คู่มือหลักการคำนวณปริมาณน้ำผ่านอาคารชลประทาน...
DESCRIPTION
คู่มือหลักการคำนวณปริมาณน้ำผ่านอาคารชลประทาน ฉบับแก้ไขหลังสุด 28 มีนาคม 2555 ผู้ใช้ไฟล์เก่าไปพิมพ์ให้ดาวน์โหลดไฟล์ แก้ไข wmm-rid8-PATH.pdf หรือดูจาก http://ridceo.rid.go.th/buriram/WMM-RID8.htmlTRANSCRIPT
การจดการความรตามแผนการจดการความรเพอสนบสนนประเดน
ยทธศาสตรกรมชลประทานประจ าปงบประมาณ พ.ศ. 2554
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน
ปราโมท พลพณะนาว
คณะท างานสรางความรตามแผนจดการความร
ของส านกชลประทานท 8 ประจ าปงบประมาณ พ.ศ. 2554
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน
ปราโมท พลพณะนาว
คณะทางานสรางความรตามแผนการจดการความร
ของสานกชลประทานท 8 ประจาปงบประมาณ พ.ศ. 2554
การจดการความรตามแผนการจดการความรเพอสนบสนนประเดน
ยทธศาสตรกรมชลประทานประจาปงบประมาณ พ.ศ. 2554
ค าน า ผบรหารการจดการความร
นาเปนทรพยากรทเปนปจจยสาคญในการดารงชพของมนษยมากทสดอยางหนง ปจจบนปญหาทเกยวของกบนาไมวาจะเปนการเกดนาทวม การขาดแคลนนา นบวนจะทวความรนแรงมากยงขน ซงปญหาดงกลาวยอมสงผลกระทบตอการดาเนนงานของกรมชลประทานในฐานะหนวยงานหลกทรบผดชอบเรองนาของประเทศทงทางตรงและทางออมอยางหลกเลยงไมได โดยเฉพาะอยางยงในประเดนยทธศาสตรการบรหารจดการนา ดงนนจงตองหนมาใหความสาคญและใสใจในทกกจกรรมทตองดาเนนการในเรองนา เพอใหเกดประสทธภาพสงสดในทกกระบวนงานทตองปฏบต เพอการปองกนบรรเทาหรอแกปญหาเรองนาดงกลาวใหหมดไป
ทมงานจดการความรของสานกชลประทานท 8 ไดพจารณาเลอกองคความรทจาเปนตอการปฏบตราชการ ประเดนยทธศาสตรการบรหารจดการนา เรองหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน มาจดการความรในปงบประมาณ พ.ศ. 2554 โดยเหนวาเปนกระบวนงานยอยทสาคญและจาเปน สงผลตอความสาเรจของภารกจหลกตามประเดนยทธศาสตร จะเปนองคความรทเพมประสทธภาพในกระบวนงานทสาคญและจาเปนดงกลาว อนจะเปนประโยชนตอการปฏบตราชการตามภารกจหลกของกรมชลประทานตอไป
ค าน าผเขยน
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทานเลมน ไดเขยนขนตามแผนการจดการความรเพอสนบสนนประเดนยทธศาสตรกรมชลประทาน ประจ าปงบประมาณ พ.ศ. 2554 ของส านกชลประทานท 8 ในประเดนยทธศาสตร การบรหารจดการน า
ในการจดท าคมอนไดด าเนนการภายใตแนวทางการจดการความร ซงน าความรจาก 2 แหลงคอ ความรทวไปหรอความรชดแจง (Explicit Knowledge) ทไดจาก หนงสอ ต ารา คมอ รายงานการวจย บทความ ฯลฯ กบความรเฉพาะตวหรอความรทฝงอยในคน (Tacit
Knowledge) ทไดจากการสอบถาม การใหความร การใหความเหนค าแนะน า จากบคลากรของกรมชลประทานทมความร มประสบการณ มความเชยวชาญในเรองทเกยวของกบเนอหาในคมอน โดยเปนขอมลความรทอยภายใตองคความรในทางวชาการ แลวน ามาประมวลเรยบเรยงใหเปนเนอหาความรเปนหมวดหมทมความเกยวเนองสมพนธกน
ในสวนของเนอหาความรนนผเขยนมความมงมนทจะรวบรวมความรทเกยวของกบการค านวณปรมาณน าของอาคารชลศาสตรทมความจ าเปนตองค านวณปรมาณน าใหครบถวนทกประเภททกชนดใหมากทสด ซงคดวาขอมลในคมอนนาจะครอบคลมอาคารชลประทานทตองค านวณปรมาณน าทมในประเทศไทยแลว
ผเขยนหวงวาคมอนจะเปนประโยชนตอการใชเปนแนวทางในการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทานหรออาคารชลศาสตรชนดตางๆ ตลอดจนเปนขอมลเบองตนทจะใชในการสอบเทยบอาคารชลศาสตรตางๆ ดวย
ปราโมท พลพณะนาว กรกฎาคม 2554
ฝายจดสรรน าและปรบปรงระบบชลประทาน
โครงการชลประทานบรรมย ส านกชลประทานท 8
สารบญ
หนา
ค าน าผบรหารการจดการความร ค าน าประธาน KM ก-1 ค าน าผเขยน ก-2 สารบญ ข บทท 1 บทน า 1-1
1.1 ความจาเปนในการวดปรมาณนา 1-1 1.2 วตถประสงคของการวดหรอคานวณปรมาณนา 1-2 1.3 วธการตรวจวดคานวณปรมาณนา 1-2 1.4 ผลของการตรวจวดคานวณปรมาณนาทถกตอง 1-4 1.5 การใหความสาคญในการตรวจวดคานวณปรมาณนา 1-5 1.6 เนอหาของหนงสอ 1-6
บทท 2 หลกการพนฐาน กลศาสตรของของไหล ชลศาสตร การไหลในทางน าเปด 2-1 2.1 คณสมบตพนฐานของของไหล 2-1 2.2 ความตอเนองของการไหล และ Continuity equation 2-10 2.3 สมการพลงงาน (Energy equation or Bernoulli’s equation) 2-18 2.4 สมการ Momentum (Law of conservation of momentum) 2-21 2.5 หลกการของการไหลของนาผานชองเปด (Orifice) 2-22 2.6 การไหลในทางนาเปด 2-27 2.7 ขอบเขตของการตรวจวดคานวณปรมาณนา 2-32
บทท 3 การวดระดบน า 3-1 3.1 ความสาคญของการวดระดบนา 3-1 3.2 การเลอกตาแหนงวดระดบนาหรอตดตงสถานวดระดบนา 3-1 3.3 ระดบอางอง 3-2
ข-2
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
สารบญ (ตอ)
หนา 3.4 ประเภทของเครองวดระดบนา 3-3 3.4.1 เครองวดระดบนาแบบไมมการบนทก 3-3 3.4.1.1 แผนวดระดบนา 3-3 3.4.1.2 เครองวดระดบนาแบบโซ (Chain gage) 3-7 3.4.1.3 เครองวดระดบนาแบบสายโลหะถวงนาหนก
(Wire weight gage) 3-7
3.4.1.4 Float – tape gage 3-9 3.4.1.5 Electric – tape gage 3-9 3.4.2 เครองบนทกระดบนา (Water level recorder) 3-11 3.4.2.1 เครองบนทกระดบนาแบบลกลอย 3-11 3.4.2.2 เครองบนทกระดบนาระบบ Digital แบบวดนา
ทางออม 3-14
3.5 บอนานง (Stilling well) 3-18 3.6 เครองมอวดระดบนาแบบอน ๆ 3-20 3.6.1 เครองวดระดบนาสงสด (Crest-stage gages) 3-20 3.6.2 เครองวดระดบนาแบบลกลอย 3-21 3.7 ตองตดตงแผนวดระดบนาไวเสมอแมจะใชเครองมอวดระดบนา
ประเภทอนแลว 3-21
บทท 4 การตรวจวดอตราการไหลในทางน าเปด 4-1
4.1 หลกการตรวจวดและคานวณอตราการไหลดวยวธ Velocity – area
method 4-1
4.2 การแบงพนทหนาตดการไหลยอยของทางนา 4-2
4.3 วธการคานวณอตราการไหลโดยวธ Velocity – area method 4-2
4.3.1 Mid – section method 4-3
4.3.2 Mean - section method 4-5
4.4 การวดความเรวเฉลยการไหล (Mean velocity) 4-6
ข-3
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
สารบญ (ตอ) หนา
1) Vertical velocity curve method 4-7 2) Two – point method 4-8 3) Six-tenths method 4-8 4) Three-point method 4-8 5) Subsurface method 4-9 6) Two - tenths method 4-9 7) Five - tenths method 4-9 8) Surface method 4-9 9) Four – point method 4-9 10) Five – Point Method 4-9 11) Six – point method 4-10 12) One - point continuous method or Depth integration
method 4-10
4.5 การพจารณาเลอกวธการตรวจวดทเหมาะสม 4-12
บทท 5 การวดปรมาณน าในทางน าเปดดวยวธ และเครองมอพเศษ 5-1 5.1 การตรวจวดดวยวธวดปรมาตร (Volume metric method) 5-2 5.2 การคานวณโดยวธ Slope area method 5-3 5.3 การใชทนลอย (Float method) 5-9 5.4 Dilution (Dye) method: วธการเจอจางสาร 5-12 5.5 การใช Pitot tube 5-15 5.6 Velocity head rod 5-21
บทท 6 การวดกระแสน าดวยเครองมอวดกระแสน าเชงกล (Mechanical
velocity meters)
6-1
6.1 ชนดของเครองมอวดเชงกล (Mechanical current meters) 6-1 6.1.1 เครองมอวดทมการหมนรอบแกนตง (Vertical axis) 6-1 6.1.1.1 Price type AA 6-1 6.1.1.2 Pigmy type 6-2
ข-4
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
สารบญ (ตอ) หนา
6.1.2 เครองมอวดทมการหมนรอบแกนนอน (Horizontal axis) 6-5 6.1.3 Pendulum current meters 6-7 6.2 วธการตรวจวดกระแสนาโดยใช Cup type และ Propeller type
current meters 6-9
6.2.1 การตดตง Current meter 6-10 6.2.2 การหยงความลกของนา และการกาหนดตาแหนงความลกของ
เครองมอวด 6-12
6.2.3 วธการตรวจวดดวย Rotor current meter 6-14 6.3 การคานวณความเรวกระแสนาจาก Rotor current meter 6-25
บทท 7 เครองมอวดกระแสน าอเลคทรอนคส 7-1 7.1 ประเภทของเครองมอวดกระแสนาอเลคทรอนคส 7-1
7.2 Electromagnetic current meter (ECM) 7-1 7.3 Doppler type current meters 7-7
7.4 Optical strobe current meters 7-19
บทท 8 การค านวณปรมาณน าผานฝายทดน า ฝายระบายน าหรอทางระบายน าลน 8-1
8.1 หลกการเบองตนของฝาย 8-1 8.1.1 หลกการเบองตนของฝายสนคม 8-1 8.1.2 ฝายทดนาทเปนฝายแขง 8-3 8.1.3 ความลกของนาทไหลขามสนฝาย: H 8-4 8.2 ความหมายของฝาย (Weir) และทางระบายนาลน (Spillway) 8-5 8.3 ประเภทของฝาย 8-5 8.4 การคานวณปรมาณนาผานฝายทดนา และทางระบายนาลน (ไมมการ
ควบคม) 8-14
8.5 ฝายสนมน (Ogee Weir) 8-21 8.5.1 การคานวณปรมาณนาไหลผานฝายสนมนแบบไมมบาน
ระบายควบคม 8-21
ข-5
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
สารบญ (ตอ)
หนา 8.5.2 การหาคาสมประสทธของการไหลตามผลการศกษาทดลอง
ของ USBR 8-22
8.5.3 ผลกระทบทสมพนธกบคาสมประสทธของการไหลของฝาย สนมน
8-24
8.5.4 การคานวณปรมาณนาไหลผานฝายกรณ Submerged flow แบบแยกสวน
8-34
8.5.5 Discharge rating curve หรอ Q-H Curve 8-35 8.6 ฝายสนมนสนเปนรปทรงกระบอก (Cylindrical crested weir) 8-39 8.7 ฝายหนาตดสเหลยมคางหม หรอ Indian type weir 8-46 8.7.1 ฝายหรอทางระบานนาลนหนาตดสเหลยมคางหม 8-46 8.7.2 ฝายฉกเฉนฝายหนาตดสเหลยมคางหม 8-48 8.8 ฝายเกเบยน (Gabions weirs) หรอ ฝายกลองลวดตาขายบรรจหน 8-52 8.9 ฝายยาง (Rubber Weir or Rubber Dam) 8-58 8.10 Straight Drop or Free Overfall Spillway 8-67 8.11 ฝายหยก (Labyrinth Weir) 8-81 8.12 Shaft spillways or Drop inlet spillways 8-92 8.13 ฝายหนาตดรปสามเหลยม (Crump weir) 8-102 8.14 การเพมระดบเกบกกของฝาย 8-105
บทท 9 ฝายวดน าประเภทฝายสนคม (Sharp-crested or Thin-plate weirs) 9-1 9.1 ลกษณะและขอกาหนดทวไปของฝายสนคม 9-1
9.2 ฝายสนคมรปสเหลยมผนผา (Rectangular sharp - crested
weirs)
9-4
9.3 ฝายสนคมรปสามเหลยม (Triangular or V-notch sharp-
crested weirs or Thomson weirs) 9-18
9.4 ฝายสนคมรปสเหลยมคางหม (Trapezoidal sharp – crested
weirs)
9-23
9.5 Proportional Weirs or Sutro Weirs 9-26 9.6 ฝายสนคมรปพาราโบลค (Parabolic sharp - crested weirs) 9-28
ข-6
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
สารบญ (ตอ) หนา
9.7 ฝายสนคมรปวงกลม (Circular sharp - crested weirs) 9-29 9.8 ฝายสนคมแบบผสม (Compound sharp - crested weirs) 9-32 9.9 ฝายสนคมรปสวนตดของรปสามเหลยม
(Truncated triangular sharp-crested weirs)
9-34
บทท 10 ฝายวดน าประเภทฝายสนกวาง (Broad - Crested Weir) 10-1
10.1 หลกการของฝายสนกวางโดย M.G. Bos 10-1 10.2 หลกการของฝายสนกวางรปสเหลยมผนผา 10-4 10.3 รปแบบของฝายวดนาประเภทฝายสนกวาง 10-6 10.4 ฝายสนกวางแบบฝายแขง 10-6 10.4.1 ฝายสนกวางรปสเหลยมผนผา 10-6 10.4.2 ฝายสนกวางรปสเหลยมผนผาทดานเหนอนามนเปนสวนโคง
วงกลม 10-13
10.4.3 ฝายสนกวางรปสามเหลยม 10-16 10.5 ฝายสนกวางทพฒนาจากฝายสนคม 10-21 10.6 ฝายสนกวางรปแบบพเศษ 10-28 10.6.1 Ramijn movable weir 10-28 10.6.2 Fayoum weir หรอ Faiyum weir 10-35
บทท 11 ฝายวดน าประเภทฝายสนสน (Short Crested Weir) 11-1 11.1 Crump weir หรอ Triangular profile two-dimensional weir 11-1
11.2 Triangular profile flat-V weir 11-9 11.3 Weir sill with rectangular control section 11-15
