ارزیابی آزمایشگاهی و صحرایی خصوصیات هیدرولیکی فناوری بتن پارچه‌ای؛ پوششی برای کانال‌های آبیاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

2 گروه مهندسی عمران، دانشگاه جامع امام حسین (ع) ، تهران، ایران.

10.22034/nawee.2025.564023.1182
چکیده
ارزیابی آزمایشگاهی در موسسه تحقیقات فنی و مهندسی و پایش‌ صحرایی در سه پایلوت شهرستان‌های خوسف (به‌طول 1 کیلومتر)، گرگان و قم (به‌طول 2 کیلومتر) انجام شد. در پایلوت‌های آزمایشگاه، خوسف و قم، پوشش بتن پارچه‌ای به‌صورت طولی با رول‌هایی به‌طورمتوسط 5/12متر و در گرگان، به‌صورت عرضی با رول‌های 2 متری و اتصال پیچ و مهره با فواصل 20-10 سانتی‌متری برای کانال‌های درجه 3 و 4 اجرا شدند. نتایج آزمایشگاهی نشان دادند که ضریب زبری مانینگ در بتن پارچه‌ای برابر با 01/0 است که نسبت به شاهد آزمایشگاهی از جنس آجر و سیمان با ضریب زبری 022/0 و و پوشش‌های بتنی با ضریب زبری 027/0–013/0 وضعیت مناسب‌تری داشت. مقادیر سرعت برشی و تنش برشی به‌ترتیب برابر با 032/0 متر بر ثانیه و 06/1 نیوتن بر متر مربع برآورد شد. که به‌ترتیب 54% و 11% نسبت به شاهد کمتر بود. میزان نشت در شرایط آزمایشگاهی، حدود 29/1 لیتر در مترمربع در روز برآورد شد، که به‌میزان %96 از پوشش‌های متداول نظیر بتن و سنگ کمتر بود. در پایلوت‌های صحرایی، میانگین نشت در روش اجرای طولی حدود ۲۱ درصد کمتر از اجرای عرضی بود که نشان‌دهنده اثربخشی بیشتر این روش در کاهش نشت است. همچنین، نتایج نشان دادند که میزان ضریب زبری و نشت در کانال‌های با پوشش بتن پارچه‌ای به‌ترتیب حدود ۳۵ و ۵۸ درصد کمتر از بتن سنتی موجود در مناطق مورد پایش بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Laboratory and Field Evaluation of Hydraulic Properties of Concrete Canvas Technology; A Lining for Irrigation Canals

نویسندگان English

ALi Mokhtaran 1
Farshid Taran 1
Reza Ghaffarpour 2
Mohammad Fayyaz 2
Mohammad-Mehdi Kermaninejad 2
1 Agricultural Engineering Research Institute (AERI); Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO); Karaj.
2 Department of Civil Engineering; Imam Hussein Comprehensive University; Tehran; Iran.
چکیده English

Laboratory evaluation was carried out at the Agricultural Engineering Research Institute (AERI), and field monitoring was conducted in three pilot sites: Khusf (1 km length), Gorgan and Qom (2 km length). In the laboratory, Khusf and Qom pilots, the concrete canvas lining was installed longitudinally with rolls averaging 12.5 m, while in Gorgan it was installed transversely with 2 m rolls, joined by bolts and nuts at 10-20 cm intervals for grade 3 and 4 canals. The laboratory results showed that Manning’s roughness coefficient for the concrete canvas was 0.01, which was more favorable compared to the brick-and-cement control (0.022) and conventional concrete linings (0.013–0.027). The values of shear velocity and shear stress were estimated at 0.032 m/s and 1.06 N/m2, respectively, which were 54% and 11% lower than the control. Seepage under laboratory conditions was estimated at about 1.29 lit/m2/day, which was 96% lower than conventional linings such as concrete and stone. In the field pilots, average seepage in the longitudinal installation method was about 21% lower than in the transverse method, indicating greater effectiveness of the longitudinal approach in reducing seepage. The results also showed that roughness coefficient and seepage in canals lined with concrete canvas were approximately 35% and 58% lower, respectively, than those of conventional concrete in the monitored areas.

