بخشی از مقاله
ارزیابی مزایا ، معایب و هزینه های اجرایی سازه های اندازه گیری جریان
چکیده
برای اندازهگیری بده جریان آب در انهار، کانالها، مسیرهای طبیعی، زهکشها و آزمایشـگاههـای هیـدرولیکی، از سـازههـای اندازه گیری استفاده می شود. متداولترین سازه هایی که در شبکههای آبیاری به کار برده می شوند، سرریزها، روزنههـا و پارشـال فلومها می باشند. فلومهای گلوبلند از انواع سازه های اندازهگیری دبی هستند که بدلیل سادگی ساخت، افت انرژی کـم، امکـان ساخت در کانال های موجود، عدم نیاز به واسنجی محلی، سازهای مناسب برای اندازهگیری جریـان مـیباشـند در ایـن مطالعـه مزایا ومعایب هر کدام از سازه های اندازه گیری مطرح شده و هزینه ساخت هر کدام با یکدیگر مقایسه مـی شـود. نتـایج نشـان می دهد که در سازه فلوم گلوبلند علاوه بر مزایا طراحی، هزینه ساخت کمتری نسبتبـه دیگـر سـازه هـای انـدازه گیـری در شبکه های آبیاری کشور دارد.
واژه های کلیدی : سازه اندازه گیری،فلوم گلو بلند،فهرست بها، مزایا و معایب
مقدمه
بخش عمده کشور ما جزو مناطق خشک محسوب می شـود و آب در آن ارزش فـوق العـاده ای در تولیـد دارد و مهمتـرین عامل محدود کننده توسعه اقتصادی است. روند افزایش جمعیت و نیاز جامعه به مواد غـذایی و رعایـت سیاسـت گـذاری هـای دولت در جهت خود کفایی نسبی ، حداکثر کوشش را برای استفاده بهینه از منابع آب در کشور ایجاب می کند.
توسعه منابع آب و عمران اراضی، به دلیل ماهیت زیربنایی آن، نیاز به سرمایهگذاریهـای سـنگین، کـاربرد ضـوابط علمـی، تکنولوژی مناسب و دقت در اجرای کار دارد. ابعاد و سنگینی سرمایه گذاریها برای اجرای طرحهای توسعه و بهرهبرداری از منابع آب، به گونه ای است که تأمین آب بجز از طریق منابع ملی و بـا مراقبـت و نظـارت دولـت امکانپـذیر نیسـت. از ایـن رو ایجـاد تسهیلات و فراهم آوردن ابزار و وسایل کار، از جمله ضوابط علمی و تکنولوژی مناسب و امکانات دقت در اجـرای کـار، بایـد بـه وسیله دولت فراهم شود. در شرایط اقلیمی ایران برای استفاده بهینه از منابع محدود آب، برنامه ریزی مناسب آبیاری از ضرورت های مهم و قدم اول در صرفه جویی آب آبیاری است. این کار زمانی امکان پذیر است که مقدار آب ورودی به مزرعه به طریقـی اندازه گیری شود.
۱۳۷
انواع سازه های متداول اندازه گیری جریان
برای اندازهگیری بده جریان آب در انهار، کانالها، مسیرهای طبیعی، زهکشها و آزمایشـگاههـای هیـدرولیکی، از سـازههـای اندازه گیری استفاده می شود. متداولترین سازه هایی که در شبکههای آبیاری به کار برده میشوند، سـرریزها، روزنـههـا، پارشـال فلومها می باشند.
سرریزها ساده ترین وسایل اندازهگیری هستند و نسبت به سایر اندازهگیرها عمومیت بیشـتری دارنـد. از انـدازهگیـر پارشـال فلوم میتوان در مواقعی که دقت اندازه گیری بیشتری لازم است و یا اینکه شرایط توپوگرافی اجازه نصـب سـرریز را نمـیدهـد، استفاده کرد.
