Transcript دانلود جزوه جلسه اول

‫بناهای آبی‬
‫جلسه اول‬
‫طراحی مجاری انتقال آب با سطح آزاد‬
‫• طرح سازهای‬
‫• طرح هیدرولیکی‬
‫‪ ‬تعیین مسیر‬
‫‪ ‬شکل مقطع‬
‫‪ ‬سرعت ‪ :‬فرسایش پذیری بدنه سازه‪ ،‬شیب طولی‬
‫‪ ‬ظرفیت‪ :‬نیازهای آبی پایین دست‪،‬طول مسیر‪،‬تلفات‬
‫‪ ‬نقطه‌نظرهای بهره‌برداری و نگهداری‌‪ :‬رسوب گذاری‪ ،‬افزایش‬
‫تلفات‪ ،‬سیل‌گیری‪ ،‬رانش زمین‪،‬جریان گل‬
‫معادالت پایه‬
‫• معادله مانینگ‬
‫• معادله پیوستگی‬
‫‪ :Q‬دبی عبوری جریان‪ -‬ظرفیت مجرا‬
‫‪ :V‬سرعت سیال‬
‫‪ :R‬شعاع هیدرولیکی‬
‫‪ :S‬شیب خط انرژی‬
‫‪ :n‬ضریب زبری مصالح‬
‫ادغام روابط مانینگ و پیوستگی‪:‬‬
‫تلفات‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫شامل تلفات تبخیر و تلفات نشت می‌باشد‪.‬‬
‫تلفات تبخیر بطور متوسط ‪ %2‬تلفات نشت میباشد‪.‬‬
‫تلفات نشت بستگی به خصوصیات مکانیکی خاک و ضریب تراوایی‬
‫دارد‪.‬‬
‫محاسبه تلفات نشت‬
‫‪ ‬قانون دارس ی‬
‫‪‬معادله ‪Mority‬‬
‫‪‬اطالعات تجربی حاصل از دیگر پروژه‌ها‬
‫معادله دارس ی‬
‫‪ :K‬ضریب تراوایی مصالح متخلخل بستر‬
‫‪ :i‬گرادیان هیدرولیکی‬
‫‪ :A‬سطح بستر محیط متخلخل جریان‬
‫* معادله دارس ی بدلیل دشواری‌های مرتبط با تعیین ‪ k‬نمیتواند نشت‬
‫را با دقت بررس ی کند‪.‬‬
‫معادله ‪Mority‬‬
‫‪ :B‬ضریب تجربی که مقدار ان در سیستم انگلیس ی ‪ 0/2‬میباشد‪.‬‬
‫‪ :C‬ضریب تلفات است که مقدار آن در سیتم انگلیس ی ‪ 0/34‬تا ‪2/2‬‬
‫فوت مکعب در ‪ 24‬ساعت از هر فوت مربع از سطح ترشده کانال‬
‫است‪.‬‬
‫‪ :Q‬دبی عبوری از مجرا‬
‫‪ :V‬سرعت جریان‬
‫برآورد تلفات بر اساس نتایج تجربی پروژه‌ها‬
‫نوع خاک بستر کانال‬
‫تلفات آب در هر یک میلیون متر مربع‬
‫از سطح خیس شده )‪(m/s‬‬
‫رس های سیلتی غیر نفوذ پذیر‬
‫‪0/9 -1/2‬‬
‫خاکهای سیلتی‪ -‬رسهای سیلتی‬
‫‪1/2-2/7‬‬
‫سیلت ماسه ای و رس‌دار‬
‫‪2/7-3/6‬‬
‫سیلتی‪ -‬ماسه‌ای‬
‫‪3/6-5/2‬‬
‫ماسه‌ای غیرچسبنده‬
‫‪5/2-6/1‬‬
‫شنی ماسه ای‬
‫‪7-7/8‬‬
‫شنی متخلخل‬
‫‪8/8-10/6‬‬
‫مجاری مستطیلی‬
‫• سادگی محاسبات‬
‫• فاقد اولویتهای اجرایی‬
‫• عدم پایداری در طوالنی مدت‬