11.4 V-notch weir sill 11-17
บทท 12 การค านวณปรมาณน าไหลผานบานระบาย (ฝายระบายน าและประตระบายน า)
12-1
12.1 ฝายเคลอนทได (Movable weir) 12-1
ข-7
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
สารบญ (ตอ) หนา
12.2 ฝายระบายนาและประตระบายนา 12-6 12.2.1 ประตระบายนา 12-6 12.2.2 ฝายระบายนา (Gated Spillways) 12-9 12.2.3 การคานวณปรมาณนาไหลผานบานระบายของประตระบาย
นาและฝายระบายนา 12-10
12.3 การคานวณปรมาณนาผานประตระบายนา 12-11 12.3.1 บานระบายชนดบานโคง (Radial or Tainter gate) 12-11 12.3.2 บานระบายชนดบานตรง (Vertical lift gate or Sluice
gate) 12-20
ก. กรณเปดบานระบายบางสวน (Partial gate
opening) 12-20
12.3.2.1 การศกษาของ USBR 12-20 12.3.2.2 คาแนะนาของ FAO กรณ Open intake 12-24 12.3.2.3 การไหลลอดผานบานตรงกรณ Submerged
flow ใชผลจากการศกษาของ U.S. Army
Corps of Engineers Waterways Experiment Station (USACE)
12-28
ข. กรณเปดบานระบายพนนา (Fully gate opening) 12-30 12.3.3 ประตระบายนา ควบคมดวยบานตรงแบบบานสองชน 12-33 ก. กรณเปดบานระบายบางสวน (Partial gate
opening) 12-33
ข. กรณเปดบานพนนา กรณบานตรงแบบบาน 2 ชน 12-35 12.4 การคานวณปรมาณนาผานฝายระบายนา 12-36 12.4.1 ฝายระบายนาควบคมดวยบานตรง (Vertical lift gate or
Sluice gate) 12-36
12.4.2 ฝายระบายนาควบคมดวยบานโคง (Radial gate or
Tainter gate) 12-38
12.5 Movable weir แบบ Long span leaf wheel gate 12-40 12.6 ขอแนะนาในการควบคมและการคานวณปรมาณนา ของฝายระบาย
นาและประตระบายนา 12-46
ข-8
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
สารบญ (ตอ) หนา
บทท 13 อาคารชลศาสตรประเภททอ และระบบทอ 13-1 13.1 รปแบบของการไหลของนาไหลผานทอ 13-1
13.1.1 การไหลแบบเตมทอหรอการไหลภายใตความดน 13-1 13.1.1.1 การแบงประเภทการไหลในทอ 13-1
13.1.1.2 ชลศาสตรของการไหลในทอกรณการไหลคงท 13-3
13.1.1.3 การสญเสยพลงงานในระบบทอ 13-4 13.1.1.4 อปกรณประกอบทอและคาสมประสทธการสญเสย 13-8 13.1.2 ระบบทอทมการไหลไมเตมทอ (Partial Flow) 13-18 13.2 การตรวจวดคานวณปรมาณนาในระบบทอ 13-21 13.2.1 หลกการตรวจวดปรมาณนาในระบบทอปด 13-21 13.2.2 มาตรคอคอด (Constriction Meter) 13-22 13.2.3 มาตรของอ (Elbow meter or Bend meter) 13-24 13.2.4 พโตมเตอร (Pitometer) 13-24 13.2.5 มาตรประเภททนลอย (Rotameter) 13-25 13.2.6 มาตรประเภทการเคลอนทเชงกล (Mechanical meters) 13-26 13.2.7 มาตรประเภทอเลคทรอนคส 13-27 13.2.8 มาตรประเภทอนๆ 13-28 13.3 อาคารชลศาสตรประเภททอ 13-29 13.3.1 หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลศาสตรประเภททอ 13-30 13.3.2 ทางระบายนาลนแบบไซฟอน (Siphon/Syphon
Spillway)
13-31
13.3.3 ทางระบายนาลนแบบอโมงคผนนา (Tunnel Spillway) 13-38 13.3.4 ทางระบายนาลนแบบทอลอด (Culvert spillway) 13-40 13.3.5 อาคารสงนาจากเขอน (Outlet work) และอาคารรบนา
(Intake structure)
13-41
13.3.5.1 อาคารทงนาหรออาคารสงนาจากเขอน (Outlet
work)
13-41
13.3.5.2 อาคารรบนา (Intake structure) 13-45
ข-9
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
สารบญ (ตอ) หนา
13.3.6 ทอระบายนาปากคลองสงนา (Head regulator) และอาคาร ทางเขา (Inlet structure)
13-53
13.3.7 Bottom drain หรอ Bottom outlet 13-58 13.3.8 ทอสงนาเขานา (Farm turnout: FTO หรอ Farm intake) 13-59 13.3.9 Constant Head Orifice (CHO) 13-61 13.4 การวดปรมาณนาไหลผานทอขนาดเลกความยาวสนๆ 13-63 13.4.1 ทอขนาดเลกทรบนาจากคนาเขาแปลงเพาะปลก 13-63 13.4.2 การวดปรมาณนาทออกจากปลายทอเปด 13-66 13.4.2.1 การวดการไหลทออกจากทอขนไปในแนวดง 13-66 13.4.2.2 การวดการไหลทออกจากปลายทอในแนวราบ 13-68 13.5 การวดปรมาณนาไหลผานกาลกนาหรอไซฟอนขนาดเลก 13-73 13.5.1 การใชประโยชนกาลกนาหรอไซฟอนขนาดเลกในงาน
ชลประทาน
13-73
13.5.2 ตวอยางวธการตดตงไซฟอน (1 แถว) ททานบดน 13-75 13.5.3 หลกการคานวณปรมาณนาไหลผานกาลกนา 13-76
บทท 14 การวดปรมาณน าดวยรางวดน า (Flume) 14-1
14.1 หลกการเบองตนของรางวดนา 14-1 14.2 ชนดของ Flume 14-2 14.3 Long-throat flume 14-4
14.3.1 การคานวณอตราการไหลผาน Long-throat flume 14-8
14.3.2 โปรแกรมคอมพวเตอร Winflume 14-8 14.4 Venturi Flume 14-9 14.5 Parshall flume 14-10 14.6 Cut-throat flume: รางวดนาแบบไมมคอ 14-19 14.7 H- Flume 14-23 14.8 Washington State College flume หรอ WSC flume 14-41 14.9 S-M Flume 14-43
ข-10
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
สารบญ (ตอ)
หนา 14.10 Palmer - Bowlus flumes 14-46 14.11 RBC Flume 14-50 14.12 รางวดนาแบบทอกลม (Circular flume) 14-53 14.13 รางวดนาทพฒนาจากการดดแปลงปรบปรงรางวดนาอนๆ 14-58 14.13.1 Montana Parshall flume 14-58 14.13.2 Montana cutthroat flume 14-58
บทท 15 การสอบเทยบ (Calibration) อาคารชลศาสตร และเครองมอตรวจวดปรมาณน า
15-1
15.1 การสอบเทยบอปกรณและเครองมอตรวจวดอตราการไหล 15-2 15.2 การสอบเทยบอาคารชลศาสตร 15-3 15.2.1 สาเหตสาคญททาใหตองสอบเทยบอาคารชลศาสตร 15-4
15.2.2 หลกการสอบเทยบอาคารชลศาสตร 15-5
15.2.3 ขนตอนการสอบเทยบอาคารชลศาสตร 15-5 15.3 การสอบเทยบอาคารชลศาสตรแตละชนด 15-7 15.3.1 ทางนาธรรมชาต 15-7 15.3.2 ประตระบายนา ฝายระบายนาทควบคมดวยบานระบาย
(อาคารใหญทหวงาน) 15-8
15.3.3 ประตระบายนา ทอระบายนา (ในระบบสงนาและระบบ
ระบายนา) 15-9
15.3.4 ฝายระบายนาหรอทางระบายนาลน (ไมมบานควบคม) 15-11 15.3.5 อาคารวดนา ฝายวดนา และรางวดนา 15-11
บรรณานกรม บ
ภาคผนวก ผ
บทท 1
บทนา
บทท 1
บทน า
ในบทนจะกลาวถง ความจาเปนในการวดปรมาณนา วตถประสงคของการวดหรอคานวณปรมาณนา วธการตรวจวดคานวณปรมาณนา ผลของการตรวจวดคานวณปรมาณนาทถกตอง
ขอบเขตของการตรวจวดคานวณปรมาณนา การใหความสาคญในการตรวจวดคานวณปรมาณนา
และเนอหาของหนงสอคมอนวาจะนาเสนอเรองราวใดบาง
1.1 ความจ าเปนในการวดปรมาณน า
ในปจจบนมปญหาผลกระทบทเกดจากนาทสาคญ 3 ประการ ปญหาแรกคอการขาดแคลนน า สาเหตเนองจากฝนตกนอย หรอฝนตกไมถกตองตามฤดกาล เกดฝนทงชวง ทาใหเกดภาวะแหงแลงเพราะปรมาณนาผวดนและนาใตดนมปรมาณลดลง สงผลกระทบตอการใชประโยชนสาหรบกจกรรมตาง ๆ สาเหตจากการเพมขนของประชากรทาใหมการใชทรพยากร เพมขน ซงรวมถงการใชนาเพอการอปโภคบรโภค การผลตในภาคการเกษตร การอตสาหกรรมและอนๆ เพมขนดวย ในขณะทนาเปนทรพยากรทมจากด แหลงเกบกกนาไมไดเพมขนสอดคลองเหมาะสมกบความตองการ รวมทงสาเหตจากการเกดนาเสยทสงผลกระทบตอความเพยงพอในการใชประโยชนจากนา ปญหาประการทสองคอการเกดน าทวมทสรางความเสยหายใหแกทกระบบ เชน การผลตทางการเกษตร การคมนาคม การอตสาหกรรม สขภาพอนามย เปนตน สงผลใหเกดความเสยหายตอระบบเศรษฐกจโดยรวมมาก ปญหาประการทสาม คอการเกดน าเสยและคณภาพน าไมเหมาะสม ซงปญหานสงผลใหเกดการขาดแคลนนาดงกลาวแลวขางตน
ในประเทศไทยปญหาเรองนาดงกลาวเกดขนซาซากเกอบทกป แนวทางการแกปญหาจะตองพจารณาทง 3 ปญหาไปพรอมๆ กน แนวทางททาไดโดยตรงคอการบรหารจดการนาทถกตองเหมาะสม กลาวคอ (1) ตองมแหลงเกบกกนาเพยงพอทจะชวยปองกนหรอบรรเทาปญหานาทวมในฤดฝน สามารถนาไปใชประโยชนในกจกรรมดานตางๆ ตลอดชวงฤดแลง และกรณฝนทงชวงในฤดฝน (2) มการสงนากระจายนาเพอสนบสนนกจกรรมตางๆ ตลอดจนการระบายนาอยางมประสทธภาพและเกดประสทธผลสงสด ซงจาเปนตองอาศยการตรวจวด คานวณปรมาณนาทถกตองเหมาะสม
1-2
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
1.2 วตถประสงคของการวดหรอค านวณปรมาณน า
การวดหรอคานวณปรมาณนาทไหลผานอาคารชลศาสตรตางๆ นน โดยทวไปมวตถประสงคหลก 2 ประการ คอ
1.2.1 เพอการจดการน า ซงไดแก เพอการสงนาและการระบายนาใหเหมาะสมกบปรมาณและชวงเวลาทตองการ โดยกรณนมกมวตถประสงคหรอเปาหมายการจดการนาทชดเจน สามารถวางแผนเพอดาเนนการไวลวงหนาได โดยทการสงน านนสวนใหญใชในกจกรรมตางๆ ทถอเปนกจกรรมเปาหมายหลก เชน การเพาะปลก การเลยงสตว การอปโภคบรโภค การประปา การอตสาหกรรม เปนตน สวนการระบายน านนเปนกจกรรมทเปนเปาหมายรองลงไป เชน เพอความมนคงปลอดภยของหวงานหรอแหลงนา โดยการพรองนาหรอลดปรมาณนาในแหลงนาทเปนการปองกนนาทวมทางออม เพอการรกษาระบบนเวศนของลมนา เพอชวยเพมปรมาณนาตนทนใหกบพนทลมนาดานทายลงไป เพอแกปญหานาเสย เปนตน
การวดหรอคานวณปรมาณนานนมความสาคญตองการความถกตองแมนยาสง เพราะถาผดพลาดอาจกอใหเกดความเสยหาย เชน ทาใหไดรบปรมาณนาไมเหมาะสมกบจานวนทตองการ หรอทาใหเกดความเสยงทจะไมปลอดภยตอตวเขอน อางเกบนาหรอหวงานโครงการ เกดความเสยหายตอระบบชลประทานตลอดจนพนทดานทายนาทงในเขตและนอกเขตชลประทาน โดยปกตแลวเรามกจะรปรมาณนาทจะสงหรอระบายออกไปแนนอนวาเปนปรมาณเทาใด ภายในชวงเวลาใด ทาใหสามารถวางแผนและคานวณลวงหนาได อาคารชลประทานในกลมน ไดแก ประตระบายนา ฝายระบายนา ทอระบายนาปากคลองสงนา ทอสงนาเขานา ฯลฯ สวนใหญจะมอปกรณปดเปดควบคมปรมาณนาอยดวย เชน บานระบาย หรอประตนา
1.2.2 เพอการเกบเปนสถตขอมลเพอประโยชนในอนาคต โดยปรมาณนาทไหลผานอาคารชลศาสตรตาง ๆ ทบนทกไวจะเปนประโยชนในการวางแผนการบรหารจดการนา หรอเพอการปรบปรงโครงการชลประทาน ระบบชลประทาน และระบบระบายนาในอนาคต
1.3 วธการตรวจวดค านวณปรมาณน า
การวดปรมาณนา หรออตราการไหล (Discharge: Q) ผานอาคารชลศาสตรนน จากหลกการพนฐานจะคดจาก ความเรวการไหล (Velocity: V) ทไหลผานพนทหนาตดการไหล
(Area: A) หรอ Q = VA โดยจะมการคานวณดวยวตถประสงค 2 ประการไดแก
1-3
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
1) การบรหารจดการนา เปนการคานวณหาขนาดการควบคมการไหลของนาผานอาคารวาจะเปดปดบานระบาย ประตนา หรอเพมลดระดบสนฝายทปรบระดบไดเทาไร เพอใหนาไหลผานออกไปตามปรมาณทตองการ
2) การเกบเปนสถตขอมล เปนการคานวณปรมาณนาผานอาคารทกตวทมขอกาหนดใหเกบสถตขอมล ซงไดแก ฝายระบายนาหรอทางระบายนาลนอาคารทไมมการควบคมดวยบานระบาย รวมทงการคานวณปรมาณนาจากการบรหารจดการนาในกรณขอ 1) ขางตนดวย
สาหรบวธการในการวดหรอคานวณปรมาณนาผานอาคารตางๆ นนทาได 2 วธ คอ
1.3.1 การตรวจวดโดยตรง
เมอตองการทราบปรมาณนาทไหลผานอาคารชลศาสตรใด กตรวจวดจากอาคารชลศาสตรหลกของระบบนนโดยตรง โดยอาศยคาคณสมบตทางชลศาสตร หรอตวแปรทเกยวของกบการไหลผานอาคารนนๆ ตวอยางเชน
ตองการทราบวาปรมาณนาสงเขาคลองสงนาเทาใดกคานวณจากปรมาณนาไหลผานทอระบายนาปากคลอง หรอประตระบายนาปากคลอง
ตองการทราบปรมาณนาระบายลงสลานากตรวจวดคานวณจากปรมาณนาทไหลผานฝาย หรอทางระบายนาลน หรอประตระบายนา
ตองการทราบปรมาณนาไหลผานลานาชวงใดๆ กตรวจวดคานวณจากลานาทตาแหนงนน (ถามสงปดกนในลานา เชน ฝายหรอประตระบาย ตองไมกอใหเกดอทธพลทสงผลกระทบกบการตรวจวดคานวณ ณ จดนน) อาจใชวธการคานวณดวยวธ Slope – Area
Method หรอใชเครองมอวดกระแสนาหรอสรางอาคารวดนาโดยเฉพาะ เปนตน แตถาสงทปดกนในลานามอทธผลเกดผลกระทบตอการไหล กจะตรวจวดปรมาณนาทไหลผานสงปดกนนนแทน เพราะสงปดกนจะกลายเปนอาคารหลกของระบบตรงนน