کلیدواژه‌ها English

Roughness coefficient
Seepage
Shear stress
Shear velocity
Simulation
اخوان، کرامت.، خیری قوجه‌بیگلو، میلاد.، مردپور، مجید.، کلاته، فرهود (1403). تحلیل صحرایی عملکرد لایه‌های ژئوممبران در کاهش نشت آب از کانال‌های شبکه آبیاری مغان. تحقیقات مهندسی سازه‌های آبیاری و زهکشی، 25 (94)، 69-82. https://doi.org/10.22092/idser.2024.366199.1582
اسلامی، امیر (1395). ابزار اندازه‌گیری آب آبیاری در روش‌های آبیاری سطحی. نشریه فنی شماره 44. وزارت جهاد کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان فارس.
بختیاری، مرتضی.، حیدری، مجید.، ظهیری، جواد (1402). بهبود مشخصات مکانیکی خاک کانال‌های انتقال شبکه دشت آزادگان بر اساس کانی‌شناسی خاک. رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست، 2 (2)، 113-122. https://doi.org/10.22034/nawee.2023.425617.1056
برخورداری، سروش.،  هاشمی‌ شاهدانی، سید مهدی (1399). آنالیز و تعیین میزان تراوش در کانال خاکی آبیاری با استفاده از مدل عددی؛ مطالعه موردی: کانال اصلی شبکه آبیاری دشت مغان. تحقیقات مهندسی سازه‌های آبیاری و زهکشی، 3 (21)، 19-36. https://doi.org/10.22092/idser.2020.128102.1409
بهراملو، رضا (1390). ارزیابی تلفات نشت در کانال‌های آبیاری با پوشش سنگی در مناطق سردسیر و تاثیر آن بر ذخایر منابع آب (مطالعه موردی در استان همدان). پژوهش آب ایران، 5 (2)، 141-150.
بهراملو، رضا.، عباسی، نادر.، مامن‌پوش، علیرضا.، اخوان، کرامت.،  ریاحی، حمید (1396). ارزیابی راندمان انتقال و تلفات آب در کانال‌های انتقال آب با پوشش ژئوممبران HDPE در شبکه‌های آبیاری زاینده‌رود، مغان و کرمان. تحقیقات آب و خاک ایران، 48 (4)، 725-735. https://doi.org/10.22059/ijswr.2017.215576.667536
جاعل، آرش.، فتحی‌مقدم، منوچهر.، بینا، محمود.،  قمشی، مهدی (1389). اندازه‌گیری نیروی برشی در کانال ذوزنقه‌ای صاف. همایش علمی چالش آب در استان قم، قم.
حسینی، محمود.،  ابریشمی، جلیل (1403). هیدرولیک کانال‌های باز. چاپ سی و سوم. مشهد: انتشارات دانشگاه امام رضا.
راهنمای تعیین ضریب زبری هیدرولیکی رودخانه‌ها. ضابطه شماره 68. 1394. سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور.
فتحی‌مقدم، منوچهر.، لشکرآرا، بابک.،  جاعل، آرش (1395). تعیین آزمایشگاهی تنش برشی متوسط در کانال‌های مستطیلی و ذوزنقه‌ای صاف به روش مستقیم. فصلنامه علوم و مهندسی آبیاری، 39 (4)، 35-46. https://doi.org/10.22055/jise.2016.12494
قربانی، فرهاد.، روشنفکر، علی.، فتحی‌مقدم، منوچهر.،  توکلی‌زاده، احمد علی (1385). ارزیابی پوشش‌های بتنی و ژئوسنتتیکی (ژئوممبران) در کانال‌ها. اولین همایش ملی مدیریت شبکه‌های آبیاری و زهکشی، اهواز، ایران.
ماندگاری کهن، مجتبی.، ذاکری‌نیا مهدی.،  دهقان، حسین (1402). مقایسه بهره‌وری و راندمان مصرف آب آبیاری در اراضی با شبکه آبیاری سنتی تحت مدیریت میراب و اراضی یکپارچه و نوسازی شده. رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست، 2 (2)، 184-202. https://doi.org/10.22034/nawee.2024.431235.1058
مومن‌زاده، محسن.،  شاهرخ‌نیا، محمد علی (1397). تاثیر پوشش کانال بر میزان نشت آب در کانال‌های آبیاری دشت کازرون با دو روش اندازهگیری مستقیم. نشریه مدیریت آب در کشاورزی، 5 (2)، 43-52. https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.24764531.1397.5.2.6.1
ناصری، ابوالفضل (1395). تحلیل آماری ضریب زبری مانینگ درکانال‌های خاکی بدون پوشش گیاهی در شبکه آبیاری و زهکشی مغان. آب و خاک، 36 (6)، 1808-1819. https://doi.org/10.22067/jsw.v30i6.41146
ناصری، ابوالفضل (1398). ضریب زبری مانینگ در کانال‌های آبیاری و زهکشی با پوشش گیاهی پنجه مرغی (Cynodon dactylon). مدیریت آب در کشاورزی، 6 (1)، 105-112.
 
