บทที่ 12 การคํานวณปร ิมาณนํ้าไหล...

บทท 12

การคานวณปรมาณนาไหลผานบานระบาย

(ฝายระบายนาและประตระบายนา)

12.1 ฝายเคลอนทได (Movable weir)

เมอพจารณานยามของอาคารประเภทฝายสนแขง (Fixed crest weir) ทสรางในลาน าเพอปดกนการไหลของน าแลวฝายดงกลาวทาหนาททดน าสงผลใหเกดการเพมระดบน าสงขน ตอมามการสรางอาคารชลศาสตรในลานาเพอใหทาหนาทอนๆ อกนอกเหนอจากการทดน าดงกลาว ไดมการออกแบบและกอสรางอาคารชลศาสตรทใชเทคโนโลยสมยใหม มการนาอปกรณแบบใหมๆมาใชเพอการควบคมหรอเสรมประสทธภาพการทางาน เชน บานระบายชนดตางๆ เปนตน ซงในภาวะปกตอปกรณตางๆ เหลานนจะทาหนาทปดกนทดน าเหมอนกบการทางานของฝายสนแขง และเมอใชงานเพอใหทาหนาทอยางอนกจะทาการควบคมปรบขนาดหรอการเปดปด จงเรยกอาคารชลศาสตรลกษณะดงกลาววา ฝายเคลอนทได (Movable weir)

ตวอยางรปแบบลกษณะของ Movable weir บางแบบ ทควบคมดวยบานระบายแบบตางๆ แสดงในรปท 12-1 ถง รปท 12-9

รปท 12-1 Visor weirs ควบคมดวย Arch หรอ Visor gates

12-2

หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8

ฝายพบ แบบ Flap gates

ฝายพบ แบบ Wicket Gates

รปท 12-2 ฝายพบ

รปท 12-3 Miter gate

12-3


Sector gates – Vertical axis

Sector gates – Horizontal axis

รปท 12-4 ควบคมดวย Sector gates

รปท 12-5 ควบคมดวยบานสวง (Swing gates)

รปท 12-6 ควบคมดวย Roller gate

12-4


Caterpillar gate ขนาดใหญ Caterpillar gate ขนาดเลก

Fixed-wheel gate Slide gate

เขอนระบายนาทควบคมดวย Long span leaf wheel gate

รปท 12-7 ควบคมดวยบานตรง ชนดตางๆ

รปท 12-8 ควบคมดวยบานโคง (Radial หรอ Tainter gate)

12-5


รปท 12-9 ฝายยาง (Rubber weir หรอ Rubber dam) ไดอธบายแลวในหวขอ 8.9

จะเหนไดวาประเภทของบานระบายนนแบงตามลกษณะเฉพาะของบานระบายแตละแบบไดเปน Visor gate, Flap gate, Cylinder gate, Slide gate, Caterpillar gate, Miter

gate, Roller gate, Segment gate, Sector gate, Drum gate, Bear-trap gate,

Fixed-wheel gate, Bear-trap gate ฯลฯ รวมทงการควบคมดวย ฝายยาง (Rubber weir) และยงมไมอดน าหรอStop log (ไดอธบายในบทท 8) อกดวย

เมอประมวลบานระบายแตละประเภทตามทกลาวขางตนแลว อาจสรปไดดงน

1) แบงตามรปแบบของบานระบาย เปน 2 กลม คอ

1.1) บานระบายชนดบานตรง 1.2) บานระบายชนดบานทเปนสวนโคงของวงกลม หรอบานโคง (รวมทงบาน

ระบายทมลกษณะเปนทรงกระบอกซงมหนาตดของบานเปนวงกลม แตสวนททาหนาทเปนบานทปะทะกบนาเปนเพยงสวนโคงวงกลมบางสวน)

2) แบงตามหนาทหลกของบานระบาย เปน 2 กลม คอ

2.1) บานระบายททาหนาทควบคมปรมาณน าทไหลผานออกไป ลกษณะการควบคมมกเปดบานเพยงบางสวน

2.2) บานระบายททาหนาควบคมระดบน า โดยปดบานเมอไมตองการใหน าไหลผานออกไปซงจะทาใหระดบนาดานเหนอนาถกทดใหมระดบสงขน และเปดใหน าไหลผานออกไปเพอลดระดบนาดานเหนอนาลงใหเทาดานทายนา ลกษณะการควบคมจะเปดหรอปดหมดทงบาน

12-6


3) แบงตามลกษณะการควบคมปดเปดบาน

3.1) เปดปดยกบานในแนวตง โดยน าผานบานระบายออกไปอาจเปนแบบลอดใตบาน หรอไหลลนขามบานออกไป (บานระบายททาหนาทควบคมปรมาณน าทไหลผานมกเปดปดแบบน) 3.2) เปดปดบานตามแนวราบ (มลกษณะเดยวกบการเปดปดบานประตรวทอาจเปนแบบบานเลอนหรอบานแบบบายพบ) เปนบานระบายททาหนาควบคมระดบนาบางแบบ

การนาเสนอการคานวณปรมาณน าไหลผานบานระบายในบทน จะนาเสนอในสวนของบานระบายททาหนาทควบคมปรมาณน าของ ฝายระบายน า และประตระบายน า ซงไดแกบานโคง (Radial หรอ Tainter gate) และบานตรง (Vertical lift gate หรอ Sluice gate) สวนบานระบายทใชกบอาคารประเภททอจะนาเสนอในบทท 13 เรองการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลศาสตรประเภททอ

12.2 ฝายระบายนาและประตระบายนา

การกาหนดใหฝายระบายน า หรอประตระบายน าเปนอาคารชลศาสตรหลกทใชควบคมปรมาณนาทหวงานนน เพราะตองการใหสามารถระบายนาออกไปไดปรมาณมากๆ รวมทงสามารถพรองน าลวงหนาได เพราะธรณของบานระบายกาหนดใหมระดบตาๆ ซงตางจากฝายหรอทางระบายน าลนทไมมบานระบายเปนตวควบคมซงมระดบสนฝายอยสงเทากบระดบน าเกบกกในขณะทม Head การไหลไมสงมากนก หากตองการระบายน าปรมาณมากๆ สนฝายตองยาว สวนการพรองนานนถาไมมทอทงนา กอาจทาไดโดยการใชกาลกนา (Siphon) ซงไมสะดวก

ฝายระบายน าและประตระบายน าน นจะแตกตางกนทโครงสรางลกษณะรปแบบ แตคณสมบตทางชลศาสตรและการคานวณปรมาณน าไหลผานบานระบายของอาคารดงกลาวใชหลกการไหลของน าผาน Orifice ขนาดใหญ ทเปนชองเปดบานระบายเหมอนกน ซงอาจเปรยบเทยบองคประกอบของอาคารประเภทฝายระบายนาและประตระบายนา ไดดงน

12.2.1 ประตระบายนา

ประตระบาย หรอ ปตร. เปนอาคารชลศาสตรททาหนาท 2 ประการคอ ปดกนเพอเกบกกเพมปรมาณน าหรอระดบน าในทางน า และทาหนาทควบคมการระบายน าออกจากทางน า สวนใหญจะพบอาคารประตระบายใน 3 รปแบบ คอ

12-7


1) โครงการประตระบายน า ทม ปตร. เปนอาคารหลกปดกนในลาน าทไมกวางนก เชน หวย คลองชกน า เปนตน โดยจะทาหนาทปดกนเพอเกบกกเพมระดบน าในลาน า และระบายนาในชวงฤดนาหลากไมใหเกดการเออทวมพนทสองฝงลาน า ทงนรวมทง ปตร. ททาหนาทควบคมปองกนนาทะเลหนนไหลยอนเขามาในทางนาในชวงเวลานาขนดวย