1.3.2 การตรวจวดทางออม
เปนการตรวจวดคานวณปรมาณนาทไมไดตรวจวดจากอาคารชลศาสตรหลกของระบบโดยตรง แตจะวดจากอาคารชลศาสตรอนหรอวธการอนแทน เชน
ถาตองการทราบวาปรมาณนาสงเขาคลองสงนาเทาใดกไมคานวณจากปรมาณนาไหลผานอาคารชลศาสตรหลก คอ ทอระบายนาปากคลอง หรอประตระบายนาปากคลอง แตตดตงอาคารวดนาหรอเครองมอวดนาดานทายอาคารเหลานน เพอตรวจวดคานวณแทน ในการควบคมเปดปดบานระบายกควบคมปรบใหไดปรมาณนาไหลผานใหสมพนธกบปรมาณนาทไหลผานอาคารวดนาหรอเครองมอวดปรมาณนาดงกลาว เปนตน
1-4
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
1.4 ผลของการตรวจวดค านวณปรมาณน าทถกตอง
คาความละเอยดหรอความถกตองแนนอนของการคานวณปรมาณนาทตองการนน ขนกบวตถประสงคหรอหนาทของอาคารชลประทานนนวาปรมาณนาทไหลผานเปนประโยชนอยางไร มความสาคญระดบไหน ตลอดจนปจจยแวดลอมตางๆ ทผรบผดชอบในการบรหารจดการนาตองพจารณาตดสนใจเลอกใหเหมาะสม ซงอาจสรปถงความจาเปนในการวดปรมาณนาใหถกตองไดดงน 1.4.1 ทาใหเกดความประหยดนาและลดความเสยหายจากการบรหารจดการนา การตรวจวดบนทกขอมลและการคานวณทถกตอง ทาใหการจดการนาไดเพยงพอ เหมาะสมกบความตองการ โดยหากมความผดพลาดจากการคานวณในทางสงหรอเผอขาดมากเกนไปจะสงผลใหเกดการสญเสยนา ทาใหนาตนทนทจะนาไปใชประโยชนไดลดลง หรอกรณการระบายนาปรมาณนาทมากเกนอาจทาใหเกดความเสยหายทวมพนทดานทายนาได แตหากคานวณผดพลาดในทางตาหรอคดปรมาณนานอยเกนไป ในกรณการสงนาใหพนทเพาะปลกกจะไมเพยงพอตามทตองการของพช กรณการระบายนาจากเขอนหรออางเกบนากจะระบายนาไดนอย นอกจากจะเสยเวลาแลว อาจเกดความไมปลอดภยหรอทาใหเกดความเสยหายตอตวเขอนหรอทานบดนได 1.4.2 ลดปญหาความขดแยงและงายตอการบรหารจดการนา การคานวณปรมาณนาผดพลาดทงกรณทนอยกวาหรอมากกวาปรมาณจรงทตองการ ยอมสงผลกระทบตอปรมาณความความเพยงพอในชวงเวลาทตองการใชนา ทาใหตองเสยเวลาแกปญหาทงระบบอยตลอดเวลา
โดยเฉพาะอยางยงจะเกดความขดแยงในการจดการนาในระดบลมนาไดมาก
1.4.3 การนาขอมลในดานตางๆ ทมความถกตองไปใชประโยชนในอนาคต จะทาใหการบรหารจดการนา การปรบปรงโครงการ ฯลฯ มความถกตองเหมาะสม สามารถบรรลวตถประสงคในการแกปญหาอยางมประสทธภาพและเกดประสทธผลสงสด
1.4.4 ความคมคาการลงทน ในการปฏบตงานใด ๆ จะเกดตนทนในทกกจกรรมททา ในการบนทกคานวณทไมถกตองนนเสมอนเปนการลงทนทสญเปลา เปนการสญเสยทรพยากรไปแตไมไดรบผลประโยชนทคมคาอยางแทจรง
1.4.5 ภาพลกษณทด การปฏบตงานหรอนาเสนอในสงทถกตองตามหลกวชาการ ยอมจะสรางความเชอมนและความเชอถอจากบคคลและองคกรภายนอก ตอตวผปฏบตและตอองคกรของผปฏบต 1.4.6 การปฏบตงานเกยวกบจดการนาภายใตองคความรหรอหลกวชาทถกตอง เปนประโยชนตอความกาวหนาในการพฒนาความรดานชลศาสตร และการชลประทานในอนาคต
1-5
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
1.5 การใหความส าคญในการตรวจวดค านวณปรมาณน า
จากวธการตรวจวด การเลอกใชเครองมอ หรอสรางอาคารชลศาสตรเพอการวดปรมาณนาโดยตรงทกลาวขางตนนน เปนแนวทางทใชกนทวๆ ไป ซงบางวธการบางรปแบบอาจไมปรากฏการใชในประเทศไทย ยกตวอยางเชน การสรางอาคารชลศาสตรขนมาเพอใหทาหนาทวดปรมาณนาทไหลผานทางนาขนาดใหญ เชน แมนา ลาหวย คลองผนนาหรอระบายนานนในประเทศไทยจะไมทากน แตจะใชวธการตรวจวดวธอนๆ แทน ในขณะทในบางประเทศ เชน สหรฐอเมรกาจะใหความสาคญกบการบรหารจดการนาทมประสทธภาพ ในทางนาขนาดใหญนยมกอสรางอาคารวดนา เชน Broad - crested weirs, Long – throated flumes หรอ Short – throated
flumes แมวาจะมคาใชจายสง มความยากลาบากในการกอสรางมากกตาม
ในอนาคตแนวคดเหตผลความจาเปนดานการอานวยความสะดวกในการทางาน เนนการใชเทคโนโลยมาชวยทางาน แทนการใชคนจานวนมากๆ เชนในการบรหารจดการนาจะใชระบบอตโนมตทควบคมดวยคอมพวเตอร และมกจางบคคลหรอหนวยงานภายนอกทมความเชยวชาญเฉพาะดานมาทาแทน (Outsource) ในกจกรรมตาง ๆ
ระบบการเมองการปกครองจะมอทธพลตอระบบอนๆ ทกระบบในสงคม ประเทศทระบบการเมองมความเขมแขง การดาเนนงานจะมการตดตามตรวจสอบจากทงหนวยงานภายในและภายนอกอยางเครงครด การจดการนาในระบบลมนาระหวางเขตการปกครองหรอระหวางรฐจะไมยอมใหเกดความผดพลาดใด ๆ ทจะทาใหเกดการสญเสยนาไปโดยไมเกดประโยชน หรอเปนอปสรรคตอการคมนาคมทางนา หรอสรางความเดอดรอนใหเกดกบประชาชนไมวากรณการเกดนาทวมหรอขาดแคลนนาทใชในทกกจกรรม มการดาเนนงานภายใตขอกาหนดกฎหมายทมหลกคดทวา ปญหาทเกดจากลกษณะหรอสาเหต ในขนาดหรอระดบหรอปรมาณทเคยเกดมาแลว ผมหนาทรบผดชอบจะตองแกไขปองกนเพอไมใหปญหานนเกดขนอก เพราะกฎหมายจะใหความคมครองตอสทธเสรภาพของประชาชนสงมาก หากเกดความผดพลาดทไมใชเกดจากเหตสดวสย จะตองชดใชคาเสยหายแกผเสยหายทสงอยางมากและจะสญเสยคะแนนนยมในการจะไดรบการเลอกตงเขามาทาหนาทบรหารปกครองอกในการเลอกตงครงตอไป แตสงทสาคญทสดคอประชาชนมการศกษาทด มความตระหนกถงการไมยอมใหใครมาละเมดสทธเสรภาพของตน ในขณะททาหนาทของตนใหดทสดโดยไมละเมดสทธเสรภาพของผอนดวย เปนตน
ขอมลจากการตรวจวดปรมาณนาทถกตองในทางนาจากอาคารชลศาสตรตาง ๆ จะเปนประโยชนตอการบรหารจดการนาในระดบลมนา เพอการปองกนหรอแกไขปญหาภยทเกดจากนา ทจะเกดซาซากและรนแรงเพมขนในอนาคต การนาเทคโนโลยระบบโทรมาตรทมความถกตอง
1-6
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
แมนยาในการตรวจวดและมความรวดเรวในการรายงานผล มาใชในการตรวจวดรายงานขอมลดานอตนยมวทยาและอทกวทยา เพอการเตอนภยนาทวมจากนาปาไหลหลากลวงหนา จะปองความสญเสยทจะเกดขนไดมาก
1.6 เนอหาของหนงสอ
ไดจดแบงเนอหาในหนงสอนใหมความสมพนธตอเนองกน โดยนาเสนอเรองราวใหครอบคลมในทกดาน ทงความเปนมา ทฤษฏเบองตน และรายละเอยดซงเปนสวนสาคญทสดของเรองนน ๆ โดยจดแบงเนอหาเปน 15 บท ดงน
บทท 1 บทน า (บทน)
บทท 2 หลกการพนฐาน กลศาสตรของของไหล ชลศาสตร การไหลในทางน าเปด นาเสนอทฤษฏหรอหลกการพนฐาน เพอเปนการทบทวนความรในเรองตาง ๆ ทเกยวของกบการตรวจวดปรมาณนา ไดแก กลศาสตรของของไหล ชลศาสตร การไหลในทางนาเปด ฯลฯ
บทท 3 การวดระดบน า เสนอวธการวดระดบนาดวยวธการและเครองมอแบบตาง ๆ ซงเปนเรองทมความสาคญ เพราะการคานวณปรมาณนาโดยวธการตางๆ นนสวนใหญแลวมกตองใชคาระดบนามาคานวณเสมอ
บทท 4 การตรวจวดอตราการไหลในทางน าเปด นาเสนอหลกเกณฑเบองตนในการตรวจวดปรมาณนาในทางนาเปด การจะตรวจวดทตาแหนงใดของหนาตดการไหลของทางนานน แนะนาการตรวจวดคานวณดวยวธการทเหมาะสมกบสภาพแวดลอมของทางนาและเครองมอทจะใชตรวจวด
บทท 5 การวดปรมาณน าในทางน าเปดดวยวธการและเครองมอพเศษ ไดแก การตรวจวดดวยวธ Volume metric method, การคานวณโดยวธ Slope Area Method, การใชทน
ลอย (Float method), การใชสารเคมและส, การใช Pitot tube และการใช Velocity head
rod เปนตน ซงลวนไมใชเครองมอวดกระแสนาเชงกล และเครองมออเลคทรอนคส
บทท 6 การวดความเรวการไหลดวยเครองมอวดกระแสน าเชงกล เครองมอในกลมนเปนเครองมอวดกระแสนาทเราคนเคยกนคอ แบบลกถวย และแบบใบพดนนเอง โดยจะนาเสนอตาม
1-7
หลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
ลกษณะของเครองมอ 3 ประเภทไดแก Vertical axis current meters, Horizontal axis
current meters และ Pendulum current meters
บทท 7 การวดความเรวการไหลดวยเครองมอวดกระแสน าแบบอเลกทรอนกส ไดแก Electromagnetic Velocity meter, Doppler Velocity meter และ Optical Strobe
Velocity meter เปนตน
บทท 8 การค านวณปรมาณน าผานฝายทดน า ฝายระบายน าหรอทางระบายน าลน
บทท 9 ฝายวดน าประเภทฝายสนคม
บทท 10 ฝายวดน าประเภทฝายสนกวาง
บทท 11 ฝายวดน าประเภทฝายสนสน
บทท 12 การค านวณปรมาณน าไหลผานบานระบาย (ฝายระบายน าและประตระบายน า)
บทท 13 การค านวณปรมาณน าผานอาคารชลศาสตรประเภททอ และระบบทอ
บทท 14 การวดปรมาณน าดวยรางวดน า (Flume)
บทท 15 การสอบเทยบอาคารชลศาสตร นาเสนอรปแบบและวธการสอบเทยบหาคาสมประสทธการไหล (Coefficient of Discharge) ของอาคารชลศาสตรทใชควบคมปรมาณนาทกลาวมาแลวขางตน ซงเปนสงทมความสาคญ เพราะจะทาใหการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลศาสตรแหงนนมความถกตองทสด โดยจะไดคาสมประสทธทเปนคาเฉพาะของอาคารชลศาสตรนนมาใชในการคานวณ ทงนเนองจากอาคารชลศาสตรแตละแหงจะมขนาด มต รายละเอยดปลกยอย มสภาพแวดลอมและปจจยทจะทาใหเกดผลกระทบเฉพาะตว
-----------------------------------------------------
บทท 2
หลกการพนฐาน กลศาสตรของของไหล ชลศาสตร การไหลในทางนาเปด
บทท 2
หลกการพนฐาน
กลศาสตรของของไหล ชลศาสตร การไหลในทางนาเปด
การวดอตราการไหลของนาหรอทจะเรยกในคมอนวาการวดปรมาณนานน เปนการตรวจวดการไหลทแบงตามชนดของการไหลของนาไดเปน 2 ลกษณะใหญๆ คอ
1) การไหลของนาในทางนาเปด เปนการไหลของนาโดยอสระเนองจากแรงดงดดของโลก โดยผวนาจะสมผสกบบรรยากาศ ไดแก การไหลในทางนา เชน คลอง ค ลาธาร หวย แมนา ฯลฯ การไหลผานอาคารชลศาสตรทเปนตวควบคมการไหลของนาในทางนา เชน ทางระบายนาลน ฝายทดนา ฝายระบายนา ประตระบายนา เปนตน รวมทงการไหลในอาคารประเภททอหรอระบบทอทนาไหลไมเตมทอดวย
2) การไหลของนาในทอภายใตแรงดน เปนการไหลในระบบทอทนาไหลเตมทอ ซงผวนาไมสมผสกบบรรยากาศ อาจมอากาศในทอบางกจะอยในสภาพสญญากาศ แรงกระทาททาใหเกดการไหลคอความแตกตางของแรงดนเนองจากความสงของนา (Pressure head) ระหวางดานหนาทอหรอปากทอ กบดานทายทอหรอปลายทอ ทมกเรยกยอๆ วา Head
ในการเรยนรเรองการวดปรมาณนานนตองอาศยความรเกยวกบ กลศาสตรของของไหล (Fluid mechanics), ชลศาสตร (Hydraulics), การไหลในทางนาเปด (Open
channel flow) และการไหลในทอ (Pipe flow) ประกอบกน ดงนนในเบองตนจงควรรหลกการพนฐานของความรดงกลาว ซงจะสรปโดยสงเขปตอไปน
2.1 คณสมบตพนฐานของของไหล
ของไหลเปนสสารทเปลยนแปลงรปรางไดอยางตอเนองเมอมแรงเฉอนมากระทา อาจแบงของไหลไดเปน ของไหลทยบตวไมไดซงสวนใหญจะอยในรปของของเหลวทมความหนาแนนคงท เชน นา นามน ฯลฯ กบของไหลทยบตวไดหรออดได จะอยในรปของกาซหรอไอทมความหนาแนนไมคงท สมบตทางฟสกสของของไหลไดแก ความเรว ความเรง ความดน ความหนาแนน ปรมาตรจาเพาะ นาหนกจาเพาะ ความถวงจาเพาะ เปนตน ซงสมบตดงกลาวสามารถเปลยนแปลงไปตามตาแหนงและเวลา และจะเกดขนในทง 3 มต (ระนาบ) ในการศกษาขนพนฐานมกศกษาในระนาบเดยว เพราะงายตอการเขาใจ ไมตองใชความรทางคณตศาสตรทสงมาก
2-2
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
สรปสมบตทางฟสกสของของไหลโดยสงเขป ตอไปน
2.1.1 ความหนาแนน (Mass density): ρ คอ มวลของสารตอหนงหนวยปรมาตร
m
(kg / m3)
เมอ m = มวล กโลกรม, ก.ก. , (kg)
= ปรมาตร ลกบาศกเมตร, ม.3, ลบ.ม., (m3)
สาหรบความหนาแนนของนานน กาหนดใหใชเกณฑมาตรฐานสากล คอ ทความดนมาตรฐาน 1 บรรยากาศ ทอณหภม 4 องศาเซลเซยส นามความหนาแนน 1,000 kg/ m3
2.1.2 ปรมาตรจาเพาะ (Specific volume): Vs คอ ปรมาตรของสารในหนงหนวยมวล
หรอคอสวนกลบของความหนาแนน
1
mVs (m3 / kg)
2.1.3 นาหนกจาเพาะ (Specific weight): คอ นาหนกของสารตอหนงหนวยปรมาตร
gmgW
(N / m3)
เมอ W = นาหนก นวตน (N)
g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 m/s2
นา g = 1,000 x 9.81 3m
kg.
