لوله های زهکشی و آزمایشات آن

لوله های زهکشی

1- تنبوشه هاي رسي يا لوله هاي سفالي : اين لوله ها داراي اندازه هايمختلفي هستند . معمولا طول آنها بين 30 تا 50 س م ميباشند . تنبوشه هايرسي معمولا ازخاك رس ساخته شده ومعمولا مقطع آنهابشكل چندضلعي ويابيضويويا دايره اي بوده وقطرآنهاممكن است 5 ، 6.5 ، 8 ، 10 ويا 20 س م باشددرنوع مقطع دايره اي شكل معمولا يك طرف لوله حالت جمع شدگي يا تنگتر و طرفديگركمي بازترياگشادتردرنظر گرفته ميشود ويا مقطع بطورساده يا بوسيلهنروماده پهلوي همديگرچيده وباهم ممذوج ميشوند . اين لوله هاتوسط ماشين يابادست دنبال هم دركانال حفرشده كارگذاري ميشوندوآب ازمحل اتصال آنهاواردلوله ميشود . چون لوله هادرهنگام كارگذاشتن بخوبي آببندي نميشوند ،لذادرمحل اتصال آنهافضاي كافي براي عبورآب وجودخواهدداشت . لوله هاي سفاليدربرابراسيد وسولفاتهاي خاك بسيارمقاوم بوده ودرخاك ازبين نميرود .

2- تنبوشه هاي سيماني يا لوله هاي بتني : درصورتي كه تنبوشه هاي سفاليدردسترس نباشدازاين لوله ها كه باقطرمتوسط يا بزرگ كه درحدود 15 الي 40 سم وطول آنهابين 30 تا 50 س م ميباشند، استفاده ميشوند. بزرگترين نقطه ضعفاين تنبوشه ها تاثيرسوء اسيدوسولفات خاك برروي آن است كه منجربه خورده شدنآن ميشودوبدين جهت بايستي ازسيمان ضدسولفات درساختن آنها استفاده نمود .دراين لوله ها نيزآب از محل اتصال دولوله وارد زهكش ميشود. گاهي بدنه لولهداراي سوراخ هايي است كه جريان آب راتسهيل ميكندولي پس از چندي ذرات خاكاين سوراخهارا مسدودميسازند .

3- لوله هاي پلاستيكي : اين لوله ها ازجنس P.E ( پلي اتيلن ) ويا P.V.C (پلي وينيل كلرايد ) ساخته ميشوند كه نوع P.V.C بيشتر رايج است . يكي ازمعايب مهم اينگونه لوله ها شكنندگي آنها دراثرفشارو ترك خوردن درهنگاميخبندان است . بيشترلوله هاي پلاستيكي بصورت موجدارساخته ميشوند اينامرمقاومت بيشتري به لوله ها ميدهدتافشارهاي زيادتري را تحمل نمايد وليوجودلوله هاي موجداراصطكاك زيادتري را درمقابل حركت آب ايجاد مينمايد .لوله هاي موجدارپلاستيكي معمولا با قطر خارجي ( OD ) 40 ، 50 ، 65 ، 80 ،100 ، 1250 ، 160 و1200 م م ساخته ميشوند . خطرداخلي ( ID ) آنها حدودا0.9 قطرخارجي ميباشد ( ID=0.9 x OD ) توصيه ميشود براي كولكتورها بجاياستفاده از لوله هاي پلاستيكي قطور از لوله هاي بتني استفاده شود . لولههاي پلاستيكي بصورت مشبك يا سوراخ دارساخته ميشوند تا آب بتوانداز سوراخهاي آنها واردلوله شود . اين منافذها، درز و يا شكافهاي ساده اي هستندكهبعرض 0.6 تا 2 م م وبطول 5 م م درداخل شيار ( موج ) لوله ايجادشده اند.بطوركلي تعدادوسطح مقطع درزها بايدطوري باشندكه مساحت سوراخها درهرمترطوللوله حداقل 800 م م مربع باشد . لوله هاي پلاستيكي بصورت صاف و يا موجداربه بازارعرضه ميشود. نوع موجدارعلاوه برسبكي وزن بصورت چنبره يا كلاف درميآيد وبرنوع صاف ارجحيت داردوبعلت وجودبرآمدگي ياموجداربودن قسمت داخليلوله ها، مقاومت دربرابرجريان، قابل توجه بوده وبراي انتقال مقدارثابتي ازجريان قطر اين لوله هابايد25% بيشتر از قطرلوله هاي صاف باشد .

4- لوله هاي فلزي يا آهني : درفعاليتهاي زهكشي ازلوله هاي فلزي درموارد زيراستفاده ميشود :
الف : بصورت آخرين قطعه دريك خط تنبوشه سفالي يا پلاستيكي

ب : درمواردي كه سايرانواع تنبوشه قادربه تحمل بارخاك روئي نيست .

ج : هنگام عبوراز زيرجاده هاي مزرعه

د : براي نصب درقسمتهايي از خاك كه شن روانم وجود داشته ويك لوله بلندويكپارچه پروري است .

معمولا به دليل رسوب سيلت وموادديگردرداخل لوله ها توصيه ميشود قطرآنهابزرگترانتخاب شوند تا از نظركشش آب دراينده اشكالي بوجود نيايد.

درمورد گرفتگي لوله هاي زهكش نتايج حاصله ازپژوهشهاي مربوطه عبارتست از :

ذرات خاك ميتواننداز بالا و پائين تنبوشه ها همراه آب وارد آن شوند .

شستشو و انتقال ذرات بيشتردرخاكهاي ناپايدار مثلا شني صورت ميگيرد .