‫• اجرا در مصالح سنگی دارای مقاومت برش ی باال مانند بازالت و‬
‫کنگلومرا و با استفاده از‬
‫مواد منفجره با دامنه عمل محدود‬
‫مقاطع مثلثی شکل‬
‫• در جمع آوری آبهای سطحی کاربرد دارند‪.‬‬
‫• مشکل آنها ظرفیت پایین انتقال آنهاست‪.‬‬
‫تعیین شیب‌های جانبی‬
‫شیب شیروانی بایستی‬
‫به اندازه‌ای باشد که‪:‬‬
‫• باعث گسیختگی خاک نگردد‪.‬‬
‫• تبخیر را به حداقل رساند‪.‬‬
‫شیبی که دو هدف باال را برآورده سازد شیب بهینه خواهد بود‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫تندتر ‌از کانالهایی است که‬
‫‌‬
‫در کانالهایی که درون زمین‬
‫شیب جانبی ‌‬
‫حفر میشوند‪.‬‬
‫خاکریز ‌‬
‫‌‬
‫روی‬
‫در کانالهای دارای ارتفاع آزاد شیب جانبی ناحیه ز ‌یر آب ممکن است ‌از‬
‫‌‬
‫کمتر باشد‪.‬‬
‫شیب جانبی ارتفاع آزاد ‌‬
‫بیشتر ‌از کانالهای انتقال آب است‪.‬‬
‫‌‬
‫شیب جانبی زهکش ها‬
‫تندتر ‌از کانالهای بدون‌ پوشش است‪.‬‬
‫‌دار ‌‬
‫شیب جانبی کانالهای پوشش ‌‬
‫‪S<=0/75‬‬
‫پوشش باید به نحوی باشد که در مقابل فشار جانبی خاک‬
‫مقاومت کند‪.‬‬
‫‪S>0/75‬‬
‫نظر گرفته شود‪.‬‬
‫ضخامت پوشش میتواند یکنواخت در ‌‬
‫‪S=1/5‬‬
‫کانال آب با پوشش بتنی‬
‫شیب جانبی مناسب برای انواع مصالح بستر‬
‫نوع مصالح‬
‫افقی به یک عمودی‬
‫سنگی مقاوم‬
‫‪0-2/5 :1‬‬
‫ورقه ورقه شده‬
‫‪0/25 :1‬‬
‫سنگی با مالت سیمان‬
‫‪0/75 :1‬‬
‫رس متراکم‬
‫‪1 :1‬‬
‫ماسه ای سست‬
‫‪2 :1‬‬
‫بسیار سست‬
‫‪3 :1‬‬
‫لومی‬
‫‪1/5 :1‬‬
‫شنی از نوع درشت‬
‫‪1/25 :1‬‬
‫خاکی در کانالهایی کوچک‬
‫‪1/5 :1‬‬
‫بتنی در کانالهای انتقال آب‬
‫‪1-1/5 :1‬‬
‫ارتفاع آزاد‬
‫ارتفاع آزاد بخش ی از عمق مجراست که در باالتر از تراز بیشینه آب در مجرا‬
‫پیش‌بینی می‌شود‪.‬‬
‫تراز بیشینه ممکن است بدالیلی دارای نوساناتی باشد‪:‬‬
‫• ورود آبهای اضافی مثل جریانهای سیالبی‬
‫ی‬
‫• کاهش عمق ناش ی از رسوبگذار ‌‬
‫• بوجود آمدن امواج در اثر باد‬
‫• پس‌زدگی احتمالی ناش ی از عملکرد برخی سازه‌های هیدرولیکی‬
‫• بهره‌برداری موقت ناصحیح از کانال‬
‫• پرش هیدرولیکی‬
‫• افزایش عمق در نتیجه گذر از خمیدگی‌ها در سرعت‌های باال‬
‫• اثرات جذر و مد‬
‫روش‌های محاسبه ارتفاع آزاد‬
