بخشی از مقاله
چكيده
در ايران و در دودهه اخير كاربرد مدل نرمافزاري waterGEMSدر طرّاحي، اجرا و بهرهبرداري از شبكههاي آبياري تحتفشار جايگاه ويژهاي پيدا كردهاست. در اين قبيل طرحها، مخصوصاً در طرحهاي بزرگ با مساحتهاي زياد و با توپوگرافي تپهماهوري، كنترل هيدروليكيبكهش نقش مهمي در افزايش دقّت مراحل طرّاحي همينطور حل مسائل اجرا و حصول اطمينان از صحّت كاركرد شبكه در دوران بهرهبرداري دارد. به همين دليل اين مدل نرمافزاري با قابليت گرافيك بالا در نمايش نتايج طراحي، ميتواند در اين زمينه كاربرد موثّري داشته باشد.
درمراحل طرّاحي شبكه ميتوان با معرفي نقشه توپوگرافي و منحنيهاي تراز اراضي به عنوان پسزمينه و سپس ترسيم آرايش شبكه، ضمن شبيهسازي هيدروليكي طرح، با استفاده از قابليت گرافيكي بسيار خوب اين مدل نسبت به تجزيه وتحليل نتايج شبيهسازي اقدام كرد و از اين مدل در مراحل طرّاحي به طرز مفيد و مؤثّري در افزايش عملكرد شبكه بهرهگرفت. اين مدل به دليل توانائي بالا در نحوة نمايش نتايج ميتواند به عنوان بهترين شبيه ساز هيدروليكي شبكههاي آبياري تحتفشار مورد استفاده قرار گيرد.
١. مقدمه
در چنددهه اخير كاربرد مدلهاي كامپيوتري در اكثر مسائل مهندسي جايگاه ويژهاي پيدا كردهاست. در همين زمينه ميتوان به ورود مدل شبيهساز هيدروليكي واترجمز - waterGEMSبه - عرصه طرّاحي شبكههاي آبياري تحت-فشار اشاره كرد. در گذشته نهچندان دور، در مراحل طراحي هيدروليكي خطوط انتقال و حتي شبكههاي آبياري تحتفشار، از محيط نرمافزاري Excel زياد استفاده ميشد به گونهاي كه پايه تمام محاسبات براساس نتايج اين نرم-افزارها بود.
اما با توسعه شبكههاي آبياري - بهويژه آبياري تحتفشار - و از دهه ٨٠ ، كارشناسان مربوطه به منظور افزايش سرعت و دقّت طراحيها، از طريق سازگاري برخي از برنامههاي كامپيوتري موجود در علوم مهندسي، از برنامه-هائي همچون Watnet،Loop،Epanet و WaterGEMSدر طرّاحي هيدروليكي شبكههاي آبياري تحتفشار نيز استفاده كردند.
در ميان اين مدلهاي شبيهساز، امروزه مدل واترجمز - - WaterGEMS جايگاه ويژهاي به خود اختصاص دادهاست به گونهاي كه علاوه بر افزايش سرعت طرّاحي، دقت بسيار خوبي از اين مدل، مورد انتظار است و قابليت بسيار مفيد گرافيكي آن در نمايش نتايج شبيهسازي به عنوان يكي از برتريهاي خاص اين مدل شبيهساز مطرح است به گونهاي كه ميتوان ويژگيهائي همچون ميزان عبور جريان - ويا بعبارتي مسير درحال عبور جريان - ، سرعت جريان، قطر مسير و غيره را از طريق تغيير رنگ مسير و يا تغيير ضخامت مسيرها نمايش داد.
با ارائه اين توضيحات كه مقدمهاي از دلايل توسعه كاربرد مدل واترجمز در مراحل طراحي شبكههاي آبياري تحتفشار ميباشد، در اين مبحث و با هدف آشنائي با كاربرد اين مدل نرمافزاري با ارزش در مراحل طرّاحي شبكههاي آبياري تحتفشار بهاهمّ مطالب لازم اشاره ميشود به اين اميد كه اين آموزش بتواند گامي هر چند اندك در افزايش عملكرد كارشناسان مهندسي آب شاغل در مجموعه طرّاحي شبكههاي آبياري تحتفشار بردارد.
هرچند مسئولين بخش كشاورزي با رويكردي به توسعه سامانههاي نوين آبياري، گامي بزرگ در جهت افزايش راندمان آبياري و طرّاحي و توسعه شبكههاي مدرن آبياري برداشتهاند، ليكن نتيجه اين اقدام زماني تكميل خواهدشد كه در كاركرد اين شبكهها و بهرهبرداري از آنها نيز نتيجه مطلوب حاصلشود. باتوجه به وسعت اراضي شبكههاي آبياري مورد بحث - با سطحي در حد چندين هزار هكتار - ، مسلّماً طرّاحي شبكه آبياري مورد نظر با هدف كاركرد صحيح شبكه آبياري اين اراضي از پيچيدگي خاصي برخوردار است و علاوه بر نياز به استفاده از تجارب طرحهاي مشابه، لازمست كه از تكنولوژيهاي روزآمد نيز استفاده شود.
يكي از ابزارهائي كه در مسير طرّاحي شبكه آبياري تحتفشار ميتواند به طرز موثري مفيد واقع شود، مدل شبيهساز هيدروليكي واترجمز ميباشد. با توجه به مطالب فوق و با عنايت به قابليتهاي بالاي اين نرم افزار، ميتوان از اين برنامه در تحليل هيدروليكي شبكه آبياري تحتفشار استفاده نمود. در اين نرمافزار ميتوان كاركرد واحدهاي مختلف آبياري قطرهاي يك شبكه را مدلكرد و يا وضعيت هيدروليكي يك شبكه باراني را در موقعيتهاي مختلف كاركرد آبپاش شبيهسازي نمود. اين برنامه به دليل قابليتهاي بالاي گرافيكي و توانائي نمايش و آناليز هيدروليكي موقعيتهاي مختلف كاركرد شبكه آبياري قطرهاي و باراني، جايگاه ويژهاي در مدلسازي شبكههاي آبياري تحتفشار به خود اختصاص دادهاست.