درمورد شدت ته نشيني ذرات منتقله نمي توان رقم قطعي ارائه داد مثلا تنبوشههاي كه درخاكهاي رسي كارگذاشته شده است پس از 30 سال فقط چندميلي متررسوبداشته است درصورتي كه همين تنبوشه ها درخاكهاي شني پس از چند ماه ممكن استتا نيمه پرشوند. آنچه مسلم است بخش اعظم انتقال ذرات خاك بلا فاصله پس ازتعبيه سيستم زهكشي صورت ميگيردوپس از آن خاك تاحدي پايدارشده ورسوبات كاهشمي يابد . براي جلوگيري از گرفتگي لوله ها بهتر است با فيلترهايي انواعتنبوشه ها را بپوشانيم . براي شستشوي درون تنبوشه ها نيز سرعت آب نبايد از0.35 متردرثانيه كمترباشد وبراي رفع گرفتگي لوله ها از آب تحت فشار (فلاشينگ ) استفاده ميشود .

---

لوله های زهکشی

1- تنبوشه هاي رسي يا لوله هاي سفالي : اين لوله ها داراي اندازه هايمختلفي هستند . معمولا طول آنها بين 30 تا 50 س م ميباشند . تنبوشه هايرسي معمولا ازخاك رس ساخته شده ومعمولا مقطع آنهابشكل چندضلعي ويابيضويويا دايره اي بوده وقطرآنهاممكن است 5 ، 6.5 ، 8 ، 10 ويا 20 س م باشددرنوع مقطع دايره اي شكل معمولا يك طرف لوله حالت جمع شدگي يا تنگتر و طرفديگركمي بازترياگشادتردرنظر گرفته ميشود ويا مقطع بطورساده يا بوسيلهنروماده پهلوي همديگرچيده وباهم ممذوج ميشوند . اين لوله هاتوسط ماشين يابادست دنبال هم دركانال حفرشده كارگذاري ميشوندوآب ازمحل اتصال آنهاواردلوله ميشود . چون لوله هادرهنگام كارگذاشتن بخوبي آببندي نميشوند ،لذادرمحل اتصال آنهافضاي كافي براي عبورآب وجودخواهدداشت . لوله هاي سفاليدربرابراسيد وسولفاتهاي خاك بسيارمقاوم بوده ودرخاك ازبين نميرود .

2- تنبوشه هاي سيماني يا لوله هاي بتني : درصورتي كه تنبوشه هاي سفاليدردسترس نباشدازاين لوله ها كه باقطرمتوسط يا بزرگ كه درحدود 15 الي 40 سم وطول آنهابين 30 تا 50 س م ميباشند، استفاده ميشوند. بزرگترين نقطه ضعفاين تنبوشه ها تاثيرسوء اسيدوسولفات خاك برروي آن است كه منجربه خورده شدنآن ميشودوبدين جهت بايستي ازسيمان ضدسولفات درساختن آنها استفاده نمود .دراين لوله ها نيزآب از محل اتصال دولوله وارد زهكش ميشود. گاهي بدنه لولهداراي سوراخ هايي است كه جريان آب راتسهيل ميكندولي پس از چندي ذرات خاكاين سوراخهارا مسدودميسازند .

3- لوله هاي پلاستيكي : اين لوله ها ازجنس P.E ( پلي اتيلن ) ويا P.V.C (پلي وينيل كلرايد ) ساخته ميشوند كه نوع P.V.C بيشتر رايج است . يكي ازمعايب مهم اينگونه لوله ها شكنندگي آنها دراثرفشارو ترك خوردن درهنگاميخبندان است . بيشترلوله هاي پلاستيكي بصورت موجدارساخته ميشوند اينامرمقاومت بيشتري به لوله ها ميدهدتافشارهاي زيادتري را تحمل نمايد وليوجودلوله هاي موجداراصطكاك زيادتري را درمقابل حركت آب ايجاد مينمايد .لوله هاي موجدارپلاستيكي معمولا با قطر خارجي ( OD ) 40 ، 50 ، 65 ، 80 ،100 ، 1250 ، 160 و1200 م م ساخته ميشوند . خطرداخلي ( ID ) آنها حدودا0.9 قطرخارجي ميباشد ( ID=0.9 x OD ) توصيه ميشود براي كولكتورها بجاياستفاده از لوله هاي پلاستيكي قطور از لوله هاي بتني استفاده شود . لولههاي پلاستيكي بصورت مشبك يا سوراخ دارساخته ميشوند تا آب بتوانداز سوراخهاي آنها واردلوله شود . اين منافذها، درز و يا شكافهاي ساده اي هستندكهبعرض 0.6 تا 2 م م وبطول 5 م م درداخل شيار ( موج ) لوله ايجادشده اند.بطوركلي تعدادوسطح مقطع درزها بايدطوري باشندكه مساحت سوراخها درهرمترطوللوله حداقل 800 م م مربع باشد . لوله هاي پلاستيكي بصورت صاف و يا موجداربه بازارعرضه ميشود. نوع موجدارعلاوه برسبكي وزن بصورت چنبره يا كلاف درميآيد وبرنوع صاف ارجحيت داردوبعلت وجودبرآمدگي ياموجداربودن قسمت داخليلوله ها، مقاومت دربرابرجريان، قابل توجه بوده وبراي انتقال مقدارثابتي ازجريان قطر اين لوله هابايد25% بيشتر از قطرلوله هاي صاف باشد .

4- لوله هاي فلزي يا آهني : درفعاليتهاي زهكشي ازلوله هاي فلزي درموارد زيراستفاده ميشود :
الف : بصورت آخرين قطعه دريك خط تنبوشه سفالي يا پلاستيكي

ب : درمواردي كه سايرانواع تنبوشه قادربه تحمل بارخاك روئي نيست .

ج : هنگام عبوراز زيرجاده هاي مزرعه

د : براي نصب درقسمتهايي از خاك كه شن روانم وجود داشته ويك لوله بلندويكپارچه پروري است .

معمولا به دليل رسوب سيلت وموادديگردرداخل لوله ها توصيه ميشود قطرآنهابزرگترانتخاب شوند تا از نظركشش آب دراينده اشكالي بوجود نيايد.

