X
تبلیغات
کشاورزی

سلام امیدوارم از این مطلب نهایت استفاده را ببرید . یادتون نره نظر بدید

مقدمه:

اساسي ترين پارامتر در مطالعه حركت آب در خاك ضريب هدايت هيدروليكي مي باشد، كه در دو حالت اشباع و غيراشباع بررسي مي گردد.

ضريب آبگذري از پارامترهاي بسيار مهم خاک مي‌باشد که در بيشتر مطالعات آبهاي زيرزميني نقش کليدي و حساس دارد. تا کنون روشهاي گوناگوني جهت اندازه‌گيري اين ضريب ارائه شده است که با توجه به اصول پايه هر روش و نحوه اندازه‌گيري، هر روش داراي ضعف و قوت متفاوتي مي‌باشد.

هدف:

تعیین ضریب ابگذری با استفاده از روش بار ثابت(Constant Head)

حرکت اب در خاک:

سیستم اب و خاک ممکن است به صورت دو جزئی و یا سه جزئی باشد. در حالت دو جزئی خاک اشباع و فاقد هوا است. بنا براین اگر در چنین شرایطی اب در خاک دارای حرکت باشد ان را حرکت در حالت اشباع گویند. در وضعیت سه فازی علاوه بر اب مقداری هوا نیز در خاک وجود دارد لذا حرکت اب در چنین خاکهایی به صورت غیر اشباع می باشد .در هر دوی این حالتها جریانی از اب مایع از لابلای ذرات خاک صورت می گیرد . با این تفاوت که در حالت اول قسمت عمده جریان از منافذ درشت عبور می کند و کمتر در برخورد و تماس با دانههای خاک قرار می گیرد. حال انکه در حالت دوم بسته به اینکه خاک تا چه اندازه غیر اشباع باشد جریان اب از منافذ ریزتر خاک عبور کرده و در نتیجه با اصطکاک بیشتری با ذرات خاک روبرو است. به همین دلیل جریان در حالت اشباع سریع و زیاد و در حالت غیر اشباع بسته به درجه خشکی خاک کند و اندک می باشد . با این وجود هم در جریان اشباع و هم در جریان غیر اشباع عامل اصلی که باعث حرکت یک مولکول اب از یک نقطه به یک نقطه دیگر می شود اختلاف پتانسیل هیدرولیکی است که بین دو نقطه ممکن است وجود داشته باشد.

علاوه بر حرکت اب مایع در خاک که به دلیل اختلاف پتانسیل هیدرولیکی صورت می گیرد اب می تواند به صورت بخار نیز در خاک حرکت کند .در خاکهای غیر اشباع هوای موجود در منافذ خاک محتوی مقداری  بخار اب است .مقدار بخار اب موجود در هوای خاک بستگی به رطوبت خا ک دمای خاک و فاصله تا سطح ایستابی دارد بطوریکه فشار بخار اب در نقاط  مختلف خاک به دلیل تفاوت این عوامل می تواند متفاوت باشد . اختلاف فشار بخار اب باعث می شود که ابی به صورت بخار نیز از یک نقطه به نقطه دیگر حرکت کند.حرکت بخار اب در خاک در تامین رطوبت مورد نیاز گیاهان کویری که در مناطق خشک می رویند و یا در وضعیتی که سطح اب ایستابی بالاست نقش بسزایی دارد . بنابر این با توجه به نوع حرکت اب در خاک ان را در چهار وضعیت مورد بررسی قرار می دهیم که عبارتند از:

1_حرکت اب در حالت اشباع

2_حرکت اب در حالت غیر اشباع

3_حرکت اب به صورت بخار

4_نفوذ اب به داخل خاک

هر کدام از حالتهای فوق در بخشی از روابط اب و خاک و گیاه اهمیت دارند. مثلا کاربری مورد اول بیشتر در زهکشی خاکها و مورد دوم در ابیاری است .مورد سوم در تامین رطوبت مورد نیاز گیاهان کویری و یا تامین اب از سطح ایستابی و مورد چهارم اساس تامین رطوبت خاک از طریق ابیاری است .در واقع طبقه بندی قابلیت اراضی گشاورزی با توانایی انها در نفوذ دادن اب به داخل خاک سنجیده می شود.