‫• استفاده از رابطه ‪TVR‬‬
‫‪ :y‬عمق جریان در مجرا‬
‫¼= ‪α‬‬
‫‪ =FB‬ارتفاع آزاد‬
‫• استفاده از رابطه لیس ی‬
‫‪β =0/15‬‬
‫‪ :Q‬ظرفیت طراحی مجرا‬
‫‪FB =0.3+ αy‬‬
‫‪FB =0.2+ βQ1/3‬‬
‫• استفاده از گرافهای استاندارد ‪ USBR‬مشابه حاالت تعیین عمق‬
‫• استفاده از رابطه برگرفته شده از مراجع هندی‬
‫‪ :Y‬عمق طراحی جریان‬
‫‪ :FB‬ارتفاع آزاد جریان‬
‫اگر ‪ Q=0.6‬باشد ‪c = 0.26‬‬
‫اگر ‪ Q=85‬باشد ‪c = 0.76‬‬
‫• هرگاه جریان از انحناء عبور کند رقوم سطح آب در کناره خارجی‬
‫انحناء افزایش میابد‪.‬‬
‫• در این حالت با فرض جریان با سرعت متوسط مقدار افزایش‬
‫ارتفاع از رابطه زیر بدست می آید‪.‬‬
‫‪ : ∆h‬تغییرات رقوم آب در عرض کانال‬
‫‪ : b‬عرض کانال‬
‫‪ : R‬شعاع انحناء از محور کانال‬
‫‪ : g‬شتاب گرانش‬
‫تعیین شکل مقطع‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫ی‬
‫با بیشینه کردن شعاع هیدرولیکی ‌و استفاده ‌از رابطه مانینگ امکان بهره‌گیر ‌‬
‫حداکثر ظرفیت ممکن بوجود می‌آید‪.‬‬
‫‌‬
‫‌از مجرا با‬
‫در این راستا شکل مقطع به سمت دایره‌ای میل میکند‪.‬‬
‫‌‬
‫در کانالها کاربرد یافته‬
‫بدلیل برتری‌ مقاطع دایره‌ای مقاطع نیم‌دایره(نیم لوله) ‌‬
‫ی بایستی بتن یا بتن مسلح باشد‪.‬‬
‫در این صورت کانال برای پایدار ‌‬
‫است که ‌‬
‫ی کانالهای ذوزنقه‌ای موجب شده تا این‬
‫ی ‌و نگهدار ‌‬
‫سهولت اجرا ‌و بهره‌بردار ‌‬
‫در طراحی کانالها باشند‪.‬‬
‫شکل مقطع متداولترین شکل ‌‬
‫گامهای بهینه سازی‌ شکل مقطع‪ :‬تعیین شیبهای شیروانی با توجه به‬
‫در اجرا‪ ،‬تعیین عمق ‌و عرض مجرا‬
‫محدودیت‌های پایداری‌ مصالح ‌‬
‫تعیین عمق و عرض مجرا‬
‫• استفاده از جداول تجربی‬
‫‪300‬‬
‫‪150‬‬
‫‪85‬‬
‫‪30‬‬
‫‪15‬‬
‫)‪Q(m3/s‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2.6‬‬
‫‪2.3‬‬
‫‪1.85‬‬
‫‪1.7‬‬
‫)‪Y(m‬‬
‫• استفاده از روابط ریاض ی‬
‫اگر دبی عبوری کمتر از ‪ 15‬مترمکعب بر ثانیه باشد از رابطه زیر‬
‫استفاده میشود‪.‬‬
‫• استفاده از گرافهای استاندارد ‪USBR‬‬
‫در این نمودارها تغییرات عمق جریان برحسب ظرفیت عبوری نشان داده شده‬
‫است‪.‬‬
