مدل سازی دو بعدی و سه بعدی تراوش ناپایدار از سدهای خاکی با استفاده از مدل المان محدود (مطالعه موردی: سد کردعلیا)

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

دوره 14، شماره 48، اردیبهشت 1400، صفحه 86-97   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/wej.2021.4591

نویسندگان

سعید اسلامیان^{* 1}؛ ماندانا بیات²؛ غلامرضا شمس³؛ البرز حاجیان نیا²

¹گروه مهندسی آب، واحد اصفهان،دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.

²گروه مهندسی عمران، واحد نجف آباد،دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران.

³گروه مهندسی عمران، واحد شهرکرد،دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران.

تاریخ دریافت: 24 شهریور 1399،  تاریخ بازنگری: 20 آبان 1399،  تاریخ پذیرش: 06 اردیبهشت 1400 

چکیده

مقدمه و هدف:   با توجه به قرار گرفتن ایران در منطقه خشک ونیمه خشک، توزیع نامناسب بارش های جوی، نیاز به ذخیره آب و احداث سد ضروری می گردد. یکی از مسایل مهم در حفظ و پایداری سدهای خاکی، مساله تراوش است که با توجه به اینکه ارتفاع آب در مخزن بالادست سد در فصول مختلف سال در حال تغییر می باشد، میزان تراوش از سد هم پیوسته تغییر می کند.
مواد و روش­ها: در این مطالعه، تراوش ناپایدار برای حالت دوبعدی و سه بعدی با استفاده از نرم افزارهای SEEP/W  و SEEP ЗD بر پایه المان محدود، در مخزن بالادست و پایین دست برای حالت اشباع و نیمه اشباع بررسی شده است.
یافته­ها: با در نظر گرفتن این مدلسازی، با افزایش سطح آب در مخزن بالادست میزان تراوش سد افزایش می یابد و بالعکس، که بیانگر رابطه مستقیم بین آنها می باشد. دقت تراوش محاسبه شده با نرم افزار  SEEP 3D  در حالت سه بعدی از نرم افزار SEEP/W درحالت  دو بعدی برای حالت اشباع، در بالا دست سد بیشتر است که ضریب تعیین آن با استفاده از نرم افزار SPSS در مقایسه با تراوش واقعی در آن نقطه، برابر با 0.92  است که نشان دهنده تطابق بالای این نرم افزار با واقعیت می باشد. برای حالت نیمه اشباع در پایین دست سد زمانیکه سطح آب در بالادست کاهش می یابد، دقت تراوش محاسبه شده در نرم افزار SEEP/W  بیشتر از نرم اقزار SEEP 3D می باشد و ضریب تعیین  آن معادل 0.72 است که بیانگر برتری نرم افزارSEEP/W  برای مدل سازی دوبعدی تراوش ناپایدار، در حالت نیمه اشباع است.
بحث و نتیجه­گیری: درحالت کلی، نرم افزار SEEP/W از نرم افزار SEEP 3D برای محاسبه تراوش ناپایدار در خاکهای نیمه اشباع از دقت بالاتری برخوردار می باشد.

کلیدواژه‌ها

سد خاکی؛ تراوش ناپایدار؛ نرم افزارSEEP/W؛ نرم افزارSEEP ЗD

عنوان مقاله [English]

2D and 3D Modeling of Transient Seepage from Earth Dams Thorough Finite Element Model (Case Study: Kordaliya Dam)

نویسندگان [English]

saeid eslamian¹؛ mandana bayat²؛ gholamreza shams³؛ alborz hajiannia²

¹Department of water Engineering, Isfahan University technology, Isfahan, Iran.

²Department of Civil Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran

³Department of Civil Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran

چکیده [English]

Introduction:Considering Iran's place in arid and semi-arid regions, inappropriate distribution of barley rainfall, water storage and dam construction are necessary. One of the important issues in the preservation and stability of earth dams is the seepage problem, which, considering that the water head in the upstream reservoir of dam is changing in different seasons of the year, the amount of seepage of the dam changes continuous.
Materials and Methods:In this study, transient seepage for 2D and 3D modes was investigated using SEEP/W and SEEP 3D software based on finite element in upstream and downstream reservoirs for saturation and semi-saturation modes.
Findings:Considering this modeling, by increasing the water level in the upstream reservoir, the amount of seepage of dam increases and vice versa, which indicates a direct relationship between them. The accuracy of the calculated seepage thorough SEEP 3D software is higher than SEEP/W software in two-dimensional mode for saturation mode, which its determination coefficient thorough SPSS software is equal to 0.92, in comparing to the actual seepage at that point, which indicates the high compatibility of this software with reality. For the semi saturated mode at the downstream of the dam when the water level decreases upstream, the calculated seepage accuracy in seep/W software is higher than seep 3D software and its determination coefficient is 0.72, which indicates the superiority of SEEP/W software for two-dimensional modeling of transient seepage in semi-saturation mode.
Conclusion:In general, SEEP/W software is more accurate than SEEP 3D software for calculating transient seepage in semi-saturated soils.
 

