Download
1 / 21
581 likes | 1.45k Views
بررسی سیستمهای انتقال آب شامل : انواع کانالها کالورتها اصول طراحی روش اجرا. تقسیم بندی کانالها کانالها را می توان از دیدگاههای گوناگون تقسیم بندی نمود و در این طبقه بندی معیارهای متفاوتی را مبنا قرار داد. ساده ترین تقسیم بندی بر مبنای مصنوعی یا طبیعی بودن کانال می باشد :
E N D
بررسی سیستمهای انتقال آب شامل : • انواع کانالها • کالورتها • اصول طراحی • روش اجرا
تقسیم بندی کانالها کانالها را می توان از دیدگاههای گوناگون تقسیم بندی نمود و در این طبقه بندی معیارهای متفاوتی را مبنا قرار داد. ساده ترین تقسیم بندی بر مبنای مصنوعی یا طبیعی بودن کانال می باشد : 1-کانالهای طبیعی : این کانالها به صورت طبیعی در سطح زمین ایجاد گردیده نقش بشر در شکل گیری آنها ناچیز است رودخانه هایی که در خط القعر یک حوضه آبریز جریان داشته و وظیفه ی هدایت و انتقال آب را به سمت نقطه ی تمرکز دارا میباشد مثال مشخصی از این کانالها هستند 2- کانالهای مصنوعی : این کانالها توسط بشر و به منظور و مقاصد مختلف آبرسانی ، آبیاری ، جمع آوری و انتقال فاضلابها یا آبهای سطحی ساخته می شوند .
تقسیم بندی دیگر کانالها بر مبنای تغیرات در سطح مقطع کانالها : 1- کانالهای منشوری : کانالهایی هستند که در مسیرشان دارای سطح مقطع و شیب ثابت می باشند . کانالهای مصنوعی عمدتا منشوری بوده 2- کانالهای غیر منشوری : کانالهایی هستند که در مسیر آنها سطح مقطع و شیب کانال تغیر میکند . کانالهای طبیعی حالت غیر منشوری دارند. میتوان کانالها را بر اساس پایداری مصالح جداره ی آنها در مقابل فرسایش نیز طبقه بندی نمود : 1- کانالهای با جداره ثابت : کانالهایی هستند که مصالح جداره ی آنها ثابت و غیر متحرک می باشند . 2- کانالهای با جداره ی متحرک : جداره ی این کانالها از ذرات رسوبی تشکیل یافته است و ذرات این قابلیت را دارند تا تحت تاثیر جریان آب به حرکت در آیند.
انواع مقاطع کانالهای باز 1- مقطع ذوزنقه ای : معمولترین شکل برای آبیاری بوده و درکانالهلیی که در مصالح خاکی حفر گردیده و دارای پوششی از جنس مصالح سخت نمی باشند کاربرد دارند . 2- مقاطع مستطیلی و مثلثی حالت خاصی از مقطع ذوزنقه ای می باشند . مقطع مستطیلی می تواند در مصالح سنگی حفر گردد و یا دارای پوششی از جنس مصالح سخت باشد . در حالی که کانالهای مثلثی در آبروی حاشیه خیابانها و جاده ها مورد استفاده قرار میگیرند . 3- مقطع دایره ای : این مقطع از مقاطع معمول در سیستمهای جمع آوری و انتقال فاضلاب می باشد . 4- مقطع سهمی شکل : به عنوان یک تقریب برای کانالهای طبیعی با اندازه کوچک و متوسط به کار می روند . مقاطع دیگری که میتوان نام برد مقاطع نعل اسبی و تخم مرغی هستند .
نامگذاری های مختلف کانالهای مصنوعی 1- کانال پایه دار (فلوم) : از چوب ، فلز ، بتن و... ساخته می شود و آب را از یک طرف دره به طرف دیگر منتقل می کند .
2- تند آبراه (شوت) : به کانالی اطلاق می شود که دارای شیب کف تند بوده و آب را از ارتفاع نسبتا زیادی به ارتفاع پایین تر برساند . 3- شیب شکن : شبیه تند ابراه بوده ولی برای ارتفاع کم به کار میرود. 4- آبرو (کالورت) : جهت عبور دادن آب از زیر جاده یا ران آهن به کار می رود .
5- تونل با جریان آزاد: یک کانال طولانی است که به منظور عبور دادن آب از داخل کوهها به کار می رود . 6- تبدیل : به هر گونه تغییر در جهت و یا سطح مقطع جریان که در فاصله ی کوتاهی از مسیر کانال صورت گیرد تبدیل گفته می شود . كانال هاي پيش ساخته كانال هاي پيش ساخته سازه هايي هستند كه در برخي موارد به علت عدم كارائي كانالهاي در جا استفاده مي شوند. در كشور ما نيز استفاده از اين تكنولوژي جديد در ساخت كانال از سال 1365 بسيار گسترش يافته است. كانالهاي آبياري درجه 3و4 آب را از كانالهاي اصلي دريافت نموده و بين واحدهاي كوچكتر آبياري توزيع مي كنند.