2s
m = 310x81.9
(N / m3)
เมอ 1 นวตน (N) = 1 kg.m/ s2
2.1.4 ความถวงจาเพาะ (Specific gravity): S คอ อตราสวนของนาหนกของวตถตอนาหนกของนาทมปรมาตรเทากน......ไมมหนวย
wwwW
WS
เมอ W, Ww = นาหนกของวตถ, นาหนกของนาทมปรมาตรเทากน ……นวตน (N)
w, = นาหนกจาเพาะของวตถ, นาหนกจาเพาะของนา w, = ความหนาแนนของวตถ, ความหนาแนนของนา ความถวงจาเพาะของนา = 1
2-3
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2.1.5 ความดน (Pressure): P คอ แรงทกระทาตอพนททตงฉากกบแนวแรง
A
FP ……….N/m2 หรอ Pascal (Pa)
เมอ F = แรงกระทาหรอแรงกดจากนาหนกของแทงนา A = พนททตงฉากกบแนวแรงหรอทแรงมากระทา
แรงดนของนาทกระทาตอหนงหนวยพนทกคอนาหนกของแทงนาทอยเหนอพนทนนนนเอง โดยความดนทระดบเดยวกนมคาเทากนทกทศทาง
รปท 2-1 แสดงความดนของนาทเกดจากแรง F กระทาตอพนท A ทความลก h
hghA
FP
การบอกคาความดนอาจบอกเปนความสงของของไหล (Pressure head)
Ph
ในกรณนาไหลในทอภายใตแรงดน หากเจาะทอเปนรเลกๆ แรงดนของนาในทอจะทาใหนาพงออกจากร หากตดทอเลกๆ ทรทเจาะไวดงกลาวใหมความยาวพอทจะไมทาใหนาไหลลนออกมาได ความสงของนาในทอเลกๆ เทากบ h กคอ Pressure head ของนาในทอทตาแหนงนนนนเอง
2-4
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 2-2 แสดง Pressure head ของนาในทอ
Wt = นาหนกของนามวล m ในทอเลกสง h มพนทหนาตด A Fp = แรงดนของนาในทอใหญ เมอความสงนาในทอเลก h คงท จะอยในสภาพสมดล
Wt = Fp
Wt = Fp = mg
hghA
mg
A
FP
p
P
h
2.1.6 ความเรวการไหล (Velocity): V เมอของไหลเกดการไหลมวลของของไหลมการเปลยนตาแหนง โดยระยะทาง S ทมวลของของไหลเคลอนทไป ในหนงหนวยเวลา t เรยกวา เกดความเรวของการไหล
t
SV เมตร/วนาท, (m/s)
2.1.7 ความเรงการไหล (Acceleration): a ความเรงคอ อตราการเปลยนแปลงความเรวตอหนวยเวลา
t
Va ………..m/s2
2.1.8 อตราการไหล (Discharge): Q คอ ปรมาณหรอปรมาตร Vo ของของไหลทเปลยนตาแหนงหรอเคลอนทไปในหนงหนวยเวลา t เกดความเรวการไหล V
2-5
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
t
VQ o ………..m3/s
หากให S = ระยะการเปลยนตาแหนง หรอเคลอนท ; t.VS
A = พนทหนาตดของของไหลทเคลอนท ดงนน A.t.VA.SVo
หารดวย t ทงสองดาน
VAt
Vo
ดงนน VAQ ………..m3/s
2.1.9 ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก (Gravitational acceleration) : g
รปท 2-3 แสดงคา g บนตาแหนงเสนรง ตางๆ ของโลก
คาความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก หรอคา g จะมคาระหวาง 9.78 ม./วนาท 2 ถง 9.83
ม./วนาท 2 ขนกบตาแหนง latitude บนผวโลก ซงแสดงตามรปท 2-3 ในการใชงานในสตรการคานวณมกใชคาตามแหลงทมาขององคความรนนๆ ทมกมาจากสหรฐอเมรกาและประเทศในทวป
ยโรป ซงเปนโซนทมคา g = 9.81 ม./วนาท 2 (เปนทยอมรบกนวาการใชคา g นนถาเพอความ
สะดวกในการคานวณหรออางองอาจใชเทากบ 10 ม./วนาท 2 กได ซงจะมความผดพลาดประมาณ 2 %)
2-6
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2.1.10 รปแบบของการไหล (Type of flows) ในทางนาเปด
การไหล คอ การทมวลหรออนภาคของของไหลเคลอนทตอเนองจากจดหนงไปยงอกจดหนง การไหลในทางนาเปดเปนการไหลในลกษณะทผวของนาสมผสกบอากาศ โดยมความดนบรรยากาศกระทาตอผวของนาซงเรยกวา ผวของไหลอสระ ทางนาเปดแบงไดเปน (1) ทางนาเปดตามธรรมชาต ไดแก รองนา ค ลาธาร คลอง หวย แมนา เปนตน โดยจะมสภาพสลบซบซอน ลกษณะไมแนนอน เปลยนแปลงรปรางและขนาดไปตามสถานท และ (2) ทางนาเปดทสรางขนโดยมนษย เลยนแบบทางนาเปดธรรมชาต ทมกมรปรางลกษณะทสมมาตร
การบอกถงการไหล บอกไดดวย ความเรวของการไหล(Velocity) และอตราการไหล (Discharge or Rate of flow)
รปแบบของการไหลนนสามารถแบงไดหลายอยางขนกบวาจะพจารณาองคประกอบใด ไดแก
1 ) แบงตามทศทางการเคลอนทของมวลหรออนภาคของของไหล
1.1) Laminar flows หรอ Viscous flows เปนการไหลทมวลหรออนภาคของของไหลเคลอนทตามกนในทศทางทแนนอน ในลกษณะเปนแผนหรอเปนชนๆ มกเกดในของไหลทมความหนดสง มความเรวตา ไดแก การไหลของนาใตดน การไหลของนามนในทอทความเรวตาๆ ฯลฯ มกไมเกดในการไหลในทางนาเปด (การไหลของเลอดในเสนเลอดกเปนรปแบบน)
รปท 2-4 ลกษณะการไหลแบบ Laminar flows
2-7
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1.2 ) Turbulent flows เปนการไหลทอนภาคของของไหลเคลอนทไปอยางไมแนนอน ไมเปนระเบยบ เปลยนแปลงทงขนาดและทศทางในชวงเวลาสนๆ มความเรวสงๆ ซงเปนสภาพการไหลในทางนาเปดทวไป
รปท 2- 5 ลกษณะการไหลแบบ Turbulent flows
1.3) Transition flows เปนการไหลแบบผสมผสานระหวาง Laminar flows และ Turbulent flows โดยเปนการไหลชวงกลางกอนทจะเปลยนการไหลจาก Laminar flows ไปเปน Turbulent flows อยางสมบรณ
รปท 2-6 ลกษณะการไหลแบบ Transition flows
2) แบงตามการเปลยนแปลงอตราการไหล และพนทหนาตดการไหล
รปท 2-7 แสดงการไหลจากหนาตด 1 ไปยงหนาตด 2
2.1) Steady flows: การไหลแบบทรงตวมน เปนการไหลทความเรวของหนาตดการไหล (ทหนาตด 1 และ 2) ไมเปลยนแปลงตามเวลา (ระดบและความเรวเทากนตลอดเวลา)
0t
v
2-8
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2.2) Unsteady flows: เปนการไหลทคณสมบตของของไหล มความเรวเปลยน แปลงตามเวลา (ระดบและความเรวเปลยนแปลงตามเวลา จากจด 1 ถงจด 2) ไดแกการไหลทเกดจากนาขนนาลง
0t
v
2.3) Uniform flows: การไหลแบบเสมอตนเสมอปลาย ความเรวของการไหลไมเปลยนแปลงเมอเคลอนทจากหนาตด 1 ไปยงหนาตด 2 (ความลกและความเรวไมเปลยนแปลงเมอวดทตาแหนงตางๆ)
0v
2.4) Non-uniform flows: การไหลแบบแปรเปลยน ความเรวของการไหลเปลยนแปลงเมอเคลอนทจากหนาตด 1 ไปยงหนาตด 2 โดยอาจเปนการไหลแบบมความเรงในทศทางการไหล หรอการไหลแบบมความหนวงในทศทางการไหล (ความลกและความเรวมคาตางกนในแตละหนาตดการไหล ตลอดทศทางการไหล)
0v
and0v
0v
ในสภาพการไหลทเกดจรงนน จะมการไหลแบบตางๆ เกดขนพรอมๆ กนไดหลายแบบ ซงอาจสรปรปแบบการไหลทเปนไปได คอ
(1) Steady – uniform flows ความเรวทหนาตด 1 และ 2 เทากนตลอดเวลา
0v
และ 0
t
v
21 VV และ
)tt(1)t(1 VV
)tt(2)t(2 VV
รปท 2-8 การไหลแบบ Steady – uniform flows
2-9
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
(2) Steady – non uniform flows ความเรวทหนาตด 1 และ 2 มคาไมเทากน แตมคาคงทตลอดเวลา
0t
vand0
v
21 VV
)tt(1)t(1 VV
)tt(2)t(2 VV
รปท 2-9 การไหลแบบ Steady – non uniform flows
(3) Unsteady – uniform flows ความเรวทหนาตด 1 และ 2 มคาเทากนทเวลาใดเวลาหนง (เวลาเดยวกน) แตความเรวจะมคาไมคงทมการเปลยนแปลงไปตามเวลา
0t
vand0
v
)tt(2)t(1 VV
)tt(2)tt(1 VV
)tt(1)t(1 VV
)tt(2)t(2 VV
รปท 2-10 การไหลแบบ Unsteady – uniform flows
(4) Unsteady – non uniform flows ความเรวทหนาตด 1 และ 2 ไมเทากน และมคาไมคงทตลอดเวลา
0v
และ 0
t
v
2-10
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
)t(2)t(1 VV
)tt(2)tt(1 VV
)tt(1)t(1 VV
)tt(2)t(2 VV
รปท 2-11 การไหลแบบ Unsteady – non uniform flows
2.2 ความตอเนองของการไหล และ Continuity equation
หลกการของการไหลของของไหลทตอเนอง คอเมอของไหลมการไหลเกดขน การไหลนนเปนการเคลอนยายมวลของของไหลจากตาแหนงหนงไปยงอกตาแหนง เมอไมมตวแปรหรอปจจยอนๆ มากระทบหรอเกยวของ (มาเพมขนาดมวล หรอทาใหมวลลดลง) ณ ทตาแหนงใดๆ ของการไหล คาของมวลกจะคงเดม แมรปรางของมวลจะเปลยนแปลงไปตามตาแหนงและเวลากตาม
รปท 2-12 แสดงความตอเนองของการไหล
ในกรณการไหลแบบ Steady flows ทคา Q คงท
อตราไหลเขา = อตราไหลออก
2-11
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Q = AV
Q = Q1 = Q2 = … = Qn
Q = A1V1 = A2V2 = A3V3 = …..= AnVn เรยก Continuity equation
Qa = Qb + Qc
AaVa = AbVb + AcVc
ทฤษฎการยายของเรโนลด (Reynolds transport theorem)
ไดมผอธบายปรากฏการณความตอเนองของการไหลดวยวธการทางคณตศาสตรหลายรปแบบ แตทเปนทยอมรบอยางกวางขวางนนไดแก ทฤษฎการยายของเรโนลด (Reynolds
transport theorem) โดยทฤษฎนสามารถอธบายการเคลอนยายปรมาณทางฟสกสทถกยายเปลยนตามเวลา ไดแก การยายมวล การยายพลงงาน และการการยายโมเมนตม
การศกษาทางวทยาศาสตรทวๆ ไปจะศกษาในกรอบหรอขอบเขตทควบคมปจจยภายนอกไมใหมากระทบหรอเกยวของกบสงทศกษาเพอใหงายในการหาคาตอบ โดยปจจยทไมสงผลกระทบมากจะถกตดทงไป ทฤษฎนกเชนกน ไดศกษาภายใต ปรมาตรควบคม (Control
volume) คอ บรเวณหนงซงของไหลผานเขาและออกจากบรเวณนน อาณาเขตลอมรอบบรเวณดงกลาวเรยกวา ผวควบคม (Control surface) โดยทขนาดและรปรางของปรมาตรควบคมจะเปนอยางไรกได แตโดยทวไปมกจะใหภาชนะบรรจเปนผวควบคมและเปนสวนอนของปรมาตรควบคม ในการศกษากลศาสตรของของไหลระดบพนฐานมกไมกลาวถงทฤษฎนมากนก เพราะทาความเขาใจยากและตองใชจนตนาการทสงมาก
รศ. พงษศกด เสรมสาธนสวสด และ ผศ. ประมาณ เสรมสาธนสวสด ไดอธบายในหนงสอ กลศาสตรของของไหล FLUID MECHANICS ในเรองความตอเนองของการไหลโดยใชทฤษฎการยายของเรโนลด (จากหนา 131 – 136) ดงตอไปน
ปรมาตรทถกควบคมและทฤษฎการยายของเรโนลด
ปรมาตรทถกควบคม(Control Volume) คอ บรเวณหนงซงของไหลไหลผานเขาและออกจากบรเวณนน อาณาเขตลอมรอบบรเวณดงกลาวเรยกวา ผวควบคม (Control Surface)
ขนาดและรปรางของปรมาตรควบคมเปนอยางไรกได แตโดยทวไปแลวมกจะใหภาชนะทบรรจ
2-12
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
เปนผวควบคม และสวนอนๆ ของปรมาตรควบคม ทงทไหลเขาและไหลออกจะกาหนดใหตงฉากกบทศทางการไหล
เมอไมคานงถงธรรมชาตของการไหล ทกสภาวะของการไหลจะตองสมพนธกบเรองตอไปน ซงใชแสดงเปนแบบฉบบของการวเคราะหได
1. กฎการเคลอนทของนวตนใชไดกบทกอนภาค ทกขณะ
2. ความสมพนธของการไหลตอเนอง เชน กฎทรงมวล
3. กฎขอทหนงและขอทสองของเทอรโมไดนามกส
4. สภาวะอาณาเขต (Boundary condition) ทาใหทราบวาความเรวของของไหลจรงเปนศนยทอาณาเขตดงกลาว หรอของไหลจนตภาพไมสามารถแทรกเขาไปในอาณาเขตได
สาหรบทฤษฎการยายของเรโนลด ทจะกลาวถงในอนดบตอไปนนนใชหลกการของ ปรมาตรควบคม ในการวเคราะหปรมาณทางฟสกสทถกยายเปลยนตามเวลาอนไดแก การยายมวล การยายพลงงาน และการยายโมเมนตม ซงทงการไหลแบบความเรวคงทและความเรวไมคงท (Steady State and Unsteady State) Reynold’s Transport Theorem
2-13
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
จากรปของระบบและปรมาตรควบคม (c.v) ทเวลา t0 มสนามการไหล )t,z,y,x(v
กลาวคอความเรวขนกบระยะ x, y, z และเวลา t ซงปรมาตรควบคมกาหนดขนแนนอนในหวงการไหล ทเวลา t0 อาณาเขตของระบบและปรมาตรควบคมทบกน สวนทเวลา t0+ t ระบบแยกเปนสองสวนคอสวนท 2 และ 3 และสวนท 1 เปนสวนทของไหลไหลเขา สวนท 3 เปนสวนทของไหลไหลออกในชวงเวลา t เดยวกน (จากรปไหลเขาท a ไหลออกท b)
ให N เปนปรมาณทางฟสกสทถกยาย เชน มวล, งาน และโมเมนตม เปนตน
ƞ อานวาเอดดา เปนปรมาณทถกยายตอมวลทงหมด
กลาวคอ m
N เมอ m คอมวล
จากนยามอนพนธ
อตราการเปลยนแปลง N ของระบบคอ
t
NN
0t
lim
dt
dN 0tst0ts
ตวหอย s แทนระบบดงรป
ทเวลา t0+t ระบบประกอบดวยสวนท 2 และสวนท 3
ทเวลา t0 ระบบและปรมาตรควบคมทบกนคอสวนท 2, 1
โดยท
)system()system(masss dndmN
จากสมการ
t
NN
0t
lim
dt
dN 0tst0ts
1-1
คาของ t0t32t0ts NNN
t0t31cv NNN
t0t3t0t1t0tcvddd
และเทอม t0tcv0tcv0ts dNN
แทนคาลงใน 1-1 จะได
t
dddd
0t
lim
dt
dN 0tcvt0t1t0t3t0tcv
2-14
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
t
d
0t
lim
t
d
0t
lim
t
dd
0t
lim t0t1t0t30tcvt0tcv
1-2
ขนตอนตอไปคอหาคาเทอมท (1) , (2) และ (3) ของสมการ 1-2 ดงน พจารณาเทอมท 1 คอสวนท 2 ในรป ข.
t
NN
t
ddot
cvtotcv
0t
otcvtotcv
0tlimlim
t
Ncv
cvd
t 1-3
พจารณาเทอมท 2
t
N
t
dtot3
0t
tot3
0tlimlim
2-15
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
เพอจะหาคาของ tot3N ใหดรปขยายของบรเวณท 3 เวกเตอร
dA มขนาด
เทากบพนท dA ของพนทผวควบคม (Control Surface) กาหนดใหทศของ เวกเตอร
dA พง
ออกตงฉากกบผวทามม กบความเรว
V เนองจากมวลในบรเวณท 3 เปนมวลทออกจากการ
ควบคมปรมาตรระหวางชวงเวลา t ซงมม นอยกวา 2
เสมอ ตลอดผวบรเวณท 3
ดงนนเราสามารถเขยนไดดงน tottottot3 )dAcoss(ddN
เมอ dAcossd ดงนนถาคดทงหมดของบรเวณท 3 จะได
tot3cstot3 )dAcoss(dN
ดงนนเทอมท 2 ทจะหาคอ
t
N
t
dtot3
0t
tot3
0tlimlim
t
dAscs
t
3
0
cos
lim
=
Ad.V3cs
1-4
เนองจาก
V
t
slim
0t
และ
cosAdVAd.V
และ s คอระยะทางทอนภาคเคลอนทไปตามเสนการไหลในเวลา t
พจารณาเทอมท 3 จากสมการ 1-1 ไดแกการไหลเขาสบรเวณท 1 ใหดรปบรเวณขยาย
ของบรเวณท 1 เวกเตอร
Ad ซงมขนาด dA มทศทางพงออกจากพนผวควบคม และตงฉากกบผว
และทามม ซงโตกวา 2
กบทศทาง
V ตลอดผวควบคม ซงทาใหคาของการไหลเขาเปนลบ
เนองจาก coscos
2-16
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
เทอมท 3 คอ
t
N
t
dtot1
0t
tot1
0tlimlim
t
dAcos1cs
0tlim
=
Ad.V1cs
1-5
เนองจาก
V
tlim
0t
และ
Ad.V คอ dot product
ซง
cosAdVAd.V
แทนคาสมการ 1-5 ,1-4 และ 1-3 ในสมการ 1-2 จะได
3cs1cscv
system
Ad.VAd.Vdtdt
dN 1-6
ซงเขยนยอไดดงน เรยก ทฤษฎการยายของเรโนลด
cscv
system
Ad.Vdtdt
dN 1-7
เมอ
dt
dN คอ อตราการเปลยนแปลงทงหมดของระบบ
cvd
t คอ อตราการเปลยนแปลงปรมาณ N ภายในปรมาตรควบคม
2-17
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
cs
Ad.V คอ อตราการไหลเขาและออกจากผวควบคม โดยกาหนดใหไหลเขา
เปนลบและไหลออกเปนบวก
หลกถาวรของมวลและสมการความตอเนอง
การไหลของของไหลทตอเนองกนเปนการยายมวล ดงนนจงสามารถประยกตสมการการยายของเรโนลดได
ปรมาณทถกยาย N = มวล m =
ปรมาณทถกยายตอมวล 1m
m
m
N
จากสมการ 1-7 คอ
cscvsystem
Ad.Vdtdt
dN
แทนคา 1 จะได
cscvsystem
Ad.Vdtdt
dN
เนองจากมวล m ของระบบคงทคอ N คงท จะได 0dt
dN
ดงนนสมการทรงมวลคอ
cscvAd.Vd
t0 1-8
ตองจาไวเสมอวาเทอมหลงคอ
cs
Ad.V ประกอบดวยมวลทไหลเขาและไหลออก
จากปรมาตรควบคม ซงกาหนดใหไหลเขาเปนลบไหลออกเปนบวก ถาไหลเขามากจะทาให
ปรมาณในปรมาตรควบคมเพม )dt
(
ถาไหลเขานอยกวาไหลออกจะทาใหปรมาณใน
ปรมาตรควบคมลดลง
ในกรณทของไหลเปนแบบอดไมได (Incompressible fluid) คาของความหนาแนน คงท และปรมาตรควบคมคงท
ทาให 0)dt
(cv
2-18
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
0Ad.Vcs
1-9
หรอ 0Ad.VAd.V 21cs 2cs 211
ดงนน
2211 AVAV 1-10
เมอพจารณาหนวยของ V คณกบ A คอเมตรตอวนาทคณกบตารางเมตร จะไดลกบาศกเมตรตอวนาท หนวยดงกลาวเรยกวา อตราการไหล (Flow rate)
การทไดนาทฤษฏการยายของเรโนลดมานาเสนอครงน ไมมงใหตองทาความเขาใจอยางจรงจง แตจะสอใหเหนวา เพยงแคการอธบายวา 2211 AVAV นนมความสลบซบซอนเพยงใด
2.3 สมการพลงงาน (Energy equation or Bernoulli’s equation)
พลงงานของการไหลม 3 อยางคอ
1) พลงงานจลน (Kinetic Energy) : KE คอ Velocity head
2) พลงงานศกย (Potential Energy) : PE คอ Elevation head
3) พลงงานความดน (Pressure Energy) คอ Pressure head
เมอ m = มวล, w = นาหนก, V = ความเรว
พจารณารปท 2-13
22 Vg
w
2
1mV
2
1KE คดตอหนวยนาหนก
g2
V
w
V
g
w
2
1KE
22
Z.wPE โดย Z เปนความสง เมอคดตอหนวยนาหนก Zw
wZPE
Pressure energy (y) ไดแก ความสงของของเหลวเนองจากความดน =
P
11
21
1 ZP
g2
VE
และ 2
22
22 Z
P
g2
VE
2-19
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 2 - 13 เทอมตางๆ ในสมการพลงงานของทางนาเปด
หลกการใชสมการพลงงาน
1) เมอไมคด Friction คา Total energy per unit weight จะเทากนตลอดทกๆ จดท
ของเหลวไหลผาน 21 EE
22
22
11
21 Z
P
g2
VZ
P
g2
V
ซงสมการขางตนน คอ Bernoulli’s equation 2) เมอมการสญเสยพลงงาน (Head loss) : HL เนองจาก Friction จะได
L22
22
11
21 HZ
P
g2
VZ
P
g2
V
3) ในกรณเพมพลงงานใหกบระบบ เชน Pump = Hp
L22
22
p11
21 HZ
P
g2
VHZ
P
g2
V
4) กรณทมการดดพลงงานจากระบบไปใช เชน Turbine = HT เพอปนกระแสไฟฟา
TL22
22
11
21 HHZ
P
g2
VZ
P
g2
V
2-20
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Specific Energy
Specific Energy (E) คอ คาผลรวมของ Pressure head (y) กบ
Velocity head (V2/2g)
g2
VyE
21
จากท 2211 VAVAQ
ดงนน 22
2
221
2
1gA2
Qy
gA2
Qy
จะเหนไดวา A1 และ A2 ตางสมพนธกบคาความลก y นนคอ Specific
Energy ทหนาตดการไหลใด ๆ จะมคาทขนกบคาความลกของการไหล y และเมอกาหนดใหคา Q คงท เมอนาคาความลกของการไหล (y) และคา Specific Energy (E) มาเขยนเปนกราฟ จะไดกราฟดงแสดงในรปท 2- 14
รปท 2- 14 Specific Energy Curve
จากกราฟทจดยอดของกราฟ จด C จะมคาพลงงานนอยทสด ซงเปนจดทเกดการไหลแบบวกฤต (Critical flows) และความลกของการไหลทจดดงกลาวเรยกวา ความลกวกฤต (Critical depth) หรอ yc
2-21
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
คณสมบตของ Critical flow
หากพจารณาความสมพนธจาก Specific energy curve ระหวางคาความลก (y) และคาพลงงานจาเพาะ (E) ของการไหลในทางนาเปดหนาตดสเหลยมผนผา จะพบวาท Critical depth (yc) จะมพลงงานจาเพาะนอยทสด นนคอ dE/dy = 0
เมอ 2
2
gA2
QyE
dy
dA.