کلیدواژه‌ها [English]

erath dam, transient seepage, SEEP/W software, SEEP 3D software

مراجع

1. گزارش فنی سد خاکی کرد علیا،1381،  شرکت گوهرآب کلار اصفهان.
2. حقیقت اندیش س، قادری ک، محمدی م، بارانی غ.  1394. بهینه سازی هسته رسی سدهای خاکی با روش تکامل رقابتی جوامع (SCE). مجله پژوهش آب ایران. 9: 19-26.

https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=283831.

1.  گرجی م، ملکی ع. 1394. بررسی کنترل نشت در پی سد خاکی به روش اجرای دیوار آب بند با استفاده از نرم افزار SEEP/W  در سد خاکی کمندان ازنا. کنفرانس بین المللی پژوهش های نوین در علوم مهندسی. تهران.

 https://civilica.com/doc/506363/certificate/print.

1. رحیمی ح.1382. سدهای خاکی. تهران. انتشارات دانشگاه تهران.
   1. Asadi M, Khazaei J. 2015. Seepage analysis in body and foundation of Dam using the SEEP 3D and SEEP/W. Journal of Science and Today's World. 3: 457-461.

     https://europub.co.uk/articles/29502.

1. Geo Slop International Ltd. Seepage modelling with SEEP ЗD. 2002.
2. Geo Slop International Ltd. Seepage modelling with SEEP/W. 2009.
3. jafarzadeh F, Garakani A, Raeesi R, Maleki Banikhair, J. 2018. Predicating seepage behavior of silveh earth dam by implementing 3D numerical modeling and instrumental measurments during first impounding. CIGB ICOLD.

 https://www.researchgate.net/publication/326224320_PREDICTING_SEEPAGE_BEHAVIOR_OF_SILVEH_EARTH_DAM_BY_IMPLEMENTING_3D_NUMERICAL_MODELING_AND_INSTRUMENTAL_MEASUREMENTS_DURING_FIRST_IMPOUNDING

1. Kheiri GH, Javdanian H, Shams GH. 2020. The effect of soil layering on the seepage through embankment dam foundation. Modeling Earth Systems and Environment. 3: 1-13.

 https://www.researchgate.net/publication/333999213_The_effect_of_soil_layering_on_the_seepage_through_embankment_dam_foundation.

1. Li Z, Ye w, Marence M, Bricker J. 2019. Unsteady seepage behavior of an earthfill dam during drought-flood cycles. Geosciences. 9: 17-24.

 https://www.researchgate.net/publication/329977824_Unsteady_Seepage_Behavior_of_an_Earthfill_Dam_During_Drought-Flood_Cycles.

 

1. Mortazavi S, Soleimani S. 2015.  Leakage analysis of Embankment dams using SEEP/W Software. J Appl Environ Biol Sci. 5(10):122–128.

 https://www.textroad.com/pdf/JAEBS/J.%20Appl.%20Environ.%20Biol.%20Sci.,%205(10)122-128,%202015.pdf.

1.  Rehamnia I, Bachir B. 2020. Computation of seepage through a non-homogeneous earth dam by using SEEP/W Software, Biological Research. 5: 137-146.

 https://www.researchgate.net/publication/344781322_Computation_of_Seepage_through_a_NonHomogeneous_Earth_Dam_by_Using_SEEPW_Software

1. Soleimanbeigi A, Jafarzadeh F. 2005. 3D steady seepage analysis Of embankment dams. Geotechnical Journals.

 https://www.researchgate.net/publication/290870355_3D_steady_state_seepage_analysis_of_embankment_dams.

1. Zahedi P, Farshbaf Aghajani H. 2018. The effect of clay core specifictions on the seepage behavior of an earthfill dam. 5th International Symposium on Dam Safty. Istanbul. Turkey.

 https://www.researchgate.net/publication/328730122_The_Effect_of_Clay_Core_Specifications_On_the_Seepage_Behavior_of_an_Earthfill_Dam.