بخشی از مقاله
طراحی هیدرولیکی بهینه کانالت در شبکه هاي آبیاري و زهکشی مطالعه
موردي: شبکه سمت راست رودخانه جراحی-رامشیر
چکیده :
با توجه به کمبود آب و خشکسالیهاي چند ساله اخیر در استان خوزستان می توان با طراحی و اجراي سیستم هاي آبیاري و زهکشی پیشرفته، ضمن استفاده بهینه از اراضی، شاهد رشد و شکوفایی در زمینه تولید محصولات کشاورزي و اشتغالزایی در آن بود. تحقیقات نشان داده اند که بیشترین میزان هدر رفتن آب در بخش کشاورزي در انهار و کانال هاي سنتی صورت می پذیرد و انتقال نامناسب آب از محل منبع آب تا مزرعه و توزیع آن در داخل مزرعه از مشکلات عمده روش آبیاري سطحی است که امروزه راهکارهاي مفیدي براي رفع آن ارائه شده است. در این تحقیق با توجه به پارامترهاي هیدرولیکی دبی، شیب و سطح آب بالادست، نحوه طراحی هیدرولیکی کانالت شبکه رامشیر با برنامه طراحی به زبان ویژوال بیسیک مورد بررسی قرار گرفته و در ادامه به سازه هاي کانالت پرداخته شده است.
واژه هاي کلیدي: بهینه سازي ، طراحی هیدرولیکی با نرم افزار ویژوال بیسیک، مشخصات تیپ کانالتها،خط
پروژه
مقدمه:
در تحقیقات صورت گرفته ، کانالت از جنبه هاي فنی، اقتصادي و اجتماعی و کاربري و روش اجرا مورد مطالعه قرار گرفته است و همچنین گزینه استفاده از کانالت با انجام مهندسی ارزش مورد ارزیابی قرار گرفته و به عنوان گزینه برتر شناخته شده است دراین راستا در مقاله حاضر لازم دانستیم تا به طور خاص نحوه طراحی هیدرولیکی بهینه کانالت با نرم افزار مورد بررسی قرار گیرد.
بطور کلی طراحی هیدرولیکی کانالهاي درجه 3 (کانالت)بر اساس رقوم طراحی سطح آب کانال اصلی در محل آبگیري، دبی آبگیرهاي تغذیهکننده کانال درجه 3 (کانالت)و شیب هیدرولیکی کانال انجام میگیردو طراحی از انتهاي کانال درجه سه(کانالت)
شروع خواهد شد و طبق مشخصات هیدرولیکی از جمله سرعت مجاز، شیب مناسب انتخاب می گردد. و پس از تعیین رقوم سطح آب ابتداي کانالهاي درجه 4 مربوط به طرفین کانالهاي درجه 3 ، رقوم سطح آب بلند تر بعنوان رقوم مبناي طراحی کانالهاي درجه
)3کانالت) اعمال می گردد.
استفاده از نیم لوله ها از جمله تکنیکهایی است که باعث حذف برخی از نقاط ضعف آبیاري سطحی گردیده است . در آبیاري با این روش ، کانالتها جایگزین نهرهاي داخل مزرعه ( کانالهاي درجه(3 می گردد . در این سیستم کلیه قطعات پیش ساخته بوده و پس از ساخت در کارگاه مرکزي به محل نصب، حمل میشوند. سیستم تولید بصورت انبوه با کیفیت بالا میباشد. قطعات پیش ساخته بتنی که در این روش مورد استفاده قرار میگیرند عبارتند از :
1ـ نیم لولههاي بتنی با مقطع نیم بیضی : شماره گذاري هر تیپ براساس مقدار حجم آب عبوري از آن تیپ، در یک ثانیه بر حسب لیتر، چنانچه سرعت جریان 1 متر در ثانیه باشد، بعمل آمده است.
بنابراین شماره هر تیپ کانالت برابر حجم یک متر طول کانال برحسب لیتر میباشد. کلیه تیپها براي طولهاي 5 و 7 متر طراحی شدهاند. نیم لولههاي بطول 5 متر از نوع بتن مسلح و نیم لولههاي بطول 7 متر از نوع بتن پیش تنیده میباشند.
