بخشی از مقاله
مقایسه کانالت پیش ساخته و کانال درجا در شبکه های آبیاری و زهکشی خوزستان از دیدگاه فنی-اجرایی (دشت آزادگان)
چکیده
از مدتها پیش در پروژههای آبیاری و زهکشی سطح کشور و به ویژه در دشت خوزستان بدلیل کمبود منابع تهیه خاک مناسب، مشکلات اجرایی، سرعت پایین انجام کار و همچنین در جهت کاهش هزینهها ایده استفاده از کانالهای پیش ساخته با مقطع نیم بیضی در اجرای کانالهای درجه 3 مطرح گردید. اما از همان ابتدا بعلت مشکلات فراوان در تکنولوژی و تجهیزات اجرا از یکطرف و از طرف دیگر عدم هماهنگی مناسب در سرعت اجرای شبکههای 1 و 2 و همچنین 3 و 4، باعث شد که این ایده مسکوت مانده و سالها به فراموشی سپرده شود. با شروع پروژه طرح احیاء و بازسازی 550000 هکتاری اراضی خوزستان و ایلام و لزوم تسریع در انجام شبکههای 3 و 4، یکبار دیگر این ایده مطرح و با انجام مهندس ارزش مورد ارزیابی مجدد قرار گرفته و تأیید گردید. لذا در این تحقیق لازم دانستیم تا با ارزیابی فنی-اجرایی کانالتهای پیشساخته و کانالهای درجا، بهترین گزینه را در جهت بالا بردن راندمان کاری و صرفه جویی در هزینه و زمان مفید اجرای شبکههای آبیاری و زهکشی انتخاب نمود.
واژههای کلیدی: کانالت پیشساخته، کانال درجا، ارزیابی فنی-اجرایی، شبکه فرعی آبیاری و زهکشی
-1 مقدمه
آهنگ رو به رشد جمعیت کشور در طی قرن اخیر موجب شده که همواره تأمین مواد غذایی یکی از اهداف مهم برنامهریزی کشور محسوب گردد. نگاهی اجمالی به آمار و ارقام جمعیت نشان میدهد که در طول یک قرن گذشته جمعیت کشور 6 برابر شده است و پیشبینی میشود که در سال 1400 به حدود 100 میلیون نفر بالغ گردد. در نتیجه افزایش سریع جمعیت میزان تقاضا به مواد غذایی نیز بالطبع تشدید گردیده ضمن اینکه تغییر الگوی تغذیه جامعه نیز بر این روند تأثیر مثبتی داشته است. لذا آنچه که در این زمینه اهمیت مییابد مدیریت مصرف آب همراه با مدیریت تقاضا در بخشهای مختلف صنعت، شرب، کشاورزی و محیط زیست میباشد تا توسعه پایدار در کلیه بخشهای اقتصادی به ویژه بخش کشاورزی را امکان پذیر سازد. شبکههای آبیاری یکی از تأسیسات زیربنایی بخش کشاورزی است که اغلب توسط بخش دولتی برای تأمین آب آبیاری احداث و بهره برداری میشود. هزینههای سنگین احداث شبکههای آبیاری و پیامدهای زیست محیطی، مشکلات بهره برداری و پایین بودن راندمان کاربرد آب در بخش کشاورزی از جمله موضوعاتی است که کارشناسان بخش آب را واداشته تا در جستجوی روشهایی برای کاهش هزینههای احداث شبکهها و افزایش بازده (راندمان) کاربرد آب باشند. نظر به اهمیت روش ساخت کانالها در شبکههای آبیاری یکی از مسایلی که مهندسان مشاور در مطالعات مرحله اول و دوم شبکههای آبیاری به آن میپردازند بررسی گزینههای مختلف احداث شبکههای آبیاری اصلی و فرعی با استفاده از لوله، کانال روباز، درجا و یا کانال پیشساخته است (علینقیزاده، .(1388
-1-1 کلیات
-1-1-1 شبکههای آبیاری:
به مجموعه تأسیساتی که از مکان تأمین آب تا مصرف آن را در بر میگیرد، اطلاق شده و به صورت اجمالی مشتمل بر منابع و تأسیسات ذخیره آب و تأسیسات توزیع و انتقال آب است. در این خصوص بسته به درجه نام گذاری کانالها که متأثر از مکان آب میباشد، شبکه تأسیسات آبگیری و انتقال به زیر شاخههای اصلی و فرعی تقسیم میشود(که معمولاً کانالهای درجه 1 و 2 در بخش شبکه اصلی و کانالهای درجه 3 و 4 در محدوده شبکه فرعی جا میگیرند). روشهای اجرایی شبکههای فرعی شبیه به روش اجرای کانالهای اصلی بوده و به صورتهای مختلفی نظیر کانالهای بتنی پیشساخته، درجا و به اشکال مقاطع نیم لوله، نیم بیضی (به صورت پیشساخته)، ذوزنقه، مستطیلی و ... (به صورت درجا) طراحی و اجرا میگردند. میزان اراضی تحت پوشش کانالهای شبکه فرعی متغیر بوده و تابعی از شرایط توپوگرافی منطقه اجرای طرح میباشد.
