بخشی از مقاله
چکیده
این پژوهش در مورد تغییر درصد آبگیری در حالت استفاده از آبشکن نفوذپذیر غیر مستغرق به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. آزمایشها در فلومی - کانال - به عرض 1/5 متر با آبگیر جانبی به عرض 60 سانتیمتر و با زاویه 90 درجه نسبت به فلوم اصلی انجام شدند. تأثیر سه موقعیت فاصلهی صفر، 60 و 120 سانتیمتری آبشکن از پایین دست دهانهی آبگیر و سه طول 25، 35 و 45 سانتیمتری آبشکن نفوذپذیر و در سه زاویه 90، 70 و 110 درجه نسبت به دیوارهی فلوم اصلی بر تغییرات دبی کانال آبگیر مورد بررسی قرار گرفت.
تأثیر دبی انحراف 5%، 11% و 20% بر مقدار آبگیر بررسی شد و رابطهای از مقادیر اندازه گیری شده برای تخمین درصد دبی آبگیر ارائه گردید. رابطه ارائه شده با دادههای اندازهگیری دارای %18/2 میانگین خطای مطلق نسبی و ضریب تعیین R2=0/808 می باشد.
مقدمه
آبگیری از رودخانه با اهداف متفاوتی از جمله آبیاری، آبرسانی شهری، صنایع، تولید برق و غیره انجام میشود. در آبگیری از رودخانه سعی میشود نسبت رسوبات منحرف شده به آبگیر به بار کل رسوب رودخانه حداقل ممکن باشد. آبگیری ممکن است به روشهای مختلفی صورت گیرد. برای آبگیری از رودخانههای جاری در زمینهای هموار و همچنین رودخانه-هایی که عمده بار رسوب آنها به صورت بار معلق حمل میشود، از آبگیر جانبی استفاده میشود. این نوع آبگیرها از معمولترین سازههایی هستند که مورد استفاده قرار میگیرند.
از جمله روشهای آبگیری جانبی میتوان به روش سنتی - مثل ساخت بندهای پوشالی، بند با استفاده از شاخ و برگ درختان و غیره - ، استفاده از سدهای انحرافی و پمپاژ از رودخانه اشاره کرد. در نتیجهی انحراف آب از مسیر اصلی، رژیم جریان آب و رسوب در رودخانه تغییر میکند. میزان دبی ورودی به آبگیر تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند زاویه آبگیر، ریخت شناسی اطراف آبگیر، نسبت سطح آب در رودخانه و کانال آبگیر و همچنین الگوی جریان ورودی به آبگیر میباشد. استفاده از سازههایی مانند آبشکن میتواند با تغییرالگوی جریان ورودی به آبگیر در میزان آبگیری موثر باشد.
در این تحقیق با استفاده از آبشکن در طول و موقعیت مختلف سعی در بررسی و تعیین میزان آبگیری مناسبتر آبگیر را دارد. هنگامی که جریان سیال از کانال اصلی وارد کانال انشعابی میشود یک منطقهی جدایش در دیوارهی بالادست کانال انشعابی ایجاد میشود. جریانهای موجود در منطقهی جدایش شامل جریانهای کمسرعت، جریان گردابی - Eddy Flow - و جریانهای چرخشی برگشتی میباشد. منطقهی جدایش در سطح جریان بزرگتر از منطقهی جدایش در بستر کانال است و بردارهای مشخصهی جهت سرعت در بستر بیشتر از بردارهای سرعت در سطح آب به سمت کانال انشعابی منحرف میشوند.
مشابه حالت جریان در پیچ کانال، جریان ثانویه در کانال انشعابی به این سبب به وجود میآید که جریان پرسرعت در سطح آب نسبت به جریان کمسرعت کف کانال احتیاج به نیروی بیشتری برای تغییر مسیر دارد. بنابراین میزان جریانی که در بستر کانال اصلی به سمت کانال انشعابی جذب می شود بیشتر از میزانی است که در سطح جریان جذب میشود و این در نتیجهی آن است که جریان سطحی در اثر سرعت زیادش در کانال اصلی ادامه پیدا میکند.
اگر کانال اصلی حامل رسوبات باشد، بیشتر رسوبات در نزدیکی بستر قرار خواهند گرفت، بنابراین کانال انشعابی که بیشتر دبی خود را از بستر کانال دریافت کرده است به طور نسبی رسوب بیشتری را در مقایسه با کانال اصلی جذب میکند.
بنابراین در دهانهی آبگیر ایستگاه پمپاژ، به دلیل انحراف خطوط جریان این رسوبات به طرف دهانهی آبگیر منحرف شده و در آنجا تجمع پیدا میکنند. تجمع رسوبات موجب مشکلات عدیدهای مانند تاخیر در زمان آبگیری، صدمه زدن به سیستم پمپ و سیستم پمپاژ میشود. در نتیجهی تهنشین شدن مواد رسوبی در کانالها ظرفیت آنها کم میشود. قطع آب برای لایروبی کانالها باعث اختلاط در جریانهای آبی پیشبینی شده به طرف مزارع میشود. از طرفی هزینههای اقتصادی برای لایروبی کانالها بسیار گران است.