حرکت اب در حالت اشباع:

برای توصیف حرکت اب در خاک در وضعیت اشباع از چند مدل ساده فیزیکی استفاده می کنیم.ستونی استوانهای از خاک را که سطح مقطع ان Aباشد در نظر می گیریم و سمت چپ ان را به ظرفی که سطح ثابت اب در ان به اندازهh1بالاتر از محور استوانه (که به عنوان سطح مقایسه در نظر گرفته ایم) واقع شده است متصل می کنیم. مشاهده خواهد شد که اب از سمت چپ وارد استوانه شده و از سمت راست خارج می شود.چنانچه با یک ظرف مدرج حجم اب خروجی از خا(V)را اندازه بگیریم ملاحظه می کنیم که حجم ابی که در زمان(T)از سطح مقطع استوانه(A)عبور می کند متناسب با (h1) است .یعنی اگر h1 دو برابر شود حجم اب عبوری در واحد زمان در سطح مقطع نیز دو برابر خواهد شد.

حال اگر به جای اینکه اب از سمت راست وارد فضای ازاد گردد از قسمت پایین به ظرفی متصل شود سطح ثابت اب در ان به اندازه h2بالاتر از محور استوانه قرار گرفته باشد ملاحظه می کنیم که حجم اب عبوری در واحد زمان از واحد سطح مقطع این بار بجای h1 به اختلاف رh1و h2بستگی دارد. بطوریکه اگرh1-h2=0 باشد جریان اب قطع می شود و اگر مقدار ان افزایش یابد به همان نسبت نیز دبی خروجی افزوده می شود.

در همین ازمایش بدون تغییر در طول نمونه و یا اختلاف فشار در دو سر نمونه اگر نوع خاک را عوض کنیم ملاحظه می شود که مقدار دبی عبوری تغییر می کند. یعنی دبی به یک عامل دیگر نیز بستگی دارد و ان نوع خاک است . تاثیر نوع خاک را با عاملی به نام ضریب هدایت هیدرولیکی نشان می دهیم که با علامت Kمشخص می گردد.

ضریب هدایت هیدرولیکی بستگی به دو عامل دارد . این دو عامل عبارتند از نفوذ پذیری ذاتی خاک که با علامت k نشان داده می شود و دیگری سیالیت اب که با علامت f مشخص می گردد. بنابر این:K=k.f  

حرکت اب در حالت غیر اشباع:

اگر ازمایش قبل را با همان نمونه خاک و دستگاه اندازه گیری انجام دهیم و فقط بجای این که سطح مخزن اب در بالای نمونه قرار گیرد در زیر محور استوانه تعبیه شود وضعیت غیر اشباع را در خاک بوجود اورده ایم در این وضعیت مشاهده می کنیم که به وجودی که اب در خاک تحت فشار منفی و در حالت غیر اشباع می باشد جریان اب از داخل نمونه صورت می گیرد.

برای اینکه بین K  در حالت اشباع و غیر اشباع تفاوت قائل شویم ضریب هدایت را در حالت غیر اشباع ضریب هدایت موئینگی می نامیم زیرا در این حالت اب بیشتر از منافذ موئینه خاک عبور می کند.

حرکت اب در حالت بخار:

چنانچه پتانسیل اب در خاک از 15 اتمسفر فراتر رود پیوستگی مولکول های اب از بین رفته و اب تنها به صورت بخار می تواند حرکت کند. گرچه حرکت اب به صورت بخار بسیار کند است اما مقدار ان به مراتب بیشتر از چیزی است که محاسبات تئوری نشان می دهد. حرکت بخار اب ممکن است یا  در اثر پخشیدگی بخار اب صورت گیرد یا در اثر جریان توده ای که بدلیل اختلاف فشار بخار اب انجام می شود باشد. از دیگر عواملی که به صورت غیر مستقیم در این امر دخالت دارد شیب دما در داخل خاک است .در طبیعت نوسانات دمای سطح خاک بسیار زیاد است . دمای لایه سطحی خاک در تابستان زیاد و در زمستان کم است در حالیکه تغییرات دما در اعماق خاک بمراتب کمتر از سطح ان است. به همین دلیل جریانی از حرکت اب بصورت بخار از اعماق به طرف بالا در تابستان و از سطح خاک به طرف اعماق در زمستان برقرار می شود.حرکت تابستانه بخار از پایین به بالا و متراکم شدن بخار در شب ها باعث می شود که اب مورد نیاز گیاهان تا اندازه ای تامین گردد.در پاره ای مناطق کویری تنها منبع اب مورد نیاز گیاهان صعود بخار اب از لایه های عمیق خاک می باشد.در هر حال نظر به اینکه مقدار صعود بخار اب در مقایسه با نیاز ابی گیاهان زراعی اندک است در بر نامه ریزی های کشاورزی به مسئله تامین اب از طریق بخار توجه چندانی نمی شودمگر اینکه سطح ایستابی در عمق کمی از سطح زمین استقرار داشته باشدکه در این صورت صعود اب به صورت بخار خواهد توانست نیاز ابی گیاه را تامین نماید.