-2-1-1 کانال درجا:
طبق تعریف، کانال درجا کانالی است که در مقطع خاکبرداری و یا خاکریزی به صورت روباز احداث میشود. عملیات اجرایی این کانال از دو بخش اصلی عملیات خاکی و عملیات بتنی تشکیل شده است. کانالهای درجا اغلب با مقطع ذوزنقهای احداث میگردد، مگر در موارد خاص که با مقطع مستطیل ساخته میشود.
-3-1-1 کانال پیشساخته:
استفاده از قطعات پیشساخته نظیر ساختمانهای پیشساخته بتنی و فلزی افزون بر نیم قرن است، در بخش مسکن و سازه راه یافته است. در بخش ساخت شبکههای آبیاری نیز احداث کانالهای پیش ساخته بتنی در شبکههای فرعی با ابعاد متوسط تا کوچک بیش از سه دهه است که در کشورمان باب شده است. ساخت شبکههای پیشساخته دشت فومنات در گیلان، دشت مغان در آذربایجان شرقی و دشتهای گتوند و بهبهان در استان خوزستان نمونههای بارزی از آن است. این صنعت برای اولین بار از کشور ترکیه وارد کشورمان شده است. کانالهای پیشساخته اغلب توسط وزارت جهاد کشاورزی در نقاط مختلف کشور رواج داده شده است.
-2-1 مشکلات پیش روی اجرای کانالهای درجا: -1-2-1 بتن:
کانالهای بتنی از جمله سازههایی هستند که بتن مورد استفاده در آنها در معرض تابش آفتاب، وزش باد، یخ زدن و ذوب شدنهای مکرر و غیره قرار دارد. بنابراین بایستی قبل از اجرای پروژه، عوامل تهدید کننده بتن کانال با توجه به منطقه جغرافیایی واقع شده در آن، شناسایی شده و تمهیدات لازم برای جلوگیری از آسیبهای مخرب آنها پیش بینی شود.
-2-2-1 خاک:
تأمین خاک مناسب برای خاکریزی کانالهای درجه 3 روند دشواری پیدا کرده که این مسأله نه تنها در پروژههای اراضی کرخه نور که شامل 12 واحد عمرانی (قدس، رمضان، عتابیه، فردوس-یاسمین و ...) میباشد بلکه در اغلب پروژههایی که در مناطق جنوبی دشت خوزستان اجرا میشوند نیزکاملاً مشهود و در خور توجه است. از طرفی اغلب راهکارهایی که توسط مهندسان مشاور برای اصلاح و بهبود شرایط خاک توصیه میشود مخالفت صریح و ضمنی پیمانکاران را در پی دارد. به طور کلی خاکهای مشکل آفرین بنابر ماهیت رفتاری و مشخصات فنی خود، هریک ممکن است طی مراحل ساخت یا در حین دوران بهره برداری از سازههای آبی به ویژه کانالهای آبیاری مسایل و مشکلات عدیدهای را ایجاد نمایند که هریک ممکن است به صورت موضعی یا کلی به عنوان شکست یا تخریب سازه تلقی گردیده و موجب خسارات مالی فراوان شود.
-3-1 ضرورت تحقیق:
هدف اصلی از احداث تأسیسات و شبکه انتقال آب، بهره برداری بهینه از منابع آب میباشد. برهمین اساس پوشش انهار خاکی یکی از عوامل مؤثر در جلوگیری از کاهش تلفات آب است. در این راستا همواره انتخاب نوع پوشش یکی از چالشهای پیشرو برای طراحان بوده است. یکی از روشهای متعارف در کاهش تلفات آب در انهار خاکی استفاده از انواع پوششهای بتنی است. هدف این پروژه ارزیابی کامل کانالهای بتنی درجا و مقایسه آن با کانالتهای پیشساخته است تا شاید بتوان راهی برای جلوگیری از اتلاف سرمایه و همچنین هدررفت آب در مصارف کشاورزی و شبکههای فرعی آبیاری و زهکشی پیدا کرد.
-4-1 مطالعه موردی:
منطقه مورد مطالعه (طرح یاسمین- فردوس) با وسعت معادل 9300 هکتار میباشد و از لحاظ موقعیت جغرافیایی بین طول جغرافیایی 48 درجه و 14 دقیقه تا 48 درجه و 21 دقیقه و عرض 31 درجه و 21 تا 31 درجه 27 دقیقه واقع شده است. این اراضی از جنوب به رودخانه کرخه نور و جاده خاکی موازی رودخانه مذکور، از غرب به اراضی احمدآباد و جاده پیروزی و از شرق به شبکه آبیاری و زهکشی حمیدیه محدود میگردد. در مطالعات شبکه اصلی آبیاری و زهکشی دشت آزادگان این دشت به 4 ناحیه عمرانی کوت، احمدآباد، عتابیه و جلالیه تقسیم میشود. محدوده مذکور شامل قسمتهایی از واحدهای عمرانی کوت، جلالیه و احمدآباد است. تا کنون حدود 44 کیلومتر کانال آبیاری درجه 3 بصورت درجا کار شده و حدود 43 کیلومتر از کانالهای این طرح بصورت پیش ساخته (کانالت) در دست احداث میباشد.