بهترين سطح مقطع از لحاظ هيدروليكي به منظور ساخت اين كانالها، مقطع دايره اي است، ليكن مشكلات احداث اين كانالها به صورت درجا باعث شده است كه عملا مقطع ذوزنقه اي اصلي ترين شكل كانال هاي آبياري را به خود اختصاص دهد. از آنجايي كه مقاطع پيش ساخته نيم دايره اي به صورت پايه دار ساخته مي شوند، سطح جانبي با خاك تماس ندارد. بنابراين مشكلات احداث مقاطع دايره اي از بين مي رود. مزایای کانالهای پیش ساخته • درساخت اين كانال ها ، كليه قطعات مورد نياز در كارگاه هاي مخصوص به صورت پيش ساخته توليد مي شوند، كه علاوه بر دقت بالا در مراحل توليد، موجب حذف محدوديت هاي فراوري بتن در محيط هاي باز نظير يخ زدگي بتن، تبخير آب بتن و آسيب ديدن پوشش بتن مي گردد.
امكان استفاده در خاك هاي مسئله دار نظير خاك هاي سولفاته و شور، روان گرا و رمبنده ، • عدم نياز به تسطيح زمين، سهولت در تعمير و تعويض قطعات و نيز امكان استفاده از آبياري سيفوني اشاره نمود. آبراهه هاي روباز : آبراهه هاي روباز از معمولترين روش هاي انتقال آب به شمار مي آيند. اين آبراهه ها در شبکه آبياري کانال و در شبکه زهکشي ، زهکش ناميده مي شوند. در آبراهه هاي روباز آب فقط در امتداد شيب زمين حرکت مي کند و به همين دليل کانال ها معمولاً در بالاترين قسمت زمين ساخته مي شوندتا آب بتواند از طريق کانال وارد مزرعه شود.
کالورت چیست ؟کانال پوشیده شده ای است که از آن برای عبور جریان از زیر یک خاکریز (جاده ، راه آهن و …) استفاده می شود.کالورتها دارای اشکال مختلفی هستند ( باکس ، لوله ای ، MEL) قسمتهای اصلی کالورت : • ورودی Inlet1- • گلو Barrel2- خروجی Outlet3- محاسبه جریانمعمولا دبی کالورت را از مطالعات هیدرولوژیکی منطقه بدست می آورند . در یک کالورت هر قدر افتها کمتر باشد تاثیر آن بر پروفیل سطح جریان بالا دست کمتر است.
انتخاب مبنای طراحیدر طراحی کالورت ابتدا بین حالتهای زیر گزینه بهینه مورد نظر را انتخاب می کنیم . • حداقل افت • حداکثر دبی • فروافتادگی جریان ترکیبی : در روش طراحی کالورتهای استاندارد دو فرض اولیه داریم • 1-ورودی و خروجی هم سطح اند 2- افت مساوی صفر است
ملاحظات طراحی : 1- بها باید حداقل باشد 2- ∆z فرورفتگی جریان ترجیحا باید کم باشد 3- ممکن است ارتفاع خاکریزها داده شود و یا قسمتی از طراحی باشد 4- محافظت پایین دست سازه زمانی که پرش هیدرولیکی در نزدیکی پایین دست سازه ایجاد شود لازم می باشد جریان در کالورتجریان بالادست و پایین دست کالورتها اغلب بصورت زیر بحرانی است . هنگامی که جریان به کالورت نزدیک می شود شکل کانال و مقطع عرضی دهانه کالورت باعث افزایش عدد فرود می شوند
در محاسبه دبی طراحی باید این نکته را در نظر داشت که دبی طراحی همیشه نزدیک دبی بحرانی است زیرا در عمل بدست آوردن دبی بحرانی در گلو بسیار مشکل است و چون این حالت پایدار نیست ممکن است اثر انسداد رخ داده و سطح آزاد آب پایدار نباشد جریان مواج در گلو:در گلوی کالورتی که با دبی نزدیک به دبی بحرانی طراحی شده است سطح آب بصورت نوسانی و مواج می باشد . برای طراحی نکته مهمی که در این نوع جریان وجود دارد ارتفاع امواج می باشد که تاثیر مستقیم بر روی ارتفاع کالورت دارد .اگر این امواج باسقف برخورد کنند ممکن است جریان با حالت آزاد متوقف شده و به جریان در لوله تبدیل شود .