در انجام از مایشات ما به دو طریق می توانیم عمل کنیم :1_ روش مزرعه ای   2_روش ازمایشگاهی

که در ازمایش  تعیین ضریب ابگذری روش های مزرعه ای شامل: چاهک _ چاهک معکوس _ استوانه های مضاعف و روش های از مایشگاهی شامل: بار ثابت_ بار افتان و پر ما متر گلف می باشند.

 اندازه گیری ضریب آبگذری به روش چاهك وارونه يا چاهك معكوس:       

آزمايش چاهك وارونه دربالاي سطح ايستابي انجام ميشودودرمنابع فرانسوي بنام پورشه وكسلر معروف است درمناطقي كه سطح آب زيرزميني پايين است اين شيوه بكار مي رود براي تعيين ضريب آبگذري اشباع Ks شامل حفرچاهك دريك عمق معين وپركردن آن به وسيله آب تاعمق موردنظرواندازه گيري ميزان نفوذ آب مي باشد. اين روش درمقايسه باروشهاي ديگرازسادگي خاصي برخورداراست ولي تجربيات نشان ميدهدكه اين روش ازدقت بالايي برخوردارنمي باشد امابعلت سادگي وهمچنين طمان كوتاه جهت انجام آزمايش ، استفاده ازآن بسيارمعمول است . چنانچه دقت مطلوبي درآزمايشات مورد نظر باشداستفاده از روش فوق توصيه نمي شودولااقل به همراه روشهاي ديگردرشرايط مشابه توصيه مي شود.

وسايل مورد نياز : آگر، شناور، متر، سه پايه (سطح مبناء) ، لوله مشبك واسكراچر مي باشد.

شرح آزمايش : ابتدا درنقطه مورد نظربراي آزمايش چاهكي به قطر10 الي 15 س م و به عمق 2مترحفرمي نماييم ودرصورت تراكم ديواره چاهك با خراش دهنده آن را رفع ميكنيم. چنانچه ديواره چاهك داراي بافتي سست وپايدارنبوده واحتمال ريزش داشته باشد، دراين صورت لوله مشبك درآن نصب مي نماييم . سپس با ريختن آب به داخل چاهك آنرابحداشباع ميرسانيم. پس ازاشباع، چاهك آماده آزمايش مي باشد. ابتدابه عمق يك مترآن راازآب پرنموده وسپس با استفاده از يك شناوروميله مدرج ( مترتاشو ) وشه پايه مخصوص ( سطح مبناء) يا مسيله مناسب ديگر افت سطح آب رادرچاهك درمقابل زمان اندازه گيري مي نماييم .

محاسبات : پس از برداشت آمارازرابطه ذيل جهت محاسبه ضريب آبگذري يا هدايت هيدروليكي خاك استفاده مي نماييم :

در رابطه فوق K ضريب آبگذري، برحسب س م / ث

hti عمق سطح اوليه آب تا كف چاهك برحسب س م

htx عمق سطح آب درزمان tx  تا كف چاهك برحسب س م

r شعاع چاهك برحسب س م

 شيب خط تغييرات عمق آب برحسب زمان .

چنانچه مقدار   درمقابل زمان روي كاغذلگاريتمي رسم گردد خط مستقيمي كه شيب آب برابر   مي باشد، بدست مي آيد.

اندازه گیری ضریب ابگذری به روش بار ثابت:

در روش بار ثابت نمونه ای از خاک به طول L  و سطح مقطع A انتخاب و اب از یک طرف وارد و از طرف دیگر نمونه خارج می شود در این روش ازمایش طوری تنظیم می شود که اختلاف سطح اب در دو قسمت ورودی و خروجی (h) همواره ثابت باقی بماند. چنانچه در مدت t حجمی از اب به اندازه v از نمونه خارج شود با استفاده از معادله دارسی ضریب هدایت هیدرولیکی از فرمول زیر محاسبه می شود:    K=VL/hAt      این روش جهت اندازه گیری هدایت هیدرولیکی خاکهای سبک به کار می رود.

اندازه گیری ضریب ابگذری به روش با افتان:

در این روش جریان ورودی اب به داخل نمونه از یک لوله باریک پر از اب تامین شده و اب از طرف دیگر نمونه خارج می گردد. چنانچه سطح مقطع لوله لب ورودی a و در مدت t سطح اب در این لوله از h0 بهh  پایین افتاده باشد ضریب هدایت هیدرولیکی از فرمول زیر قابل محاسبه است:

K=2.3a L /A t log h0/ h

در این فرمول Aسطح مقطع نمونه و واحد به دست امده برای K بستگی به انتخاب واحدهای مربوط به سطح مقطع –طول نمونه و زمان اندازهگیری دارد. از این روش در مواردی که هدایت هیدرولیکی خاک کم است (خاک سنگین) استفاده می شود.