درمورد گرفتگي لوله هاي زهكش نتايج حاصله ازپژوهشهاي مربوطه عبارتست از :

ذرات خاك ميتواننداز بالا و پائين تنبوشه ها همراه آب وارد آن شوند .

شستشو و انتقال ذرات بيشتردرخاكهاي ناپايدار مثلا شني صورت ميگيرد .

درمورد شدت ته نشيني ذرات منتقله نمي توان رقم قطعي ارائه داد مثلا تنبوشههاي كه درخاكهاي رسي كارگذاشته شده است پس از 30 سال فقط چندميلي متررسوبداشته است درصورتي كه همين تنبوشه ها درخاكهاي شني پس از چند ماه ممكن استتا نيمه پرشوند. آنچه مسلم است بخش اعظم انتقال ذرات خاك بلا فاصله پس ازتعبيه سيستم زهكشي صورت ميگيردوپس از آن خاك تاحدي پايدارشده ورسوبات كاهشمي يابد . براي جلوگيري از گرفتگي لوله ها بهتر است با فيلترهايي انواعتنبوشه ها را بپوشانيم . براي شستشوي درون تنبوشه ها نيز سرعت آب نبايد از0.35 متردرثانيه كمترباشد وبراي رفع گرفتگي لوله ها از آب تحت فشار (فلاشينگ ) استفاده ميشود .

رسوب تركيبات آهن : درتنبوشه ها نيزذكراين نكته ضروري است كه آهن دوظرفيتيمحلول درآب زير زميني وارد زهكشها شده ودراثرتماس با هوا به آهن سه ظرفيتيتبديل ميشودكه چون غيرمحلول است ، رسوب ميكند . براي رهايي از آن علاوهبرشستشوبا فشارميتوان از ورودهوا به تنبوشه ها جلوگيري كردتا اكسيداسيونصورت نگيرد وبراي اين كار مخرج خط زهكشي رادرزير سطح آب درنهر زهكشيقرارميدهيم وبا استفاده از كربنات كلسيم ، آهن را قبل از ورود به تنبوشهها ته نشين ميسازيم .

گراس و مكنزي مطالعات جالبي درمورد حلاليت آهن و منگنز و رسوب آن درتنبوشهها بعمل آورده وبه اين نتيجه رسيده اندكه با آب محتوي 2% گاز SO2 ميتواناين رسوبات را بحالت محلول درآورده واز تنبوشه خارج نمود . همچنينگولاتي و همكاران حركت آب و ذرات معلق درآنرا بسوي زهكش مطالعه نموده ونتيجه گرفته اند درخاكي كه قطراغلب ذرات بين 0.1 تا 0.25 م م نوسان داردامكان رسوب ذرات درتنبوشه ها ازهرخاكي بيشتر است .

جريان آب درداخل تنبوشه ها

هرفرمول زهكشي كه درمحاسبات طراحي زهكشي بكارميرود تصويرساده اي استازآنچه كه دردل خاك ميگذردودراين فرمولها چنين تصور ميشودكه اولا هرتنبوشهيك لوله زهكشي ايده آل است كه آب ميتواند ازهرنقطه واقع درپيرامون آن واردشود وثانيا هرتنبوشه زهكشي ازخاك همگن پوشانيده شده است . درمورد لولهزهكشي ميدانيم كه اين لوله داراي ديواره اي است وآب فقط از شكاف بين نقطهتماس دو تنبوشه وارد آن ميشود ودرنتيجه مقاومتهاي موجود درمقابل جريان آببيش از آن است كه فرض ميشود درثاني خط تنبوشه زهكشي معمولا دربستريازموادفيلترقرارگرفته كه ضريب آبگذري آن ازخاك مزرعه مفروض متفاوت است .عده اي عقيده دارندكه ضريب نفوذپذيري موادفيلتر آنقدرزياد است كه جبرانمقاومتهاي ورودي آب را به زهكشها ميكند ولي براي اينكه اين امرصادق باشد ،ضريب نفوذ پذيري يا آبگذري موادفيلتر بايستي 4تا7 بار بيشترازخاكمجاورباشد.درمورد مقاومتهاي ورودي جريان به تنبوشه ها نيزذكرنكات زيرضروري است .

اگر اين مقاومت خيلي زياد باشد موجب عدم موفقيت طرح زهكشي خواهدشد.

نوع تنبوشه اهميت چنداني دركاركرد سيستم زهكشي ندارد . آنچه مورد اهميت است مشخصات خاك وفيلتر اطراف تنبوشه ها و بالاخص خاك است .

اگر نصب زهكشها درشرايط رطوبتي مثلا درمواقعي كه سطح ابستابي درمجاور سطحخاك است ويابارندگي شديددرضمن پركردن گودالهاي زهكشي ، صورت گيرد ، امكانعدم موفقيت بيشتر است . خاكهايي كه پايداري آنها كم است حساسيت بيشتري دراين مورد دارند .

هرلايه ازموادفيلتر خودمقاديري آب انتقال ميدهند ودرنتيجه از مقاومتهايتنبوشه ها درمقابل ورود آب مي كاهد .بنابراين ضخامت مواد فيلتر نبايستيجزيي وغيرقابل توجه باشد.

در انتخاب نوع لوله زهكش معياراصلي مقايسه هزينه ها وموجودبودن آنها دربازار ميباشد . در اين زمينه بايد به نكات زير توجه نمود :

اگرلوله هاي زهكش درمحل موجود نباشد، ساختن لوله هاي بتني بوسيله قالب ريزي ساده ترين روش تهيه لوله است .

