Modifying empirical equations of seepage estimation using dimensional analysis (Boldaji earth canal, Chaharmahal and Bakhtiari province)

Subject Areas : Farm water management with the aim of improving irrigation management indicators

Ehsan Tavakoli ¹ , بهزاد قربانی ² , مهدی رادفر ³ , حسین صمدی بروجنی ⁴ , بیژن قهرمان ⁵

1 - دانشجوی دکترا/گروه مهندسی آب، دانشگاه شهرکرد
2 - دانشیار گروه مهندسی آب/دانشگاه شهرکرد
3 - استادیار گروه مهندسی آب/دانشگاه شهرکرد
4 - دانشیار گروه مهندسی آب/دانشگاه شهرکرد
5 - استاد گروه مهندسی آب/دانشگاه فردوسی مشهد

Received: 2016-05-02 Accepted : 2016-12-20 Published : 2017-01-20

Keywords: physical model, Moritz method, infiltration and seepage, Ingham method,

Abstract :

The high amounts of losses from irrigation canals have resulted in lining the conveyance canals being as an important measure in order to increase water conveyance efficiency. The economical justification of earthen canals lining requires investigating the amount of seepage and infiltration in such canals. In this study, using a physical model and dimensional analysis, the water seepage loss from Boldaji earthen canal, Borujen city, Chaharmahal and Bakhtiari province, with loamy soil, was determined in the range of 40 to 100 liters per second flow rates. The empirical equations such as Moritz, Ingham, Molesworth and Yennidumia, Offengenden, Davis-Wilson and Indian equations were chosen for seepage estimation. Results showed that before modifying the coefficients of equations, the results of the modified Ingham have the highest correlation coefficient (0.917) with measured values. Independent variables of this method are water depth, canal length and wetted perimeter. Allocating the highest value of R2 (> 0.90) besides the lowest value of RMSE (< 3.2 liters) in comparison with measured values, after the calibration of the empirical equations for the study region and modifying their coefficients, the modified Moritz and Ingham selected as the best methods. All equations estimated the seepage loss much smaller than the measured values, which was rectified after modifying the coefficients. Utilizing dimensional analysis and transferring canal conditions to laboratory was resulted in lowering costs and less time, that according to acceptable and similar to previous studies results, it could be suggested to apply in controlled conditions of laboratory for other regions.   

References:

حیدری­زاده، م. و سالمی، ح.ر. 1393. بررسی کاربرد معادله تجربی اینگهام و معادله تئوری ودرنیکو در برآورد نشت آب از کانال­های منطقه رودشت اصفهان. نشریه پژوهش آب در کشاورزی. 28(4): 712-703.

رستمیان، ر. و عابدی کوپایی، ج. 1390. ارزیابی مدل نرم افزاری SEEP/W در برآورد میزان نشت آب از کانال­های خاکی (مطالعه موردی شبکه آبیاری زاینده­رود). مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک. 15: 22-13.

سالمی، ح.ر. و سپاسخواه، ع.ر. 1385. اصلاح معادلات تجربی نشت آب از کانال در منطقه رودشت اصفهان. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 10: 42-29.

صدقی اصل، م.، رحیمی، ح. و خالقی، ح. 1389. مطالعه آزمایشگاهی کنترل نشت از پی­های آبرفتی. مهندسی عمران، 1: 21-11.

عراق علوی، س. 1373. مدیریت توزیع آب زاینده­رود براساس برآورد راندمان انتقال آب در کانال­های زیردست. دانشگاه صنعتی اصفهان، پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی گروه آبیاری و زهکشی، 150صفحه.

معاونت بهره­برداری و مدیریت منابع آب. 1369. گزارش سالیانه وضعیت منابع آب. وزارت نیرو، تهران، 5: 28-20.

نجف­پور، ن.، شایان­نژاد، م. و صمدی، ح. 1393. بررسی الگوی عبور خطوط نشت و طراحی زهکش پنجه در سدهای خاکی همگن روی پی نفوذناپذیر با استفاده از مدل فیزیکی و نرم­افزار PLAXIS. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)،3: 461-451.

