بخشی از مقاله
چکیده
بخش کشاورزی عمدهترین مصرف کننده منابع آبی کشور میباشد. اعداد و ارقامی که در گزارشهای مختلف در این رابطه ارائه گردیده، حاکی از آن است که حداقل 90 درصد حجم آب مصرفی در کشور صرف تولیدات کشاورزی میشود. از طرفی بیشترین حجم تلفات آب نیز مربوط به مصرف آب در این بخش می-باشد. اجرای مدیریت صحیح بهرهبرداری از شبکههای آبیاری، تجهیز نقاط تحویل به وسایل و ادوات اندازه-گیری جریان در شبکههای آبیاری و ایجاد شرایط تحویل حجمی آب به زارعین از مهمترین اقداماتی است که در جهت افزایش راندمان آبیاری در طی دهه اخیر مورد توجه مسئولین مربوطه قرار گرفته است.
در این پژوهش برای تنظیم دبی آبگیری به بررسی اثر صفحات جدا کننده در زبریهای متفاوت پرداخته شده است. نتایج نشان دادند استفاده از صفحات در تعداد و زبریهای مختلف بر میزان آبگیری اثرگذار است بهطوریکه با استفاده از صفحات بیشتر و افزایش زبری شاهد کاهش نسبت دبی انحرافی هستیم.
.1 مقدمه
به دلیل متغیر بودن نیاز آبی گیاه در طول دوره رشد، و تنوع محصولات کشت شده، شرایط جریان در کانالهایآبیاری عمدتاً غیرماندگار میباشد. سازههای متعددی بهمنظور اجرای وظایف تحویل و توزیع آب در شبکه کانالها بهکار گرفته شده و یا در طراحیها در نظر گرفته میشود. یکی از انواع سازههایی که بهمنظور تحویل آب به کانالها در شبکه کانالهای آبیاری بهکار میرود دریچههای آبگیر است. اما تغییرات عمق جریان در آبگیرها موجب نوسانات دبی خروجی از آبگیرها میشود، لذا اتخاذ تدابیر لازم برای کنترل جریان و تنظیم دبی یک امر ضروری است. یکی از راهکارهای تنظیم جریان و کنترل دبی، استفاده از صفحات جدا کننده با زبری متفاوت در ورودی آبگیر میباشد که کمتر مورد توجه قرار گرفته است.
یکی از دلایل اصلی عملکرد ضعیف شبکههای آبیاری، توزیع نامناسب آب تحویلی به آب بران میباشد - منعم ونامداریان، .[3] - 2005 این امر باعث میشود تحویل آب با کمبود یا مازاد مواجه باشد که علاوه بر نارضایتی آب بران موجب عدم رعایت عدالت در توزیع آب در سطح شبکه و افزایش تلفات بهره برداری خواهد شد. متاسفانه در طراحی شبکهها توجه کافی به چگونگی توزیع و تحویل آب صورت نمیگیرد و ضوابط متداول بهره برداری که در حین مطالعات پروژههای آبیاری تدوین میشود پاسخگوی نیازهای موجود نیست.
منعم ونوری ]4[ - Monem & Nouri,2010 - گزارش کردند در برنامه ریزی توزیع و تحویل آب باید سه عامل تحویل شامل دبی - Q - ، مدت زمان - t - و تناوب - f - تعیین گردد. ثابت یا متغیر بودن عوامل فوق و تغییر سطح تصمیم گیری در مورد آنها، روشهای بهره برداری متنوعی با انعطافپذیری متفاوتی را بهوجود میآورد. برای حداقل سازی ظرفیت کانال توزیع کننده لازم است میزان دبی تحویلی به آبگیرها و توزیع آنها در بلوکها بهصورت بهینه تعیین گردد.