اگرتمام انواع لوله ها دراختيارباشد ، استفاده از لوله هاي پلاستيكيموجداردراولويت قراردارد . دليل آن سبكي و طويل بودن قطعات كه از محاسن آنبوده وعلاوه براين اگردركارگذاشتن لوله هاي پلاستيكي دقت نشود، اينامرازكارايي آن نمي كاهد زيراآب ازمحل اتصال وارد نميشود . چنانچهكارگذاشتن لوله ها با ماشين صورت گيرد، لوله هاي پلاستيكي ارجحميباشندزيراكاركردن با آنها به وسيله ماشين ساده است .

در مورد قطرهاي كمتراز 10 س م ، قيمت اين سه نموع لوله چندان متفاوت نيستولي درقطرهاي بزرگتر، لوله هاي بتوني ارزانترو لوله هاي پلاستيكي گرانترند.

پوشش دورلوله هاي زهكش

به موادي كه دورلوله هاي زهكش ريخته ميشوندفيلترگفته ميشود وداراي دووظيفه اساسي ميباشند

1- ازنظرهيدروليكي باعث تسهيل جريان آب به داخل لوله شده ودرنتيجه تلفات انرژي كاهش پيداميكند

2- ازورود ذرات معلق موجوددرآب بداخل لوله هاجلوگيري بعمل مي آورد بعبارت ديگر اين موادبعنوان صافي يا پالا ينده عمل مينمايند .

عمل نمودن پوشش بعنوان صافي دراوايل احداث زهكش بسيارمهم است ولي پس ازنشست و تثبيت خاكهاي اطراف وبالاي لوله اين تاثيرازاهميت كمتريبرخورداربوده ، مگردرموردخاكهاي ناپايدار .

موادي كه معمولا براي پوشش دورلوله استفاده ميشوندبايدداراي نفوذپذيريزيادي باشند. اين امرباعث ميشودكه اولا افت انرژي درمحل ورودآب به داخللوله كاهش يابد ودرثاني سرعت آب ( سرعت حقيقي از داخل ذرات ) كاهش يافته ،موجب ميشودكه ذرات معلق آب رسوب نموده وبه داخل راه پيداننمايند. ايندومنظورزماني حاصل ميشودكه ضخامت پوشش حداقل 5 تا 10 س م و مقدار ضريب Kآن درحدود 10 برابرضريب هدايت هيدروليكي خاك باشد . موادي كه ميتوانند ايندومنظوررا فراهم سازندعبارتنداز :

شن درشت و گراول ( سنگريزه ) -- موادآلي ( مانند شاخه و برگ و كاه و كلش) -- مواد مصنوعي ( از قبيل الياف و دانه هاي پلاستيكي ) . لازم به ذكراست كه مواد آلي دوام چنداني ندارند .

عمل نمودن پوشش بعنوان صافي درشرايطي كه امكان وارد شدن ذرات خاك به داخللوله زيادباشدبسيار حائزاهميت است زيرا اين مواد عامل اصلي مسدود شدن لولهها ميباشند . براي اين منظور اندازه منافظ فيلتر بايد به دقت تعيين گرددتا با اندازه ذررات خاك اطراف هماهمنگي فيزيكي داشته باشد. يك فيلتركاملازورودهرذره به داخل لوله جلوگيري ميكند ولي تجربه ثابت نموده است كهفيلترهايي خوب هستند كه برخي از ذرات راكه اندازه آنهاكوچك است ازخودعبوردهند . اين ذرات درآب بصورت معلق باقي مانده وهمراه جريان آبازلوله ها خارج ميگردند .

وجودفيلتردرخاكهايي كه به آساني فرسايش پيدا مي كنند الزامي است . تجربهنشان داده است كه حساسترين خاكهادراين رابطه خاكهاي شني نرم وسيلتي درشتمي باشندكه دانه بندي يكنواختي داشته ومتوسط اندازه تشكيل دهنده آنها بين20 تا 10 ميكرون است . سرعت واردشدن آب به داخل زهكش معمولا آنقدر زيادنيست كه بتواند ذرات بزرگتررا نيزوارد زهكش نمايد. درضمن ذرات كوچكتراز2ميكرون هم بذليل چسبندگي كه دارنددرمقابل جريان آب مقاومت نموده و واردزهكش نميشوند .

روش بكاربردن فيلتر

استفاده از موادي كه بعنوان فيلتر وپوشش درولوله هاي زهكش بكاربرده ميشوندبستگي به نوع موادوروش لوله گذاري داردكه بصورت زيرصورت مي گيرد :

بصورت توده اي : اين مواد بدون آنكه كوبيده شوند درترانشه و روي لولهريخته ميشوندبطوري كه 75% پوشش ايجادشود . درهنگام كارباماشين مي توانپوشش را به 100% نيزرساند ازجمله موادي كه بصورت توده اي مصرف ميشوندميتوان ازگراول و سنگريزه وپيت نام برد .

لوله هاي پوشش داده شده : معمولا بعضي ازلوله هاي پلاستيكي موجدار قبلادركارخانه بوسيله پارچه ياموادآلي و مصنوعي پوشش مي شوندكه به همان صورتدرمزرعه درزيرزمين نصب مي شوند .

بصورت نوار : دراين روش درزيريا روي لوله نواري ازموادآلي يا مصنوعيقرارداده ميشود . امروزه اين روش منسوخ شده واز همان لوله هاي از پيش پوششداده شده استفاده ميشود . بايدتوجه داشت كه بيشتر آبي كه داخل زهكش ميشود، از قسمت تحتاني زهكش ميباشد . لذاريختن فيلترمناسب درزيرلوله اهميتزيادي دارد چون خاك روي لوله نيز به اندازه كافي فشرده نميشود امكان واردشدن سيلت از قسمتهاي بالا وجوددارد لذا توصيه ميشودكه فيلتر بطوركاملدورتادورلوله را بپوشاند .

