چکیده

تنظیم سطح آب و انحراف مقدار ثابت دبی به کانال فرعی، اساس کار سیستمهای آبگیر در کانالهای آبیاری به شمار میرود. این درحالیست که دبی کانال اصلی د ر محدوده حداقل و حداکثر نوسان مینماید. بنابراین نیاز به طراحی و اجرای سازهای است که بتواند اثر نوسانات دبی در کانال اصلی را کنترل نموده و با یک ضریب اطمینان مناسب مقدار آب مورد نیاز کانال فرعی را تامین نماید. آبگیر استونهای متحرک روزنهدار، نوعی سازه جدید آبگیری است که کنترل دبی و تنظیم سطح تراز آب را همزمان و در قالب یک سازه تلفیقی (سرریز-دریچه استوانهای با روزنه و لوله انتقال) انجام میدهد. در تحقیق حاضر، ابتدا حالتهای مختلف هندسه سازه، از نظر مهندسی توصیف و بهترین حالت آن محاسبه گردیده، سپس به بررسی آزمایشگاهی عملکرد سازه فوق از نظر شرایط هیدرولیکی، نحوه کار و روابط دبی آبگیری و عمق آب بالادست با دبی کانال اصلی در حالتهای ممکن پرداخته شدهاست. نتایج نشان داد که در محدوده تغییرات وسیع دبی کانال اصلی تغییرات دبی در آبگیر بسیار اندک بوده و همچنین می توان با نصب کنتور و شیر تنظیم مقدار دبی تحویلی به آبگیر را با دقت بالایی اندازه گیری و تنظیم نمود.

واژههای کلیدی : آبگیر، دبی آبگیری، روزنه، سرریز-دریچه استوانهای

مقدمه

متغیر بودن نیاز آبی در پاییندست و یا عدم تأمین مقدار آب مورد نیاز از مبدأ منجر به تغییر دبی جاری در کانالهای آبیاری و نوسان در تراز سطح آب میگردد؛ از طرفی، جهت انحراف مقدار مشخصی از دبی کانال اصلی به فرعی، باید تراز سطح آب ثابت نگه داشته شود(امیریتکلدانی، .(۱۳۹۰ بدین منظور در شبکههای آبیاری، سازه آبگیر طراحی و اجرا میشود که شامل دو بخش سازه تنظیم کننده تراز سطح آب (واقع در کانال اصلی) و آبگیر (واقع در ابتدای کانال فرعی)، میباشد.

با توجه به نقش مهم سیستمهای آبگیری در توزیع آب، میتوان گفت که میزان موفقیت هر شبکه بستگی به چگونگی عملکرد این سازهها دارد و برای تامین نیاز آبی پاییندست، از سازههای مختلفی برای کنترل و تنظیم جریان استفاده میشود که انتخاب هر یک با توجه به شرایط فیزیکی، ملاحظات طراحی و بهرهبرداری و هزینهها صورت میپذیرد.

بر این اساس، نوع جدیدی از آبگیر تحت عنوان آبگیر استوانهای متحرک روزنهدار معرفی شده که تلفیقی از سرریز-دریچه استوانه-ای با روزنه و لوله آبگیری بوده و امکان تبدیل شدن به سازه سرریز، دریچه و سرریز- دریچه با بازشدگیهای متفاوت به منظور تنظیم سطح جریان آب و آبگیری در شرایط مختلف جریان کانال اصلی را دارد. شکل ۱ پرسپکتیو بدنه استوانهای، لوله انتقال و روزنهها را نشان میدهد.

شکل -۱ پرسپکتیو (بدنه اصلی، لوله انتقال و روزنهها درکانال اصلی و فرعی)

یکی از بارزترین تفاوتهای این آبگیر نسبت به سازههای موجود، محل قرارگیری آن در کانال میباشد. برخلاف سازههای معمول آبگیری که در ابتدای کانال فرعی واقع میشوند، بدنه استوانهای سازه در عرض کانال اصلی و در محل انشعاب کانال فرعی به آن نصب شده بطوریکه روزنهها در جهت جریان قرار گیرند و لوله انتقال متصل به محیط بدنه سازه، روی کانال فرعی واقع گردد. اشکال ۲ و ۳ به ترتیب محل قرارگیری سازههای تنظیم و آبگیری معمول و سازه پیشنهادی در کانالها را نشان میدهند.