طراحی کالورتهای استاندارد:کالورت استاندارد کالورتی است که با قیمت بسیار ارزان و بدون در نظر گرفتن بسیاری از ملاحظات طراحی و افت، طراحی می شود و ساختمان آن بسیار ساده است . ( مثل لوله و یا باکس بتنی) روش طراحی:عملیات طراحی کالورتهای استاندارد به دو بخش تقسیم می شود.مرحله اول آنالیز طرح برای مشخص کردن موارد مورد نیاز کالورت ، داده های طراحی و ساختمان و … (که شامل دبی طراحیQdesو هد بالادستHdesاست (
در مرحله دوم اندازه کالورت با آزمایش و خطا مشخص می شود . در این مرحله هم محاسبات مربوط به کنترل پایین دست و هم کنترل بالا دست انجام می شود . طراحی کالورتها به روش حداقل افت انرژی MELتعاریف :کالورتهای با حداقل افت انرژی با این اصل طراحی می شوند که افت انرژی در سازه حداقل باشد . خطوط جریان در ورودی کالورت بصورتی به هم نزدیک و در خروجی بصورتی از هم دور می شوند که به آرامی به جریان پایین دست بپیوندد (با حداقل افت ممکنکف گلو گاهی اوقات باید کوتاه تر شود(فروافتادگی) تا بتواند جریان بیشتری را عبور دهد.(
توجه1-کالورتهای MEL را با نامهای دیگر نیز می خوانند : کالورت با انرژی ثابت ، با هد ثابت و با انرژی حداقل 2-آبگذر های MEL نیز مانند کالورتهای MEL طراحی می شوند روشMEL در آبگذرها برای کاهش دهانه پل بکار برده می شود همچنین برای افزایش ظرفیت انتقال دبی بدون اصلاح در خروجی پل. و جلوگیری از ایجاد مانع توسط آبگذر برای سیلاب در نزدیکی پل .3-مقایسه بین کالورتهای استاندارد و MEL نشان دهنده کاهش افت انرژی در دبی و عرض گلوی مشابه در کالورتهای MEL بوده است . بنابراین عرض گلو را در این کالورتها می توان نسبت به کالورتهای استاندارد کاهش داد.
شرایط بحرانیدر کانالهای باز زمانی که جریان در حالت بحرانی باشد بیشترین دبی در واحد عرض عبور می کند پس سازه ها MEL بصورتی طراحی می شوند که جریان در آنها بحرانی باشد در تمام انواع آبگذرهای مهندسی ساز چه در ورودی ، خروجی ویا درگلو جریان در واحد عرض ماکزیمم است و نیز ممکن است با کاهش ارتفاع گلو جریان افزایش یابد . ملاحظات عملی :عمل درست کالورتها و آبگذرهای MEL به طراحی درست نیاز دارد که بر چندین نکته بسیار مهم تاکید دارد .- توضیع سرعت باید یکنواخت یا شبیه یکنواخت باشد.- از جدایش جریان در ورودی و خروجی باید جلوگیری شود.
در موردی که اشتباهی در طراحی ورودی شده بود در اثر جدایش جریان دبی عبوری از چهار کالورت به یک سوم دبی طراحی کاهش یافته بود.. - برای خروجی :دستیابی به یک باز شدگی تند یا یک نسبت بزرگ باز شدگی در خروجی و نیز همین نسبت در ورودی بسیار مشکل است . - جریان بحرانی در عمل با سطح آزاد مواج و جریان ناپایدار مشخص می شود که امواج بصورت کامل دیده می شوند (در گلوهای بلند در بعضی موارد دامنه امواج ممکن است به 0.5dc نیز برسد.- عملا آبگذر ها ممکن است برای عدد فرود غیر از یک (Fr = 0.6-0.8) نیز طراحی شوند تا دامنه امواج کاهش پیدا کرده و ارتفاع سقف گلو کاهش پیدا کند.- افتها باید به درستی محاسبه شوند .
طراحی کالورتهای چند سلولی :این سازه زمانی ساخته می شود که کالورت مستطیلی باید خیلی عریض باشد.که در این صورت از چند سلول مستطیلی استفاده می شود. در این مورد دیوارهای جدا کننده باعث ممانعت در مقطع عرضی جریان می شوند و نیز ضخامت کلی دیوارهای سلولها باید در طراحی نهایی بحساب آیند . پس حداقل عرض دهانه ها از عرض واقعی گلو بزرگتر است . عمل کالورت در شرایط دبی غیر طراحی:کالورتها برای دبی ویژه ای طراحی می شوند ولی به هرحال آنها اکثر اوقات در دبی غیر از دبی طراحی عمل می کنند. پس مهندسین طراح باید در این مورد از عمل کالورت شناخت داشته باشند.
سودمندیهای آبگذر ها و کالورت های MEL آبگذر MEL یعنی افت انرژی کوچک است در نتیجه کاهش و افزایش بسیار کمی در سطح سیلاب وجود دارد بنابراین عرض گلو حداقل است . بیشتر اوقات جریان در کالورت بصورت لایه ای است و یا تلاطم کمی را نشان می دهد .برای کالورتهای با فروافتادگی صفر ابعاد ورودی و خروجی و گلو در MEL بسیار کوچکتر از کالورتهای استاندارد است برای کالورتهای خیلی بلند طراحی به روش MEL بسیار اقتصادی تر است.
بهار 91 گردآورنده : فرزانه نصرتی