روزنهها یکی دیگر از وسایل متداول اندازهگیری بده جریان می باشند و معمولا با لبههای تیز ساخته مـیشـوند . روزنـههـای مورد استفاده برای اندازهگیری بده جریان، معمولا به شکلهای مستطیلی، مثلثی و دایرهای ساخته میشوند. در گذشته روزنهها در حالت جریان آزاد طراحی میشدند و تخلیه از روزنه در آتمسفر صورت میگرفت، ولی بعدها به علت توسـعه و بـه کـارگیری سرریزها برای مقاصد اندازه گیری، استفاده از روزنه تحت جریان آزاد منسوخ شد. روزنههایی که امروزه در شـبکه آبیـاری مـورد استفاده قرار می گیرند، روزنه های مستغرق می باشند. از انواع روزنه های مستغرق، روزنه با ارتفاع ثابت کارکرد بیشتری دارد کـه در این مطالعه معرفی و تشریح می شود. روزنه با ارتفاع ثابت یک وسیله ترکیبی کنترل و تنظـیم کننـده در انـدازهگیـری هـای جریان به شمار می رود. این وسیله اندازهگیری، به صورت ترکیب با دهانه آبگیرها ساخته می شود. تنظیم بـده جریـان ورودی و تأمین اختلاف ارتفاع ثابت سطح آب در حوضچه آرامش، توسط دریچههای ورودی و خروجی انجام میپذیرد.
در صورتی که شرایط توپوگرافی اجازه استفاده از سرریزها را فراهم نکنـد، از هـر دو نـوع پارشـال فلـوم و روزنـه مسـتغرق میتوان بهره جست و در این حالت، چنانچه پارشال فلوم به علت بالا بودن هزینههای اجرایی و یـا شـرایط خـاص شـبکه قابـل توجیه نباشد، از روزنه مستغرق استفاده میشود.
فلومهای گلوبلند از انواع سازه های اندازهگیری دبی میباشند که بدلیل سادگی ساخت، افت انرژی کـم، امکـان سـاخت در کانالهای موجود، عدم نیاز به واسنجی محلی، سازهای مناسب برای اندازهگیری جریان میباشند.
مدول های نیرپیک نوعی دیگر از سازه های اندازه گیری جریان هستند. هزینه های اجرایی این سازه ها در مقایسه بـا سـایر اندازه گیرها بیشتر است، ولی با توجه به لزوم کنترل خودکار بده در جریان، در بعضی از طرحهای آبیاری و زهکشی کـه قیمـت تمام شده تأمین آب نسبتا گران است، توصیه می شود که بدلیل هزینه ساخت بالای آن در اینجا مورد بررسی قرار نگرفته است. در این مطالعه هزینه اجرای هر یک از سازه های اندازه گیری رایج با ذکر محاسن و معایب آنها، با یکدیگر مقایسه می شوند .
فلوم ها
فلوم ها سازه هایی هستند که در بخشی از مسیر آب ساخته می شوند و می توانند شکل مقطع مجاری روباز و یا هر شـکل را داشته باشند. عرض گلویی این فلوها می تواند از 1 اینچ تا بیش از 50 فوت انتخاب شود. عمدتا در انـدازه گیـری جریـان در شبکه های آبیاری از 2 نوع فلوم گلوکوتاه و فلوم گلوبلند استفاده می گردد.
پارشال فلوم
پارشال فلوم یک سازه آبی است که برای اندازهگیری بده جریان در کانالهای آبیاری مورد اسـتفاده قـرار مـی گیـرد و جـزو فلوم های گلو کوتاه معرفی می گردد .این سازه در امتداد محور کانالها ساخته میشود.
شکل هندسی پارشال فلوم به نحوی است که آب را به صورت جریان آزاد و با عمق بحرانی از آستانه گلوگاه عبور مـیدهـد . به کارگیری پارشال فلوم مانند سایر سازه های اندازه گیری جریان، دارای محاسن و معایبی است. محاسن آن شامل افت بسـیار کم پارشال فلوم در مقایسه با سرریزها ، عدم نسبی حساسیت در مقابل سرعت ورودی و کـارائی تحـت شـرایط غرقـابی و غیـر غرقابی است. بعلاوه به علت افزایش سرعت آب در گلوگاه در هنگام عبور از پارشال فلوم، از رسوب گذاری جلوگیری میشـود و عمل خودشویی انجام می گیرد و به هیچ روی نمی توان در میزان بده گذرنده از پارشال فلوم دخل و تصـرف کـرد. معایـب ایـن
۲۳۷
ارتقاء بهره وری مصرف آب در شبکه های آبیاری
وسیله اندازه گیری شامل لزوم دقت و مهارت در ساخت آن و هزینههای اجرایی بیشتر نسبت به سرریزها و روزنههـای مغـروق بوده و بعلاوه نمیتوان آن را به صورتی ترکیبی با دهانه آبگیر کانال فرعی احداث کرد.