2) เปนอาคารประกอบของเขอนหรออางเกบน า เพอทาหนาทเกบกก และระบายควบคมปรมาณนาของเขอนหรออางเกบนา

3) เปนอาคารควบคมปรมาณน าในระบบสงน าและระบบระบายน าทมขนาดใหญ(ถาขนาดเลกจะกอสรางเปนทอระบายน า) ไดแก ปตร.ปากคลองสงน าสายใหญ, ปตร.ปากคลองซอย, ปตร.ทดนากลางคลอง และในกรณทาหนาทปองกนนาจากดานนอก เชน จากลาน าธรรมชาตไมใหไหลเขามาในระบบสงน าหรอระบบระบายน า ไดแก ปตร. ปลายคลองสงน า , ปตร.ปลายคลองระบายนา เปนตน

ลกษณะเดนของประตระบายคอ ฐานทเปนตวรองรบบานระบายจะมลกษณะเปนพนคอนกรตราบทมระดบทเทากนระดบเดยว อาจแบงไดเปน 3 ลกษณะยอย (แสดงในรปท 12-10) คอ

(1) ฐานระดบเดยวกบระดบทองนาทงดานเหนอนาและดานทายนา (2) ฐานมระดบเทาระดบทองนาดานเหนอนาสวนดานทายนาลดระดบตากวาดานเหนอนา (3) ฐานยกสงกวาระดบทองนาดานเหนอนา (ลกษณะของฝายสนกวาง)

กรณ (1) ไดแก ปตร. ของระบบสงนา กรณ (2) และ (3) ไดแก ปตร.ทหวงานเขอนหรออางเกบนา ซงจะมกาแพงขางและตอมอกลางเพอตดตงบานระบาย ทมทงบานตรง และบานโคง กบเพอรองรบสะพาน

(1) มระดบเดยวกน (2) ระดบดานทายนาลดตา

(3) ระดบฐานยกสงกวาระดบทองนา รปท 12-10 รปตดแสดงฐานรองรบบานระบายของประตระบาย 3 ลกษณะ

12-8


ประเภทของประตระบายนา แบงตามชนดของบานระบายทใชควบคมปรมาณน า เฉพาะทนยมสรางในประเทศไทย ไดแก

1) ประตระบายควบคมดวยบานโคง (Radial or Tainter gate)

ฐานรองรบบาน รปซายมออยทระดบทองนา รปขวามอยกระดบสงจากทองนา (เสมอนเปนฝายสนกวาง)

รปท 12-11 รปตดประตระบายควบคมดวยบานโคง

2) ประตระบายควบคมดวยบานตรง (Vertical lift gate or Sluice gate) แบงยอยเปน บานระบายชนสวนเดยวหรอบานเดยว และบานระบายหลายชนสวนหรอบานสองชน

(2.1) บานระบายเดยว ฐานรองรบบานอาจอยทระดบทองนาหรอยกระดบสงกได

รปท 12-12 รปตดประตระบายควบคมดวยบานตรงแบบบานเดยว ทฐานรองรบบานยกระดบสง

(ระดบฐานรองรบบานอาจออกแบบใหอยทระดบทองนาหรอยกระดบสงขนกได)

(2.2) บานระบาย 2 ชน มกเปนประตระบายทสรางในยคแรก ๆ จะม 2 สวนคอสวนบนเปนบานระบาย และสวนลางทอาจเปนบานทยกได หรอเปนเพยงธรณบานทยกสงกได

12-9


รปท 12-13 รปตดประตระบายควบคมดวยบานตรงแบบบานสองชน

12.2.2 ฝายระบายนา (Gated Spillways)

เปนอาคารประเภทฝายสนมน (Ogee weir) แบบตางๆ ทตดตงบานระบายเพอควบคมปรมาณการระบายน า (ในขณะท ปตร. เปนฐานราบ ๆ หรอลกษณะฝายสนกวาง) โดยธรณบานระบายจะตงทสวนยอดสนฝายหรอจดใกลเคยงทเหมาะสมกได เปนอาคารทมกสรางไวควบคมปรมาณน าของอางเกบน าหรอเขอนทดน า มกาแพงขางและตอมอกลางเพอตดตงบานระบาย และรองรบสะพาน บานระบายมทงบานตรงแบบบานเดยว และบานโคง (สวนใหญมกเปนบานโคง)

รปท 12-14 ตวอยางรปตดฝายระบายนาตดตงบานโคงและบานตรง

12-10


รปตดอาคารควบคมปรมาณนาเขอนปาสกชลสทธ

รปตดอาคารควบคมปรมาณนาเขอนปตตาน

รปท 12-15 ตวอยางเขอนทมกมโครงสรางอาคารระบายนาในลกษณะแบบฝายระบายนา

12.2.3 การคานวณปรมาณนาไหลผานบานระบายของประตระบายนาและฝายระบายนา

รปแบบการไหลของนาผานบานระบาย อาจแบงยอยไดเปน 3 แบบ คอ

1) การไหลลอดบานระบายโดยเปดบานระบายบางสวน 2) การยกบานระบายพนนา 3) การไหลขามบานระบาย

นอกจากนแตละรปแบบการไหลยงแบงยอยเปน 2 ลกษณะการไหล คอ

1) การไหลแบบ Free flow

2) การไหลแบบ Submerged flow

12-11


12.3 การคานวณปรมาณนาผานประตระบายนา 12.3.1 บานระบายชนดบานโคง (Radial or Tainter gate)

ปรมาณน าไหลผานบานระบายชนดบานโคงน น ใชหลกการวเคราะหการไหลผาน Orifice ขนาดใหญเชนเดยวกบกรณบานตรงทกลาวแลวขางตน แตจะมความแตกตางกนทบานตรงจะตงฉากกบทศทางการไหล ตาแหนงชองเปดของบานตรง ขอบลางของบานกบธรณรองรบบานเปนแนวตาแหนงหนาตดแนวดงแนวเดยวกนตลอด แตกรณบานโคงเมอยกบานขน สวนขอบลางของบานจะเคลอนตวเปนสวนโคงของวงกลมไมอยในแนวดงแนวเดยวกบจดธรณรองรบบาน แตจะทามมกนเปนมม θ หรออาจกลาวไดวาชองเปดของบานโคงนนจะเอยงเปนมม θ

12.3.1.1 การไหลลอดผานบานโคงแบบ Free Flow

r หรอ R เปนรศมความโคงของบาน

รปท 12-16 ลกษณะการไหลลอดผานบานโคงแบบ Free Flow

1od gY2GLCQ

1

oc

cd

YG

C1

CC

θ คามมเมอเปดบานระบาย ระหวางเสนสมผสของสวนโคง (Tangent) ของบานระบาย ทตาแหนงธรณบานหรอขอบลางของบาน กบ (ก) ฐานทรองรบธรณบานในกรณของ ปตร . และ (ข) เสนสมผสของสวนโคงของสนฝายตรงจดทเปนฐานรองรบธรณบาน

12-12


คา CC คานวณไดจากสมการตอไปน

2

c 9036.0

9075.01C

(5)

Cc จะมความผดพลาดไมเกน 5% ถา 190/

คา Cd

A. Toch (1955) ไดศกษาพบวาคา Cd จะแปรผนไปตามคาของ Y1, Go, a

และ r (r หรอ R เปนรศมความโคงของบาน) โดยอาจใชคา Cd ตามกราฟในรปท 12-17

USBR ไดปรบปรงสตรการคานวณ การไหลลอดผานบานโคงแบบ Free Flow

ใหใชงานไดสะดวกยงขนเปน

gh2LGCCQ o21

โดยคา C1 และC2 หาไดจากกราฟในรปท 12-18 รปท 12-19 และรปท12-20 เมอ a/R เทากบ 0.1, 0.5 และ 0.9 ตามลาดบ โดยท C1 จะสมพนธกบคา h/R, Go/R และ a/R