باروارد برتنبوشه

بار وارد برخط زهكشي عبارت از مجموع بارناشي ازوزن خاك روي خط زهكشوبارسطحي است . چون پس ازپوشاندن چاله زهكشي، انواع ماشين آلات درحركتخواهند بود، لذابارسطحي دراغلب موارد فقط شامل وزن و ضربات وارده ازحركتماشين آلات خواهدبود. براي محاسبه باروارده از دونوع معادله ميتواناستفاده نمود . در نوع اول ، عرض كف چاله زهكش 2تا3 برابرقطرتنبوشه يالوله بوده ودرنوع دوم ، عرض كف چاله زهكش فقط كمي بزرگترازقطرتنبوشه است .چون درمسائل زهكشي، اغلب از چاله نوع دوم استفاده ميشود ، لذا از معادلهمارستون (W=cwB2 ) استفاده ميشودكه W بارقائم واردبرمترطول برحسب كيلوگرم، w وزن هرمترمكعب خاك برحسب كيلوگرم، B عرض گودال برحسب متر و c ضريبياست كه با توجه به عوامل مختلفي درنظرگرفته ميشوند .

چون تنبوشه هايي زهكشي معمولا درعمق 1.5 متري و بيشتركارگذارده ميشوند،لذافشارحاصله ازرفت و آمدماشين آلات دراين فاصله مستهلك مي گرددوآنچه باقيمي ماند وزن خاك روي تنبوشه است كه آن هم اغلب واردقابل تحمل است .

نظارت و كنترل كاركرد زهكشها

پس از تعبيه سيستم زهكش ممكن است شرايطي پيش آيدكه حاكي از عدم موفقيتخطوط زهكشي باشد به بيان ديگر وجودآب راكددر سطح خاك و يا رطوبت بيش ازحدمطلوب درخاك نشانه اين است كه زهكشها مطابق باآنچه پيش بيني شده بودكارنمي كنند . براي رفع اين نقيصه بايستي مسيرجريان را از سطح خاكتازهكشهارا مورد مطالعه قراردهيم . بطوركلي مسيرجريان را به چهارمرحله ميتوان تقسيم نمود ./

مرحله اول- نفوذ عمودي آب درخاك تا سطح ايستابي .

مرحله دوم – حركت آب زيرزميني تا ديواره هاي گودالي كه براي كارگذاشتن تنبوشه زهكشي حفرشده است .

مرحله سوم – حركت آب ازديواره هاي گودال تادرون تنبوشه زهكش .

مرحله چهارم - حركت آب درداخل تنبوشه زهكش تا تخليه به نهرزهكش .

درهريك ازاين مراحل مقاومتهايي براي جريان آب وجوددارند كه با افت پتانسيلهمراه است . حال ميتوان با اندازه گيري پتانسيل درمرزبين دو مرحله مختلف ،افت پتانسيل را براي مرحله معيني تعيين كرد . چون مقدارجرياناززهكشهانيزقابل اندازه گيري است لذا ميتوان مرحله اي كه در آن افتپتانسيل بيش از حداست تعيين نمود .

آزمايش تخلخل موثريا آبدهي ويژه

تخلخل موثريا آبدهي ويژه نقش عمده اي درمحاسبات روابط آب و خاك بطور اعم ودر مسايل زهكشي بطور اخص ايفاء مي كند . آبدهي ويژه عبارت است از نسبتمقدار آبيكه يك خاك اشباع دراثرنيروي ثقل ازدست مي دهد به حجم كل خاك واين مقدار برحسب درصدبيان ميشود

V=VW / Vt

با بيان ساده تراختلاف بين رطوبت اشباع و رطوبتي كه درخاك ميماند مساوي آبدهي ويژه است .

براي مثال : اگر استوانه اي از خاك خشك درنظر گرفته وآن رااز آب اشباعسازيم ، كليه حجم خلل و فرج ازآب پرشده ودرذنتيجه تخلخل موثرمساوي تخلخلكل خاك ميگردد . اگر انتهاي استوانه راباز نماييم مقداري رطوبت دراثرنيرويثقل خارج گشته ومقداري آب نيزدرخاك باقي مي ماند . آبيكه ازاستوانه خارجشده است مبين آبدهي ويژه است مشروط بر اينكه سطح مقطع خاك درنظر گرفته شود.

بافت خاك يكي از عواملي است كه سبكي و سنگيني .يا ميزان تخلخل خاك راتعيين ميكند . هرچه بافت خاك درشت ترباشدآب كمتري را درخودنگه ميداردودرنتيجه آبدهي ويژه وضريب هدايت هيدروليكي آن نيز بيشتر ميشود . بطوركليبراي بافتهاي مختلف ارقام زير پيشنهاد ميشود :

جدول(1) تغييرات آبدهي ويژه با بافت خاك

ازطرفي بافت و ساختمان خاك توامانفوذپذيري خاك راكنترل ميكندو بنابراين بايستي انتظارداشت كه ضريب آبگذريشاخص و نماينده اي براي آبدهي ويژه باشدزيراخروج آب اضافي ازخاك بستگي بهضريب آبگذري دارد.

دراموركشاورزي هنگامي كه جريان آبدراثرنيروي ثقل خاتمه يابد، رطوبت خاك درحدظرفيت مزرعه خواهدبود، پس تخلخلموثريا آبدهي ويژه عبارت از تفاضل رطوبت اشباع خاك و رطوبت درحدظرفيتمزرعه خواهدبود. براي اندازه گيري تخلخل كل خاك از فرمول زير استفادهميشود :

چگالي ظاهري خاك * رطوبت وزني = رطوبت حجمي

رطوبت حجمي F.C – رطوبت حجمي خاك اشباع = = تخلخل موثر

A_{s =} M_s / V_t

كه بين 1.1 تا 1.8 گرم بر سانتي مترمكعب است .

تخلخل موثربا ضريب آبگذري رابطه دارد ومعمولا با داشتن K مي توان را بدست آورد وبا استفاده از منحني واگراف ، با داشتن مقدار K ميتوان به تخلخل موثر پي برد .