در برنامه ریزی توزیع و تحویل آب در شبکهای آبیاری معمولاً اهداف مختلفی مانند حداقل سازی کمبود و تلفات آب و ظرفیت کانالهای توزیع کننده مورد نظر است. برنامه ریزی توزیع و تحویل یک مسئله پیچیده چند هدفه چند متغیره و چند محدودیتی است که حل آن مستلزم بهکارگیری روشهای بهینه سازی توانمند میباشد. با توجه به محدودیت روشهای کلاسیک بهینه سازی مانند نیاز به تابع هدف صریح و مشتقپذیر، توقف در نقاط بهینه موضعی و عدم توانایی به-کارگیری انواع متغیرها، ابداع روشهای ابتکاری که توانایی حل مسائل پیچیده را دارند مورد توجه محققین قرار گرفته است.
تابعی و منتظری [8] - Tabei & Montazeri,2013 - گزارش کردند در بسیاری از کشورها از جمله ایران، عملکرد شبکههای آبیاری و زهکشی پایینتر از استانداردها است. تحویل و توزیع نامناسب آب علاوه بر ایجاد نارضایتی بین کشاورزان پایین دست و پایین آمدن عملکرد محصول آنها، موجب افزایش تلفات آب در سطح شبکه نیز میشود.
وضعیت شماتیک جریان در یک آبگیر که با زاویه 90 درجه در یک مسیر مستقیم نصب شده است، در شکل - 1 - ارایه شده است. همانگونه که در این شکل مشاهده میشود با نزدیک شدن جریان به آبگیر بهدلیل فشار مکش اعمالی از طرف کانال جانبی، جریان در جهت عرضی شتاب گرفته و به دو قسمت تقسیم میشود. قسمتی وارد آبگیر شده و باقیمانده آن در کانال اصلی پاییندست جریان مییابد. قسمتی که وارد کانال انشعاب میشود، توسط صفحه برشی خمیدهای معین میشود که به صفحه تقسیم کننده جریان معروف است. جریانی که وارد آبگیر میشود، دارای مومنتم شدیدی در جهت کانال اصلی بوده و به همین علت داخل آبگیر، جدایی جریان اتفاق میافتد
شکل -1 الگوی سه بعدی جریان در آبگیر جانبی
تغییرات فشار در دهانه آبگیر به گونهای است که در دهانه داخلی کانال انحرافی فشار کم و در دهانه خارجی فشار افزایش مییابد. نیری و ادگارد [6] - 1993 - نشان دادند در این نواحی فشار کم و زیاد موجب تغییرات تراز سطح آب در امتداد کانال انحرافی میشود. در ناحیهای که پایین افتادگی سطح آب بهطور قابل ملاحظهای است، جریان ثانویه غالب شده و شروع ناحیه جدا شده داخل آبگیر میباشد. در مقطع 2 - ؛ - 2 شکل - - 1، محدوده تقسیم جریان در کف کانال اصلی نسبت به سطح آب، بهطرف آبگیر بیشتر میباشد. نیری و ادگارد [6] - 1993 - نشان دادند که این اختلاف قابل ملاحظه است. محدوده ناحیه جدا شده در داخل آبگیر - ناحیه - A از سطح آب تا کف کاهش یافته در صورتیکه ناحیه جدا شده در کانال اصلی - ناحیه - B نزدیک کف بزرگتر میباشد.
منتصری و همکاران [5] - 2008 - قابلیت مدل عددی SSIIM2 در شبیه سازی الگوی جریان در اطراف دهانه آبگیر در یک کانال خمیده را بررسی کردند. مدلهای فیزیکی به دلیل پیچیدگی جریان قادر به ارایه درک روشنی از فیزیک حاکم بر این پدیدهها نمیباشند. بنابراین برای داشتن درک روشنی از پدیده در کنار مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی، این پدیدهها را به صورت عددی نیز بررسی کردند. ایشان میدان جریان در یک کانال U شکل که آبگیر جانبی در موقعیت 115 درجه از ابتدای قوس و با زاویه انحراف 45 درجه در دیواره خارجی قوس نصب شده است با استفاده از نرم افزار سه بعدی SSIIM2 شبیه سازی کردند.
نتایج حاصله نشان داد مدل عددی SSIIM2 در شبیه سازی خطوط جریان، میدان سرعت و تشخیص الگوی جریان در دهانه آبگیر مقادیر قابل قبولی را پیشبینی کرده است اما ایشان نشان دادند در بعضی نقاط میدان حل مانند نزدیک دیواره به دلیل ضعف مدل k-ε و نواحی نزدیک بستر نتایج مدل SSIIM2 با نتایج آزمایشگاهی تطابق ندارد. همچنین نشان دادند مدل در شبیه سازی بردار جریان ثانویه هماهنگی خوبی با نتایج آزمایشگاهی نشان نمیدهد.