References
Abdrazakov, F., Rukavishnikov, A., Miheeva, O., Logashov, D., Churkina, C., Yarmashevich, M., 2020. Construction and repair of irrigation canals based on converged technologies. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 883, 012209. https://doi.org/10.1088/1757-899X/883/1/012209
Akhavan, K., Kheiry Goje-biglo, M., Mardpour, M., Kalateh, F., 2024. Field evaluating the efficacy of geomembrane covers in mitigating water leakage in Moghan irrigation network channels. Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, 25 (94), 69-82. https://doi.org/10.22092/idser.2024.366199.1582 (In Persian)
Alchesti, V.L.F., Benigno, T.A.P., Ruben, M.G., 2023. Application of concrete blanket to optimize channel construction processes. 21st LACCEI International Multi-Conference for Engineering, Education, and Technology, Buenos Aires, Argentina.
Bagherimiyab, F., Lemmin, U., 2013. Shear velocity estimates in rough-bed open-channel flow. Earth Surface Processes and Landforms, 38 (15), 1714-1724. https://doi.org/10.1002/esp.3421
Baharanloo, R., 2011. Evaluation of seepage losses in stone-covered irrigation canals in cold regions and its impact on water resource reserves (Case study in Hamadan Province). Iranian Water Research Journal, 5 (2), 141-150. (In Persian)
Bahramloo, R., Abbasi, N., Mamanposh, A., Akhavan, K., Riahi, H., 2017. Evaluation of conveyance efficiency and water seepage loss in irrigation canals with HDPE geomembrane lining in plains of Zaiandeh-rood, Moghan and Kerman. Iranian Journal of Soil and Water Research, 48 (4), 725-735. https://doi.org/10.22059/ijswr.2017.215576.667536 (In Persian)
Bakhtiari, M., Heidari, M., Zahiri, J., 2024. Improving the mechanical properties of the soil of Azadegan plain transmission channels based on soil mineralogy. Journal of New Approaches in Water Engineering and Environment, 2 (2), 113-122. https://doi.org/10.22034/nawee.2023.425617.1056 (In Persian)
Barkhordari, S., Hashemy-Shahdany, S.M., 2022. A systematic approach for estimating water losses in irrigation canals. Water Science and Engineering, 15 (2), 161-169. https://doi.org/10.1016/j.wse.2022.02.004
Barkhordari, S., Hashemy-Shahdany, S.M., 2020. Analysis and determine of seepage rate in irrigation earthen canal using numerical model (Case study: main canal of Moghan Plain irrigation network). Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, 21 (80), 19-36. https://doi.org/10.22092/idser.2020.128102.1409 (In Persian)
Bockelmann-Evans, B., Mhashhash, A., Pan, S., 2018. A new settling velocity equation for cohesive sediment based on experimental analysis. Journal of Ecohydraulics, 3 (2), 134-145. https://doi.org/10.1080/24705357.2018.1457987
Byers, J.G., 1980. Treatment of expansive clay canal lining. In Proceedings of the Symposium on Design, Construction, and Rehabilitation of Hydraulic Structures (pp. 401–420). American Society of Civil Engineers
Chow, V.T., 1959. Open-channel hydraulics. New York: McGraw-Hill.
Eslami, A., 2016. Water Measurement Instrument for Surface Irrigation Methods. Technical Publication No. 44. Ministry of Agriculture, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Fars Agricultural and Natural Resources Research and Education Center. (In Persian)
Fathi-Moghadam, M., Lashkarara, B., Jael, A., 2016. Laboratory determination of average shear stress in smooth rectangular and trapezoidal open channels by direct method. Irrigation Sciences and Engineering, 39 (4), 35-46. https://doi.org/10.22055/jise.2016.12494 (In Persian)
Ghorbani, F., Roshanfekr, A., Fathimoghaddam, M., Tavakolizadeh, A.A., 2006. Evaluation of concrete and geosynthetic (geomembrane) linings in canals. The First National Conference on Irrigation and Drainage Networks Management, Ahwaz, Iran. (In Persian)
Ghotane, Y., Deshmukh, S., Dhage, R., Singh, S., Kohale, A., 2020. Analysis of canvas concrete for canal lining over conventional techniques. Bulletin Monumental, 21 (5), 69-76. https://doi.org/10.37896/BMJ21.01/2509
