالاتر باشد احتمال وقوع آن كمتر است (دوره تناوب)معمولا 25-5 سال

اسلاید 11: باران طرح: design rainfallبحراني‌ترين واقعه بارندگي است كه سيستم زهكشي بايد قادر باشد آن را از زمين خارج سازد. با افزايش دوره بازگشت (يا كاهش فراواني وقوع) ارتفاع بارندگي افزايش پيدا مي‌كند.منحني فراواني وقوع

اسلاید 12: باران طرح يك پارامتر اقتصادي است.لزوم بهينه‌سازي نسبت درآمد به هزينه

اسلاید 13: تحليل اقتصادي هزينه‌ها و زيان‌هاي حاصل از اجراي طرح زهكشي بستگي به محصول (مراتع= 2 ساله، زراعي= 5 ساله، باغي= 10 ساله)نوع زهكش

اسلاید 14: هرچه حد باران طرح بالاتر باشد احتمال وقوع آن كمتر استحداكثر رواناب: تخمين براساس تناوب باران، اطلاعات رواناب معمولا موجود نيست دبي طرح: تعيين كننده ظرفيت انهار زهكشيانتخاب باران طرح از طريق تجزيه وتحليل داده‌هاي بارندگي بارندگي بيشتر احتمال وقوع كمتردوره برگشت باران طرح براي زهكشهاي اصلي < كولكتور < زهكشهاي داخل مزرعهدرجه 1  درجه 2  درجه 3  هيدروگراف زهكشهاي داخل مزرعه  هيدروگراف باران

اسلاید 15: دو روش متفاوت براي تعيين رواناب طرحآناليز آماري رواناب‌هاي اندازه‌گيري شده با دوره تناوب معين (روش مستقيم)آناليز آماري باران‌هاي اندازه‌گيري شده (تبديل اين مقدار به رواناب طرح با استفاده از يك رابطه معين) رايج‌تر چرا كه آمار درازمدت از بارندگي بيشتر از آمار رواناب است.

اسلاید 16:

اسلاید 17: ميانگين بارندگي در يك منطقه يا حوزه آبريز: ميانگين رياضي ميانگين تايسن روش خطوط هم باران

اسلاید 18:

اسلاید 19:

اسلاید 20:

اسلاید 21:

اسلاید 22:

اسلاید 23:

اسلاید 24: كاهش يكنواختي باران با افزايش سطحافزايش يكنواختي با افزايش مدت بارندگي

اسلاید 25: تعین باران طرح برای موارد مختلف در دوره های متفاوتی بررسی می‌شود:به لحاظ زراعی :فصل کشتبه لحاظ کنترل فرسایش:فصل غیر کشت – بدون پوشش گیاهیحداکثر رواناب ممکن:تمام سالمدت بارندگی:کنترل فرسایش:بارندگی های چند ساعتهاراضی مسطح:بارندگی های چند روزهزهکشی زیرزمینی:بارندگی های 5 روزهزهکشی سطحي:بارندگی های 1 الي 2 روزه دوره برگشت:زهکشهای فرعی :2-1 سالزهکشهای اصلی :20-15 سالزهكش سطحي: 1 تا 2 سالزهكشي زير سطحي: 2 تا 5 سالزهكش اصلي: 5 تا 25 سال

اسلاید 26: متوسط دبي در مدت سيل: دبي طراحيدر نظر گرفتن ارتفاع آزاد (free board)

اسلاید 27: تبديل هيدروگراف در مسير كانال‌هاي زهكش

اسلاید 28: عمق تبديل هيدروگراف از طريق ذخيره موقت در مخزن

اسلاید 29: اثر زمان حركت جريان بر شكل هيدروگراف

اسلاید 30: روش غير مستقيم اندازه‌گيري دبي رودخانه: منحني دبي – اشل (rating curve)قرائت ارتفاع سطح آب و رابطه شزي يا مانينگ

اسلاید 31: P= m/(N+1)T= 1/P

اسلاید 32: محاسبه دبي زهكش‌هاي زيرزميني براي يك باران (قانون يك سوم، يك سوم و يك سوم)