رسوبگذاری موجب به وجود آمدن شرایط مناسب برای رشد علفهای هرز میشود و در نتیجه پوشش کانالها صدمه خورده و در عین حال تلفات ناشی از مصرف آب به وسیلهی علفهای هرز و نشت آب از مناطق صدمه دیدهی پوشش کانالها، مشکل آفرین است. از آنجایی که الگوی جریان ورودی اثر زیادی بر میزان دبی ورودی به آن و عملکرد کانال آبگیر خواهد داشت.
ضرورت بررسی و مطالعه سازههای موثر در تغییر الگوی جریان ورودی به آبگیر احساس میشود. استفاده از آبشکن یکی از راه-کارهای موثر برای رفع معضل انسداد آبگیرها است. در این تحقیق کاربرد آبشکن نفوذپذیر غیر مستغرق در موقعیت مختلف با طولهای متفاوت مورد آزمایش قرار گرفت.
تأثیر زاویهی آبگیری در کنترل رسوب ورودی به آبگیر در حالت وجود صفحات مستغرق مورد بررسی آزمایشگاهی قرار دادند. در نهایت مشخص شد که رسوب ورودی به آبگیر در حالت وجود صفحات مستغرق بستگی به پارامترهای بدون بعد عدد فرود جریان، زاویهی آبگیری و نسبت دبی آبگیری دارد که تاثیر نسبت دبی آبگیری از سایر عوامل بیشتر است و نسبت رسوب ورودی به آبگیر در زاویهی آبگیری90 درجه کمترین و در زاویهی آبگیری 45 درجه بیشترین مقدار خود را دارد.
تأثیر توام صفحات مستغرق و آبشکن را مورد بررسی قرار دادند. در این پژوهش، به منظور هدایت جریان به سمت آبگیر و افزایش کارایی صفحات از آبشکن در ضلع مقابل آبگیر استفاده شد. نتایج تحقیقات نشان داد که کارایی صفحات با احداث آبشکن در ضلع مقابل آبگیر افزایش پیدا کرده و مقدار رسوبات وارده به آبگیر کاهش پیدا میکند. با جابجایی آبشکنها به اندازهی دوبرابر عرض دهانهی آبگیر به بالادست کانال اصلی، مقدار ورود رسوبات به دهانهی آبگیر به طور متوسط 40 درصد کاهش مییابد. همچنین ورود رسوبات به آبگیر با استفاده از آبشکن با زاویهی 90 درجه نسبت به آبشکن با زوایای 45 و 135 درجه به حداقل میرسد.
به بررسی تأثیر صفحات مستغرق بر خصوصیات جریان در کانالهای مرکب پرداختند. نتایج حاصله نشان داد که با قرارگیری صفحهها در داخل کانال اصلی از مقدار انتقال مومنتم و انرژی جنبشی در جهات مختلف بر روی سیلاب دشتها به میزان قابل توجهی کاسته میشود، همچنین خطوط جریان از سمت فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب دشتها به سمت مرکز کانال متمایل میگردد، همچنین از مقدار ضریب انرژی و ضریب مومنتم کاسته میشود که باعث یکنواختتر شدن توزیع سرعت و به عبارت دیگر نزدیک شدن مقطع به کانال ساده میگردد.
تحقیقاتی در زمینهی تاثیر صفحات مستغرق بر میزان آبگیری و پروفیل طولی سطح آب در مجاورت آبگیرهای جانبی 90 درجه انجام دادند. در شرایط عدم نصب صفحات مستغرق و در جریان فوق بحرانی یک افزایش ناگهانی در عمق جریان پاییندست دهانهی آبگیر در کانال اصلی ایجاد میگردد. صفحات مستغرق در زوایای نصب 15، 20 و 25 درجه به ترتیب کاهش، بدون تاثیر منفی و افزایش نسبت آبگیری را در مقایسه با شرایط بدون استفاده از سازهی کنترل رسوب به دنبال داشته است
برای بررسی عملکرد صفحههای مستغرق برای جلوگیری از تجمع رسوب در حوضچهی مکش ایستگاه پمپاژ ویس - اهواز - تحقیقاتی انجام دادند، به این منظور مدلی فیزیکی با استفاده از مشخصات اولیه ایستگاه پمپاژ ویس ساخته شد. سپس عملکرد صفحهها با جایگذاری آنها در داخل و خارج دهانهی آبگیر تحت آرایش یک ردیفه، دو ردیفه و سه ردیفه با ارتفاع، زوایا و فواصل مختلف مورد بررسی قرار گرفت. پس از انجام آزمایشهای مختلف در نهایت آرایش 2 ردیفه خارج از دهانهی آبگیر با تمرکز صفحهها در بالادست که به صورت متناوب کارگذاری گردیدند انتخاب شد.