gA2
Q1
dy
dE3
2
ถาทางนามความกวางวดทผวนา T ดงนน dA = T.dy และ dE/dy = 0
2c
2
c
c3c
c2
gA
Q
T
Aand1
gA2
TQ
ถาความลกของการไหลเทากบ D ดงนน D = A/T
จะได g
v
gA
QD
2
2c
2
c
หารตลอดดวย Dc จะได cgD
v1
คา cgD
v นเรยกวาคา Froude number, Fr
ดงนน
การไหลแบบ Critical flows จะม 1gD
vFr
c
การไหลทมคา Fr < 1 จะเปนการไหลแบบ Sub-critical flows
การไหลทมคา Fr > 1 จะเปนการไหลแบบ Super-critical flows
2.4 สมการ Momentum (Law of conservation of momentum)
รปท 2-15 Free Body Diagram ของการไหลในทางนาเปด
2-22
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ถาการไหลมการสญเสยพลงงานในระบบแลวตองใช สมการ Momentum มาชวยวเคราะห ไมสามารถใชสมการพลงงานโดยตรงได ซงสวนใหญจะเกยวของกบกรณตอไปน
การคานวณหาความสญเสยพลงงานเนองจากการเกด Hydraulic jump
การคานวณหาแรงทเกดขนเมอเปลยนความเรว หรอเปลยนทศทาง
การคานวณหาแรงเนองจากการลดขนาดทอ ทอโคง
QVF ซงคา QV นเรยกวา Momentum
VQVVQF 21
2.5 หลกการของการไหลของนาผานชองเปด (Orifice)
Orifice คอ ชองเปดใหของไหลไหลออกจากภาชนะ
2.5.1 การไหลของนาผานชองเปดขนาดเลก
มการศกษาการไหลของนาผานชองเปดขนาดเลก ทใหชองเปดอยทระดบความลกตาง ๆ
จากผวนาพบวา ยงชองเปดอยตากวาผวนา ลาของนาทพงออกไป (Jet) จะยงมความแรงและระยะทลาของนากระทบพนกจะยงหางออกไป และตอมา Daniel Bernoulli ไดคนพบความสมพนธของความเรวของการไหลกบระยะความลก (Velocity head concept) ตามสมการตอไปน
gh2V หรอ g2
Vh
2
รปท 2-16 แสดงการไหลผานชองเปดขนาดเลกทระดบความลกตางๆ gh2V
2-23
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 2-17 แสดงการไหลผานชองเปดขนาดเลก และรปขยายชองเปด
2.5.1.1 กรณการไหลแบบ Free flow นามการไหลออกจากชองเปดโดยอสระอทธพลทเกยวของทไดรบดานทายนามเพยงแรงดงดดของโลกอยางเดยว
ระยะ h วดจากกงกลางชองเปดถงผวนา
เมอไดมการศกษาการไหลของนาผานรเลกๆ ละเอยดยงขน จากรปท 2-17 ทาใหขอบของชองมความคมเพอลดแรงเสยดทานใหเกดนอยทสด พบวาลาของนา(Jet) ทพงออกจากชองเปดพนท A จะมพนทหนาตดนอยกวาหนาตดของชองเปด และทระยะ d/2 ความเรวของนาทพงออกมามคาใกลเคยงคาทางทฤษฎ หรอเปนระยะทเสมอนวาไมเกดอทธพลอนเนองจากแรงดงดดของโลก และเมอใชชองเปดรปสเหลยมมมฉากทสามารถตรวจวดคาตางๆ ไดงาย พบวาหนาตดของลาของนามคา 0.61A
จากหลกการพนฐาน Q = AV
และลาของนาทระยะ d/2 gh2V
ดงนนคาในทางทฤษฏ gh2AQ t
แตคาทเกดจรง gh2CV va
ACA cc
Ac คอ พนทหนาตดบรเวณคอคอด
Cv คอ สมประสทธความเรว (Coefficient of velocity) มคาใกลเคยง 1
Cc คอ สมประสทธการคอดตว (Coefficient of contracta) มคานอยกวา 1
2-24
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
คาทเกดจรง
เมอ cvd CCC คอคาสมประสทธอตราการไหล (Coefficient of discharge)
ตารางท 2-1 ชนดและคาสมประสทธของรระบายชนดตางๆ
ทมา : หนงสอ ชลศาสตร (HYDRAULICS) โดย กรต ลวจนกล
gh2ACgh2ACCQ dcva
2-25
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2.5.1.2 Submerged orifice : เปนกรณทระดบนาดานทายทวมชองเปด
รปท 2-18 แสดง Submerged orifice
Energy equation ทจด (1) และ (2) ถาไมม Losses เกดขน
ถาให Datum line อยทจด (2) กงกลางชองเปด
22
22
11
21 Z
P
g2
VZ
P
g2
V
V1 = 0 , Z1 = Z2 ; yg2
Vyh
22
gh2V2
จาก Q = AV
คา Q ในทางทฤษฎ gh2AQt
คาทเกดจรง
เมอ dC คอคาสมประสทธอตราการไหล (Coefficient of discharge)
ขอสงเกต จะเหนไดวากรณการไหลแบบ Submerged flow ระยะ h จะเปนความแตกตางของระดบนาดานเหนอนากบดานทายนา ซงตางจากกรณของการไหลแบบ Free flow ทระยะ h วดจากกงกลางชองเปดถงผวนา
gh2ACQ da
2-26
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2.5.2 อตราการไหลของนาผานชองเปดสเหลยมผนผาขนาดใหญ
กรณ Free flow: ระดบทายนาอยตากวา Orifice
รปท 2 - 19 แสดง การไหลผาน Orifice ขนาดใหญ
พนทหนาตดชองเปด BdhdA
2/1h.g2gh2V
2/1h.g2.dh.BdA.VdQ
dhh.B.g2VdAdQ 2/1
ความสงชองเปด จาก H1 ถง H2
และจากท C1n
xdxx
1nn
dhhBg2dQ2H
1H
2/12H
1H
2/3
hBg2Q
2H
1H2/3
2/31
2/32t HHg2B
3
2Q
Cd : Discharge Coefficient จะมคาระหวาง 0.60 ถง 0.80 ขนกบขนาดมตของชองเปด
หลกการของ Orifice flow ขางตนเปนหลกการทนาไปประยกตใชกบการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลศาสตรทมบานระบายเปนตวบงคบควบคมปรมาณนา
2/31
2/32da HHCg2B
3
2Q
2-27
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2.6 การไหลในทางนาเปด
2.6.1 ประเภทของทางนาเปด แบงตามการกาเนดได 2 ประเภท คอ
1). ทางนาทเกดขนเองตามธรรมชาต (Natural channels) โดยเกดจากการกดเซาะของนาเมอนาทาไหลลดเลาะจากทสงลงสทตาตามธรรมชาต ไดแก ค ลาธาร ลาหวย คลอง แมนา ฯลฯ พนทหนาตดของทางนาธรรมชาตจะไมเปนรปเรขาคณต โดยสวนใหญจะเปนรปพาราโบลา
2).ทางนาทมนษยสรางขน (Regulated channels) เปนทางนาทสรางขนเลยนแบบทางนาทเกดขนเองตามธรรมชาต โดยกาหนดแนวของทางนาทเหมาะสมไดแก คลอง (ทาหนาทตางๆ เชน คลองสงนา คลองระบายนา คลองชกนา คลองผนนา เปนตน) และค (คสงนา คระบายนา) มกสรางใหมหนาตดเปนรปทรงเรขาคณต เชน สเหลยมมมฉาก สเหลยมคางหม ครงวงกลม สามเหลยม ฯลฯ ในกรณทเปนคลองสงนาหรอ คสงนา มกมการปองกนความเสยหายของลาดขางจากการกดเซาะของนา หรอเพอปองกนการสญเสยนาจากการรวซมโดยมกมการปดทบหนาดวยคอนกรต หนกอ หนเรยงยาแนว เปนตน หากไมมการปองกนลาดดงกลาว หรอเมอเกดการตกจมของตะกอน หนาตดอาจเปลยนไปเปนรปพาราโบลา หรอเปนรปอนๆ ได
นอกจากน ในกรณของทอสงนาหรอทอระบายนาทมการไหลของนาในทอแบบไมเตมทอกถอวาเปนการไหลในทางนาเปดดวย
2.6.2 คณสมบตการไหลในทางนาเปด
ในทางนาโดยทวไปในการคานวณมกจะสมมตใหมลกษณะการไหลแบบ Steady-Uniform ทความเรวไมเปลยนแปลงตามเวลาและระยะทาง
คณสมบตของ Uniform คอ
(1) ความลก ความเรว พนทหนาตด และปรมาณการไหลของนาททกตาแหนงในทางนามคาคงท
(2) ความลาดชนของเสนพลงงานรวม ผวนา และพนทางนามคาเทากน หรอเสนความลาดชนทงสามเสนขนานกน)
2-28
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2.6.3 คณสมบตทวไปของทางนาเปด
รปท 2-20 หนาตดทวไปของทางนาธรรมชาตและการไหลในทางนาเปดทวไป
ความลกการไหล (Depth of flow) : y : ความลกในแนวดงวดจากทองนาตาสดถงผวนา ระดบนา (Stage) ระยะในแนวดงทวดจากผวนากบระดบอางองมาตรฐานถงผวนา โดยทวไประดบอางองมาตรฐานมกเปนระดบนาทะเลปานกลาง (รทก.) ความกวางของผวนา (Top of width) : T (บางตาราใช B) : ความกวางของพนทหนาตดการไหลวดทผวนา
เสนขอบเปยก (Wetted perimeter) : P : ความยาวของเสนรอบรปของหนาตดทางนาทสมผสกบนา หนาตดทางนา (Water area) : A : พนทหนาตดของทางนาทตงฉากกบทศทางการไหลของนา โดยในทางชลศาสตรจะหมายถงพนทหนาตดของนาทไหลในเวลาใดเวลาหนง หรอทเรยก พนทหนาตดของการไหล รศมชลศาสตร (Hydraulic radius) : R : อตราสวนระหวางพนทหนาตดทาง
นากบเสนขอบเปยก P
AR
ความลกชลศาสตร (Hydraulic depth) : D” : อตราสวนของพนทหนาตดทาง
นากบความกวางผวนา B
A"D
แฟคเตอรหนาตด (Section factor) : Z : ผลคณของพนทหนาตดการไหลกบรากทสองของความลกชลศาสตร กรณการไหลแบบวกฤต B/AA"DAZ
กรณการไหลแบบ Uniform 3/2ARZ
2-29
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตาราง 2-2 คณสมบตของทางนาเปดรปหนาตดตาง ๆ
หนาตดทางนา
พนท (A) ความกวางผวนา (T)
เสนขอบเปยก (P) ความลกชลศาสตร (D”)
รศมชลศาสตร (R) แฟคเตอรหนาตด ( Z)
byA bT
y2bP yD"
y2b
byR
5.1byZ
y)zyb(A zy2bT
2z1y2bP zy2b
y)zyb(D"
2z1y2b
y)zyb(R
zy2b
]y)zyb[(Z
5.1
2zyA zy2T
2z1y2P 2
yD"
2z12
zyR
5.2zy2
2Z
2od)sin(
8
1A ydy2ord
2sinT oo
od
2
1P
o" d
2/sin
sin
8
1D
odsin
14
1R
5.2
o
5.1
d
2sin32
sin2Z
yr2br22
A 2
r2bT
y2br2P y.