روشهاي اندازه گيري تخلخل موثر :

به دو روش اين اندازه گيري صورت ميگيرد

الف )) روش مستقيم با مزرعه اي يا صحرايي شامل

1- استفاده از مزرعه نمونه يا مزرعه زهكش دار

2- روش كرتي

ب )) روش آزمايشگاهي كه با استفاده از دستگاه سلول فشارويا صفحات فشاري

روش صحرايي از دقت بيشتري برخورداراست . درروش آزمايشگاهي چون مقدار مشخصي براي F.C تعريف نمي شودداراي خطا خواهدبود .

درروش آزمايشگاهي نمونه خاك را اشباعنموده سپس در دستگاه سلول فشاري قرارميدهندوتحت فشار 10/1 تا 3/1اتمسفرقرار ميدهند . دراثر فشار هوا ، آب موجوددرنمونه خاك خارج شدهوبعداز24 ساعت درصدرطوبت رااندازه گرفته و رطوبت باقي مانده درحدF.C خواهدبود . درصورتيكه درروش صحرايي چون سطح وسيع تري مورد آزمايش قرار ميگيردازدقت بيشتري برخوردار است .

وسايل مورد نياز :

ورقه نايلوني به ابعاد2*2متر،بيل، مته نمونه برداري، ظرف نمونه برداري، ترازو، اتوكلاو، سطل، بيلچه و آب

روش كار :

محلي را كه معرف مزرعه ميباشدراانتخاب نموده و مطمئن هستيم كه عمق آب تحت الارضي زيادبالا نيست ( عمقبيشتر از 2متر ) مساحتي معادل 1*1 متر انتخاب نموده ودراطراف آن پشته ايبه ارتفاع 15-20 س م ساخته و تمامي علفهاي هرزداخل كرت را خارج نموده تاتعرق انجام نگيرد. سپس جهت جلوگيري ازشسته شدن كف كرت قسمتي از مشمع رارويكرت پهن نموده وبا سطل به ارتفاع 20 تا 15 س م آب دركرت ميريزيم تاخاك بهحداشباع برسدسپس مشمع رابرروي كرت پهن نموده بنحوي كه تمامي سطح كرت رابپوشاندوبا استفاده از بيل خاك اطراف رادركناره مشمع ريخته تاازتبخيرجلوگيري شودواز وزش بادنيز درامان باشد . بعد از گذشت 8 تا 10 ساعتاز كف كرت نمونه درحالت اشباع را برداشته ودرصدرطوبت آن را معين ميكنيمونمونه گيري از كرت هر 12 تا 24 ساعت روزانه انجام مي گيريدتا درصددوروزمتوالي به مقدار معيني برسددرآن حالت رطوبت باقي مانده درزمين درحدF.C خواهدبود ومحاسبات لازم را انجام و منحني رطوبتي خاك راترسيم مي نماييم .

اندازه گيري وزن مخصوص ظاهري خاك

وسايل مورد نياز : استوانه فلزي با حجم معين ، بوشن ( لوله كمكي ) ، چكش ، كاردك ، طرف نمونه برداري ، ترازو و اتوكلاو

شرح آزمايش : به منطقه مورد نظر رفتهيك سطح صافي كه عاري از پوشش گياهي ويا خاروحاشاك باشد راانتخاب نمودهبااستفاده از استوانه فلزي با حجم معين ( ارتفاع 4.2 و قطر 5.5 س م ) كهداراي لبه تيز ميباشد ( جهت جلوگيري ازخراب شدن ساختمان خاك وسهولتدرنمونه برداري ) . ./ لبه استوانه فلزي را روي خاك كه رطوبت درحدظرفيتمزرعه F.C بوده قرارداده و استوانه را بافشاردست به داخل زمين فرونموده بطوريكه كاملا درخاك قرارگيردوبراي انجام كار، بهتر است از يك لولهفلزي يا يك عدد رينگ با استفاده ازچكش استوانه را بهتردرخاك فروبردهبنحويكه لبه بالايي استوانه فلزي بيش از يك س م درخاك كاملا فرورود . سپسبا استفاده ازبيلچه استوانه رااززمين خارج وبوسيله كاردك خاكهاي اطراف ودوسراستوانه راتميزنموده بطوريكه خاك باقيمانده به اندازه حجم داخلياستوانه باشد . نمونه خاك فوق را درظرف نمونه برداري ريخته وبوسيله ترازوتوزين و با استفاده از اتوكلاوآنراخشك نموده ومجددا توزين نموده و محاسباتلازم را انجام ميدهيم براي انجام اين آزمايش رطوبت خاك بايددرحد F.C باشدتا ساختمان خاك ديسپرس و خراب نشود واين امرسهولت نمونه برداري را بهمراه دارد. محاسبات با استفاده از رابطه زير صورت ميگيرد

يك توده خاك از سه جزء تشكيل شده است : 1 / ذرات جامد 2 / آب ( رطوبت ) 3 / هوا

يا كه V_t حجم كل ( حجم استوانه) ميباشد . وزن مخصوص ظاهري خاك نيز از رابطه زیر بدست مي آيد .

A_{s =} M_s / V_t

خاك ايده آل :

خاكي است كه داراي 50% موادجامد و 25% هوا و 25 % رطوبت يا آب باشد.

درفرمولها M_a جرم هواي خاك M_w جرم آب خاك M_s جرم قسمت جامد M_t جرم كل اجزاء

است معمولا به جاي جرم خاك وزن خاك را بكار ميبريم كه حاصل ضرب جرم و شتاب است .

حجم كل خاك نيزاز رابطه V_t = V_a + V_w + V_s بدست مي آيد و حجم خلل و فرج خاك از رابطه V_f = V_w + V_s بدست مي آيد .