طی تحقیقی خاطر نشان ساختند، در بعضی از موارد صفحههای مستغرق به تنهایی نمیتوانند در کنترل رسوبات ورودی به دهانههای آبگیر موثر باشند. بارکدول به منظور به دست آوردن راه حل مناسب برای حذف رسوبات و تحصیل آب صاف دو ایده، یکی استفاده از صفحه و دیگری عریض نمودن دهانهی آبگیر همراه با کارگذاری صفحههای مستغرق را مورد بررسی قرار داد.
نتیجه این شد که با استفاده از صفحه که 25 درصد دهانهی آبگیر را میپوشاند رسوبات به اندازهی 75 درصد کاهش مییافت و با عریض نمودن دهانهی آبگیر به اندازهی 2 برابر قبلی و کارگذاری صفحهها، انتقال رسوب به میزان 50 درصد کاهش یافت.
در هر دو موقعیت قرارگیری آبشکن در 120 و 70 سانتیمتر بالاتر از دهانهی آبگیر با کاهش طول آبشکن از 34 به 22/5 سانتیمتر درصد افزایش عمق آب در کانال آبگیر نسبت به شاهد روند صعودی داشت. در رابطه با عملکرد آبشکن و صفحات در کاهش حجم رسوبگذاری بهترین عملکرد مربوط به آبشکن به طول 27 سانتیمتر در موقعیت 70 سانتیمتر بالاتر از ابتدای دهانهی آبگیر بوده و به میزان 25/9 درصد کاهش حجم رسوبگذاری در کانال فرعی داشته است و همچنین سطح آب داخل کانال به میزان 17/7درصد افزایش یافته است .
یکی از مسایل مهم در رودخانههای سیلابی و فصلی تخریب بسترهای سیلابی و تخریب فصل مشترک آنها با مجرای اصلی رودخانه است. برای جلوگیری از بروز چنین پدیدههایی در رودخانهها از سازههای حفاظتی نظیر آبشکن و صفحات مستغرق استفاده میشود در این پژوهش به بررسی تاثیر طول و جانمایی آبشکن نفوذپذیر و غیر مستغرق بر درصد افزایش آبگیری در حالت استفاده از آبشکن در یک کانال مرکب پرداخته شد.
مواد و روشها
آزمایشهای این پژوهش در فلومی - کانال - به طول 14 متر، عرض 1/5 متر و ارتفاع 0/5 متر از جنس دیوارههای شفاف - پلاستیک فشرده - ، دارای دهانهی آبگیری با زاویه 90 درجه و عرض 60 سانتیمتر در پژوهشکدهی حفاظت خاک و آبخیزداری جهاد کشاورزی انجام شد. آزمایشها با چند دبی با توجه به شیب کانال با جریان یکنواخت بود قبل از شروع آزمایشها و همچنین بالاتر از آستانه حرکت رسوب بستر تعیین میشود، انجام شد. سطح آب در کانال و روی سرریز با استفاده از ژرفاسنج با دقت 0/1 میلیمتر اندازهگیری شد.
شکل پلان کانال، مستقیم با دیوارههای جانبی ثابت است. مصالح بستر ثابت و میانگین قطر مصالح بستر در همهی آزمایشها 0/88 میلیمتر با انحراف معیار 1/24 است. سیستم مختصات و ابعاد مدل پایه در شکل - 1 - نشان داده شده است. برای ایجاد آبشکن نفوذپذیر از قابهای فلزی که حول آن توری فلزی بسته شده و سنگ دانههایی با d50، 2 سانتیمتر استفاده شده است. این 3 آبشکن با طولهای 25، 35 و 45 سانتیمتر و عرض و ارتفاع یکسان 10 و 20 سانتیمتر میباشند. آبشکنها با زوایای 70 ، 90 و 110 درجه نسبت به کانال اصلی و در دیوارهی مقابل کانال آبگیر نصب شدهاند - شکل . - 2
همهی آزمایشها با دبی 29/8 لیتر بر ثانیه و سه نسبت انحراف 5، 11 و 20 درصد انجام شدند. بعد از تنظیم دبی توسط یک سرریز مستطیلی، عمق آب در کانال اصلی و کانال فرعی و عمق پایاب کانالها توسط یک دریچهی بادبزنی در انتهای هرکانال، به صورت همزمان تنظیم شد.
شکل -1 نمای فلوم و آبگیر جانبی
سطح رسوبات در ابتدای همه آزمایشها صاف و اشباع شده، سپس با وارد کردن آب و تنظیم عمق مناسب با بستن دریچهها در انتهای کانال اصلی و آبگیر و بالا آوردن تدریجی آب در کانال، آزمایشها شروع میشوند بالا آوردن و تنظیم تدریجی دبی به این علت بود که قبل از شروع آزمایش حرکت ذرات بستر وجود نداشته باشد