r2b
r22/D
2"
y2br2
yr2br22/R
2
r2b
yr2br22/Z
5.12
zcotz1z
r
z4
TA 1
22
2z1rryz2T
zcotz1z
r2z1
z
TP 12
T
AD"
p
AR
T
AZ
2-30
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตาราง 2-2 คณสมบตของทางนาเปดรปหนาตดตาง ๆ (ตอ)
หนาตดทางนา
พนท (A) ความกวางผวนา (T)
เสนขอบเปยก (P) ความลกชลศาสตร (D”)
รศมชลศาสตร (R) แฟคเตอรหนาตด ( Z)
Ty3
2A
y
A
2
3T
*T
y
3
8TP
2
y3
2D"
*y8T3
yT2R
22
2
5.1Ty6
9
2Z
* การประมาณใชไดในชวงของ 1x0 เมอ T
y4x ,
เมอ x >1 คาทถกตองของ
22 x1xln
x
1x1
2
TP
2.6.4 การกระจายความเรว
การกระจายความเรวของการไหลตลอดหนาตดจะไมสมาเสมอ สาเหตเกดจากแรงเสยดทานทนากระทากบพนผวของทางนา โดยจะขนกบขนาด รปรางหนาตดและความขรขระของทางนาดวย
พจารณาตามรปท 2-21 ในรปแปลนความเรวของการไหลจะมากทสดบรเวณกลางทางนา ทงนเนองจากความเสยทานของผนงดานขางทางนา และเมอพจารณาการกระจายความเรวตามความลกจะไดรบอทธพลแรงเสยดทานจากบรเวณทองนา ดงนนความเรวตาสดจะเกดททองนาและความเรวสงสดจะเกดบรเวณผวนา ดงนนความเรวสงสดจงขนกบอตราสวนของความลกของการไหลและความกวาง (Y/b) ในทางนาทมความลกเทากนแตความกวางไมเทากน ทางนาทแคบจะมจดทความเรวสงสดอยลกกวาในทางนาทกวาง
รปท 2-21 การกระจายความเรวของการไหลในทางนาเปด
2-31
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ทมา : Open-Channel Hydraulics โดย Ven T. Chow
รปท 2 - 22 ตวอยางการกระจายความเรวในทางนาเปดหนาตดแบบตางๆ
2.6.5 ความเรวเฉลย (Vav)
โดยทวไปแลวจะคดความเรวเฉลยของการไหลในทางนาทระยะ 0.6 ของความลกการไหลทวดจากผวนา และในกรณททางนาลกมาก ๆ การวดความเรวเฉลยดงกลาวจะวดจากความเรวทระยะความลก 0.2 และ 0.8 จากผวนาของความลกการไหล
8.02.0av VV2
1V
เมอ y = ความลกของนา V0.2 = ความเรวเฉลยทความลก 0.2y จากผวนา
V0.8 = ความเรวเฉลยทความลก 0.8y จากผวนา
2.6.6 ความเรวทผวนา (VS)
ความเรวทผวนาจะมความสมพนธกบความเรวเฉลยตอไปน
sav kVV
k = คาสมประสทธของการไหล มคา 0.80 ถง 0.95
2-32
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2.6.7 การวดปรมาณนาในทางนาเปด
1). การคานวณโดยใชสตรคานวณความเรวของการไหลแบบ Uniform โดยทางนาชวงนนตองไมมอาคารควบคมทจะทาใหเกดอทธพลตอการไหลของนาในทางนา วธการคานวณไดแก การใชสตรของ Chezy, การประยกตใชสตรของ Darcy-Weisbach, การใชสตรของ
Manning เปนตน ซงวธการคานวณนเรยกวา Slope-Area Method โดยสตรของ Manning จะเปนทนยมใชมากทสดเพราะใชงายกวา
2). การใชอปกรณ เครองมอตรวจวด กรณไมมอาคารชลศาสตรสรางปดกนทางนาเพอบงคบควบคมปรมาณนา การวดปรมาณนาทไหลผานทางนาจะใชอปกรณ เครองมอ และวธการวดปรมาณนาทเหมาะสมกบขนาดของทางนา หรออตราการไหลในทางนานน อาจตดตงชวคราวหรอกอสรางเปนอาคารชลศาสตรในทางนาเปนการถาวร แตมหนาทหลกเพอการวดปรมาณนาเทานน ทงนรวมถงการใชสารเคม ส ฯลฯ เพอตรวจวดดวย
3). การตรวจวดทางออมโดยใชอาคารควบคมในทางนา กรณมอาคารชลศาสตรสรางปดกนในทางนา โดยอาคารนนทาหนาทบงคบควบคมปรมาณนาทไหลผานทางนา อนไดแก ฝาย ประตระบาย ทอระบาย ฯลฯ การวดปรมาณนาจะวดปรมาณนาทไหลผานอาคารชลศาสตรนนแทน
2.7 ขอบเขตของการตรวจวดคานวณปรมาณนา
คมอนไดรวบรวมวธการตรวจวดปรมาณนาใหครอบคลมครบถวนมากทสดเทาทจะสามารถทาได โดยอาศยการพจารณาการแบงการไหลของนาตามหลกการทางชลศาสตรทแบงเปน 2 ประเภทใหญ ๆ คอ การไหลในทางนาเปด (ทางนา อาคารชลศาสตร รวมทงการไหลในทอทนาไหลไมเตมทอ) และการไหลในทอภายใตแรงดน(นาไหลเตมทอ) 2.7.1 การไหลในทางนาเปด
ทางนาเปดนนหมายถงทางนาทเปนทางนาธรรมชาต ทางนาทมนษยสรางขน และอาคารชลศาสตรทประกอบอยในทางนานน รวมทงอาคารประเภททอทมการไหลแบบไมเตมทอดวย ซงสามารถสรปขอบเขตการตรวจวดคานวณปรมาณนาไดตอไปน
2-33
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1). ทางนาธรรมชาต ในแงของการวดปรมาณนาโดยตรงจากทางนาจะหมายถงเปนทางนาชวงทมการไหลของนาโดยอสระเทานน (ไมไดรบอทธพลจากสงปดกนทางนา เชนทานบดนหรอเขอน และอาคารชลศาสตรใด ๆ กลาวคอไมมการควบคมการไหลของนา
1.1) แมนาหรอทางนาธรรมชาตขนาดใหญ การตรวจวดปรมาณนาทาโดยใช เครองมอวดกระแสนาวดการไหลในทางนาท หรอวดจากอาคารชลศาสตรทกอสรางปดกนอยในทางนานน
1.1.1) การใชเครองมอวดกระแสนา ตรวจวดในจดทเหมาะสมทรหนาตดทางนา โดยอาจเปนการตรวจวดชวคราวในชวงระยะเวลาใดเวลาหนง เพอเกบขอมล ปรมาณนาทไหลผานทางนานน เพอนาไปใชประโยชนตอไป หรอใชตรวจวดถาวรในเวลาท ตองการการตองการรปรมาณนา เครองมอทใชทวไป ไดแก (1.1.1.1) Current Meter
(1.1.1.2) Acoustic velocity meters
(1.1.1.3) Acoustic Doppler velocity
(1.1.1.4) การใชทนลอย (1.1.1.5) วธการอนๆ เชน การใชสารเคม การใชส การใชอปกรณพเศษ เปนตน
1.1.2) การตรวจวดโดยอาคารชลศาสตร ทสรางไวในทางนา ไดแก (1.1.2.1) Broad - crested weirs (1.1.2.2) Long – throated flumes (1.1.2.3) Short - crested weirs
(1.1.2.4) Short – throated flumes
1.1.3) การใชคาความสมพนธของ ระดบนาและปรมาณนา (Stage–
discharge relation) เปนการนาผลการตรวจวดปรมาณนาเทยบกบระดบความลกของนามาใชประโยชน 1.1.4) การคานวณโดยวธ Slope – area method
1.2) ทางนาขนาดกลางและขนาดเลก เชน ลาหวย ลาธาร
การตรวจวดเปนเชนกรณการวดปรมาณนาในแมนาหรอทางนาขนาดใหญทกลาวขางตน
2-34
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) ทางนาทสรางขน หรอทางนาทมการควบคมปรมาณนา (ถามอาคารควบคมปรมาณนาโดยปกตแลวมกตรวจวดปรมาณนาทอาคารนน)
2.1) วดปรมาณนาทไหลผานอาคารชลศาสตรทปดกนทางนาทหวงาน เชน มการกอสรางฝายทดนา ฝายระบายนา อางเกบนาหรอเขอน ประตระบาย ฯลฯ ปดกนทางนา การตรวจวดปรมาณนาจะวดในลานาโดยตรงดงกรณทกลาวตามขอ 1 ไมได เพราะสงปดกนจะมอทธพลตอการไหลของนา จงตองวดปรมาณนาทไหลผานฝายหรอทางระบายนาลน หรอประตระบาย แทน ซงแบงยอยไดเปน 2.1.1) อาคารมบานระบายควบคม เชน บานตรงและบานโคง เปนตน 2.1.2) อาคารไมมบานระบายควบคม
2.2) คลองขนาดใหญ 2.2.1) มอาคารควบคมทปากคลอง (2.2.1.1) ประตระบาย ควบคมดวยบานตรงหรอ บานโคง (2.2.1.2) ทอระบายนาปากคลอง
2.2.2) ไมมอาคารควบคมทปากคลอง กรณไมมอาคารควบคม จะวดปรมาณนาเชนกรณการวดในทาง
นาธรรมชาต นยมวดดวย Broad - crested weirs, Long – throated flumes, Short –
throated flumes และ Acoustic velocity meters เปนตน
2.3) คลองขนาดเลก รวมทงการไหลในทอแบบไมเตมทอ คณสมบตและการตรวจวดจะคลายกรณคลองขนาดใหญ โดยอาจมอาคารควบคมเพมเตม เปน Constant Head Orifice: CHO และมกนยมใช ฝายสนคม (Sharp
– crested weirs) ในการวดนาดวย
2.4) คนา 2.4.1) มอาคารควบคม วดนาผานอาคารควบคม อาจเปนทอสงนาเขานา
หรอ Constant Head Orifice: CHO 2.4.2) ไมมอาคารควบคม มกวดปรมาณนาโดยใช Current meters,
ฝายวดนา และ Flume
2-35
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2.5) อาคารประเภททอหรอระบบทอทนาไหลไมเตมทอ หากจะตรวจวดคานวณกใชรปแบบใดรปแบบหน งของการตรวจวด
ในทางนาเปดทกลาวแลวขางตนทมความเหมาะสมมาใชตรวจวด คานวณ
2.7.2 ระบบทอปด
อาคารทอหรอระบบทอในทนจะกลาวถงเฉพาะเพอการชลประทานหรองานโยธาซงไดแก ระบบทอของสถานสบนา ชลประทานระบบทอ ทอระบายนา ทอลอด กาลกนาหรอไซฟอน ฯลฯ โดยทวไปแลวระบบทอปดจะออกแบบอาคารทอหรอระบบทอใหสามารถรองรบปรมาณนาสงสดเมอมการไหลเปนแบบเตมทอภายใตแรงดนเสมอ แตอยางไรกตามมบางสภาวะททาใหการไหลในทอเปนแบบการไหลไมเตมทอในลกษณะการไหลในทางนาเปดได
อนง ในงานระบบทอเพอการชลประทานหรองานโยธาทวไปนน มกจะออกแบบใหระบบทอทางานเตมทในระดบทเกดประสทธภาพสงสดตามทไดออกแบบไว เชนใหนาไหลเตมทอ หรอตามอตราการสบนาสงสดของเครองสบนา การควบคมจงมกเปนเพยงการเปดปดระบบเทานน ซงจะแตกตางกบการใชงานระบบทอในอตสาหกรรมทมกตองมการปรบแตงหรอควบคมปรมาณการไหลตามความตองการอยเสมอ
1) ทอขนาดใหญ มกตรวจวดโดยใชเครองมอตอไปน 1.1) Venturi meter
1.2) Orifice
1.3) Acoustic velocity meter 2) ทอขนาดกลางและทอขนาดเลก มกตรวจวดโดยใชเครองมอตอไปน 2.1) Venturi meter
2.2) Orifice
2.3) Current meter
2.4) Magnetic meter
2.5) Acoustic velocity meter 2.6) Pitot meter 2.7) Elbow meter 2.8) Trajectory method เชน California pipe method 2.9) วธอนๆ เชน การวดทางออมโดยวธวดปรมาณนาในทางนาเปดโดยใชเครองมอประเภทตาง ๆ ทเหมาะสม หลงจากปลอยนาออกจากระบบทอลงสทางนาเปดแลว
--------------------------------------------
บทท 3
การวดระดบนา
บทท 3
การวดระดบน า
3.1 ความสาคญของการวดระดบน า
1) ระดบนามความสมพนธกบอตราการไหลของนาในทางนาและไหลผานอาคารชลศาสตร, สมพนธกบปรมาณนาทเกบกกในเขอนหรออางเกบนา ดงนนการวดระดบนาทถกตองจะทาใหคานวณปรมาณนาไดถกตอง ซงสงผลใหการบรหารจดการนามประสทธภาพ และเกดประสทธผลสงสด ไมเกดความเสยหายจากการจดการนาโดยการควบคมปรมาณนาทมากหรอนอยเกนไป
2) ขอมลระดบนาทบนทกรวบรวมไวสามารถใชเพอการวางแผนบรหารจดการนา เพอการเตรยมการปองกนภยทมสาเหตอนเนองมาจากนาไดลวงหนา
3) ขอมลอตราการเปลยนแปลงระดบนาทตรวจวดในเวลาปจจบน ใชทานายชวงเวลาทจะเกดนาทวม และการลดลงของนาทวมเพอการปองกนและลดความเสยหายทจะเกดขนได
การวดระดบนานนเพอใหรวาผวนาในขณะนนมความลกหรอมระดบเทาใดเมอเทยบกบระดบอางอง การเปรยบเทยบคาผลของการตรวจวดทเวลาตางๆ กน จะทาใหรการเปลยนแปลงของระดบนาทจดนน โดยทวไปแลวการวดระดบนาจะตรวจวดในทางนา วดทอาคารชลศาสตรทงดานเหนอนาและทายนา นอกจากนยงรวมถงการวดระดบนาใตดนจากทอวดนาใตดน ทใชเปนขอมลประกอบการสงนาใหแกพนทเพาะปลกดวย
3.2 การเลอกตาแหนงวดระดบน าหรอตดต งสถานวดระดบน า
การเลอกจดทตงสถานวดระดบนาหรอจดตดตงเครองมอวดระดบนานน มขอพจารณาดงน
1) กรณทางนาเปดทวไป เชน แมนา หวย คลอง ฯลฯ เลอกจดทมการไหลของนาแบบราบเรยบ (Steady flow) ซงเปนบรเวณทมลกษณะตอไปน 1.1) เปนบรเวณททางนามลกษณะเปนแนวตรง โดยระยะแนวตรงกาหนดใหมากกวา 5 เทาของความกวางของทางนา ในทางนาขนาดใหญทวไปมกกาหนดใหมแนวตรงจากจดวดนาไปดานเหนอนาและดานทายนาดาน อยางนอยดานละ 100 ม.
3-2
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1.2) ไมมลาสาขา คลองสงนา ทอสงนาทอระบายนา และอาคารหรอสงปดกนในทางนาบรเวณนน ทจะทาใหมนาไหลเขามาหรอไหลออกไปจากทางนา ททาใหเกดอทธพลตอระดบนาทจะตรวจวดเกดการเปลยนแปลงกะทนหน
1.3) หนาตดทางนาคอนขางสมมาตร โดยหนาตดควรเปนรป Parabola ตวทางนาและตลงมความมนคง มการกดเซาะนอย
1.4) เปนจดทสามารถเขาไปปฏบตงานไดสะดวก และไมเกดนาทวมตลงในฤดนาหลาก
1.5) ความลาดชนของทางนาสมาเสมอไมทาใหเกดการตกจมของตะกอนไดงาย
2) กรณเขอนหรออางเกบนา อาคารชลศาสตร และอาคารวดนา จดวดนาทงดานเหนอนาและดานทายนาตองตงอยพนจากอทธพลของอาคารชลศาสตร หรอตามเกณฑทกาหนดไวสาหรบอาคารแตละประเภท โดยตองเปนจดทสะดวกในการตรวจวด และสามารถตรวจวดไดครอบคลมทกชวงความลก
3.3 ระดบอางอง
การวดระดบนานนเปนการตรวจวดระดบทผวนา และเพอทาใหขอมลผลการตรวจวดสามารถสอสารไปยงผรบขอมลใหเขาใจงาย จงมกบนทกคาทวดไดเปรยบเทยบกบระดบอางองเสมอ โดยการแสดงคาระดบนานนจะแสดงได 2 แบบคอ
1) การแสดงเปนคาระดบ สวนใหญมกเทยบกบระดบน ำทะเลปำนกลำง: รทก. (Mean
Sea Level: MSL) แตหากไมสามารถโยงระดบจากหมดระดบทเปนระดบ รทก. มาได กจะใชระดบทใกลเคยงกบระดบ รทก.ทสด เรยกระดบสมมต (รสม.)โดยการพจารณาจากแผนทมาตราสวน 1 : 50,000 แลวปกหมดทจะใชอางองในตาแหนงทมความมนคง หรออาจใชระดบใดๆ ของอาคารเปนระดบอางอง การวดแบบนการอานคาจงตองอานเปนคาทเทยบกบระดบ รทก. หรอ รสม.
2) การแสดงคาเปนความลก จะเปรยบเทยบคากบระดบอางองซงเปนระดบทตาทสด หรอระดบทจะมความสมพนธกบการวดอตราการไหลของนาผานอาคารชลศาสตรททาใหอตราการไหลเทากบศนย เชน ความลกนาในคลองจะเทยบความลกกบกนคลอง ความลกนาผานฝายหรอทางระบายนาลนจะเทยบกบระดบสนฝายหรอทางระบายนาลน และกรณเขอนหรออางเกบนาจะเทยบความลกกบระดบธรณทอสงนาตวทตาทสด เปนตน
3-3
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3.4 ประเภทของเครองวดระดบน า
การวดระดบนานนเรมตนมาจากการใชไมหยงวดโดยตรงซงไมสะดวกและมความผดพลาดไดมาก ตอมาไดมการพฒนาวธการและเครองมอในการตรวจวดขน โดยอาจแบงเครองมอวดระดบนาไดเปน 2 ประเภท คอ เครองวดระดบนาแบบไมมการบนทก และเครองวดระดบนาแบบมการบนทก
3.4.1 เครองวดระดบน าแบบไมมการบนทก
ผตรวจวดตองใชเครองมอทาการตรวจวดและบนทกขอมลเอง มหลายชนดไดแก
3.4.1.1 แผนวดระดบน า แบงเปน 2 ชนดยอย คอ แผนวดระดบนาแนวดง และแผนวดระดบนาแนวลาด
1) แผนวดระดบน าแนวดง (Vertical staff gage) ทาดวยแผนโลหะหรอแผนเหลกเคลอบ ยาวแผนละ 1.00 ม. กวาง 15 ซ.ม. แบง Scale ทก ๆ 1 หรอ 2 ซ.ม. โดย Scale อาจอยดานเดยวกนหรอสลบขางกนทก 10 ซ.ม. เพอความสะดวกในการอานคาอาจตดแผนตวเลขซงมขนาด 2.5 ซ.ม. x 5 ซ.ม.