تخلخل خاك

تخلخل يعني فضاي خالي بين ذراتجامدخاك كه به وسيله هوا ، گازها وآب اشغال ميشوند. ميزان تخلخل عمدتانتيجه ساختارخاك است. ساختارخاك نيزتحت تاثيرعواملي چون بافت، ثباتساختار، عمليات زراعي و عوامل و شرايط محيطي است . پس تخلخل خاكها به طورمستقيم ازساختارخاك وبه طورغيرمستقيم ازتمام اين عوامل ناشي مي شود. ميزانكل تخلخل ونسبت ريزي ودرشتي فضاي خالب بين ذرات خاك، درآبياري مزرعهورشدگياه بسيار موثر است. آب درهنگام آبياري بخش بيشتر خلل فرج خاك رااشغال مي كند. درخلل فرج ريزتربراثرنيروي موئينه اي يا نيروي لوله هايموئين آب نگه داشته ميشودوبه مصرف ريشه گياهان ميرسد، درحالي كه درخللوفرج درشت ترآب تحت تاثيرنيروي گرانش به اعماق زمين ميرود وهواجاي آنراميگيرد. ريشه گياه براي رشد مناسب به آب و هوانيازدارد پس تخلخل كل خاكونحوه تقسيم خلل وفرج بين ذرات ريزودرشت درتغذيه وتنفس گياه بسيار بااهميتاست .

تخلخل خاكهاي زراعي بين 35 تا 55%متغيراست. تخلخل كمتروبيشترازاين دوحد بندرت درخاكهاي زراعي مشاهده ميشود( تخلخل كمتراز 35% مشكلات زيادي به ويژه ازلحاظ تهويه، نفوذپذيري، ظرفيتنگهداري خاك وريشه دواني ايجادميكند. تخلخل بيش از60% به ندرت درخاكهايزراعي ( خاكهاي هوموسي وتورب) مشاهده مي شود ) . تخلخل مطلوب تخلخلي استكه حدود50% باشدوبه نسبت مساوي بين خلل و فرج ريزو درشت تقسيم ميشوند .

اندازه گيري خلل و فرج كل

تخلخل كل خاك از رابطه بدست مي آيد كه در آن P درصدكل خلل و فرج است و نسبت حجم فضاي خالي بين ذرات به حجم كل توده خاك ( دست نخورده و درحالت طبيعي ) را تشكيل ميدهد . و R_sوزن مخصوص حقيقي خاك و برحسب است. وزن مخصوص حقيقي عبارت است ازوزن خاكخشك شده دردماي 105درجه سانتيگراد به حجم ذرات تشكيل دهنده توده خاك .

A_s وزن مخصوص ظاهريخاك برحسب است. وزن مخصوص ظاهري عبارت است از وزن توده خاك خشك شدهدردماي 105درجه سانتيگراد به حجم كل توده خاك دست نخورده ودررطوبت گاورو.

وزن مخصوص حقيقي و ظاهري ازطريقاندازه گيري مستقيم بدست مي آيدكه دقيق تر است. درمواردي كه اين اندازهگيري امكان پذيرنباشدودقت زيادي نيزموردنظر نباشد، ميتوان ازجدولهايياستفاده نمودكه درآنهاوزن مخصوص ظاهري باتوجه به بافت خاك به طورتقريبداده شده است .

وزن مخصوص ظاهري خاكها برحسب بافت خاك1.1 تا 1.8 متغيراست. وزن مخصوص ظاهري خاكهاي رسي ( خاكهاي سنگين ) كمترازوزن مخصوص خاكهاي شني ( خاكهاي سبك ) است .

اگردرخاك موادآلي وجودنداشته باشد،وزن مخصوص حقيقي حدود2.6 است. درصورتي كهخاك داراي موادآلي باشد، وزنمخصوص حقيقي ازاين رابطه بدست مي آيد: كه %x درصد موادآليميباشد . اگردرخاك داراي بافت وساختار وشرايط متوسط، وزن مخصوص حقيقي 2.6و وزن مخصوص ظاهري 1.4 فرض شود، تخلخل كل چنين محاسبه ميشود :

يعني اگر حجم كل خاك دست نخورده، بههمان حالت كه درطبيعت و مزرعه وجود دارد100 فرض شود، 46 قسمت آن رافضايخالي ( مجموع خلل وفرج ريزودرشت ) تشكيل ميدهد . براي روشن ترشدن موضوع ،خاك گلداني درنظرگرفته ميشودكه رطوبت آن به حد اشباع كامل برسد ( يعنيآنقدر آب به گلدان افزوده شودكه آب درسطح گلدان ظاهرشود). در اين حالتاگرحجم كل خاك گلدان 100فرض شود ، حجم آبي كه مصرف شده است ( حجم آبي كهفشاي خالي بين ذرات راپركرده است) 46 خواهدبود.

جدول(2) وزن مخصوص ظاهري وتخلخل خاكها ورابطه آنهابابافت خاك

تخلخل هرخاك معرف حجم خلل وفرج درخاكبوده ومقدارآن بين 0.3 تا 0.6 نوسان ميكند . درخاكهاي درشت بافت ، تخلخلكمترازخاكهايي با بافت ريزاست واندازه خلل وفرج درخاك اولي بيشتر است.درخاكهاي رسي ، مقدار تخلخل همواره درخال تغييراست زيراخاك مرتبا و بهتناوب آماس و انقباض حاصل كرده ، خاكدانه تشكيل شده، انتشاريافته، متراكمگشته و ايجاددرزوترك مينمايد . تخلخل خاك نكته اي درباره توزيع وابعادخللوفرج خاك آشكار نمي سازد. خلل و فرج خاك، درجذب آب وهواوانتقال آنها،گسترش ريشه ها ، هدايت حرارتي و قدرت ساختماني خاك اهميت فراوانيداردواندازه گيري ان بطور مختلفي امكان پذيراست . مقدار تخلخل ازرابطهزيرمحاسبه ميشود :

كه V_t حجم كل خاك V_f حجم خلل و فرج V_a حجم هوا V_w حجم آب و V_s حجم موادجامد خاك است .