شکل -۲ محل استقرار سازههای آبگیر و تنظیم- شکل -۳ محل قرارگیری آبگیر استوانهای روزنه-
کننده سطح آب رایج در شبکه آبیاری دار در شبکه

هیدورلیک سازه مذکور به دو بخش سرریز-دریچه استوانهای بعنوان تنظیم کننده سطح آب و روزنه که آبگیری از طریق آن صورت میپذیرد، تقسیم میگردد.

از جمله تحقیقات انجام شده روی سرریز- دریچه استوانهای میتوان به مطالعات قرهگزلو و همکاران((۱۳۸۹ اشاره نمود. ایشان هیدرولیک سرریزهای استوانهای و مدل ترکیبی سرریز – دریچه و کاربرد آنها رابررسی نموده و نتیجه گرفتند که ضریب دبی سازههای استوانهای نسبت به مواردجایگزین بیشتر و مهمترین پارامتر در ضریب دبی مدل ترکیبی سرریز- دریچه H / p (هد آب روی سرریز به ارتفاع سرریز است. قرهگزلو و همکاران((۱۳۹۰ با تحقیق روی ضریب آبگذری مدل ترکیبی سرریز – دریچهی استوانهای در دبیهای کم نشان دادند پارامترهای بی بعد H / a (عمق آب بالادست به بازشدگی دریچه) و H / p (عمق آب بالادست به ارتفاع سازه)روی ضریب دبی مؤثرند به طوری که با افزایش هردو پارامتر ضریب دبی افزایش مییابد. و در یک (H / p) ثابت با افزایش قطر، ضریب دبی افزایش ولی در یک (H / a) ثابت با افزایش میزان قطر، ضریب دبی کاهش مییابد. مسعودیان و همکاران((۱۳۹۱با بررسی آزمایشگاهی ضریب آبگذری سرریز- دریچه استوانهای در دبیهای زیاد نتیجه گرفتند در یک (H / p) ثابت ، با افزایش بازشدگی دریچه ضریب دبی

کاهش و در یک H / a ثابت، با کاهش قطر، ضریب دبی افزایش مییابد همچنین ضریب دبی سرریز – دریچه استوانهای در محدوده آزمایشها از ۰/ ۷۵تا ۱/۰۵ متغیر میباشد. قره گزلو و همکاران((۱۳۹۲ با بررسی آزمایشگاهی نشان دادند که جریان عبوری از سرریز روی جریان عبوری از دریچه در مدل ترکیبی سرریز-دریچه اثر گذاشته و سبب کاهش ۲۵-۱ درصدی ضریب دبی دریچه نسبت به حالت بدون سرریز میگردد. مسعودیان و همکاران (۲۰۱۲) نشان دادند با افزایش بازشدگی دریچه استوانهای در یک H / p ثابت، ضریب دبی دریچه کاهش مییابد. سوری و همکاران (۱۳۹۱) به بررسی آزمایشگاهی اثر موقعیت سازه در راستای عمود بر جهت جریان سرریز-دریچه استوانهای روی ضریب دبی عبوری جریان پرداختند. نتایج کار ایشان حاکی از آن است که بیشترین و کمترین ضریب دبی به ترتیب مربوط به سازههای سرریز استوانهای و دریچه استوانهای است. همچنین با تبدیل سازه از سرریز- دریچه استوانهای به دریچه استوانهای کاهش سریعی در مقدار پارامتر yup / D (عمق آب بالادست نسبت به قطر سازه) که این روند ناشی از کاهش میزان پس-زدگی آب و کاهش چشمگیر yup میباشد.