2ـ زینهاي بتن مسلح : زین ها بعنوان تکیه گاه نیم لولهها، در برگیرنده درز انبساط و همچنین تامین کننده آب بندي میان 2 نیم لوله، واقع در دو دهانه مجاور، عمل مینمایند.
3ـ پایههاي بتن مسلح : پایهها وظیفه تامین ارتفاع مورد نیاز کانال، بر طبق خط پروژه و انتقال نیروها به پی را عهدهدار میباشند. 4ـ کفشکهاي بتنی : کفشکها جهت تامین گیرداري پایه در پایین و انتقال نیروها به خاك، در حد تنش مجاز خاك، مورد استفاده قرار میگیرند.
2
در نقشه ها و جدول زیر مشخصات تیپ کانالتهاي پیش ساخته ارایه شده است:
نقشه -1 مشخصات و مقاطع تیپ کانالتها
3
جدول-1 مشخصات تیپ هاي مختلف کانالهاي پیش ساخته
شکل -1 مشخصات مقاطع نیم بیضی
روش طراحی هیدرولیکی نرم افزار
اصول طراحی نرم افزار مورد استفاده در طراحی هیدرولیکی کانالت که در محیط برنامه نویسی ویژوال بیسیک تهیه گردیده، با استفاده از رابطه مانینگ میباشد که در رابطه مانینگ ضریب زبري با توجه به نوع کانال که پیشساخته میباشد مقدار 0/012 و
عمق آزاد کانالت حداقل معادل 5 سانتیمتر در نظر گرفته شده و با توجه به مشخصات مقاطع تیپ کانالتها که در کد برنامه طراحی لحاظ شده و سطح مقطع جریان که بصورت نیم بیضی میباشدواطلاعات کیلومتر انشعابها و مساحت مزارع تحت پوشش و رقوم بیس مزارع و شیب اولیه طراحی ونوع سازه انشعابی،که در فایل ورودي لحاظ میشود دبی و سرعت و شیب مورد نیاز و در نهایت عمق نرمال و تیپ کانالت و رقوم کف و سطح آب طراحی بدست میاید.برنامه طراحی در مرحله اول از پایین ترین تبپ کانالت با روش آزمون و خطا شروع میکند و با داشتن مشخصات مقاطع کانالتها که در کد برنامه لحاظ شده سطح مقطع جریان ومحیط خیس شده وسپس شیب هیدرولیکی و عمق و دبی عبوري را محاسبه و با دبی مورد نیاز مقایسه میکند که در صورت برابر بودن، مقطع مناسب در غیر این صورت تیپ را عوض کرده و عملیات فوق را تکرار میکند تا در نهایت مقطع بهینه بدست ایدو در ادامه با داشتن کیلومتر رقوم بیس مزارع تحت پوشش که در اطلاعات ورودي برنامه لحاظ میشودو کامند 25 سانتیمتر براي سطح آب کانال درجه 4 انشعابی وشیب طراحی ،رقوم خط پروژه سطح آب و کف کانالت در کیلومتر مسیر بدست می آید و در ضمن با توجه به اینکه تغییرات دبی در کانالهاي درجه سه(کانالت) بین 0/040 تا 0/350 مترمکعب بر ثانیه و تغییرات سرعت در کانالتها بین 0/5 تا 1/0
متر بر ثانیه میباشد و باتوجه به مبانی مذکور طراحی کانالت با استفاده از نرم افزار انجام شده و رقوم سطح آب مورد نیاز در ابتداي کانالتها بدست آمده که با رقوم آب موجود در کانالهاي اصلی مقایسه میگردد و در صورت پایین تر بودن، طرح کانال درجه3 (کانالت)
مورد قبول میباشد.