สวน C2 จะสมพนธกบคา L/P และ a/R

12-13


รปท 12-17 กราฟหาคา Cd ทจะแปรผนไปตามคาของ Y1, Go, a และ r

ทงกรณ Free flow และ Submerged flow

12-14


รปท12-18 กราฟหาคา C1 และ C2 การไหลแบบ Free flow เมอ a/R = 0.1

12-15



12-16



12-17


12.3.1.2 การไหลลอดผานบานโคงแบบ Submerged Flow

เปนการไหลทน าดานทายทวมขอบลางหรอธรณบานระบาย หลกการวเคราะหจะเหมอนกรณการไหลของ Orifice ขนาดใหญ แบบ Submerged Flow

Y3 หรอ hs เปนระดบนาดานทายนา

รปท 12-21 ลกษณะการไหลลอดผานบานโคงแบบ Submerged Flow

สมการการคานวณการไหลผานบานระบายโคงกรณ Submerged flow ของ USACE

จากสมการ gh2GLCQ o

gh2h

GGLC

h

GQ

s

oo

s

o

gh2h

GGLCQ

s

ooS

gh2LhCQ SS

s

0S h

GCC

12-18


เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานตอบานระบาย 1 ชอง, (ม.3/วนาท)

L = ความกวางของบานระบายนา 1 ชอง, (ม.)

hS หรอ Y3 = ระดบนาทายประตวดจากธรณบานระบาย หรอ, (ม.)

g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก = 9.81 ม./ (วนาท) 2

G0 = ระยะเปดบานระบาย, (ม.)

h = ความแตกตางของ Head ทงหมดระหวางเหนอนาและทายนา, (ม.)

C = สมประสทธการไหลกรณ Free flow

CS = สมประสทธการไหลของนาผานบานระบาย กรณ Submerged flow

คา CS: สมประสทธการไหล จากผลการทดลองของ U.S. Army Corps of

Engineers Waterways Experiment Station พบวา คา Cs มความสมพนธแบบผกผนกบคา hs / Go ดงแสดงใน Log – Log Scale ตามรปท 12-22 ทตองเลอกเสนกราฟตามขนาดความกวางของบานระบาย (B)

12-19


รปท 12-22 กราฟหาคา CS สมประสทธการไหลผานบานระบาย กรณ Submerged flow

เมอใชสมการของ USACE ใชไดกบอาคารอน ๆ ทควบคมดวยบานระบายไดอก เชน ประตระบายบานตรง, ไซฟอน และทอระบายนา

12-20


12.3.2 บานระบายชนดบานตรง (Vertical lift gate or Sluice gate)

ก. กรณเปดบานระบายบางสวน (Partial gate opening)

12.3.2.1 การศกษาของ USBR

[ประตระบายนา > บานตรง > Free flow]

(1.1) การไหลลอดผานบานตรงแบบอสระ (Free flow) น าไหลลอดผานบานระบายแบบบานตรง สาหรบกรณนเกดขนเมอ

ระดบนาทายประตมระดบไมสงกวาระดบทองบานระบายทยกขน เปนการไหลของน าแบบอสระทไมอยภายใตการถกบงคบ หรอตานทานของการไหลของนาทายบานระบาย

รปท 12-23 การไหลแบบ Free flow ของบานระบายชนดบานตรง

การไหลของนาในกรณ Free flow หากไมคดการสญเสยในระบบ

E1 = E2

g2

22V

2Yg2

21V

1Y

q = VY ;

22gY2

2q2Y

21gY2

2q1Y

(1)

21

21 YYg2

YYq

แทนคา Y2 = CcGo และนา Y1 ใสใน จะได

oc1

21

oc GCY

gY2GCq

จาก Q = q.L ;

oc1

11oc GCY

Y.gY2LGCQ

12-21


1od gY2GLCQ (2)

1

oc

cd

YG

C1

CC (3)

เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานบานระบาย 1 ชอง, (ม.3/วนาท) Cd = สมประสทธการไหลของนาผานบานระบาย

Cc = สมประสทธการบบตวของหนาตดการไหลของนา Go = ระยะเปดบาน, (เมตร) อาจแทนคาเปนอยางอน เชน d, W, a


L = ความกวางของบานประต 1 ชอง, (ม.) Y1 = ความลกของนาดานเหนอนาของบานประต, (เม.)

[ประตระบายนา > เปดบานบางสวน > บานตรง > Free flow]

Cc : สมประสทธการบบตวของหนาตดการไหลของนา

Southwell, R.V และ G. Valsey (1964) เสนอแนะวาคา Cc เทากบ 0.608 เมอ Y2 /Y1 เทากบ 0.321

Benjamin T.B (1956) ไดวเคราะหและทดลองพบความสมพนธของคา Cc กบ Go /Y1 สรปตามตารางท 12-1

ตารางท 12-1 ความสมพนธของคา Cc กบ Go /Y1

Go /Y1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Cc 0.611 0.606 0.602 0.600 0.598 0.598

ในทางปฏบตแลวใหใช Cc = 0.61 ซงถอวาเปนคาการบบตวของ Orifice

[ประตระบายนา > เปดบานบางสวน > บานตรง > Free flow]

Cd : สมประสทธการไหลของนาผานบานระบาย อาจหาไดจาก

ใชคาตามสมการ (3) โดยทคา Cd ผนแปรไปตามคา Go /Y1

H.R. Henry ไดศกษาทดลองการไหลผานบานระบายแบบบานตรง ไดผลการทดลองสรปคาสมประสทธการไหล (Cd) เปนกราฟดงรปท 12-17 โดยเสนกราฟ Free

flow เปนกราฟเสนแนวนอนเสนบนมคาระหวาง 0.5 – 0.6 (เสนกราฟอนๆเสนแนวเฉยงเปน Submerged flow)

12-22


[ประตระบายนา > เปดบานบางสวน > บานตรง > Submerged flow]

(1.2) การไหลลอดผานบานตรงแบบทวม (Submerged flow)

มลกษณะการไหลเมอเปดบานระบายจะมลาเจทของน าพงผานชองบานระบายออกไปดงเชนกรณการไหลแบบ Free flow แตน าดานทายทมระดบสงจะยอนกลบมาทบบนลาเจทและระดบนาดานทายจะสงกวาขอบลางของบานระบาย การวเคราะหการไหลทเกดขนจงเหมอนกรณการไหลแบบ. Free flow ทกลาวแลวทกประการ แตระดบน าเหนอลาเจทจะทาใหการไหลไมสะดวก นนคอระดบนาดานทายมผลตอคาสมประสทธของการไหลหรอคา Cd

Y2 เปนความลกจากลาเจทของนาทไหลพงลอดใตบานระบายออกไปแบบ Supercritical flow

Y เปนเฮดสถตทงหมดทหนาตด (2) Y3 เปนความลกททาใหเกดHydraulic jump

รปท 12-24 การไหลแบบ Submerged flow ของบานระบายชนดบานตรง

[ประตระบายนา > เปดบานบางสวน > บานตรง > Submerged flow]

H.R. Henry ไดวเคราะหและทดลองพบวาจากสมการ (2)

1gY2oGLdCQ คา Cd จะผนแปรไปตามคา Y1/ Go และ Y3 /Go โดยไดสรางกราฟความสมพนธกรณการไหลแบบ Submerged และ Free flow ของบานตรงดงรปท 12-25