شکل :(1)پلان و مقطع پارشال فلوم
فلوم گلوبلند
فلومهای گلوبلند از انواع سازه های اندازهگیری دبی میباشند که بدلیل سادگی ساخت، افت انرژی کم، امکان ساخت در کانال های موجود، عدم نیاز به واسنجی محلی، سازهای مناسب برای اندازهگیری جریان میباشند. این سازه اندازه گیری دبی از خانواده سریزها بوده که در مقطعی از خودشان شرایط جریان بحرانی ایجاد می نمایند. تئوری و معادلات حاکم بر اندازه گیری جریان عبوری از این سازه در سال 1984 توسط باس و همکاران تشریح شده است. از این نوع سازه اندازه گیری دبی آب در اغلب کانال های روباز استفاده می گردد و مزایای ویژه ای نسبت به سایر سازه های مرسوم دارد. سازه های قدیمی اندازه
گیری جریان که قبلا استفاده از آنها توصیه شده بود می بایستی کالیبره می شدند که بخاطر تغییر مسیر جریان در آنها (منحنی الخط بودن جریان) عمل کالیبراسیون را دچار مشکل می نمود. به همین خاطر محققین بر آن شدند که سازه اندازه گیری را پیشنهاد نمایند که بر خلاف سازه های قبلی، خطوط جریان در هنگام عبور از مقطع کنترل مسیر آنها مستقیم باشد. لذا پس از تحقیقات مستمر سازه فلوم گلوبلند معرفی شد.
از مزایای این سازه به مواردی بشرح ذیل می توان اشاره داشت : (1 دقت اندازه گیری جریان کمتر از %2 است.
(2 امکان انتخاب هر شکل برای مقطع کنترل که اندازه گیری جریان در آن مقطع مورد نظر است وجود دارد. این مقطع می تواند مستطیل، مربع، مثلث، ذوزنقه بیضی، دایره باشد.
(3 در تشکیل عمق بحرانی در مقطع کنترل، با کمترین افت انرژی همراه است.
(4 مدل نمودن این سازه با داشتن نقشه های چون ساخت براحتی امکان پذیر است. (5 هزینه ساخت این سازه نسبت به سایر سازه ها کمتر می باشد.
(6 نصب یا اجرای آن در شبکه های آبیاری آسان بوده و حتی بصورت پرتابل نیز میسر است لذا سرعت عملیات اجرایـی آن بیشتر از سایر سازه ها است.
ضمنا سازگاری این نوع سازه با هر نوع مجاری روباز اعم از جنس و شکل مقطع بلحاظ نصب و اجرای آن از مزیـت منحصـر بفرد آن است. چراکه مقطع کنترل سازه فلوم گلوبلند می تواند هماهنگ با شکل مقطع کانال انتخاب گردد. شـکل هـای (1) و (2) نمایی از این سازه را در کانال نشان می دهد.
شکل :(2) ساخت پارشال فلوم در کانال روباز
شکل :(3) نمای ایزومتریک از سازه فلوم گلوبلند
سرریز ها
هرنوع سدی در مقابل جریان که آب از روی آن ریزش کند سرریز نامیـده مـی شـود. سـرریزها سـاده تـرین و قـدیمیترین سازههایی هستند که برای اندازهگیری مقدار جریان آب در انهارها و کانالهای آبیاری مورد استفاده قرار میگیرند. اجـزای اصـلی سرریز شامل بدنه سرریز، تاج سرریز و اشل اندازه گیری سطح آب بوده و سرریزهای مستطیلی، سیپولتی، مثلثی ، دایـرهای و سرریز تناسبی جزو اشکال آن می باشند.کلیه سرریزها، هم در شرایط جریان آزاد و هم در شرایط مستغرق مورد اسـتفاده قـرار میگیرند.
سرریزها دارای قابلیت اندازهگیری دقیق در شرایط متغیر بودن بده ورودی جریان می باشند. ساخت سرریز آسان بوده و میتوان به صورت ثابت، متحرک ، قابل تنظیم و به شکل ترکیبی با خروجی کانال ها و یا با سازههای تقسیم آب به کار برد.
سرریزها معایبی هم دارند. از جمله افت نسبتاً زیادی در مقایسه با سایر اندازهگیرها ، حساس بودن نسبت به سرعت ورودی جریان، امکان دخل و تصرف در توزیع حقابهها و وجود نشت آب در اطراف سرریزهای متحرک می باشد بعلاوه ورودی سرریز، کانال یا حوضچه آن باید تمیز و عاری از رسوب و علف هرز باشد و برای تأمین نای منظور، ورودی سرریز باید متناوباً تمیز و پاک شود. در مناطقی که کانال شیب کافی ندارد هم نمی توان از آنها استفاده کرد چون باید سرریز به حالت آزاد در کانال نصب گردد.
