بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بهرهبرداری و مدیریت بهینه تقاضا و مصارف آب در سطح شبکههای آبیاری و زهکشی، استفاده از ابزار اندازهگیری و کنترل جریان آب و پیادهسازی تحویل حجمی آب، حائز اهمیت فراوان است تا با بهکارگیری این ابزارها، بتوان احجام آب انتقالی و توزیع شده در نقاط اصلی و کلیدی شبکه را برنامهریزی نمود و بر حسن اجرای برنامههای بهرهبرداری و نحوه تحویل آب به ذی نفعان شبکه آبیاری، نظارت و مدیریت لازم را اعمال کرد.
در میان روشهای مختلف اندازهگیری جریان، یکی از روشهای ساده و البته سنتی، اندازهگیری سطح آب توسط اشل و برآورد جریان از طریق رابطهی دبی-اشل است. این روش که طراحی، احداث و استفادهزا آن نسبتاً ساده میباشد، میتواند بطور فراگیر برای اندازهگیری کلیه جریان آب ورودی به شبکه و هرگونه انشعاب از آن نیز استفاده گردد. در این تحقیق با توجه به اینکه این فناوری برای اولین بار در شبکههای آبیاری مورد استفاده قرار گرفته و در بین بهرهبرداران از جلب اعتماد کمتری بدلیل سادگی و هزینه کم آن برخوردار میباشد، به بررسی چالشها و ارائه راهکار برای بهرهبرداری مناسب از روش اندازهگیری دبی-اشل در ایستگاههای پایش دبی شبکهای آبیاری و زهکشی ورامین برای صحت تحویل مقدارآب به ذینفعان پرداخته شده است.
-1 مقدمه
کمبود آب در ایران یکی از عوامل محدود کننده اصلی توسعه فعالیتهای اقتصادی در دهه های آینده به شمار میرود، اما با کمال تأسف در کشور ما هنوز استفاده مطلوب از آب به شکل یک فرهنگ جایگاه خاص خود را پیدا نکرده است، به همین جهت دستیابی به تعادل نسبی در زمینه عرضه و مصرف آب یک اصل اساسی و ضروری است که این مهم جز با ایجاد یک نظام جامع مدیریت آب میسر نیست. مجموعه اقداماتی که تاکنون در کشور در ارتباط با تأمین آب کشاورزی، شهری و صنعتیانجام شده، عمدتاً در زمینه مدیریت تولید و عرضه آب بوده است و کمتر توجهی به مدیریت مصرف گردیده است.
بهینه سازی مصرف آب توافق شده در کمیته تخصصی شورای عالی آب، مجموعه اقدامات سازهای و غیرسازه ای - مدیریتی - در چرخه آب از آبخیز تا جالیز - آبخیزداری، استحصال، انتقال، توزیع و مصرف آب - با مشارکت اصولی بهره برداران در راستای ارتقاء بهره وری و توسعه پایدار به منظور تأمین امنیت غذایی می باشد. در همین راستا وزارت نیرو موظف است به منظور بهره برداری مناسب از منابع آبی تأمین شده موجود در اولویت اول، نسبت به تکمیل شبکههای اصلی آبیاری و زهکشی و تجهیز نقاط تحویل آب به ابزارهای اندازهگیری مناسب تحویل حجمی اقدام نماید. همچنین بر اساس سند ملی آب - الگوی مصرف بهینه آب کشاورزی - وزارت نیرو موظف است نسبت به تحویل حجمی آب به تشکلهای آببران یا بهرهبرداران با توجه به شرایط فنی، اقتصادی واجتماعی و نحوه تأمین، انتقال ، توزیع ومصرف آب کشاورزی در مناسبترین نقطه تحویل اقدام نماید.
با توجه به اینکه کل اراضی تحت پوشش 118 شبکه آبیاری و زهکشی کشور در حدود 1/8 میلیون هکتار است [1] ، برای بهرهبرداری و مدیریت بهینه مصارف آب در سطح این اراضی در قالب مناطق آبیاری و قطعات زراعی، استفاده از ابزارهای اندازهگیری و کنترل جریان آب، حائز اهمیت فراوان است تا با بهکارگیری این ابزارها، بتوان احجام آب انتقالی و توزیع شده در نقاط اصلی و کلیدی شبکه را برنامهریزی نمود و بر حسن اجرای برنامههای بهرهبرداری و نحوه تحویل آب به ذی نفعان شبکه آبیاری، نظارت و مدیریت لازم را اعمال کرد.