รปท 12-25 คาสมประสทธการไหลของบานระบายบานตรงจากผลการทดลองของ Henry

12-23


จากกราฟในรปท 12-25 Eqs. (6-47, 6-48) คอสมการตอไปน

Eqs. 6-47 คอสมการ E1 = E2 22gY2

2qY

21gY2

2q1Y

และ Eqs. 6-48 คอสมการ M2 = M3 2

Y

gYq

2Y

gYq

23

3

22

2

2

[ประตระบายนา > เปดบานบางสวน > บานตรง]

(1.3) เงอนไขของลกษณะการไหลผานบานตรง

ตามทกลาวขางตนวาการไหลแบบ Submerged flow นนในชวงแรกมระดบการทวมนอยๆ จะยงคงมคณสมบตการไหลแบบ Free flow อย แตน าดานทายทมระดบสงขนจะยอนกลบมาทบบนลาเจท จนระดบน าดานทายจะสงกวาขอบลางของบานระบาย สวนการจะเกดการไหลทเปน Submerged flow ทสมบรณนน จะเกดเมอการทวมบานของน าดานทายน าเลยระดบหนงขนไป อาจพจารณาไดจากกราฟ ในรปท 12-26 (ใชตวแปรระยะยกบานระบายเปน w ซงกคอG0 นนเอง) ซงเปรยบเทยบจากจดตดของคาอตราสวน Y1/Go (ในกราฟใช Y1/w) กบ Y2/Go (ในกราฟใช Y2/w) วาอยในขอบเขตใดระหวาง Free or Modular flow หรอ Submerged flow

รปท 12-26 เงอนไขของลกษณะการไหลผานบานตรง สมพนธกบ Y1/w และ Y2/w

12-24


[ประตระบายนา > บานตรง > FAO]

12.3.2.2 คาแนะนาของ FAO กรณ Open intake

FAO: องคการอาหารและการเกษตรแหงสหประชาชาต (Food and

Agriculture Organization of the United Nations) ไดใหคาแนะนาในการคานวณปรมาณน าผานอาคารรบน าทควบคมดวยบานระบายชนดบานตรง ในคมอฝกอบรมชอ Inland

Aquaculture Engineering ซงนาเสนอสวนนโดย J. Kövári โดยไดแบงอาคารรบน าเปน 2 ประเภทคอ Pipe intake หรอ ทอระบายน า (จะกลาวในบทท 13 อาคารประเภททอ) และ Open intake หรอประตระบายนา

Open intake (sluice) เปนอาคารรบน าประเภทประตระบายน าในระบบสงน าควบคมดวยบานตรง และจากการทในระบบสงน าจะมการไหลของน าอยางตอเนอง ดงนน Approach velocity ดานเหนอนาหนาบานระบายจงมอทธพลตอการคานวณอตราการไหลมาก (ยกเวนความเรวนอย ๆ เชนนอย กวา 0.30 ม. /วนาท อาจไมตองคด) ทงน FAO เสนอแนะการคานวณปรมาณนา 3 รปแบบ คอ

ปรมาณนาไหลผานบานระบายกรณการไหลแบบ Free flow

ปรมาณนาไหลผานบานระบายกรณการไหลแบบ Submerged flow

อตราการไหลผานบานระบายจากอทธพลของนาดานทายนา ซงเปนการ คานวณปรมาณนากรณการไหลแบบ Submerged flow อกวธหนง

รปท 12-27 รปตดแสดงการไหลผาน Open intake ทควบคมดวยบานตรง

12-25



(2.1) ปรมาณนาไหลผานบานระบายกรณการไหลแบบ Free flow

101 HHg2H.a.b.Q , ม.3/วนาท

g2

VHH

20

0

และ aH1

เมอ = คาสมประสทธความเรว (Velocity coefficient) มคาตามตารางท 12-2 ซงขนกบลกษณะของฐานรองรบ บานระบาย

b = ความกวางของบานระบาย, ม. a = ระยะเปดบานระบายพนธรณบานระบาย (หรอคอ G0), ม. H0 = ความลกนาดานเหนอนาทรวม Approach velocity (v0), ม. H = ความลกของนาดานเหนอนาหนาบานระบาย, ม. g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม. /วนาท2

H1 = เปนความลกจากลาเจทของนาทไหลพงลอดใตบานระบายออกไป, ม. ψ = คาสมประสทธการบบตว (Contraction coefficient) (หรอคอ Cc) ซงจะ สมพนธกบคา a/H ซงหาไดจากตารางท 12-3

V0 = Approach velocity***, ม./วนาท

***การคานวณถาตองการใชคา Approach velocity ทาไดโดย

(1) คานวณหาคา Q โดยไมคด Approach velocity กอน โดยใชคา H0 = H

(2) จากคา Q ทคานวณได หาคา V0 ทไหลผานหนาตดทางน า A0 (ทตาแหนงวดคา H ดานหนาบานระบาย) จากสมการ Q = A0.V0

(3) นาคา V0 ไปใชคานวณอกครงโดยใชคา g2

VHH

20

0

ตารางท 12-2 คาสมประสทธความเรว (Velocity coefficient)

ลกษณะของฐานรองรบบานระบาย

ฐานรองยกสงจากทองนา(ลกษณะBroad crested) 0.85 - 0.95

ฐานรองมระดบเดยวกบระดบทองนา 0.95 - 1.00 หมายเหต : ในการคานวณใหใชคาเฉลยได

12-26


ตารางท 12-3 คาสมประสทธการบบตว (Contraction coefficient)

a/H a/H a/H a/H 0.00 0.611 0.30 0.625 0.55 0.650 0.80 0.720 0.10 0.615 0.35 0.628 0.60 0.660 0.85 0.745 0.15 0.618 0.40 0.630 0.65 0.675 0.90 0.780 0.20 0.620 0.45 0.638 0.70 0.690 0.95 0.835 0.25 0.622 0.50 0.645 0.75 0.705 1.00 1.000


(2.2) ปรมาณนาไหลผานบานระบายกรณ Submerged flow

hg2.C.b.aQ , ม.3/วนาท

h = Ho - H2 = head, ม.

เมอ a = ระยะเปดบานระบายพนธรณบานระบาย, ม. b = ความกวางของบานระบาย, ม.

C = . = Discharge coefficient

= Velocity coefficient มคาตามตารางท 12-2 ซงขนกบลกษณะของฐาน รองรบบานระบาย

ψ = คาสมประสทธการบบตว (contraction coefficient) ซงจะสมพนธกบคา a/H ซงหาไดจากตารางท 12-3

h = H0 - H2

g2

VHH

20

0

H0 = ความลกนาดานเหนอนาทรวม approach velocity, ม. H = ความลกของนาดานเหนอนาหนาบานระบาย, ม.

g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก, = 9.81 ม./ วนาท 2 V0 = approach velocity, ม./วนาท

12-27



(2.3) อตราการไหลผานบานระบายจากอทธพลของนาดานทายนา

เปนการคานวณอตราการไหลในกรณ Submerged flow อกวธหนง ทมหลกการคอ เมอระดบน าดานทายน าสงขนถงระดบหนงจะมอทธพลกบการไหลในกรณ Free

flow โดยน าดานทายน าจะตานการไหลของน าทไหลผานบานระบายออกไป ทาใหอตราการไหลกรณ Free flow ลดลง

kQ

Qretarded หรอ

Q.kQretarded

เมอQ = ปรมาณนาไหลผานบานระบายกรณการไหลแบบ Free flow ทคานวณจาก สมการ 101 HHg2H.a.b.Q , ม.3/วนาท