-2 مواد و روشها
-1-2 سطح مقطع:
از نظر هیدرولیکی شکل نیم بیضی کانال بهترین شکل برای حرکت جریان آب در کانال میباشد. این مقطع به گونهای است که با کاهش دبی و عمق جریان تغییرات چندانی در سرعت رخ نمیدهد، زیرا با کاهش دبی سطح مقطع جریان نیز کاهش مییابد اما در کانالهای درجا با مقطع ذوزنقهای با کاهش دبی و عمق جریان سطح مقطع به تناسب کاهش نمییابد، لذا سرعت به نسبت بیشتری کاهش مییابد. بنابراین با توجه به بیشتر بودن سرعت جریان حداقل در کانال پیش ساخته امکان
رسوب گذاری در کانال پیشساخته نسبت به کانال درجا کمتر است. به عبارتی در کانالتهای پیشساخته میتوان با مقطع کوچکتری جریان مشابه در کانال درجا را عبور داد.
جدول-1 مشخصات مقاطع بهینه هیدرولیکی
در این طرح 2 نوع مقطع برای اجرای کانالهای روباز طراحی و ساخته شده است؛ یکی مقطع ذوزنقهای با عرض کف 0,30، 0,45 و 0,5 متر و ارتفاع متوسط 0,6 متر با شیب بدنه 1:1 و دیگری مقطع نیم بیضی که بصورت تیپهای 315، 450 و 600 معرفی شدهاند. با مشخصات ذکر شده بالا برای کانال درجا و با احتساب عمق نرمال آب به مقدار متوسط 0,44 متر میتوان متوسط سطح تماس جریان آب با هوای آزاد (سطح تبخیر) در کانالهای درجای با مقطع ذوزنقهای را محاسبه کرد که حاصل آن 1,38 متر مربع در واحد طول میباشد. و همینطور با محاسبه نسبت b/y عدد 1,38 بدست میآید.
در بحث کانالت میتوان از میان 3 تیپ موجود، تیپ 450 که از نظر ابعادی هم به عرض کف 0,5 در کانال ذوزنقهای نزدیک است را بعنوان تیپ متوسط در نظر گرفت. با محاسبه متوسط عمق جریان آب به مقدار 0,42 متر، متوسط سطح تماس جریان آب با هوای آزاد (سطح تبخیر) در کانالتهای با مقطع نیم بیضی 0,86 متر مربع در واحد طول میباشد. همانطور که از پروفیل عرضی دو مقطع کانال مشخص است، کانالت نیم بیضی دارای محیط خیس شده کمتری نسبت به کانال درجا با مقطع ذوزنقهای است. هرچه سطح تماس مولکول های آب با دیواره کانال کم تر باشد، یعنی محیط خیس شده کمتر باشد، در مصرف آب صرفه جویی بیشتری میشود و از نظر راندمان انتقال آب بهتر است.
همانطور که ملاحظه میشود با مقایسه سطح تبخیر آب در کانال درجا و کانالت میتوان نتیجه گرفت که این مقدار برای مقطع ذوزنقهای 40 سانتیمتر بیشتر است و این بیشتر بودن سطح، باعث تبخیر بیشتر آب از سطح کانال درجا و بالتبع آن هدر رفت بیشتر جریان آب نسبت به کانالت نیم بیضی میشود. از اینرو میتوان در تأیید گفتههای اساتید و کتب هیدرولیکی به جرأت بیان کرد که مقطع نیم بیضی که به صورت پیش ساخته اجرا میشود، دارای خصوصیات هیدرولیکی بهینهای نسبت به مقطع ذوزنقه میباشد. همچنین با توجه به بیشتر بودن سرعت جریان حداقل در کانالت پیش ساخته امکان رسوب گذاری در این نوع کانال، نسبت به کانال درجا کمتر است. به عبارتی در کانالتهای پیشساخته میتوان با مقطع کوچکتری، جریان مشابه در کانال درجا را عبور داد. برای اثبات بهترین مقطع هیدرولیکی، میان کانال درجا با مقطع ذوزنقهای و کانالت پیشساخته با مقطع نیم بیضی باید پارامترهای مختلف هیدرولیکی مانند عمق و سرعت جریان را در دبیهای مختلف مقایسه کرد. این کار بوسیله نرم افزارهای طراحی کانال و کانالت، در دبیهای مختلف انجام شده که حاصل آن در جدول زیر بیان شده است.