نوری محمدیه، م.، سهرابی، ت. و رحیمی، ح. 1389. ارزیابی روش­های تجربی تعیین نشت در کانال­های خاکی (مطالعه موردی: دشت قزوین). مجله پژوهش آب ایران، 4: 128-125.

ولی­سامانی، ج. و فتحی، پ. 1384. ارزیابی برخی مدل­های تحلیلی غیرماندگار زهکشی در تخمین همزمان هدایت آبی اشباع و تخلخل موثر خاک با روش مسئله معکوس. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، 3: 10-1.

یاسی، م. و عزیزپناه، ب. 1385. مقایسه خصوصیات جریان در مدل فیزیکی با نتایج مدل­های ریاضی یک بعدی، شبه دوبعدی و دوبعدی در یک بازه رودخانه. مجله تحقیقات منابع آب ایران، 3: 89-78.

Ali, H. 2011. Practices of irrigation & on-farm water management. Springer Science & Business Media, New York, USA, 546pp.

ASTM D1556/D1556M-15e1. 2015. Standard test method for density and unit weight of soil in place by sand-cone method. ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org.

ASTM D854-14. 2014. Standard test methods for specific gravity of soil solids by water pycnometer. ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org.

ASTM D1557-12e1. 2012. Standard test methods for laboratory compaction characteristics of soil using modified effort (56,000 ft-lbf/ft3 (2,700 kN-m/m3)). ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org.

ASTM D422-63(2007) e2. 2007. Standard test method for particle-size analysis of soils (withdrawn 2016). ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org.

Chanson, H. 2004. The hydraulics of open channel flow. Arnold, London, 634pp.

Chen, C., Wan, J. and Zhan, H. 2003. Theoretical and experimental studies of coupled seepage-pipe flow to a horizontal well. Journal of Hydrology, 281: 159-171.

Cui, Y.L., Li, Y.H., Mao, Z., Lance, J.M. and Musy, A. 2004. Strategies for improving the water supply system in HCID, upper reaches of the Yellow River Basin, China. Agricultural Engineering International: the CIGR Journal of Scientific Research and Development. Manuscript LW 02 005.

Ettema, R. 2000. Hydraulic modeling: Concepts and practice. ASCE, USA, 409pp.

Heller, V. 2012. Model-prototype similarity. 4th Coastlab Teaching School, Wave and Tidal Energy, January 17-20, Porto, Portugal.

Luofeng, X. and Xiangbao, D. 2012. Study on physical model experiment of dam's seepage stability base on coastal sand. Procedia Engineering, 28:534-541.

Martin, C.A. and Gates, T.K. 2014. Uncertainty of canal seepage losses estimated using flowing water balance with acoustic Doppler devices. Journal of Hydrology, 517: 746-761.

Moghazi, H.E.M. and, Ismail E.S. 1997. A study of losses from field channels under arid region conditions. Irrigation Science, 17(3): 105-110.

Nourani, V., Aminfar, M.H., Alam, M.T. and Sharghi, E. 2014. Liquid analog circuits for laboratory simulation of seepage. Journal of Environmental Hydrology, 22:1-15.

Salemi, H.R. and Sepaskhah, A.R. 2001. Modification of empirical equation for seepage loss estimation in small earth canals. Iranian Journal of Science and Technology, 25(B4): 661-668.

Sepaskhah, A.R. and Salemi, H.R. 2004. An empirical model for prediction of conveyance efficiency for small earth canals. Iranian Journal of Science and Technology, 28: 623-628.

Simpson, M.J., Clement, T.P. and Gallop, T.A. 2003. Laboratory and numerical investigation of flow and transport near a seepage‐face boundary. Groundwater, 41(5): 690-700.

Streeter, V.L. and Wylie, E.B. 1979. Fluid mechanics. McGraw-Hill, USA, 562pp.

Wang, H., Liu, C. and Zhang, L. 2002. Water-saving agriculture in China: an overview. Advances in Agronomy, 75: 135-171.