در میان روشهای مختلف اندازهگیری جریان، یکی از روشهای ساده و البته سنتی، اندازهگیری سطح آب توسط اشل و برآورد جریان از طریق رابطهی دبی-اشل استاین. روش که طراحی، احداث و استفاده از آن نسبتاً ساده میباشد، میتواند بطور فراگیر برای اندازهگیری کلیه جریان آب ورودی به شبکه و هرگونه انشعاب از آن نیز استفاده گردد. در طرح تجهیز نقاط پایش دبی در شبکههای آبیاری از روش دبی-اشل مجهز به تجهیزات برداشت خودکار داده و انتقال سریع آن برای تعیین میزان دبی تحویلی به ذینفعان شبکه استفاده شده است. با این روش اندازهگیری، میتوان ضمن صرفهجویی قابل ملاحظه در هزینهها، نقاط بیشتری از شبکه را به تجهیزات اندازهگیری جریان تجهیز کرد.
یکی از اقدامات مهم در مدیریت تقاضا و مصرف با مشارکت ذینفعان و بهره برداران آگاهی دقیق از مقدار آب در نقاط تحویلی به ذینفعان میباشد. با توجه به اینکه این فناوری برای اولین بار در کشور مورد استفاده قرار گرفته است و در بین بهرهبرداران شبکه در مقایسه با سایر وسایل گران قیمت اندازهگیری جریان از جلب اعتماد کمتری بدلیل سادگی و هزینه کم آن برخوردار میباشد، لازم است که با انجام تحقیقاتی روی این روش اندازهگیری به منظور تعیین نحوه صحیح نصب و بهرهبرداری از آن برای دستیابی به اندازهگیری درست جریان آب، نسبت به جلب اعتماد بهرهبرداران و ذینفعان شبکه به این روش اقدامات لازم به عمل آید. لذا در این تحقیق به بررسی چالشها و ارائه راهکار برای بهرهبرداری مناسب از روش اندازهگیری دبی-اشل در ایستگاههای پایش دبی شبکهای آبیاری و زهکشی ورامین برای صحت تحویل مقدارآب به ذینفعان پرداخته شده است.
روش دبی-اشل
امروزه وسایل اندازهگیری جدید نظیر داپلرهای صوتی و لیزری توانستهاند خطای اندازهگیری جریان آب را تا یک الی دو درصد دبی عبوری کاهش دهند ولی از آنجایی که معیار انتخاب یک وسیله اندازهگیری، تنها صحت اندازهگیری نیست لذا این وسایل علیرغم صحت بسیار مطلوبشان، برای تمام شرایط قابل توصیه نیستند بلکه باید با لحاظ کردن دیگر عوامل مؤثر نظیر هزینه، استحکام، طول عمر، شرایط اجتماعی، بهرهبرداری و نگهداری و غیره، سازه مناسب برای شرایط مختلف را پیشنهاد کرد.
به عنوان یک نتیجه کلی میتوان گفت که سازهها و وسایل اندازهگیری موجود، بسته به شرایط بکارگیری، هر کدام میتوانند نسبت به بقیه ارجحیت داشته باشند. لذا با وجود پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه تجهیزات اندازهگیری جریان در شبکههای آبیاری و شکلگیری روشهای مدرن اندازهگیری، هنوز استفاده از سازههای اندازهگیری سنتی و متداول نظیر سرریز ها، فلومها، روزنهها در پروژهها مشاهده میشود.