Qretarded = ปรมาณนาไหลผานบานระบายกรณเกดจากอทธพลของนาดานทายนา หรอ การไหลแบบ Submerged flow, ม.3/วนาท

k = คาสมประสทธการตานการไหลทเกดจากอทธพลของนาดานทายนา ซงหาได จากกราฟในรปท 12-28 ทสมพนธกบคา H1/a และ H2/a

รปท 12-28 คา k Coefficient เมอเปนการไหลแบบ Submerged flow

12-28



(2.4) เงอนไขของลกษณะการไหลผานบานตรงของ FAO

การจะพจารณาวาการไหลเปนแบบ Free flow หรอเปนการไหลแบบ

Submerged flow นน พจารณาไดจากกราฟ ในรปท 12-29 ซงเปรยบเทยบจากจดตดของคาอตราสวน H1/a กบ H2/a วาอยในขอบเขตใด ระหวาง Free flow ในขอบเขต Free outflow ใตเสนกราฟ หรอ Submerged flow ในขอบเขต Outflow influenced by downstream (การไหลทไดรบอทธพลจากนาดานทายนา) เหนอเสนกราฟ

รปท 12-29 กราฟเพอใชพจารณาการไหลเปนแบบ Free flow หรอ Submerged flow

[ประตระบายนา > เปดบานบางสวน > บานตรง > USACE > Submerged flow]

12.3.2.3 การไหลลอดผานบานตรงกรณ Submerged flow ใชผลจากการศกษาของ U.S. Army Corps of Engineers Waterways Experiment Station (USACE)

ในหวขอ 12.3.1.2 ไดนาเสนอการศกษาของ U.S. Army Corps of Engineers

Waterways Experiment Station (USACE) เกยวกบการไหลผานบานโคงในกรณSubmerged flow ซงไดมการพฒนาดดแปลงสตรของ Standard Orifice

gh2GLCQ o เพอใหสามารถใชไดงายและสะดวก ไดเปนสมการทเปนทนยมใชโดยทวไป

12-29


สมการการคานวณการไหลผานบานระบายโคงกรณ Submerged flow ของ USACE สามารถนาไปใชกบอาคารอน ๆ ทควบคมดวยบานระบายไดอก เชน ประตระบายบานตรง (ทจะนาเสนอในหวขอน), ไซฟอน และทอระบายน า ซงการนาคาสมประสทธการไหลของบานโคงมาใชนนจะเปนคาโดยประมาณทยอมรบได แตหากตองการความถกตองแนนอนตอง Calibrate หาคาสมประสทธการไหลของอาคารแตละแหงมาใชคานวณ

รปท 12-30 ลกษณะการไหลแบบ Submerged flow

สมการการคานวณการไหลผานบานระบายโคงกรณ Submerged flow ของ USACE

gh2LhCQ SS

s

0S h

GCC

เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานตอบานระบาย 1 ชอง, (ม.3/วนาท) L = ความกวางของบานระบายนา 1 ชอง, (ม.) hS หรอ Y3 = ระดบนาทายประตวดจากธรณบานระบาย หรอ, (ม.)


G0 = ระยะเปดบานระบาย, (ม.) h = ความแตกตางของ Head ทงหมดระหวางเหนอนาและทายนา, (ม.) C = สมประสทธการไหลกรณ Free flow

CS = สมประสทธการไหลของนาผานบานระบาย กรณ Submerged flow

หาไดจาก Log – Log Scale ตามรปท 12-22 (ในหวขอบานโคง)

12-30


[ประตระบายนา > บานตรง > เปดบานระบายพนนา]

ข. กรณเปดบานระบายพนนา (Fully gate opening)

ในการบรหารจดการน าในชวงฤดน าหลากน น มกมการพรองน าไวลวงหนาในชวงตนฤด แตหากมความจาเปนตองระบายน าปรมาณมาก ๆ นอกจากการพจารณาถงความปลอดภยของหวงานเปนหลกแลว ตองพจารณาผลกระทบทจะทาใหเกดนาทวมพนทดานทายดวย

การระบายนาโดยการยกบานระบายพนผวนานนจะทาใน 2 กรณ คอ

(1) โครงการประเภทเขอนระบายน าหรอประตระบายน าทไดออกแบบใหมการระบายนาสงสดผานอาคารประตระบายนาโดยการยกบานระบายพนนา เพอใหการระบายน ามอตราสงสดซงน าจะไหลในลาน าโดยอสระเหมอนสภาพธรรมชาตเดมของมน โดยไมทาใหเกดผลกระทบทาใหน าทวมพนทดานทายน า ซงการยกบานระบายพนน าจะทาเมอระดบน าดานเหนอน าและดานทายนาของอาคารมระดบใกลเคยงกน กรณเชนนถอเปนการระบายนาตามปกต

(2) อาคารทว ๆไปทไมไดออกแบบใหมการระบายน าผานประตระบายโดยใหยกบานระบายพนน า เมอเกดภาวะวกฤตเพอใหเกดความปลอดภยตอหวงานตองระบายน าออกไปใหมากทสดซงจาเปนตองมการยกบานระบายพนน า ซงเปนการแนนอนวาจะทาใหเกดน าทวมพนทดานทายนา กรณเชนนตองมการประเมนสภาพการเกดน าทวมพนทดงกลาว และตองมการประกาศแจงเตอนลวงหนา

เมอมการยกบานระบายพนน า ขณะน นระดบน าดานเหนอและทายอาคารมระดบสงมากกวาระดบปกต อาจเกอบถงระดบตลงจนถงลนขามตลงออกไป จะเกดการไหลหลายรปแบบขนกบลกษณะของฐานรองรบบานระบาย, อตราการไหล และระดบน าดานเหนอน าและทายนา

[ประตระบายนา > เปดบานระบายพนนา > รปแบบท 1]

กรณทฐานรองรบบานระบาย พนดานเหนอนาและทายนา มระดบเทากน

* อาคารตงอยในทางน าทมขนาดหนาตดดานเหนอน าและดานทายน าใกลเคยงกน และระดบนาดานเหนอนากบทายนาตางกนไมมาก เชน ปตร.ในคลองสงนาหรอคลองระบายนา

ลกษณะการไหลจะเปนแบบไหลผานสงกดขวางทางนา (Obstructions) ซงสงกดขวางกคอตอมอและกาแพงขางของอาคารนนเอง การไหลอาจจะเปลยนแปลงระหวางสภาวะการไหลแบบ Supercritical flow ทไหลดวยความเรวมากๆ มความปนปวนเกดกระแสน าวน กบสภาวะ

12-31


การไหลแบบ Subcritical flow ทไหลเออยดวยความเรวนอยๆ แตสวนใหญมกเปนการไหลแบบ Subcritical flow เสมอ

ลกษณะการไหลดงกลาวเสมอนวาหนาตดของคลองหรอทางน าหดแคบลง ทาใหเกดปรากฏการณ Back Water ขนทางดานเหนอน าของอาคาร และเมอไหลผานอาคารทเสมอนเปนหนาตดทแคบลง ความเรวของกระแสนากจะเพมขน ทาใหระดบน าลดลง และเมอไหลผานหนาตดนนแลว ระดบนากจะคอยๆ เพมขนจนถงระดบปกต ดงแสดงในรปท 12-31