حسین و همکاران [2] - 2014 - مطالعات تجربی برای اندازهگیری ضریب تخلیه آبگیر جانبی دایرهای و مستطیلی انجام دادند. آنها معادلات رگرسیونی برای برآورد ضریب تخلیه سوراخ جانبی ارئه کردند که نتایج را با خطای ±5% ارائه کردهاند . گلابچی [1] - 1380 - مساله آبگیری بدون سازه کنترل که زاویه انحراف آنها 30، 40 و 60 درجه بوده است و جریان عبوری نیز از نوع فوق بحرانی میباشد را مورد بررسی قرار داده است.
هدف کاربردی تحقیق وی پخش قسمتی از سیلاب و کنترل آن بوده است که از نتیجه بررسی پارامترهای موثر در آبگیر - زاویه انحراف و عرض ورودی آبگیر - بدست آمده است. تمرکز این تحقیق بر روی پارامترهای بدون بعد نظیر نسبت دبی انحرافی به دبی اصلی و عدد فرود مقطع بالادست آبگیر میباشد. نتایج حاصل نشان دهنده روند خاصی است که بین عدد فرود مقطع بالادست آبگیر و درصد نسبت دبی انحرافی به دبی اصلی میباشد.
یافتن راه حلی برای کنترل میزان آبگیری از اهمیت خاصی برخوردار است. هدف از انجام این تحقیق بررسی تغییرات دبی ورودی به آبگیر جانبی 90 درجه با استفاده از صفحات جداکننده با زوایا و زبریهای مختلف میباشد.
.2 مواد و روشها
آزمایشهای این پژوهش در فلوم آزمایشگاهی دانشگاه شهرکرد به طول20، عرض و ارتفاع 0/6 متر با شیب 0/001 انجام شد. جنس دیواره این فلوم از پلاکسی گلاس به ضخامت 2 سانتیمتر و کف آن فلزی میباشد. این فلوم توسط یک پمپ سانتریفیوژ با حداکثر دبی 70 لیتر بر ثانیه تغذیه میشود. عمل تنظیم دبی بهوسیله شیری که در انتهای لوله خروجی قرار دارد انجام میگیرد. به منظور آزاد سازی جریان در مخزن ورودی از سه شبکه توری که به صورت متوالی با فاصله 5 سانتیمتر از هم قرار دارند استفاده شده است. جریان پس از طی مسیر فلوم وارد حوضچه انتهایی میشود و این چرخه به صورت مداوم طی خواهد شد. اندازه گیری دبی پمپاژ شده به داخل فلوم به وسیله کنتور حجمی انجام گرفت. در شکل - 2 - میتوانیم شمای کلی از فلوم را مشاهده نماییم.
شکل -2 پلان فلوم آزمایشگاهی
با توجه به محدودیتهای موجود در آزمایشگاه برداشتن دیواره فلوم برای تعبیه آبگیر و ساخت کانال جانبی امکانپذیر نبود لذا ساخت نمونه در داخل خود فلوم انجام پذیرفت. به این منظور در طولی معادل 8 متر از انتهای فلوم با استفاده از ورق آلومینیوم به ضخامت 3 میلیمتر، فلوم به دو قسمت تقسیم شده و کانالهای اصلی و جانبی با عرض 0/3 متر ساخته شدند. آبگیر جانبی نیز در 3 متری از ابتدای این جداره فلزی تعبیه شد. بهمنظور تنظیم عمق جریان در طول فلوم، دریچهای به عرض 0/3 متر در انتهای آن قرار گرفت که قابلیت نگهداشت عمق جریان در سطوح دلخواه را دارا بود. اندازهگیری دبی انحرافی به آبگیر جانبی بهوسیله سرریز مثلثی شکل کالیبره شده که در انتهای کانال اصلی قرار گرفت انجام شد.