การตดตงแผนวดระดบนาจะตดตงกบเสาทมความมนคงไมเกดการทรดตวไดงาย ถาชวงความลกของนามมากเกนกวาจะตดตงและอานคาจากเสาตนเดยวไดสะดวก จะตดตงบนเสาทปกลดหลนกนไป โดยความสงของเสาหรอจานวนแผนวดระดบนาทตดตงแตละเสาตลอดจนจานวนเสาทตดตงจะขนกบความลาดชนของรปรางหนาตดทางนา โดยระดบสงสดของแผนระดบของเสาตนทอยตากวาจะถายระดบใหเทากบระดบทตาทสดของเสาตนทอยสงกวา ทาใหการวดระดบทาไดตอเนอง
การตดตงเสาวดระดบนานนจะคดตงเปนการถาวรตรงจดทตองวดระดบนาเปนประจาเพอเกบสถตขอมลมาประกอบการวเคราะหทางอทกวทยา และตดตงชวคราวในบางแหงหากตองการวดระดบนาบางชวงเวลา เชน วดระดบนาในทางนาในฤดนาหลากตรงบรเวณทมความเสยงทจะเกดนาทวมเพอใชเปนแนวทางการพจารณาในการแกปญหานาทวมเปนตน
3-4
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การวดระดบนาในประเทศไทยเทาทมหลกฐานปรากฏนน มการตดตงเสาวดระดบน า เพอวดระดบน าสงสดใ นแมน าเจาพระยา ในสมยรชกาลท 3 ตงแตป พ.ศ. 2375 เปนตนมา
รปท 3-1 เสาหนวดระดบน าในแมน า เจาพระยาทจงหวดพระนครศรอยธยา
รปท 3-2 แบบมาตรฐานกรมชลประทาน แผนระดบนาแนวดงและแผนตวเลข
3-5
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 3-3 แบบมาตรฐานเสา วดระดบนา กรมชลประทาน HYDROLOGY No.03612y
รปท 3-4 รปขยายแสดงการตดตงแผนระดบนา
บนเสาวดระดบนาทใชอานระดบนาตอเนองกน
2) แผนวดระดบน าแนวลาด (Slope gage) มกใชตดตงเพอวดระดบนา
ในทางนา เชน คลองดาดคอนกรตทหนาตดมกมความลาดเอยง 1: 1.5 โดยจะตดตงกบลาดขางของคอนกรตดาดคลองทาใหไมกดขวางการไหลของนา โดยจะวางตอกนใหระดบตาสดเปนระดบกนคลอง แผนวดระดบแบบแนวลาดนมลกษณะคลายกบแผนวดระดบนาแบบแนวดง แตจะแปลง Scale จากแนวดงมาเปนแนวลาด กรณความลาดเอยง 1: 1.5 ระยะ 1 ซ.ม. บนแผนระดบแนวลาดจะถกขยายออกเปน 1.802 ซ.ม. เมอเทยบกบระยะ Scale แนวดง คาทอานไดจากแผนระดบนาแนวลาดจะเปนตวแทนของคาระดบนาในแนวดงไมตองแปลงคาใด ๆ อก แผนวดระดบนาแบบเอยง 1 แผนจะวดระดบนาไดประมาณ 0.50 เมตร (กรณลาดเปนอยางอนกใชแผนระดบนาทมคา Scale ทตรงตามลาดนน)
3-6
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การอานคาจากแผนวดระดบนาทงสองแบบ ในทางทฤษฏจากลกษณะ Scale จะอานคาไดถงทศนยม 3 ตาแหนง แตในทางปฏบตจะอานเพยงทศนยม 2 ตาแหนงกพอแลว และเนองจากการใชคนอานระดบนา ความถกตองจงขนกบทกษะความชานาญแมนยาของผอานตลอดจนความนงของนาดวย ทงนการอานระดบนาโดยคนนนนอกการอานโดยตรงทจดตรวจวดแลว ยงอานจากกลองโทรทศนวงจรปด (CCTV) ระบบโทรมาตรไดอกดวย
รปท 3-5 แบบมาตรฐานกรมชลประทาน HYDROLOGY No.03613y แผนระดบนาแบบลาดและแผนตวเลข
รปท 3-6 แสดงการตดตงแผนวดระดบนาแนวลาด 1 : 1.5 ในคลอง
3-7
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3.4.1.2 เครองวดระดบน าแบบโซ (Chain gage)
เปนเครองวดระดบนายคแรกทใชแกปญหาการมขอจากดในการใชแผนวดระดบนา ททาไดไมสะดวกหรอทาไมไดหากสภาพภมประเทศไมเหมาะสมหรอชวงความลกของนามมาก โดยยคนนมการวดระยะโดยใชโซวดระยะ (โดยโซ 1 เสน = 100 ขอ = 40 เมตร | 1 ขอ = 10 ปอย = 40 ซ.ม.| 1 ปอย = 10 ปวน = 4 ซ.ม. | 1 ปวน = 4 ม.ม.) เครองมอนจงตดตงโซวดระยะผานบนรอกโดยมตมนาหนกถวงตดไวทปลายโซ การวดจะปลอยโซลงไปจนปลายตมนาหนกถวงสมผสผวนาพอด แลวทาเครองหมายไวบนขอโซใหตรงกบตาแหนงศนยของ Scale ทตวเครองมอ ซงการตดตงเครองมอและการวดครงแรกจะเทยบระยะทวดไดบนโซเทยบกบระดบอางองทรคา เชนระดบของอาคาร หรอระดบ รทก. ทไดโยงมาเปนตน และเมอวดครงตอๆไปโดยขยบโซขนหรอลงใหปลายตมนาหนกถวงสมผสผวนาพอด เทยบการเปลยนแปลงระยะของโซจากตาแหนงบนโซททาเครองหมายไวในครงกอน จะไดคาระดบนาทวดในครงนแตกตางจากการวดในครงกอนมากกวาหรอนอยกวาซงขนกบวาระดบนาเพมหรอลด แลวทาเครองหมายใหมเพอเปนตาแหนงระดบนาขณะนนเพอจะใชเปรยบเทยบกบครงตอไปอก ปจจบนเครองวดระดบนาแบบโซไมมใชแลว
รปท 3-7 เครองวดระดบนาแบบโซ
3.4.1.3 เครองวดระดบน าแบบสายโลหะถวงน าหนก (Wire weight gage)
เปนเครองมอทพฒนาขนมาเพอแกปญหาการมขอจากดจากการวดดวยเครองวดแบบโซ คอการอานระยะจากโซนนยาก มปญหาการเกดความผดพลาดจากการเปลยนแปลงความยาวจากการยดตวของหวงโซ และการขยายหรอหดตวเนองจากการเปลยนแปลงอณหภมมาก การทเครองวดมขนาดใหญและนาหนกมากหากตองใชโซยาว ๆ จงไดเปลยนจากการใชโซมาใชสายโลหะหรอสลงทมขนาดเลกกวา นาหนกเบาจงตดตงใหมความยาวมากๆได มการยดหดตวจากการเปลยนแปลงอณหภมนอย หลกการวดนน จะวดเปรยบเทยบการเปลยนแปลงระดบนาเชนเดยวกบการวดโดยเครองวดระดบนาแบบโซ นอกจากนยงมรนทมมเตอรวดระยะอานคาเปนตวเลขได
3-8
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 3-8 เครองวดระดบนาแบบ Wire weight gage รปแบบตางๆ
เครองวดระดบนาแบบนตอมาไดรบการพฒนาโดยการนาวสดประเภทตางๆ ทมคณสมบตทดยงขนมาใชแทนสายโลหะ เชน ใชเทปวดระยะโลหะ เทปวดระยะไฟเบอร ฯลฯ (จะเหนไดวาสอดคลองกบชนดของเครองมอวดระยะในสมยนนๆ) การทสามารถอานคาไดจากเทปโดยตรงทาใหการตรวจวดสะดวกไมตองทาเครองหมายเพอการเปรยบเทยบอกตอไป
3-9
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3.4.1.4 Float – tape gage
เครองวดระดบนาประเภทนแกปญหาความไมสะดวกในการตองคอยสงเกตปลายตมนาหนกถวงของ Wire
weight gage วาสมผสกบผวนาหรอไม โดยพฒนาใหมลกลอยทผกตดกบเทปวดระยะโลหะ และมตมนาหนกถวงทปลายอกขาง เสนเทปจะคลองอยบนรอกเพอใหเกดการเคลอนตวอยางอสระ โดยตวลกลอยจะปลอยใหลอยอยบนผวนา สวนนาหนกถวงจะทาใหสายเทปโลหะทคลองผานรอกมสภาพตงอยตลอดเวลา ดงนนเมอระดบนาเพมขนจะดนลกลอยยกสงขน ทางดานตมนาหนกถวงกจะลดระดบตาลง ในทางกลบกนเมอระดบนาลดลงนาหนกลกลอยทมากกวาจะลดลงตามระดบนาและจะดงตมนาหนกถวงใหลอยสงขน การเปลยนแปลงระดบนาจงทาใหสายเทปโลหะเคลอนท ในการตรวจวดจะอานค าระยะจาก เทปในตาแหนง Pointer บนเครองวด เปรยบเทยบคาจากการวดครงนกบการวดครงกอน (หากตดตงเครองวดไดเหมาะสมสมพนธกบระดบอางองกจะอานคาเปนความลกในการวดแตละครงไดทนท)
รปท 3-9 Float – tape gage
3.4.1.5 Electric – tape gage
เปนเครองมอทพฒนาจากเครองวดระดบนาแบบสายโลหะถวงนาหนก ทตอมาไดใชเทปวดระยะแทนสายโลหะ มการใชตวเซนเซอรททาหนาทเสมอนสวทชตดทปลายนาหนกถวงหรอหวหยง เมอปลายหวหยงสมผสผวนาพอดตวเซนเซอรจะตอวงจรทาใหตวแสดงสญญาณทางาน โดยอาจเปนเสยง หลอดไฟหรอเขมมเตอร ไมตองไปสงเกตวาหวหยงสมผสนาพอดแลวหรอไม ตวเทปวดความลกอาจเปนเทปวดระยะทฝงสายสญญาณไวในตวเทปดวย หรอเปนสายเคเบลพเศษทมสายโลหะและสายสญญาณรวมอยในเสนเดยวกน ปลายขางหนงตอหวหยง ปลายอกขางตอตวแสดงสญญาณ โดยจะพมพ Scale บอกระยะทตวสายเคเบลดงกลาว เครองมอแบบนทาใหการวดทาไดสะดวกและถกตองมากยงขน
3-10
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
แสดงการหยงวดระดบนา ตวอยางเครองวดทสายวดเปนเคเบลพเศษ
ทมสายสญญาณและพมพ Scale ทสาย
ตวอยางเครองวดทสายวดเปนเทปวดระยะทมสายสญญาณฝงในตว
รปท 3-10 แสดงเครองวดระดบนาแบบ Electric–tape gage และวธการตรวจวด
3-11
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3.4.2 เครองบนทกระดบน า (Water level recorder)
เปนเครองวดระดบนาทจะบนทกขอมลระดบนาในชวงเวลาตางๆ ทงแบบตอเนอง หรอตามเวลาทกาหนด ไวบนแถบกระดาษ หรอบนทกในหนวยความจาอเลคทรอนคสหรอในระบบคอมพวเตอรไดโดยอตโนมต ทาใหสามารถใชแกปญหาทเกดจากจากการใชเครองวดระดบนาแบบไมมการบนทกใหหมดไปไดในเรอง การตองใชคนคอยตรวจวดหรออานบนทกขอมล และหากระดบนามอตราการเปลยนแปลงทเรวมากตองใชชวงเวลาการตรวจวดถมากขน ทาใหไมสะดวกและอาจเกดความผดพลาดในการตรวจวดชวงเวลากลางคน เปนตน
เครองวดระดบนาแบบมการบนทกมหลายแบบหลายชนด อาจจดแบงโดยอาศย
หลกการทางานไดตอไปน
3.4.2.1 เครองบนทกระดบน าแบบลกลอย
1) Analog or graphic recorder
เครองวดระดบนาประเภทน มลกลอยทผกดวยสายโลหะหรอเทปโลหะและมตมนาหนกถวงทปลายอกขาง โดยตวลกลอยจะปลอยใหลอยอยบนผวนา สวนนาหนกถวงจะทาใหสายโลหะทคลองผานรอกทมความฝดนอยมากมสภาพตงอยตลอดเวลา (ตมนาหนกถวงจะมนาหนกนอยกวานาหนกลกลอยทลอยอยบนผวนาเลกนอย ทาใหแรงกระทาจากนาหนก 2 ขางของสายโลหะคอนขางสมดล)
ดงนนเมอระดบนาเพมขนจะดนลกลอยยกสงขนดานตมนาหนกถวงกจะลดตาลง ในทางกลบกนเมอระดบนาลดลงลกลอยจะลดระดบลงตามระดบนาดงตมนาหนกถวงทเบากวาใหยกตวสงขน การเปลยนแปลงระดบนาจงทาใหสายโลหะเคลอนทไปและทาใหหมนรอกทเชอมตอกบตวบงคบแกนปากกาบนทก อาจเปนระบบเฟอง หรอ แกนทรงกระบอกทมรองทใชบงคบแขนของปากกาเมอทรงกระบอกหมนไปทาใหปากกาเกดการเคลอนทและเขยนบนแถบกระดาษทมถกขบใหเลอนไปโดยระบบเฟองของนาฬกาทอาจบนทกไดหลายวน มกออกแบบใหแกนปากกาเคลอนทตอเนองในลกษณะกลบไปกลบมาตามแนวกระดาษทใชบนทก จงทาใหไมตองใชแถบกระดาษกวางมาก และสามารถบนทกระดบนาไดตอเนอง ตวอยางรปแบบเครองวดดงแสดงตามรปท 3-11
3-12
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 3-11 เครองบนทกระดบนาชนดลกลอยแบบ Graphic recorder
2) Analog – to - digital recorder
จากขอจากดของการบนทกขอมลแบบกราฟก มหลายประการ เชน ความสามารถในการบนทกขอมลไดในชวงเวลาจากดตามความสามารถของนาฬกาแบบไขลาน ลกษณะการบนทกทเมอสดความกวางของกระดาษดานหนงแลวกจะบนทกวกกลบไปอกดานทาใหการอานขอมลไมสะดวก เกดความผดพลาดเมอลานนาฬกาใกลหมด ปากกาบนทกไมทางานเพราะหมกหมดหรอแหง จงไดมการคดระบบการบนทกเปนตวเลขขนมาและใหเครองทางานดวยระบบไฟฟา ระบบของเครองยงคงใชลกลอยและรอกเชนแบบ Analog or Graphic recorder แตเปลยนระบบบนทกเปนการบนทกคาแทนการใชปากกาเขยนเปนลายเสน เครองมอยคแรกยงไมไดบนทกผลเปนตวเลขอยางแทจรง การบนทกขอมลจะใชวธการเจาะบตร ซงเปนยคเดยวกบการใชเครองคานวณและคอมพวเตอรทปอนขอมลโดยการเจาะบตร เพราะสมยนนระบบหนวยความจายงไมม สามารถกาหนดชวงเวลาการบนทกขอมลได การแปลผลทาโดยคนหรอใชเครองแปลผลกได
รปท 3-12 Analog – to - digital recorder
3-13
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 3-13 กระดาษบนทกขอมลของ Analog – to - digital recorder
3) Digital recorder
3.1) เครองบนทกระดบนาระบบ Digital แบบวดนาทางตรง
เครองมอมลกษณะคลายแบบ Float – tape gage แตแสดงผลเปนตวเลขและบนทกขอมลไวในหนวยความจาของเครองโดยตรง
รปท 3-14 Digital recorder แบบตางๆ
3-14
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3.4.2.2 เครองบนทกระดบน าระบบ Digital แบบวดน าทางออม (แบบไมสมผสผวน า)
โดยการประยกตคณสมบตของนาบางดาน เชน การสะทอนเสยงและแสง ความกดดนทระดบความลกตางๆ มาสรางSensor วดระดบนารปแบบตาง ๆ สวนประกอบสาคญคอ ตว Sensor ทเปนตวสงสญญาณและหรอรบสญญาณ และเครองแปลสญญาณและบนทกขอมล โดยสามารถตอพวงกบระบบคอมพวเตอร และสามารถตดตงกบระบบโทรมาตรสงขอมลทางไกลโดยวทยหรอโทรศพทได เครองมอประเภทนไดแก
(1) เครองวดแบบ Bubble gage
ในการวดระดบนาโดยใช Staff gage, Chain gage และ
Wire weight gage นน ตองทาในระบบเปดหรอทโลงตามธรรมชาตเพราะเราตองอานคาระดบ หรอสงเกตตมนาหนกถวงสมผสผวนา สวนเครองมอประเภทอนๆ ตองวดในบอนานง (Stilling
well) ทสรางเปนบอรมทางนาและมทอเลกๆ ตอเชอมใหนาจากทางนาไหลเขามาในบอดงกลาวซงจะทาใหระดบนาในบอเปนระดบทเทากบในทางนา (จะกลาวในหวขอถดไป) แตในบางพนททมตะกอนไหลปนมากบนามาก โอกาสทจะเกดการอดตนหนาทอเลกๆ ทตอเขามาในบอวดนาได จงตองใชเครองมอวดระดบนาแบบใชฟองอากาศ (Bubble gage)
หลกการทางาน เครองมอนจะปลอยกาซไนโตรเจนเปนแรงดนผานทอทมปลายเปดใตผวนา การวดความดนทปลายทอทปลอยฟองอากาศออกมาจะแปลงเปนความสงของนาโดยเครองบนทกได
รปท 3-15 สถานวดระดบนาแบบ Bubble gage
3-15
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 3-16 อปกรณประกอบของ Bubble gage
(2) เครองวดแบบหววดความดน โดยใชเซนเซอรทมความไวตอการเปลยนแปลงความดน สาหรบหยอนวดเปรยบเทยบผวนากบระดบความลกททราบคา
รปท 3-17 Pressure sensor
(3) Acoustic Doppler เปนเครองมอวดความลกของนาและสามารถวดกระแสนาไดดวยในขณะเดยวกน โดยใชคลนความถสง
รปท 3-18 การวดระดบนาโดยใชเครองวดแบบ Acoustic Doppler
3-16
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
(4) เครองวดแบบใช Ultrasonic เพอวดระยะจากหววดถงผวนา มสวนประกอบสาคญคอ ตว Sensor ทเปนตวสงและรบคลนในตวเดยวกน และเครองแปลสญญาณและบนทกขอมล
รปท 3-19 หววดระดบนา Ultrasonic และเครองบนทกขอมล
(5) เค รองวดระบบ Laser เพอวดระยะทหางจากหววด ถงระดบทองทางน า หรอใชตวสะทอนแสงทผวนา หรอตดตงคกบเครองวดแบบ
Ultrasonic กจะสามารถวดความลกออกมาได
รปท 3-20 เครองวดระบบ Laser
รปท 3-21 การใชเครองวดระบบ Laser คกบระบบ Ultrasonic
3-17
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
(6) แบบหววด Radar