รปท 12-31 ลกษณะการไหลแบบไหลผานสงกดขวางทางนา (Obstructions) เมอยกบาน

ระบายพนนา กรณทฐานรองรบบานระบาย พนดานเหนอนาและทายนา มระดบเทากน

การคานวณลกษณะการไหลผานตอมอ ตามรปท 12-31 หนาตดการไหลเมอผานตอมอทหนาตด 2 จะหดตวแคบลง โดยระดบน าจะคอย ๆ ลดลงในขณะทมความเรวเพมขน เมอถงระยะหนง (บรเวณทายตอมอทหนาตด 3 เสมอนเปน Orifice) ระดบน าจะคอย ๆ เพมขนจนถงระดบปกตทหนาตด 4 ในทางทฤษฏจะคานวณปรมาณนาทตาแหนง หนาตด 3 ดงสมการตอไปน

g2V

hg2CAQ2

13

เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผาน ปตร. , (ม.3/วนาท) C = คาสมประสทธการไหล

∆ h = ความแตกตางของ Head ระหวางหนาตด 1 กบ 3, (ม.) A3 = หนาตดการไหลทหนาตด 3 , ม.2 V1

2/2g = Approach velocity ; V1 = Q/A1

12-32


แทนคา V1 = Q/A1 ในสมการขางตน จะไดเปน

21

23

23

AAC

1

hg2CAQ

***

*** ใชสมการนในการการ Calibrate อาคาร ปตร. กรณยกบานพนนา

ในทางปฏบตการปกตจะวดระดบนาทตาแหนง 0 กบตาแหนง 4 ไมวดทตาแหนง 3 จงอาจอนโลมใหใชความลก y4 แทนความลก y3 และปรบสมการใหสะดวกในการคานวณโดยการไมคด

Approach velocity จะไดเปน hg2CLyQ 4

เมอ L = ความกวางของชองการไหลของ ปตร. , (ม) y4 = ความลกระดบนาดานทายนา - ระดบธรณประต , (ม) หมายเหต คา C นนตองมการ Calibrate หาคาทถกตองมาใช ซงคอนขางยงยากมกมอปสรรคในการปฏบตงานมาก แตสวนใหญใชคา 0.6 - 0.7 ตามคณสมบตพนฐานของการไหลผาน Orifice ซงอาจผดพลาดไดมาก หรอเลยงไปใชขอมลปรมาณน าทไหลผานลาน าดานทายโดยตรวจวดแลวสรางเปน Rating Curve มาใชแทนการคานวณจาก ปตร. ขางตน

[ประตระบายนา > เปดบานระบายพนนา > รปแบบท 2]

กรณทฐานรองมลกษณะรปแบบคลายฝาย

ลกษณะการไหลแบบไหลผานฝายสนกวาง เปนกรณทฐานรองมลกษณะยกสงหรอมรปรางคลายฝาย โดยจะเกดการไหลแบบนกเมอสภาวะการไหลเปนแบบ Critical flow ทระดบความลกของน าทเหมาะสมชวงหนงทมความแตกตางของระดบน าดานเหนอน ากบดานทายน าปรากฏใหเหนชดเจน คณสมบตการไหลจงเสมอนการไหลผานฝาย แตหากระดบน ามการเปลยนแปลงเพมสงขนมากและระดบดานเหนอน าและดานทายน าแตกตางกนไมมาก การไหลกอาจเปนแบบไหลผานสงกดขวางทางนา (Obstructions) ตามขอแรก

รปท 12-32 ลกษณะการไหลแบบผานฝายแบบจม กรณทฐานรองมลกษณะรปแบบคลายฝาย

จะมลกษณะการไหลเปนแบบการไหลผานฝายแบบจม (Submerged flow)

12-33


3

hHgh2CLQ

เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผาน, (ม.3/วนาท) C = สมประสทธการไหล

ปตร. ขนาดเลก มความกวางนอยกวา 3 เมตร ใช C = 0.60

ปตร.ขนาดใหญ มความกวางมากกวา 3 เมตร ใช C = 0.70

H = ความลกของนาทางดานหนาประตระบาย, (ม.) h = ผลแตกตางระหวางระดบนาดานเหนอนาและดานทายนา, (ม.) g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก = 9.81 (ม./ วนาท 2 )

L = ความกวางของชองประตระบาย, (เมตร)

[ประตระบายนา > บานตรงแบบสองชน ]

12.3.3 ประตระบายนา ควบคมดวยบานตรงแบบบานสองชน

ก. กรณเปดบานระบายบางสวน (Partial gate opening)

เปนกรณทฐานรองรบบานมระดบยกสง ซงเปนลกษณะของ ฝายระบายน า (บาน

ตรงอาจพบไดนอย เพราะสวนใหญจะใชบานโคง) และประตระบายแบบบานระบายสองชน ในกรณนชองเปดของบานระบายจะมสภาพเปน Orifice ทแทจรงหรอสมบรณกวากรณทฐานรองรบบานไมไดยกตวสง คณสมบตการไหลจงแตกตางกน มสตรการคานวณทตางไป

รปท 12-33 ประตระบายแบบบานระบายสองชน เปดบานบางสวน

12-34


1) การไหลลอดผานบานตรงสองชนแบบ Free Flow

เปนกรณทระดบนาดานทายตากวาขอบลางบานระบาย (บานระบายตวบนกรณบาน 2 ชน) ตามรปท 12-33 ระดบนาดานทายนาเปนเสน (1)

การคานวณใชสมการการไหลผาน Orifice รปสเหลยมผนผาขนาดใหญ ดงตอไปน (ไดนาเสนอ หลกการพนฐาน ไวในบทท 2 หวขอ 2.5.2 อตราการไหลของน าผานชองเปดสเหลยมผนผาขนาดใหญ)

2/31

2/32g HHg2LC

32

Q

เมอ Q = ปรมาณนาไหลผานบานระบาย (ม.3/วนาท) L = ความกวางของชองระบาย (ม.)

H1 = ระยะจากระดบนาดานเหนอนาถงขอบบนชองระบาย (ม.) H2 = ระยะจากระดบนาดานเหนอนาถงขอบลางชองระบาย (ม.) d = ระยะยกบานระบาย = H2 – H1 (ม.) g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 (ม. /วนาท2) Cg หรอ C = คาสมประสทธของการไหลผานบานระบาย ตามรายละเอยดตอไปน

Cg : คาสมประสทธของการไหลผานบานระบาย

USBR ไดสรปผลการศกษาทดลอง คา Cg ของฝายระบายน าทควบคมดวยบานระบายโคง ดงสมการตอไปน (ใชไดกบฝายระบายน าควบคมดวยบานตรง และประตระบายบานระบาย 2 ชนดวย)

1

2g H

H104.0615.0C เมอ 83.0

HH

1

2

ซง Cg สงสดเมอ H2/H1 = 0.83 มคา 0.70

นอกจากนไดสรางเปนกราฟความสมพนธ ของ C หรอ Cg กบ d/H2 ดงแสดงในรปท 12-34

12-35


รปท 12-34 กราฟความสมพนธ ของ C หรอ Cg กบ d/H2

กรมชลประทาน ไดแนะนาในเอกสารค มอการคานวณปรมาณน า กาหนดคาโดยประมาณ ดงน

กรณประตระบายขนาดใหญ มความกวางมากกวา 3.00 เมตร C = 0.70

กรณประตระบายขนาดเลก มความกวางนอยกวา 3.00 เมตร C = 0.60

ข. กรณเปดบานพนนา กรณบานตรงแบบบาน 2 ชน

เมอยกบานระบายตวบนพนน า การไหลจะเปนแบบไหลขามสนบานลาง(Overpour-type regulators) ซงเปนลกษณะการไหลขามฝายสนสนลกษณะ Free overfall

12-36


รปท 12-35 ประตระบายแบบบานระบายสองชน เปดบานพนนา (1 ) การไหลแบบ Free Flow ระดบนาดานทายตากวาสนบานลาง