وضع قرار گرفتن ذرات خاک در لایه های خاک باعث می شود که ضریب هدایت هیدرولیکی در تمام جهات یکسان نباشد یعنی سرعت اب به ازای شیب هیدرولیکی معین در جهات افقی و عمودی یکسان نیست.چنین خاک هایی را غیر همروند گویند و اگر هدایت هیدرولیکی در همه جها ت یکسان باشد انها را همروند می نامند. از نظر سادگی عمل مواد تشکیل دهنده لایه های خاک معمولا همروند فرض می شوند اما در اصل به ندرت با مواد متجانس و یکنواخت سرو کار داریم زیرا این مواد که به تدریج و در طی دورانهای طولانی انباشته شده اند ممکن است از ذرات متفاوتی تشکیل شده باشند و هر لایه از نظر ضریب نفوذ پذیری با لایه دیگر متفاوت باشد.در این صورت ضریبی که به عنوان متوسط هدایت هیدرولیکی خاک به کار می رود بسته به اینکه اب به صورت افقی یا عمودی در حرکت باشد متفاوت خواهد بود.

برای بدست اوردن ضریب هدایت هیدرولیکی بخصوص در خاکهای ماسهای هیزن(Hazen) رابطه بسیار ساده و کاربردی (به توان2)  K= C (d10) را پیشنهاد نمود که می تواند برای تخمین های اولیه مورد استفاده قرار گیرد. این رابطه بر اساس مشاهدات هیزن روی ماسه های شسته شده و تمیز بدست امده و وجود رس و لای در خاک باعث می شود که ضریب بدست امده با این فرمول تا اندازهای با واقعیت مطابقت نداشته باشد.

وسایل موردنیاز جهت انجام ازمایش:

یک نمونه افقی خاک که ارتفاع ثابتی اب در پشت ان قرار دارد _کرنومتر_بشر_خط کش

روش کار:

ابتدا یک نمونه خاک به طول L و سطح مقطع A تهیه میکنیم و جریان اب را طوری تنظیم می کنیم که اختلاف سطح اب در دو قسمت ورودی و خروجی (h) همواره ثابت باقی بماند. و اب در بالای نمونه باشد .در این نمونه اب از یک طرف وارد و از طرف دیگر خارج می شود.که ما می توانیم با استفاده از این نمونه ضریب ابگذری به روش بار ثابت را بدست اوریم بدین طریق که:ابتدا جریان اب را برقرار کرده و در حالیکه یک نفر از افراد گروه کرنومتر را در دست دارد فرد دیگری همزمان با شروع شمارش کرنومتر بشری را در زیر اب خروجی می گیرد و پس از مدت زمان t که در اینجا 2 min در نظر گرفته شده بشر را  که اب خروجی در ان جمع شده بلا فاصله از زیر اب خارج میکند سپس بشر را بر روی یک سطح صاف گذاشته و حجم اب خروجی را می خوانیم . سپس با کمک خط کش فاصله بین دو نقطه روی استوانه نمونه خاک و ارتفاع اب در لوله ها را اندازه گیری می کنیم. شعاع در این نمونه 5است که بااستفاده از ان و سایر اطلاعات می توانیم سطح مقطع و در نتیجه با استفاده از معادله دارسی ضریب ابگذری را بدست اوریم.

اطلاعات و ارقام:

V=275CC    *       t=2min     *     L=15 cm   *                                               *   r(2)ח      A=   

h1 = 4.5       *        h2 =5.5      è            h2-h1=5.5-4.5=1                                           

محاسبات:

K=V L/h1-h2 At                                                                                                      

 

 

منابع خطا:

1_خارج شدن اب در بالای محل ورودی اب

2_تاخیر بین زمان شروع کرنومتر و جمع اوری اب خروجی

3_تاخیر در زمان که ممکن است بیشتر یا کمتر از 2min شود.

پیشنهاد برای بهبود کار:

1_برطرف کردن علت نقص خروج اب ورودی قبل از وارد شدن به نمونه خاک

2_هماهنگی زمان شروع کرنومتر و جمع اوری اب خروجی

3_دقت در زمان کرنومتر تا کمتر یا بیشتر نشود.

 

[ یکشنبه بیست و چهارم آذر 1387 ] [ 0:10 ] [ تینا ]
درباره وبلاگ

ای کاش می شد فهمید در دل آسمان چه می گذرد
که امشب با ناله ای بغض آلود
بر دیار این دل خسته
اشک می ریزد
امکانات وب