‫تغییرات ظرفیت از ‪ 10‬تا ‪ 4000‬فوت مکعب بر ثانیه و تغییرات عمق از ‪ 0‬تا ‪5‬‬
‫فوت است‪.‬‬
‫سرعت جریان در کانال‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫تاثیر آن برهندسه بناهای آبی یکی ‌از ضرورتهای‬
‫تعیین سرعت مناسب بجهت ‌‬
‫اولیه طراحی میباشد‪.‬‬
‫فرسایش‬
‫بدلیل پیامدهای انتخاب سرعتهای نا مناسب ‌از قبیل رسوبگذاری‌ ‌و ‌‬
‫منجر به چنین پیامدهایی میشوند الزم است‪.‬‬
‫شناخت فرآیندهایی که ‌‬
‫اگرچه وجود مواد رسوبی ‌و برخی ویژگیها با استفاده ‌از آزمایش روی نم ‌ونه ها‬
‫در عمل شرایط ‌و پیامدهای مختلف گاهی قابل کنترل‌‬
‫قابل بررس ی است ولی ‌‬
‫نیست‪.‬‬
‫تاثیر‬
‫بار رسوبی‪ ،‬نوع مصالح انتخابی ‌و تحت ‌‬
‫انتخاب سرعت بهینه با توجه به ‌‬
‫غیر مستقیم مسایل اقتصادی صورت میگیرد‪.‬‬
‫‌‬
‫مجاز طبق تعریف سرعتی است که نه موجب‬
‫‌‬
‫سرعت بهینه یا سرعت‬
‫در اجرا ‌و‬
‫رسوبگذاری‌ ‌و فرسایش گردد ‌و همچنین هزینه های سرمایه‌گذاری‌ ‌‬
‫بهره‌برداری‌ با انتخاب آن کمینه باشد‪.‬‬
‫• انتخاب اول‌ سیستم های انتقال آب طوالنی استفاده ‌از مصالح طبیعی است‬
‫نیز هستند‪.‬‬
‫تغییر نکرده ‌و اقتصادی ‌‬
‫ی سرعت بهینه ‌‬
‫اثر برقرار ‌‬
‫در ‌‬
‫زیرا ‌‬
‫ی‬
‫• انتخاب دوم احداث پوشش‌های با ویژگی سازه‌ای نه‌چندان قو ‌‬
‫در کلیه شرایط‬
‫• انتخاب سوم احداث پوشش‌های گران‌قیمت ‌و قابل اعتماد ‌‬
‫ی‬
‫بارگذار ‌‬
‫ساده‌ترین رابطه برای تعیین سرعت بهینه‬
‫‪ :V‬سرعت بهینه جریان‬
‫در مجرا‬
‫‪ :y‬عمق جریان ‌‬
‫‪V=cyx‬‬
‫بستر مجراست‬
‫اثر ویژگی‌های ‌‬
‫‪ :c‬ضریبی که تحت ‌‬
‫در آب است‪.‬‬
‫‪ :X‬معرف وضعیت جریان بجهت وجود مواد معلق ‌‬
‫آبهای زالل ‪x=0.5‬‬
‫آبهای گل آلود ‪x=0.64‬‬
‫• مقادیر پیشنهادی برای ضریب ‪ c‬بر حسب نوع مصالح‬
‫خاکهای بسیار چسبنده و کلوئبدی‬
‫‪C=0.56‬‬
‫خاکهای نسبتا چسبنده‬
‫‪C=0.84‬‬
‫خاکهای ماسهای نسبتا درشت‬
‫‪C=0.92‬‬
‫خاکهای ماسهای سیلتی‬
‫‪C=1.01‬‬
‫خاکهای اصطکاکی‪ -‬چسبنده یا آبرفتی‬
‫‪C=1.09‬‬
‫دو روش دیگر برای برآورد سرعت بهینه عبارتند از‪:‬‬
‫• تعیین سرعت جریان بر اساس بهترین مقطع هیدرولیکی‬
‫• تعیین سرعت جریان بر اساس مقطع پایدارهیدرولیکی‬