2/3H.g2CL32

Q

( 2 ) การไหลแบบ Submerge Flow ระดบนาดานทายสงกวาสนบานลาง

3h

H.gH2CLQ

เมอ Q = ปรมาณนาไหลผานประตระบาย (ม.3/วนาท) C = คาสมประสทธของการไหล



L = ความกวางของชองระบาย (ม.) H = ระดบนาดานเหนอนาเหนอระดบสนบานระบายตวลาง (ม.)

h = ระดบแตกตางของนาดานเหนอนาและทายนา (ม.)

g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม. / (วนาท) 2

12.4 การคานวณปรมาณนาผานฝายระบายนา

12.4.1 ฝายระบายนาควบคมดวยบานตรง (Vertical lift gate or Sluice gate)

รปท 12-36 ฝายระบายนาควบคมดวยบานตรง

12-37


การไหลโดยผานควบคมบานระบายของฝายระบายนานน อาจมลกษณะการไหลได 2 ลกษณะ คอ แบบ Free flow และแบบ Submerged flow

1) การไหลแบบ Free flow เปนกรณทระดบน าดานทายไมทวมขอบลางของบานระบาย หรอระดบดานทายเปนระดบ (1) ในรปท 12-36 คานวณอตราการไหลโดยสตร Orifice

ดงน

2/31

2/32g HHg2LC

32

Q

เมอ Q = ปรมาณนาไหลผานบานระบาย (ม.3/วนาท) L = ความกวางของชองระบาย (ม.) H1 = ระยะจากระดบนาดานเหนอนาถงขอบสนฝาย (ม.) H2 = ระยะจากระดบนาดานเหนอนาถงขอบลางของบาน (ม.) d = ระยะยกบานระบาย = H2 – H1 (ม.) g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 (ม. /วนาท2) Cg หรอ C = คาสมประสทธของการไหลผานบานระบาย ตามรายละเอยดตอไปน

Cg : คาสมประสทธของการไหลผานบานระบาย

USBR ไดสรปผลการศกษาทดลอง คา Cg ของฝายระบายน าทควบคมดวยบานระบายโคง ดงสมการตอไปน (ใชไดกบฝายระบายน าควบคมดวยบานตรง และประตระบายบานระบาย 2 ชนดวย)

1

2g H

H104.0615.0C เมอ 83.0

HH

1

2

ซง Cg สงสดเมอ H2/H1 = 0.83 มคา 0.70

นอกจากนไดสรางเปนกราฟความสมพนธ ของ C หรอ Cg กบ d/H2 ดงแสดงในรปท 12-34

12-38


2) การไหลแบบ Submerged flow เปนกรณทระดบน าดานทายทวมขอบลางของบานระบาย หรอระดบดานทายเปนระดบ (2) ในรปท 12-36 คานวณอตราการไหลโดยสตร Submerged orifice ดงน

gh2CLQ

เมอ Q = ปรมาณนาไหลผานชองบานระบายของฝายระบาย (ม.3/วนาท) C = คาสมประสทธของการไหล



L = ความกวางของชองระบาย (ม.) h = ระดบแตกตางของนาดานเหนอนาและทายนา (ม.)

g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม. / (วนาท) 2

12.4.2 ฝายระบายนาควบคมดวยบานโคง (Radial gate or Tainter gate)

U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center

ไดศกษาและเสนอการคานวณปรมาณนาผานฝายระบายนาแบบ Ogee ทควบคมดวยบานโคงดงน

[ZU = ระดบนาดานเหนอนา, ZD = ระดบนาดานทายนา, Zsp = ระดบสนฝาย]

รปท 12-37 ฝายระบายนาแบบ Ogee ทควบคมดวยบานโคง

12-39


1) การไหลกรณ Free flow

เปนการไหลผานฝายระบายนาทระดบนาดานทายนา (ZD) มระดบตาจนไมสงผลกระทบในการตานการไหลของนาทไหลผานสนฝายออกมา ซงพจารณาจากคา Submergence

ratio: ZD/ZU < 0.67 คานวณโดยสมการตอไปน

HEBETE HBTWg2CQ

เมอ Q = อตราการไหล, (ม.3/วนาท) C = คาสมประสทธของการไหล มคา 0.6 – 0.8 ขนกบขนาดหนาตดการไหล W = ความกวางของบานระบาย, (ม.) T = ความสงของแกนหมนบานวดจากสนฝาย, (ม.) TE = คายกกาลงของ T ขนกบแบบบานมคาไมเกน 0.16

(คา T และ TE เกยวของกบผลกระทบทเกดจากการทามมของบาน อาจไม คดผลกระทบนโดยใช 0.0 ทาให T= 1) B = ระยะยกบาน, (ม.) BE = คายกกาลงของ B ขนกบแบบบาน เปนคาปรบแกผลกระทบทเกด

จากขอบลางบานเบนไปจากตาแหนงธรณบานบนสนฝายมคาไมเกน 0.72

(อาจไมคดผลกระทบนใช BE = 1.0) H = ความลกของนาดานเหนอนาวดจากสนฝาย หรอ Head การไหล (ZU - Zsp)

HE = คายกกาลงของ H ขนกบแบบบาน มคาไมเกน 0.62 (คาทวไปใช 0.5)

2) การไหลกรณ Submerged flow

เปนการไหลผานฝายเมอคา Submergence ratio: ZD/ZU > 0.67 นนคอระดบน าดานทายน า (ZD) มระดบสงจนรบกวนการไหล (เกดการตานการไหลเกดขน)การคานวณปรมาณนา ใชสมการตอไปน

HEBETE HBTWg2CQ

คาตางๆ เหมอนกรณ การไหลแบบ Free flow ยกเวนคา H

H = ความแตกตางของระดบนาดานเหนอกบดานทายนา = Zu – ZD

12-40


กรณทคา Submergence ratio: ZD/ZU สงจนเทากบหรอมากกวา 0.8 ถอเปนการไหลในลกษณะของ Submerged orifice ทสมบรณ จงใชสมการคานวณ

gH2CAQ

เมอ A = พนทหนาตดการไหล = BW, (ม.2) H = ZU – ZD

C = 0.8

12.4.3 การไหลฝายระบายนากรณเปดบานระบายพนนา

ไมวาจะเปนฝายทควบคมดวยบานตรงหรอบานโคง เมอยกบานระบายพนน าแลว ตวฝายจะมลกษณะและคณสมบตทางชลศาสตรเปนฝายเปดดงเชนทไดนาเสนอไวแลวในบทท 8

12.5 Movable weir แบบ Long span leaf wheel gate

บานตรงแบบใหมทจะกลาวถงนเปนบานระบายทออกแบบใชกบเขอนทปดกนในแมน าหรอลาน าขนาดใหญ (1) ทาหนาทปองกนน าทวมเมอสรางไวตอนบนหรอตอนกลางของลมน า และ(2) ใชเพอทาหนาทปองกนน าทะเลหนนและปองกนน าเคมเมอสรางไวตอนปลายของลมน า สวนการใชงานเพอการทดนาเปนเปาหมายรอง ซงในทนจะนาเสนอบานระบายทออกแบบในญปนทนามาสรางในประเทศไทย เชนทเขอนบางปะกง จงหวดปราจนบร บานระบายชนดนมลกษณะรปแบบและคณสมบตพเศษ คอ

1) บานระบายจะมลกษณะเปนบานตรงททาหนาทปดกนและรบแรงกระทาจากน า 2 ดานคอทงดานเหนอนาและทายนา รปแบบมาตรฐานทวไปบานมกมความกวางมาก (สวนใหญ 30 เมตรหรอมากกวา) จงเรยก Long span leaf wheel gate หรอ Leaf wheel gate ทประกอบขนมาจากโครงเหลกและแผนโลหะ จากการทบานรบแรง 2 ดานและมความกวางมากทาใหโครงเหลกทเปนคานของบานจงมขนาดใหญตวบานจงมรปรางทบคลายฝายทสวนบนจะมนโคงเพราะมกออกแบบใหน าไหลลนขามไปไดดวย