نرم افزار طراحی هیدرولیکی کانالت که در محیط برنامه نویسی بیسیک نوشته شده است داراي دو فایل ورودي و خروجی بصورت زیر میباشد:
نمونه فایل اطلاعات ورودي برنامه طراحی هیدرولیکی کانالت:
نمونه فایل طراحی خروجی برنامه طراحی هیدرولیکی کانالت:
در طراحی شبکه فرعی کانالت هاي آبیاري، مبناي محاسبات بالاترین رقوم بعد از تسطیح در هر قطعه زراعی که مقداري حدود 25
سانتیمتر جهت تامین هد مورد نیاز افزوده شده و باتوجه به این ارقام و موقعیت آبگیرها (مقسم ها) طراحی کانالهاي درجه 3 با در نظر گرفتن شیب کانال و افت مورد نیاز جهت آبگیرها، مقسم ها و کالورتها در محل هاي مختلف انجام می گیرد نهایتاًو رقوم سطح آب در ابتداي کانال درجه 3 تعیین می گردد. لازم به ذکر است از آنجایی که استقرار کانالت روي پایه و کفشک میباشد و در صورتیکه شبکه اصلی آبیاري هد مناسبی جهت تامین آب داشته باشد سطح آب در کانالت به میزان قابل توجهی می تواند بالاتر از اراضی قرار گیرد. لذا در طراحی کانالت امکان استفاده از هیدروفلوم نیز میسر خواهد شد. براساس مبانی طراحی میزان هد مورد نیاز براي آبیاري مزارع حداقل 0,25متر، افت سازه هاي آبگیر 3 به 4 بین 3 تا 5 سانتیمتر و افت مقسم ها در طول کانال درجه 3 معادل 2 سانتیمتر و شیب کانالهاي درجه 3 حداقل 0,0002 و دبی آبگیرهاي درجه 4 معادل 30 لیتر بر ثانیه ، هیدرومدول کانالهاي درجه 3 معادل 2
لیتر بر ثانیه در هکتار و دبی کانالهاي درجه 3 مضربی از دبی کانالهاي درجه 4 که حداقل دبی باتوجه به حداقل تیپ کانالت T-315
معادل 60 لیتر بر ثانیه منظور گردیده است.
از آنجایی که رقوم سطح آب در کانال اصلی در محل آبگیر با هیدرومدول الگوي کشت در ماه پرمصرف محاسبه گردیده و در سایر ماهها ممکن است رقوم سطح آب پایینتر از رقوم طراحی باشد رقوم سطح آب منظور شده در طراحی کانال هاي درجه 3 (کانالت)با
70 درصد عمق نرمال و یا رقوم ارتفاعی چک هر کدام بیشتر باشد منظور خواهد شد با توجه به آرایش شبکه فرعی وسعت ناخالص اراضی تحت آبخور هر آبگیر درجه 3 برآورد گردیده است. وسعت خالص اراضی با توجه به حریم کانالها و جادههاي سرویس حدود
7 درصد بوده بنابراین وسعت خالص تحت آبیاري حدود 93 درصد وسعت ناخالص میباشد. از آنجایی که از هر کانال درجه 3 (کانالت)تعدادي کانال درجه 4 منشعب میگردد و ظرفیت هر کانال درجه حدوداً4 برابر مقدار آبی است که هر آبیار میتواند مدیریت و کنترل نماید و برابر 40 لیتر در ثانیه در نظر گرفته شده بنابراین ظرفیت کانال درجه 3 معادل مضربی از 40 خواهد بود تا در فصل
6
آبیاري هر کانال درجه 3 بتواندآب مورد نیاز تعداد مشخص از کانال درجه 4 را توزیع نماید. بنابراین ظرفیت کانال از یک طرف تابعی از ظرفیت آبگیري، و از طرف دیگر تابعی از سطح خالص زیرکشت و تعداد کانال درجه 4 میباشد
طراحی هیدرولیکی کانالت :LC13-1
در ادامه طراحی هیدرولیکی کانالت LC13-1 پروژه ناحیه دوم از شبکه سمت چپ اراضی رامشیر با مشخصات داده شده و شرایط دبی و شیب هاي مختلف با استفاده از نرم افزار طراحی مذکور مورد بررسی قرار گرفت و نتایج طراحی در ادامه آمده است:
جداول- 2 خروجی طراحی هیدرولیکی کانالت LC13-1 با دبی 50 لیتر بر ثانیه
جداول-3 خروجی طراحی هیدرولیکی کانالت LC13-1 با دبی 90 لیتر بر ثانیه
7
جداول -4 خروجی طراحی هیدرولیکی کانالت LC13-1 با دبی 130 لیتر بر ثانیه
جداول -5 خروجی طراحی هیدرولیکی کانالت LC13-1 با دبی 170 لیتر بر ثانیه
جداول-6 خروجی طراحی هیدرولیکی کانالت LC13-1 با دبی 210 لیتر بر ثانیه