١-١. معرفي مدل واترجمز
Bently waterGEMS نرم افزاري كاربردي براي ايجاد يا شبيهسازي خطوط انتقال و شبكه توزيع آب و تحليل شبكه موردنظر ميباشد]١.[ برنامه ٨waterGEMS v توسط شركتهاي Haestad و Bentlyطرّاحيشده كه نسخه ارتقاءيافته WaterCad و ٣ WaterGEMS ميباشد. علاوه بر توانائي نرمافزارهاي قبلي، نرمافزار waterGEMS توانائي محاسبه و گزارش مقدار هزينههاي اجرائي و هزينه مصرف انرژي را دارد و از پشتيباني نرمافزار Hammer جهت تحليل و محاسبه ضربه قوچ برخوردار است.
اين برنامه علاوه بر شبيهسازي هيدروليكي، قابليت مدلسازي كيفي و انجام تحليلهاي مربوط به آن را دارا ميباشد]٢.[ با توجه به قابليت گرافيكي بسيار خوب اين مدل در نمايش وضعيت هر يك از مسيرها و يا محل هريك از انشعابات يا اتصالات، در اين مبحث هدف آنست كه با استفاده از كاربرد اين مدل در طرّاحي شبكه آبياري تحتفشار، دقت مراحل طراحي افزايش يابد.
٢. مواد و روشها
در طرّاحي به كمك شبيهسازي مدل واترجمز، اولين قدم در تحليل هيدروليكي شبكه آبياري تحتفشار در مرحله طرّاحي، معرفي آرايش شبكه موردنظر و موقعيت مسير لولهها، گرهها و ايستگاه پمپاژ - يا منبع تامين دبي - فشار - ميباشد. در مراحل طرّاحي ميتوان به دو طريق عمل كرد: ١انجام- محاسبات اوليه مربوط به طرّاحي هيدروليكي با استفاده از نرمافزارهاي موجود همچون Excel و استفاده از نتايج حاصله در شبيهسازي هيدروليكي مدل واترجمز. در اين روش پس از تهيه پلان اوليه پيشنهادي شبكه، نسبت به انجام محاسبات هيدروليكي با استفاده از محاسبات دستي و يا به كمك برنامههاي موجود در محيطهائي مثل Excel اقدام ميشود.
٢-مدل سازي آني شبكه بدون وجود نتايج طرّاحي قبلي.
اين روش به دليل نياز به تجربه زياد طرّاح و به دليل سعي و خطاي مورد نياز، توصيه نميشود. ليكن به عنوان يكي از روشهاي طراحي هيدروليكي ميتواند مطرح باشد. در اولين قدم از مسير طرّاحي، پس از معرفي نقشه توپوگرافي منطقه به صورت پسزمينه، آرايش شبكه خطوط لوله و نحوه تامين دبي - فشار - ايستگاه پمپاژ و يا مخازن ذخيره آب - مشخص ميشود تا بر اين اساس محاسبات شبيهسازي مربوطه انجامپذير باشد. در اين مرحله از معرفي شبكه، لازم است اقدامات زير انجام شود:
معرفي توپوگرافي اراضي شبكه
با توجه به لزوم معرفي كدهاي ارتفاعي هر يك از موقعيتهاي شبكه و محل انشعابات يا اتصالات، كه از آنها به گره - - junction ياد ميشود، دو روش براي اين كار وجود دارد. در روش اول ميتوان به صورت دستي ارتفاع هر گره را به برنامه معرفي كرد. با توجه به وسعت شبكههاي مورد بحث، اين روش علاوه بر نياز به وقت زياد، خالي از خطا نخواهد بود و هرچند رفع خطاها نيز امكانپذير است ليكن اين عمل نيز خود به نوبه ديگر باعث هدررفت زمان خواهد شد.
اما در روش دوم كه هيچكدام از معايب روش اول را ندارد، از طريق استفاده از نقاط تاكئومتري يا خطوط تراز و يا نقشه توپوگرافي اراضي محدوده شبكه و معرفي آن به صورت يك فايل با پسوند DXF به عنوان يكي از پسزمينههاي معرفيشده به مدل - - back ground، ميتوان ارتفاع هر يك از گرهها را - البته با تمهيدات خاص - به مدل معرفي كرد. لازم به ذكر است كه يكي از شرايط لازم و ضروري در اين مسير آنست كه اين خطوط تراز كه خود معرف يك كد ارتفاعي خاص هستند، از نظر خواص نرمافزار اتوكد نيز خود داراي سه مولفه X,Y,Z و يا مولفه Elevation باشند به گونهاي كه Z آنها دقيقاً معادل كدارتفاعي منطقه مورد نظر باشد.
معرفي نقشه پلان منطقه و آرايش شبكه
به منظور توسعهديد كارشناس طرّاح و به عنوان يك ابزار گرافيكي، لازم است كه پلان منطقه طرح و آرايش شبكه - خطوط لوله و اتصالات - بر اساس نقشههاي پلان اوليه شامل مسير لولهها و مشخصات فيزيكي لوله همچون جنس، ضريب افت و اندازه قطرآنها، محل شيرآلات كنترلدبي يا كنترلفشار و نحوه تامين دبيفشار كل شبكه، كه ميتواند ايستگاه پمپاژ و يا مخازن ذخيرهآب به عنوان مخزن - - Reservoir باشد، به برنامه معرفيشود.