2) ทเขอนแหงเดยวกนจะมหลายชองประต มกออกแบบใหม Leaf wheel gate หลายรปแบบและหลายขนาดกได ขนกบวตถประสงคการใชงานและลกษณะทตองการควบคมน า ซงมกมรปแบบในชวงการเกบกกน าทยงไมยกบานใหน าไหลลอดออกไปดงน (1) แบบทมความสงของ

12-41


สนคงทเทาระดบน าสงสด (2) แบบทมระดบสนตาสดเทาระดบน าเกบกก (3) แบบทสามารถปรบใหมระดบใดๆ กได ระหวางระดบนาสงสดกบระดบทตากวาระดบเกบกก

3) Leaf wheel gate ทาหนาทเปนไดทงลกษณะฝายและบานระบาย นนคอสภาพปกตจะวางบนฐานคอนกรตเพอทาหนาทปดกนเกบกกน า เมอตองการพรองน าหรอระบายน าทาโดยยก

Leaf wheel gate ขนใหน าไหลลอดใตบานออกไป บางแบบอาจลดระดบสนใหต าลงเพอใหน าไหลขามออกไป

4) Leaf wheel gate ตามลกษณะยอยทกลาวขางตน อาจแบงเปน 2 กลมใหญ คอ

(4.1) Single leaf wheel gate เปนบานทจะมหนาตดขนาดเดยว (4.2) Multi leaf wheel gate เปนบานทจะมหลายขนาดหนาตดในบานเดยวกน

สวนใหญมกม 2 ขนาดซงเรยก Double leaf wheel gate

รปท 12-38 ตวอยางแปลนและรปดานทายนาของเขอนระบายนา ทควบคมดวย Long span leaf wheel gate (เขอนบางปะกง)

12-42


รปท 12-39 แบบลกษณะของ Single leaf wheel gate เปนบานทจะมหนาตดขนาดเดยว (เขอนบางปะกง)

รปท 12-40 แบบลกษณะของ Double leaf wheel gate เปนบานทจะมหนาตด 2 ขนาด (เขอนบางปะกง)

12-43


รป ก. รป ข

รป ก. แสดงสนของบานทมลกษณะรปแบบของฝาย รป ข. แสดงลกษณะการไหลลอดของนาในรปแบบของบานระบาย

รป ค. รป ง. รป ค. แสดงลกษณะการไหลขามของนาในรปแบบของฝาย

รป ง. แสดงลกษณะการทาหนาทเกบกกนาในรปแบบของฝายหรอบานระบาย

รปท 12-41 แสดง Long span leaf wheel gate ของโครงการระบายนาในญปน โดยทอาคารแหงเดยวกนมบานระบายททาหนาทหลายรปแบบ

การคานวณปรมาณนาผานอาคารทควบคมดวย Leaf wheel gate

1) กรณนาไหลลนขามสนออกไป เปนการไหลลกษณะของฝายสนกวาง ทเปนการไหลแบบ Free flow เพราะสวนใหญระดบสนจะอยสงกวาระดบน าดานทายน า ทงนจะมบาน 2 ลกษณะคอ บานทมระดบสนคงททระดบน าเกบกกเมอระดบน าสงกวาระดบเกบกกกจะไหลขามออกไป กบบานทสามารถปรบลดระดบใหต ากวาระดบ รนก. ได

12-44


รปท 12-42 แสดงการไหลขาม Long span leaf wheel gate

การคานวณปรมาณนาใชหลกการไหลผานฝาย

Q = CLH 3/2

เมอ Q = ปรมาณนาไหลขามสนฝาย ม.3/วนาท

C = สมประสทธในการระบายนาขามสนฝาย (ตองสอบเทยบหาคา C แตอาจใชคาโดยประมาณ 1.82) L = ความกวางของชองประต (ความยาวสนฝาย) ม. H = ความลกของนานงดานหนาฝายเหนอสนฝาย ม.

2) กรณยกใหนาไหลลอดบานออกไป เปนการไหลลกษณะของบานระบายแบบบานตรง

2.1) การไหลแบบ Free flow ดงรปท 12-43 ระดบนาดานทาย (1) 2.2) การไหลแบบ Submerged flow ดงรปท 12-43 ระดบนาดานทาย (2)

ระดบนาดานทาย (1) กรณ Free flow (2) กรณ Submerged flow

รปท 12-43 แสดงการไหลลอด Long span leaf wheel gate

12-45


* การคานวณอตราการไหล ดจากหวขอ 12.3.2 บานระบายชนดบานตรง (Vertical lift gate or Sluice gate) ขอยอย ก. กรณเปดบานระบายบางสวน (Partial gate

opening)

3) กรณยกบานพนนา เมอตองการใหมการระบายน าปรมาณมากทสด ซงระดบน าดานเหนอนากบดานทายนามกตางกนไมมาก

* การคานวณอตราการไหล ดจากหวขอ 12.3.2 บานระบายชนดบานตรง (Vertical lift gate or Sluice gate) ขอยอย ข. กรณเปดบานระบายพนน า (Fully gate

opening)

ตวอยางอาคาร Movable weir ในประเทศไทย ทมการควบคมดวย Leaf

wheel gate ไดแก เขอนบางปะกง จงหวดปราจนบร

รปท 12-44 เขอนบางปะกง จงหวดปราจนบร

12-46


Single leaf wheel gate มหนาตดขนาดเดยว

และ Double leaf wheel gate มหนาตด 2 ขนาด

รปท 12-45 ลกษณะบานระบายของเขอนบางปะกงเมอยกบานพนนา

12.6 ขอแนะนาในการควบคมและการคานวณปรมาณนา ของฝายระบายนา และประตระบายนา

12.6.1 ขอแนะนาในการควบคม

1) อาคารทมบานระบายหลายชอง ควรเปดบานแตละชองเทากน เพอใหเกดความสมดลในการทตอมอไดรบการถายแรงจากกระทาของน าผานตวบานระบาย หากตองการระบายน าเพยงเลกนอยโดยเปดบานบางชวงควรเปดบานชวงกลางของอาคาร

2) การเปดบานระบายตองเพมขนาดทละนอยเพอใหระดบน าดานทายไมเพมอยางรวดเรวเกนไป ซงจะทาใหลดการกดเซาะการพงทลายของลาน าดานทายน าไดมาก และควรเปดบานชวงกลางกอน

12.6.2 ขอแนะนาในการคานวณปรมาณนา 1) กรณเกดการไหลในลกษณะฝายการคานวณความยาวของสนฝาย (L) ซงเปน

ชวงความกวางของชองประต ตองคดเปนความยาวประสทธผล (Le) หรอความยาวทหกคาการบบตวเนองจากอทธพลของตอมอ ทไดนาเสนอแลวในบทท 8 หวขอ 8.4.1 คาตวแปรสาคญทใชในการคานวณปรมาณนาไหลผานฝาย ]HKNK2LL[ ap

'

2) กรณเกดการไหลในลกษณะของบานระบายใหคานวณการไหลของบานแตละชองแยกกนอยางอสระและไมตองคดการบบตวเหมอนกรณฝายขางตน เพราะไดคดไวแลวในรปแบบการไหลของ Orifice ขนาดใหญ

---------------------------------------------

บทที่ 12 การคํานวณปร ิมาณนํ้าไหล...

Documents