Guidelines for Determining the Hydraulic Roughness Coefficient of Rivers. Regulation No. 68. 2015. Iranian Management and Planning Organization.
Hajialilue-Bonab, M., Sarand, F.B., Farrin, M., 2012. Numerical Study of Canal Lining Behavior in Expansive Soil. Springer, Berlin, Heidelberg.
Hosseini, M., Ebrishami, J., 2024. Open Channel Hydraulics. 33rd Edition. Imam Reza University Press. (In Persian)
Jael, A., Fathi-Moghaddam, M., Bina, M., Qomshi, M., 2010. Measurement of shear force in smooth trapezoidal channels. Scientific Conference on Water Challenges in Qom Province, Qom. (In Persian)
Jun., Zh., Wei, X., Xingzhong, W., Peiwei, G., Zhihua, Y., Lihai, S., Jiang, W., 2020. Application and research status of concrete canvas and its application prospect in emergency engineering. Journal of Engineered Fibers and Fabrics, 15 (1), 1-11. https://doi.org/10.1177/1558925020975759
Khadka, D.B., 2018. Experimental study of hydraulic parameters and shear stress in rectangular open-channel flume. International Journal of Science and Research, 8 (11), 857-864. https://dx.doi.org/10.21275/ART20202751
Lund, A.A.R., Gates, T.K., Scalia IV, J., 2023. Characterization and control of irrigation canal seepage losses: A review and perspective focused on field data. Agricultural Water Management, 289, 108516. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2023.108516
Mandegari Kohan, M., Zakerinia, M., Dehghan, H., 2024. Comparison of productivity and efficiency of irrigation water consumption in lands with traditional network under Mirab management and integrated and renovated lands. Journal of New Approaches in Water Engineering and Environment, 2 (2), 184-202. https://doi.org/10.22034/nawee.2024.431235.1058 (In Persian)
Momenzadeh, M., Shahrokhnia M.A., 2019. Influence of canal lining on water seepage in Kazerun irrigation canals using two direct measurement methods. Water Management in Agriculture, 5 (2), 43-52. https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.24764531.1397.5.2.6.1 (In Persian)
Morgado, F., Lopes, G.J., de Brito, J., Feiteira, J., 2012. Portuguese Irrigation Canals: Lining Solutions, Anomalies, and Rehabilitation. Journal of Performance of Constructed Facilities, 26 (4), 507-515. https://doi.org/10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000230
Nasseri, A., 2017. Statistical analysis of manning's roughness coefficients in non-vegetated canals for irrigation and drainage network of Moghan. Water and Soil, 30 (6), 1808-1819. https://doi.org/10.22067/jsw.v30i6.41146 (In Persian)
Nasseri, A., 2019. Roughness coefficients in vegetated canals by Cynodon dactyl. Water Management in Agriculture, 6 (1), 105-112.
Nayak, S., Sahoo, B.C., Mohapatra, P.K., and Pattanaik, G.P., 1996. Profit potential of lining watercourses in coastal commands of Orissa. Environment and Ecology, 14 (2), 343-345.
Nofziger, D.L., Rice, C.E., Mishu, S., 1979. The influence of canal seepage on groundwater in Lugert Lake Irrigation Area (Technical report). Oklahoma Water Resources Research Institute, Oklahoma State University.
Sarkar, S.S., Majumder, R., 1995. Geosynthetic reinforced canal systems and irrigation structures, Proceedings Water Energy, International R&D Conference, New Delhi, India.
Soong, T.Y., Koerner, R.M., 1999. Behavior of waves in high density polyethylene geomembranes: a laboratory study. Geotextiles and Geomembranes, 17 (2), 81-104. https://doi.org/10.1016/S0266-1144(98)00023-5
Swamee, P.K.,  Chahar, B.R., 2015. Minimum Water Loss Canal Section. Springer, New Delhi.
Take, W.A., Chappel, M.J., Brachman, R.W.I., Rowe, R.K., 2007. Quantifying geomembrane wrinkles using aerial photography and digital image processing. Geosynthetics International, 14 (4), 219-227. https://doi.org/10.1680/gein.2007.14.4.219
Thilahun, Y.G., 2019. Mechanical properties of 3-d spacer fabric reinforced concrete canvas and its application area. Global Scientific Journals, 7 (11), 252-285.
United States Bureau of Reclamation (USBR)., 1963. Linings for Irrigation Canals: Including a Progress Report on the Lower Cost Canal Lining Program (1st ed.). U.S. Government Printing Office.