يكي ديگر ازروابط محاسبه تخلخل خاك چنين است :

حفر چاهك مشاهده اي

وسايل مورد نياز:

آگر يا مته خاك : از انواع آگر جهتحفرچاهك ميتوان استفاده نمود، ليكن بهتراست باتوجه به شرايط خاص خاك ازانواعي استفاده شود كه حداقل تراكم وپراكندگي را درديواره چاهك ايجادنمايد.

عمق چاهك بستگي به شرايط خاك دارد .ابتدا چاهكي به عمق 2 متر تا بالاي سطح ايستابي حفرنموده و لايه هاي مختلفخاك را با توجه به ضخامت لايه ها مشخص ويادداشت مينماييم.

ضمنا دقت بسياري ميبايست اعمال نمودكهچاهك داراي قطريكنواخت وبطورمستقيم حفرشود . دربسياري ازحالات خاك يكنواختنبوده وشامل دو لايه يا بيشتر مي باشدكه نهايتا ضريب آبگذري آنان بايكديگرمتفاوت ميباشد كه دراينصورت لازم ميباشد چاهك و يا چاهكهايي دراعماقمختلف حفرنمائيم وقطرچاهك بين 8 الي 10 س م انتخاب نموده تا براساس آنبتوان آزمايشات مورد نظررا انجام داد .

تعيين بافت خاك درمزرعه

درمزرعه تركيب مكانيكي خاك با روشلمسي تخمين زده ميشودبه اين صورت كه خاك مرطوب را بين انگشتان لمسميكنندوبافت خاك رامشخص ميكنند. اين روش معيارمشخصي است كه بالمس كردنانجام پذيراست واحتياج به تجربه ومهارت دارد وبا تكرارها ، نتايج را بانتيجه آزمايشگاهي مطابقت نموده وخيلي دقيقتربدست خواهدآمد. لمس خاك خشكومرطوب فرق ميكند. يعني درحالت خشك ذرات رس دورهم جمع شده و ايجادذرات سختميكند كه شبيه Silt Sand است .

اگردرصد ذرات ماسه بيشتر باشد آن خاكراماسه اي گويند واگردرصدذرات رس بيشتر باشد آن را رسي مي نامند . سيلتازرس و ماسه تشكيل ميشود. لوم نيزخاكي است بابافت متوسط كه به مقدار مناسبی ذرات رس ، سيلت وماسه دارد. دانه هاي ماسه رابا انگشت مي توانتميزدادوبا چشم غيرمسلح به آساني قابل رويت بوده، اما دانه هاي رس راكهمانندآردند بسختي مي توان با چشم غيرمسلح ديد. تك تك ذرات رس كه بيشترآنهاكلوئيدي غيرآلي بوده متراكم وشكننده بوده وباعث سله بستن خاك مي شود .

درآزمايشگاه بافت وميزان كاتيونها وآنيونهابادقت اندازه گيري ميشوند .

اندازه قطرذرات برحسب ميلي متر :

شن - سنگ ريزه Gravel 1 تا 2میلیمتر

ماسه Sand 0.05میلیمتر

لاي (سيلت ) Silt 0.05 تا 0.002 میلیمتر

رس Clay كمتراز 0.002 میلیمتر

بافت خاك : اندازه ذرات تشكيل دهنده خاك بافت آنرا تعيين مي كند .

اندازه گیری ضریب آبگذری به روش چاهك وارونه يا چاهك معكوس : آزمايشچاهك وارونه دربالاي سطح ايستابي انجام ميشودودرمنابع فرانسوي بنام پورشهوكسلر معروف است درمناطقي كه سطح آب زيرزميني پايين است اين شيوه بكار ميرود براي تعيين ضريب آبگذري اشباع K_s شامل حفرچاهكدريك عمق معين وپركردن آن به وسيله آب تاعمق موردنظرواندازه گيري ميزاننفوذ آب مي باشد. اين روش درمقايسه باروشهاي ديگرازسادگي خاصي برخورداراستولي تجربيات نشان ميدهدكه اين روش ازدقت بالايي برخوردارنمي باشد امابعلتسادگي وهمچنين طمان كوتاه جهت انجام آزمايش ، استفاده ازآن بسيارمعمول است. چنانچه دقت مطلوبي درآزمايشات مورد نظر باشداستفاده از روش فوق توصيهنمي 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 موردنظربراي آزمايش چاهكي به قطر10 الي 15 س م و به عمق 2مترحفرمي نماييمودرصورت تراكم ديواره چاهك با خراش دهنده آن را رفع ميكنيم. چنانچه ديوارهچاهك داراي بافتي سست وپايدارنبوده واحتمال ريزش داشته باشد، دراين صورتلوله مشبك درآن نصب مي نماييم . سپس با ريختن آب به داخل چاهكآنرابحداشباع ميرسانيم. پس ازاشباع، چاهك آماده آزمايش مي باشد. ابتدابهعمق يك مترآن راازآب پرنموده وسپس با استفاده از يك شناوروميله مدرج (مترتاشو ) وشه پايه مخصوص ( سطح مبناء) يا مسيله مناسب ديگر افت سطح آبرادرچاهك 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

ht_i عمق سطح اوليه آب تا كف چاهك برحسب س م

ht_x عمق سطح آب درزمان t_x 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.

لوله PP فاضلابی اورینگی Push-Fit PP Pipe - پنجشنبه پانزدهم مهر 1389
دوره طرح در سیستم های انتقال و توزیع آب - چهارشنبه چهاردهم مهر 1389
شمارش ذرات چگونه می تواند بهبود کیفیت آب شود؟ - چهارشنبه چهاردهم مهر 1389
کاربرد انواع فیلتر در تصفیه فاضلاب صنایع فلزی - سه شنبه سیزدهم مهر 1389