اسلاید 33: محاسبه دبي زهكش‌هاي سطحي براي يك باران(قانون يك دوم و يك دوم)

اسلاید 34: تقسيم بندي زمين به سه منطقه از نظر زمان حركت

اسلاید 35: تركيب دبي خروجي براساس دبي زهكش‌ها و در نظر گرفتن زمان حركت در حوضه

اسلاید 36: برآورد دبي رواناب در حوضه‌هاي شيب‌داربالا بودن رواناب در زمين‌هاي شيب‌دار به خصوص در حالت بارندگي كوتاه مدت و شديدبستگي دبي رواناب به شكل و خصوصيات فيزيوگرافي حوضهكاربرد رابطه Q=q.A در حوضه‌هاي مسطح روش استدلالي (rational)براي اراضي با وسعت كم (كمتر از 200 هكتار) روش شماره منحني (Curve Number)براي حوضه‌هاي بزرگ (چند هزار هكتار)

اسلاید 37: روش استدلالي (rational)فرض: شديدترين دبي از باران‌هايي حاصل مي‌شود كه مدت ريزش آنها برابر زمان تمركز حوضه باشد. علت؟زمان تمركز : زماني كه طول مي‌ كشد تا دورترين قطره آب به نقطه تمركز برسد (فاصله هيدرولوژيكي نه فيزيكي) Qp=C I A/360Qp= peak discharge (m3.sec-1) I= rainfall rate (mm.hr-1) C= discharge coefficient (-)A= area (ha) <200 haعدم كاربرد اين روش در حوضه‌هاي بزرگ: عدم يكنواختي باران در سراسر حوضهضريب دبي (C) بستگي به نفوذپذيري خاك، پوشش گياهي و شيب دارد (8/0-1/0)

اسلاید 38: تعيين ضريب جريان فرمول استدلالي

اسلاید 39: زمان تمركز (concentration time)روش سرعت و مسافتتخمين سرعت آب با توجه به شيب و پوشش خاك، فرمول شزي يا مانينگروش كرپيچ براي اراضي به وسعت كمتر از 50 هكتارTc= concentration time (hr)L = the longest travel length (m)H= head difference (m)

اسلاید 40: سرعت آب در اراضي مختلف

اسلاید 41: گراف شماره منحني براي تبديل بارندگي به رواناب

اسلاید 42: شرايط روكش شده (آسفالت) S= 0 CN= 100اراضي مسطح با نفوذپذيري بسيار S=  CN= 0

اسلاید 43:

اسلاید 44: روش ساده براي تعيين شماره منحني (CN)عامل شيب زمين در روش شماره منحني لحاظ نشده است.اين روش را ميتوان براي شرايط با شيب كمتر از 5% مناسب دانست.

اسلاید 45:

اسلاید 46: روش شماره منحنيمثال: مدت بارندگي 2 ساعت دوره برگشت 10 سال شدت بارندگي mm/h53

اسلاید 47: ضريب كاهش سطحعدم يكنواختي بارندگي در حوضهكاهش شدت و مقدار بارندگي با افزايش سطح حوضهكاهش ضريب زهكشي q (Q=q.A)استفاده از ضريب كاهش سطح (a)Q=q.Aa مساحت حوضه بيشتر از 100 هكتاراعمال ضريب كاهش بر روي سطح به جاي ضريب زهكشي

اسلاید 48: رابطه Cypress Creekبراي حوضه‌هاي كمتر از 5000 هكتارشيب كمتر از 5/0 درصدباران طرح در اراضي كشاورزي: باران‌هاي 48 ساعته با دوره بازگشت 2 تا 5 سالهمثال: باران طرح= 100 ميليمترCN=90مقدار آب مازاد= 75 ميلي‌متر (3 اينچ)Rc=3/48= 0.06 in/hrq=17.3 qusec/sq mile

اسلاید 49: خصوصيات هيدروگراف در حوضه‌هاي شهري و كشاورزي

اسلاید 50: Thanx