بنابراین آنچه بر مهندسین آبیاری تکلیف است، پیشنهاد و طراحی سازههایی میباشد که تا حد ممکن، در تبعیت از معیارها و استانداردهای موجود پیشقدم بوده و اقتضای شرایط بهرهبرداری بومی را رعایت کنند. با توجه به موارد فوق، روشهای دبی-اشل که با ایجاد عمق بحرانی در مقطعی موسوم به مقطع کنترل، کار میکنند، در اولویت میباشند. در این روش با اندازهگیری عمق در بالادست مقطع کنترل و استفاده از معادله دبی - عمق، میزان شدت جریان اندازهگیری میگردد .[2]
نسبت دبی-اشل، یک رابطه میان دبی و اشل در ایستگاه اندازهگیری است و گاهی با عنوان منحنی سنجه 1شناخته میشود. اصول تأسیس و بهرهبرداری یک ایستگاه اندازهگیری در استاندارد ISO 1100-1 بیان شده است. نسبت - رابطه - دبی-اشل برای جریان کانالهای باز در ایستگاههای اندازهگیری توسط شرایط و وضعیت کانال در پایین دست گیج تعیین میشود، که از آن به عنوان کنترل یاد میشود. بسته به وضعیت کانال و شرایط جریان، دو نوع کنترل وجود دارد. جریانهای کم توسط یک مقطع کنترل و جریانهای زیاد توسط کنترل کانال، کنترل میشوند .[3] جریانهای متوسط را میتوان توسط هر دو کنترل فوق، کنترل کرد. در بعضی از اشلها ممکن است ترکیبی از دو کنترل اتفاق بیافتد. اطلاع از ویژگیهای کانال که در نسبت دبی-اشل تأثیر میگذارند امری مهم است.
مقطع کنترل،2 یک مقطع عرضی در کانال است که در پایین دست گیج - محل اندازهگیری عمق آب - قرار دارد و رابطه بین ارتفاع و دبی را کنترل میکند. مقطع کنترل ممکن است به طور طبیعی ایجاد شود مانند یک لایه سنگی، بند آب شنی یا یک مجرای تنگ شده در کانال و یا انباشتهای - تلی - از خاک و شن. همچنین میتواند توسط انسان ساخته شود مانند یک سد کوچک، سرریز، فلوم و غیره. در هنگام عبور جریان آب از مقطع کنترل، با مشاهده ریفل - 3قسمتی از جریان با سرعت کم و آشفتگی شدید که به دلیل افزایش شیب بستر یا انسداد جریان - تغییر در مقطع جریان - اتفاق میافتد - و یا افتادگی مشخص در سطح آب، میتوان مقطع کنترل را شناسایی کردعموماً. با افزایش عمق آب به دلیل زیاد شدن جریان، مقطع کنترل مستغرق شده و دیگر نمیتواند رابطه بین دبی و اشل را کنترل کند.
در این حالت ریفل قابل مشاهده نیست و جریان توسط مقطع کنترل در پایین دست و یا توسط هندسه و زبری کانال پایین دست کنترل میگردد. کنترل کانال،4 از ترکیب مشخصات تمام ناحیه پایین دست گیج تشگیل میگردد. این مشخصات شامل ابعاد، شکل، انحناء، شیب و زبری کانال میشود. طولی از کانال که رابطه بین دبی و اشل را کنترل میکند، متغیر است. در کانالهای با شیب تند رابطه بین دبی و اشل یک ناحیه کوتاهی از کانال کنترل میگردد، در حالی که در کانالهای مسطح - با شیب ملایم - کنترل کانال شامل بازه طولانیتری از کانال میباشد. همچنین علاوه بر شیب کانال، طول کنترل کانال با تغییر مقدار دبی جریان نیز تغییر مییابد.
معمولاً تعیین حدود دقیقی از طول ناحیهای از کانال برای ایجاد یک کنترل کانال، نه لازم و نه ممکن میباشد .[3] وجود یک مقطع کنترل مانند: شیب شکن، فلوم، سرریز و غیره در پایین دست محل اندازهگیری تراز آب با ایجاد یک عمق بحرانی سبب میشود تا با تغییر مشخصات کانال شامل زبری، شیب و غیره بتوان از منحنی دبی-اشل تعیین شده برای اندازهگیری جریان در کانال استفاده نمود. بنابراین یکی از محدودیتهای استفاده از این روش اندازهگیری لزوم وجود یک مقطع بحرانی در پایین دست محل اندازهگیری عمق آب میباشد.
شکل منحنی دبی-اشل تابعی از هندسه ایستگاه کنترل است. از نظر ریاضی اغلب منحنیهای دبی-اشل به شکل سهمی یا ترکیبی از چند سهمی میباشند. بهترین معادله ریاضی منحنی دبی-اشل که منطبق با قوانین هیدرولیکی باشد، توسط سازمان استاندارد جهانی و همچنین سازمان هواشناسی جهانی به صورت رابطه - 1 - توصیه شده است [4] که به صورت شماتیک در شکل - 1 - نشان داده شده است.
