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 :

-کانالهای طبیعی : این کانالها به صورت طبیعی در 1

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

- کانالهای مصنوعی : این کانالها توسط بشر و به 2

منظور و مقاصد مختلف آبرسانی ، آبیاری ، جمع

آوری و انتقال فاضالبها یا آبهای سطحی ساخته می

شوند .

تقسیم بندی دیگر کانالها بر مبنای تغیرات در سطح

مقطع کانالها :

- کانالهای منشوری : کانالهایی هستند که در 1

مسیرشان دارای سطح مقطع و شیب ثابت می باشند .

کانالهای مصنوعی عمدتا منشوری بوده

- کانالهای غیر منشوری : کانالهایی هستند که در مسیر 2

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 :

- کانالهای با جداره ثابت : کانالهایی هستند که مصالح 1

جداره ی آنها ثابت و غیر متحرک می باشند .

- کانالهای با جداره ی متحرک : جداره ی این کانالها از 2

ذرات رسوبی تشکیل یافته است و ذرات این قابلیت را

دارند تا تحت تاثیر جریان آب به حرکت در آیند.

انواع مقاطع کانالهای باز

- مقطع ذوزنقه ای : معمولترین شکل برای آبیاری 1

بوده و درکانالهلیی که در مصالح خاکی حفر گردیده و

دارای پوششی از جنس مصالح سخت نمی باشند کاربرد

دارند .

- مقاطع مستطیلی و مثلثی حالت خاصی از مقطع 2

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 .

- مقطع دایره ای : این مقطع از مقاطع معمول در 3

سیستمهای جمع آوری و انتقال فاضالب می باشد .

- مقطع سهمی شکل : به عنوان یک تقریب برای 4

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

- کانال پایه دار )فلوم( : از 1

چوب ، فلز ، بتن و... ساخته می

شود و آب را از یک طرف دره

به طرف دیگر منتقل می کند .

- تند آبراه )شوت( : به کانالی 2

اطالق می شود که دارای شیب

کف تند بوده و آب را از ارتفاع

نسبتا زیادی به ارتفاع پایین تر

برساند .

- شیب شکن : شبیه تند ابراه 3

بوده ولی برای ارتفاع کم به کار

.میرود

- آبرو )کالورت( : جهت عبور 4

دادن آب از زیر جاده یا ران آهن

به کار می رود .

- تونل با جریان آزاد: یک کانال طوالنی است که به 5

منظور عبور دادن آب از داخل کوهها به کار می رود .

- تبدیل : به هر گونه تغییر در جهت و یا سطح مقطع 6

جریان که در فاصله ی کوتاهی از مسیر کانال صورت

كانال هاي پيش ساخته گیرد تبدیل گفته می شود .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

بسيار گسترش يافته است. 1365ساخت كانال از سال

آب را از كانالهاي اصلي 4و3كانالهاي آبياري درجه

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 مشكالت

احداث اين كانالها به صورت درجا باعث شده است كه

عمال 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 مشكالت احداث

مقاطع دايره اي از بين مي رود.

مزایای کانالهای پیش ساخته

درساخت اين كانال ها ، كليه قطعات مورد نياز در •

توليد مي كارگاه هاي مخصوص به صورت پيش ساخته

شوند، كه عالوه بر دقت باال 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

امتداد شيب زمين حرکت مي کند و به روباز آب فقط در

همين دليل کانال ها معموالw در باالترين 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

(MELای ،

: قسمتهای اصلی کالورت

-Inlet1 ورودی

-Barrel2 گلو

حاسبه جریانم -Outlet3 خروجی

معموال دبی کالورت را از مطالعات هیدرولوژیکی منطقه

بدست می آورند . در یک کالورت هر قدر افتها کمتر

باشد تاثیر آن بر پروفیل سطح جریان باال دست کمتر

. است

انتخاب مبنای طراحی

در طراحی کالورت ابتدا بین حالتهای زیر گزینه بهینه

. مورد نظر را انتخاب می کنیم

حداقل افت

حداکثر دبی

فروافتادگی جریان

در روش طراحی کالورتهای استاندارد دو فرض اولیه : ترکیبی

داریم

ورودی و خروجی هم سطح اند-1

افت مساوی صفر است -2

مالحظات طراحی :

- بها باید حداقل باشد 1

2 -∆zفرورفتگی جریان ترجیحا باید کم باشد

- ممکن است ارتفاع خاکریزها داده شود و یا قسمتی از 3

طراحی باشد

- محافظت پایین دست سازه زمانی که پرش 4

هیدرولیکی در نزدیکی پایین دست سازه ایجاد شود الزم

می باشد

جریان در کالورت

جریان باالدست 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

مالحظات 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

ساختمان و … )که نیاز کالورت ، داده های طراحی و

است )Hdes و هد باالدست Qdesشامل دبی طراحی

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 باال دست انجام می شود .

MELطراحی کالورتها به روش حداقل افت انرژی

تعاریف :

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 ممکن

کف گلو گاهی اوقات باید کوتاه تر شود)فروافتادگی( تا

بتواند جریان بیشتری را عبور دهد.)

توج������������������������������������ه

: MEL-کالورته�ای 1 خوانن�د می ن�یز دیگ�ر نامه�ای ب�ا را

ک�الورت ب�ا ان�رژی ث�ابت ، ب�ا ه�د ث�ابت و ب�ا ان�رژی ح�داقل

ط�راحی می MEL ن�یز مانن�د کالورته�ای MEL- آبگ�ذر ه�ای 2

بک�ار MELش�وند روش پ�ل دهان�ه ک�اهش ب�رای آبگ�ذرها در

ب�رده می ش�ود همچ�نین ب�رای اف�زایش ظ�رفیت انتق�ال دبی

م�انع ایج�اد از جلوگ�یری و پل. خ�روجی در اص�الح ب�دون

. پ��ل ن��زدیکی در س��یالب ب��رای آبگ��ذر توس��ط

نش�ان دهن�ده MEL-مقایس�ه بین کالورته�ای اس�تاندارد و 3

در مش�ابه گل�وی ع�رض و دبی در ان�رژی افت ک�اهش

بن�ابراین ع�رض گل�و را در این ب�وده اس�ت . MELکالورته�ای

کالورته�ا می ت�وان نس�بت ب�ه کالورته�ای اس�تاندارد ک�اهش

داد.

شرایط بحرانی

در 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 .

:مالحظات عملی

به طراحی MELعمل درست کالورتها و آبگذرهای

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

نیز برسد.0.5dcممکن است به

Fr- عمال آبگذر ها ممکن است برای عدد فرود غیر از یک )

( نیز طراحی شوند تا دامنه امواج کاهش پیدا 0.6-0.8 =

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.

MEL سودمندیهای آبگذر ها و کالورت های

یعنی افت انرژی کوچک است در نتیجه کاهش MELآبگذر

و افزایش بسیار کمی در سطح سیالب وجود دارد

بنابراین عرض گلو حداقل است . بیشتر اوقات جریان در

کالورت بصورت الیه ای است و یا تالطم کمی را نشان

می دهد .

برای کالورتهای با فروافتادگی صفر ابعاد ورودی و

بسیار کوچکتر از کالورتهای MELخروجی و گلو در

استاندارد است برای کالورتهای خیلی بلند طراحی به

بسیار اقتصادی تر است.MELروش

91بهار گردآورنده : فرزانه

نصرتی