شبيه سازي عددي جريان دو بعدي غيرماندگار اشباع- غيراشباع به طرف زهكش ها

Numerical Simulation of Saturated-unsaturated 2D- unsteady Flow Toward Drain Using Finite Volume Method

به منظور طراحي و ارزيابي سيستم‌هاي زهكشي مي‌توان جريان آب به طرف زهكش ها، تغييرات تراز سطح ايستابي و تخليه زهكش ها را شبيه سازي نمود. پيشرفت‌هاي اخير در روش‌هاي عددي و رايانه اي اين امكان را فراهم نموده كه بتوان معادلات ديفرانسيل غير خطي حاكم بر جريان آب در خاك اشباع -غيراشباع را حل نمود. از اينرو در اين تحقيق مدلي كامپيوتري تهيه شده است كه در آن معادله دوبعدي جريان غيرماندگار در خاك اشباع- غيراشباع به روش حجم كنترل و روش گسسته سازي كرنك- نيكلسون حل شد. ارتباط هدايت هيدروليكي غيراشباع و بار فشاري با استفاده از رابطه ون گنوختن انجام شد. صحت سنجي دقيق مدل نشان داد كه نتايج حل مسيله به روش حجم كنترل نتايج روش عناصر محدود را تاييد مي‌كند. پس از صحت سنجي، نوسانات سطح ايستابي بين دو زهكش به فاصله 20 متر و عمق نصب 120 سانتيمتري شبيه سازي شد. نتايج نشان داد براي شرايط تخليه (بدون آبياري و بارندگي)، دبي زهكشي و سطح ايستابي در ابتدا به شدت و سپس به آرامي افت پيدا مي‌كند. در حالت تغذيه عكس اين امر به وقوع مي‌پيوندد. دبي خروجي از زهكش بلافاصله بعد از تغذيه از سطح زمين افزايش نمي يابد بلكه با تاخير رخ مي‌دهد. مدت زمان تاخير در محدوده مورد مطالعه اين تحقيق 125/3 روز محاسبه شد.

To drainage design and management it is necessary water flow toward drain, water table variation between drains and drainage discharge have been simulated. With recent development in numerical method, it is possible the none-linear differential equation governing saturated-unsaturated flow in soil is numerically solved. In this study a computer model has been developed in which two dimensional equation of saturated-unsaturated flow in soil is solved using finite volume method and Crank-Nicolson scheme. The soil hydrodynamic properties function and soil moisture characteristic curve proposed by Van Genuchten were employed. The result of model calibration revealed that the recent finite volume method endorse the result of finite element models. After model calibration and evaluation, water table variation between two drains with 20 m distance and installation depth of 1.2 m was simulated. The result showed during discharge phase water table falls very fast at the first and then falling speed reduces until reach a constant value. During recharge phase water table raises very low at the first and then rising speed increase. Drainage discharge has similar behavior same as water table. Drainage discharge has a lag time related to time that recharge begins. In this study the lag time was 3.125 day.