نعیمی و همکاران (۱۳۸۷)، سیستمهای آبگیری مورد استفاده در شبکههای آبیاری را بررسی و نوع جدیدی از آبگیر تحت عنوان چک آبگیر را پیشنهاد نمودند. بلوچی و زینیوند (۱۳۹۱) تاثیر پارامترهای هیدرولیکی و هندسی از جمله طول و عرض روزنه را بر روی ضریب دبی سازه ترکیبی سرریز-روزنه مستطیلی بررسی کرده و رابطهای جهت تخمین ضریب دبی ارائه نمودند. شیردلی و شفاعی بجستان (۱۳۸۵) به بررسی آزمایشگاهی روزنههای مستطیلی مستغرق پرداختند. ایشان رابطه ای برای ضریب دبی به صورت تابعی از نسبت اختلاف سطح آب بالادست و پایین دست روزنه و عرض سرریز، همچنین نسبت اختلاف سطح آب به مجموع عرض و ارتفاع سرریز پیشنهاد کردند.

در تحقیق حاضر، ابتدا حالتهای مختلف سازه از نظر هندسی توصیف و بهترین حالت آن تعین گردیده، سپس به بررسی آزمایشگاهی عملکرد سازه فوق از نظر شرایط هیدرولیکی، نحوه کار و روابط دبی آبگیری و عمق آب بالادست با دبی کانال اصلی در حالتهای ممکن پرداخته شدهاست.

مواد و روشها

در مقاله فوق، تحلیل عملکرد سازه در دو بخش انجام شده است. ابتدا با استفاده از فرضیات مفاهیم کلی جریان و هندسی، شکل اولیه سازه و اجزای آن استخراج گردیده، سپس عملکرد هیدرولیکی سازه آبگیر معرفی شده با استفاده از شاخصهایی مانند روند تغییرات میزان آبگیری و عمق آب بالادست با تغییرات دبی ورودی به کانال اصلی مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس، از نظر هیدرولیکی سه حالت سرریز، سرریز –دریچه و دریچه برای سازه امکان پذیر بوده و آزمایشات برای هر سه حالت تعریف و انجام گردید.

آزمایشات در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری روی فلومی به عرض۰/۳، ارتفاع ۰/۷ و طول ، ۱۱ متر با استفاده از لوله توخالی پی. وی. سی با قطر ۱۲ سانتیمتری به عنوان سازه آبگیر انجام گردید. همچنین جهت انتقال آب به کانال فرعی تعداد چهار روزنه مستطیل شکل به ابعاد ۳ و ۱/۵ سانتیمتری روی سطح لوله ۱۲ سانتیمتری ایجاد (مطابق شکل (۴ و از لولهای به قطر ۳ سانتیمتر که در جداره فلوم (محل اتصال کانال فرعی به اصلی) نصب شده، استفاده شدهاست.

شکل -۴ ابعاد و فاصله روزنهها از یکدیگر روی سطح بدنه استوانهای

در این آزمایشات دبی عبوری در کانال اصلی بین ۴۴-۰/۴ لیتر بر ثانیه متغییر بوده که بوسیله سرریز مثلثی ۹۰ درجه، پروفیل سطح آب در بالادست و روی سازه با استفاده از عمقسنج با دقت ۰/۱ میلیمتر و دبی آبگیری به روش حجمی بوسیله ظرف مدرج اندازهگیری شدهاست.

رابطه بین دبیها در سازه عبارت است از :

Qt  qi  Qwg .(1)

که در فرمول فوق

= Qtمیزان دبی ورودی به کانال اصلی، = qiمیزان دبی آبگیری بوده که از رابطه((۲ بدست میآید، = Qw gمیزان دبی عبوری از سرریز، دریچه یا سرریز دریچه و از رابطه (۳) بدست می آید.

همچنین برآورد دبی آبگیری بر اساس روش حجمی به صورت زیر میباشد.

.(۲) V qi 

t

که در آن V حجم آب وارد شده به مخزن از لوله آبگیری در مدت زمان t میباشد.

میزان دبی عبوری از سرریز- دریچه و یا سرریز-دریچه در هریک از حالتهای آبگیری طبق رابطه سرریز مثلثی (رابطه (۳، محاسبه میگردد(بیرامی، .(۱۳۷۸

.(۳) Hm2.5  ۲gtg Cd 8 Qwg 
۲ ۱۵

در رابطه فوق = Hm عمق آب قرائت شده روی سرریز مثلثی و واقع در مخزن انتهای کانال است.
شکل ۵، سازه مورد نظر را در حالات و مقدار دبی جریان متفاوت در فلوم آزمایشگاهی نشان میدهد.