รปท 3-22 การใช Radar ตรวจวดระดบนา
รปท 3-23 เครองมอวดระดบนายคบกเบก
3-18
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3.5 บอน านง (Stilling well)
การใชวดระดบนานนจะเกดปญหาทาใหเกดความผดพลาดในการตรวจวดอนเนองมาจากสาเหตตอไปน
1) การมกระแสนาไหลแรงทาใหเครองมอไมอยในตาแหนงทเหมาะสม 2) การมคลนทาใหผวนาไมนง 3) การมขยะหรอวชพชลอยมากบนามากทาใหตรวจวดลาบาก ฯลฯ
การตรวจวดดวยแผนวดระดบนาอาจหลกเลยงปญหาขอ 2) และขอ 3)ไมได แตอาจปองกนหรอแกปญหาไดโดยการสรางตวกาบงคลน และทนกนขยะหรอวชพช สวนการใชเครองมอวดแบบอนๆ นนเพอแกปญหาดงกลาวจงมกสรางบอนานงขน การสรางนนอาจสรางในทางนาหรอสรางบนตลงใกลทางนากได อาจสรางจากวสดหลากหลายประเภท สวนขนาดของบอนนขนกบสภาพการใชงาน โดยพจารณาจาก ขนาดและจานวนอปกรณ การเปนทพกชวคราวของเจาหนาทดวยหรอไม เปนตน
ลกษณะทวไปของบอนานง จะมสวนประกอบ คอ
(1) ตวบอนา เปนปลองสเหลยมหรอกลมในแนวดง ถาขนาดเลกอาจใชทอแทน โดยทวไปกนบอจะตากวาระดบนาตาสดทจะทาการวดเลกนอย เพอเผอไวสาหรบตะกอน
(2) ทอชกนาเขาบอ เปนทอเลกๆ ทตอจากตวบอหรอปลองหรอทอออกไปยงทาง
นาในแนวราบเพอเปนตวรบนาเขาตวบอ โดยตาแหนงทวางทอชกนานจะอยในแนวระดบทตาทสดทตองการวดระดบนา และไมเกดผลกระทบจากการอดตนของตะกอน อาจมทอเดยวหรอเผอไวหลายทอกได ถาตะกอนมมากปลายทอในทางนาจะตอของอ 90 องศาใหปลายหนไปดานทายนาเพอกนตะกอนเขาทอ (ถาตวบออยในทางนาจะไมมทอน แตจะเจาะรทตวบอหรอทอเพอรบนาแทน)
(3) ทสาหรบตดตงอปกรณ จะตงอยบนตวบอหรอปลอง ถาเปนบอขนาดเลกจะมลกษณะคลายตเพอใสเครองมอวด หากเครองมอขนาดใหญ หรอมสวนประกอบมาก อาจสรางเปนหองเลกๆ หรอสรางเปนสถาน
(4) สะพานทางเดน เพอเขาไปปฏบตงาน เมอสรางบอนานงอยในทางนา
3-19
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 3-24 แสดงตวอยางของบอนานง และสถานวดระดบนา
3-20
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3.6 เครองมอวดระดบน าแบบอน ๆ
3.6.1 เครองวดระดบน าสงสด (Crest-stage gages)
การใชเครองบนทกระดบนาจะอานระดบนาสงสดไดจากเสนกราฟ หรอคาตวเลขทเครองบนทกไว แตกยงมเครองมอทใชวดระดบนาสงสดโดยตรง โดยมสวนประกอบและหลกการทางานงายๆ คอตวเครองมอเปนทอทเจาะรไวเพอใหนาเขาไปภายในทอไดและทาใหระดบนาในทอกบภายนอกในทางนาเปนระดบเดยวกน ภายในทอจะตดตงแผนวดระดบเอาไว ปลายบนและลางเปนฝาครอบเพอทจะใชเปดเพอนาแผนวดระดบมาอานคา หรอทาความสะอาดภายในได การตรวจวดจะใสผงไมกอกลงไปในทอ เอาทอไปตดตงในทางนาตรงจดตรวจวด เทยบระดบของเครองมอกบระดบอางองเพอทจะใชอางองในการแสดงผล ผงไมกอกจะลอยอยในนาในทอ เมอนาลดระดบลงผงไมกอกจะตดอยกบผวแผนวดระดบ จงสามารถอานคาสงสดของระดบนาได
รปท 3-25 เครองวดระดบนาสงสด และลกษณะการตดตง
3-21
หลกการคานวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3.6.2 เครองวดระดบน าแบบลกลอย
เมอรหลกการพนฐานของเครองวดระดบนาและบอนานงแลวกสามารถประยกตออกแบบและสรางขนใชงานเองได ซงมกรณตวอยางการประยกตใชคอ
ศรชย ศกดสรโกศล ไดออกแบบและสราง บอน านงประยกต เพอใชวดระดบนาในคลองสงนาทโครงการสงนาและบารงรกษากาแพงแสน โดยใชทอคอนกรตทมเสนผาศนยกลาง 0.20 เมตรเปนตวบอ และใชทอ PVC ขนาดเสนผาศนยกลาง 1.5 นวเปนทอชกนาเขาบอ ตหรอกลองเหนอปากบอนานงสรางดวยคอนกรตเสรมเหลกมลกษณะเปนกลองทบ เปดดานหนาสาหรบตดตงแผนระดบนา ชองดานในกวาง 0.20 เมตร สงประมาณ 1 – 2 เมตร ขนกบความลกของของนาทจะวด ดานลางเปดชองสาหรบเครองหยงวด ททามาจากลกลอยทใชควบคมในถงนาทตดตงกบแกนทอเหลกสเหลยมจตรสขนาด 4 หนสาหรบใชเทยบวดระดบ
รปท 3-26 บอนานงประยกต
3.7 ตองตดต งแผนวดระดบน าไวเสมอแมจะใชเครองมอวดระดบน าประเภทอนแลว
แมจะใชเครองวดระดบนาประเภทใดกตาม จาเปนตองตดตงแผนวดระดบนาไวดวยเสมอ เพอทจะใชสมเชควาการทางานของเครองวดนนยงคงมความถกตองอยหรอไม อกทงหากเครองมอวดนนไมสามารถใชงานได เนองจากสาเหตเกดการชารด หรอครบกาหนดการสงไปตรวจเชคกตาม กจะสามารถใชแผนระดบนาตรวจวดระดบนาไดตอเนองกนไป
---------------------------------------
บทท 4
การตรวจวดอตราการไหลในทางนาเปด
บทท 4
การตรวจวดอตราการไหลในทางนาเปด
ในบทท 2 ไดกลาวถงการไหลในทางนาเปดทหมายถงการไหลในทางนา เชน คลองสงนา คนา ลาธาร หวย แมนา ฯลฯ การไหลผานอาคารควบคม รวมทงการไหลในอาคารประเภททอทนาไหลไมเตมทอดวย
การตรวจวดอตราการไหลหรอปรมาณนาในทางนาเปดนน มสงทตองพจารณาตดสนใจคอ
จะใชเครองมออะไรวด และจะใชวธการคดอตราการไหลอยางไร ในบทนจะกลาวถงวธการตรวจวดอตราการไหลในทางนาเปดทเปนทางนา สวนเครองมอวดความเรวการไหล และหลกการวดของเครองมอแตละอยางจะกลาวในบทถดไป
4.1 หลกการตรวจวดและคานวณอตราการไหลดวยวธ Velocity–area method
การคานวณอตราการไหลของนาโดยใชเครองมอวดความเรวการไหล มกใชวธ Velocity
– area method ซงมหลกการคอ ตรวจวดความเรวของการไหลใหกระจายครอบคลมทวทงหนาตดการไหลของทางนา เพราะทางนาเปดจะมคณสมบตมการกระจายความเรวบนหนาตดการไหลตาแหนงตางๆ ไมเทากน จงตองแบงการตรวจวดคานวณในพนทหนาตดยอยและวดความเรวการไหลทระดบความลกตางๆ กน ผลรวมของอตราการไหลของหนาตดยอยจะเปนคาอตราการไหลเฉลยของทางนานน
การคานวณหาอตราการไหล จากสมการการพนฐาน VAQ
เมอ Q = ปรมาณนาผานหนาตดการไหล (ม.3 / วนาท) V = ความเรวเฉลยของการไหล (ม. / วนาท) A = พนทหนาตดการไหลท (ม.2)
ความเรวของการไหล (V) ไดจากการใชเครองมอวดกระแสนาแบบตางๆ ตามความเหมาะสม
พนทหนาตดการไหล (A) ถาทางนามขนาดใหญ (กวางและลก) จะแบงพนทหนาตดการไหลเปนพนทหนาตดยอย เพอใหการตรวจวดมการกระจายอยางทวถงทงแนวราบและแนวดงของหนาตดการไหลของทางนา
4-2
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
4.2 การแบงพนทหนาตดการไหลยอยของทางนา
พจารณารปท 4-1 โดยทวไปแลววธการพนฐานในการแบงพนทหนาตดของลานาธรรมชาตเปนพนทยอยนน ทาไดโดยการขงเชอกขวางตงฉากกบทางนาเพอเปนตวกาหนดแนวแลวแบงหนาตดเปนสวนยอยระยะเทาๆ กน วดความลกทตาแหนงทแบงไวดงกลาว แลวคานวณพนทยอยแตละสวนดวยวธการคานวณพนทรปสามเหลยมและรปสเหลยมคางหม
รปท 4-1 วธการหาพนทหนาตดของนาในลานา
ขอพจารณาในการแบงพนทหนาตดยอย แสดงในตารางท 4-1 ความกวางของแตละชวงไมควรมากกวา 10 % ของความกวางทางนา และความแตกตางกนของแตละชวงไมควรมากกวา 4 %
ตารางท 4-1 เกณฑเบองตนในการแบงพนทหนาตดยอยของหนาตดการไหล
ความกวางของทางนา (ม.) จานวนการแบงพนทยอย (ชวง) ความกวางมากสดแตละชวง (ม.) < 15 15 1.50
15 - 90 15 6.00 90 - 150 15 15.00
> 150 25 พจารณาจากความกวางทางนา
4.3 วธการคานวณอตราการไหลโดยวธ Velocity–area method
Velocity – area method เปนการการคานวณปรมาณนาจากความเรวการไหลทผานหนาตดการไหลยอย มวธการคานวณหลายวธ แตทเปนทนยมมกใช 2 วธตอไปน คอ วธ Mid –
section method และ วธ Mean – section method
4-3
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
4.3.1 Mid – section method
เปนวธการทใชหลกการวดความเรวเฉลยของการไหลในแนวดงของพนทหนาตดยอย ทกงกลางของหนาตดยอยนน ๆ อตราการไหลของหนาตดการไหลของทางนาจงเทากบ ผลรวมของความเรวเฉลยคณพนทหนาตดยอยแตละหนาตดดงกลาว
แตในทางปฏบตเมอเราแบงหนาตดยอยเปนสวน ๆ และจะตรวจวดหาความเรวเฉลยตรงแนวแบงนนเลยจะสะดวกและงายในการจดจา แลวหาคาพนทหนาตดยอยจากกงกลางของแนวแบงพนทยอยดงกลาวแทน จะไดพนทการไหลยอยทมลกษณะเปนพนทสเหลยมวางเรยงกน ในรปท 4-2 แสดงการแบงพนทยอยในทางนาขนาดใหญ ทวดระยะจดแบงจากจดเรมตนวดระยะเดยวกนแลวเพมระยะออกไปเรอยๆ (เปน b1, b2, b3.....bn ) สวนทางนาขนาดเลกมกแบงพนทยอยโดยทาเครองหมายบนเชอกทขงไวหรอไมทพาดไวเลย ดงแสดงในรปท 4-1
รปท 4-2 การแบงหนาตดการไหลยอยแบบ Mid – section method ในทางนาขนาดใหญ
4-4
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การคานวณในทางนาขนาดใหญ ตามรปท 4-2
1
1211 d
2
bbVQ
n
)1n(nnn d
2
bbVQ
n
1i
iQQ
รปท 4-3 ลกษณะการแบงหนาตดการไหลยอยแบบ Mid – section method ในทางนาขนาดเลก
ตวอยางการคานวณในทางนาขนาดเลก ตามรปท 4-3
พนทหนาตดยอย A1 ของแนววด d1: 1
2111 V.
2
l
2
ldQ
พนทหนาตดยอย A2 ของแนววด d2: 2
3222 V.
2
l
2
ldQ
พนทหนาตดยอย An ของแนววด dn: n1nn
nn V.2
l
2
ldQ
n
1i
iQQ
4-5
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
4.3.2 Mean - section method
เปนวธการหาคาอตราการไหลของนาในทางนาโดยแบงพนทหนาตดยอย และตรวจวดหาคาความเรวเฉลยทตาแหนงแบงหนาตดยอย ดงเชนกรณ Mid – section method แตการคานวณ ทงสวนของพนทหนาตด และความเรวเฉลย จะใชวธการหาคาเฉลยแบบพนฐานทวไป
คอใชคา 2 คารวมกนแลวหารดวย 2
รปท 4-4 การแบงหนาตดการไหลยอยกรณ Mean - section method
อตราการไหลทหนาตดยอยใดๆ = พนทเฉลยหนาตดยอย x ความเรวเฉลยของหนาตดยอย
พจารณาตาม รปท 4-4 Q A1 : อตราการไหลทหนาตด A1
2
V.l.d
2
1
2
VV.l.
2
ddV.AQ 1
1110
110
1A11A
2
VV.l.
2
ddV.AQ 21
221
2A22A
2
V.l.d
2
1
2
VV.l.
2
ddV.AQ 6
6676
776
7A77A
อตราการไหลทหนาตด An :
2
VV.l.
2
ddV.AQ 1nn
n1nn
AnnAn
4-6
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
4.4 การวดความเรวเฉลยการไหล (Mean velocity) : V
ตามททราบแลววาการกระจายความเรวการไหลในหนาตดการไหลของทางนาเปดจะไมเทากนทงหนาตด ในการวดความเรวการไหลจงตองแบงพนทหนาตดเปนพนทยอยและวดความเรวการไหลในแนวดงทความลกตางๆ เพอนามาหาคาเฉลยการไหลของหนาตดยอยนน จากผลการทดลองของนกชลศาสตรพบวาการกระจายความเรวการไหลจะสมพนธกบความกวางและความลกของนาในทางนา โดยคาเฉลยความเรวการไหลจะเกดทประมาณ 0.6 ของความลกวดจากผวนา วธการวดความเรวการไหลมหลายวธไดแก Two-point method, Six-tenths method,
Three-point method, Vertical velocity curve method, Subsurface method,
Surface method, Two-tenths method, Five – Point Method, Six – Point Method, One - point continuous method or Depth integration method เปนตน โดย 3 วธแรกนยมใชมากทสด
การจะเลอกวธการตรวจวดความเรวการไหลรปแบบใด หรอทตาแหนงความลกใดบางนนความเหมาะสมขนกบลกษณะของทางนา และชนดเครองมอทจะใชตรวจวดดวย
รปท 4-5 ตวอยางการกระจายความเรวการไหลตามความลก
4-7
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การกาหนดคาตวแปร
V = ความเรวเฉลย (เมตร/วนาท) V0.2, V0.4, V0.6 , V0.8 = ความเรวทความลก 0.2d, 0.4d, 0.6d, 0.8d จากผวนา
1) Vertical velocity curve method
เปนการตรวจวดทระดบความลกตางๆ ของหนาตดยอย เชน ทกระดบทแบงจาก 0.1d (ตรวจวดทระยะจากผวนาท 0.1d, 0.2d, 0.3d, ...., 0.9d) เปนตน แลวนาคาความเรวการไหลมา plot เปนกราฟการกระจายความเรวการไหลตามความลก ดงรปท 4-5 และ plot การกระจายความเรวบนหนาตดการไหลเปนเสน Isovel หรอเสนทมความเรวเทากนทกจด ดงรปท 4-6 ซงจะมประโยชนทาใหรรปแบบการกระจายความเรวของทางนานน และใชเปรยบเทยบการหาความเรวดวยวธตางๆ ไดเหมาะสมยงขน สวนความเรวเฉลยอาจเอาคาทกคามาหาคาเฉลย วธนจะใชเวลามาก ไมเหมาะกบกรณนามการเปลยนแปลงระดบเรวมากเพราะจะวดไมทน
รปท 4-6 แสดงเสน Isovel หรอเสนทมความเรวเทากนทกจด
ตารางท 4-2 แสดงคาสมประสทธของ Standard vertical velocity curve
อตราสวนของความลกของจดทตรวจวด(คดจากผวนา)
อตราสวนของความเรวเฉลยในแนวดงเทยบกบความเรวทระดบนน
0.05 0.86
0.10 0.86
0.20 0.87 0.30 0.88
0.40 0.90
0.50 0.94 0.60 0.98 say 1.00
0.70 1.05
0.80 1.15 0.90 1.34
0.95 1.54
(หมายเหต: จากคาสมประสทธดงกลาวจงเปนทมาของการวดทจดเดยว (1) ในกรณททางนาลกไมมาก ใชวธ Five – tenths method หรอ Six-tenths method (2) ในกรณมปญหาในการวด เชน ระดบนาเปลยนแปลงเรว มสงกดขวางททองนา ฯลฯ ใชวธ Two – tenths method
หรอ Subsurface method เปนตน
4-8
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ความลกของนา : d (หนวยเมตร) กบวธการตรวจวด
d < 0.6 วธวดทนยมใช Six – tenths method
0.60 < d < 1.00 วธวดทนยมใช Two – point method
1.00 < d < 2.50 วธวดทนยมใช Three – point method
d > 2.50 วธวดทนยมใช Five – point หรอ Six - point method
2) Two – point method
เปนวธวดทนยมทสด ใชเมอระดบนาในทางนาไมเปลยนแปลงเรวมาก ความลกนามากกวา 0.60 เมตร โดยจะวดความเรวทความลก 0.2d และ 0.8d จากผวนา
2
VVV 8.02.0 (Error 2.2 %)
3) Six-tenths method
ในกรณทความลกของนานอยกวา 0.60 เมตรไมสะดวกในการวดความเรวแบบ
Two-Point Method ทความลก 0.8d ในกรณนจงวดความเรวทความลก 0.6d จดเดยว และถาเปนทางนาขนาดเลกกจะวดทตาแหนงเดยวตรงศนยกลางทางนา
6.0VV (Error 1.6 %)
4) Three-point method
ในกรณททางนาคอนขางลก และระดบนาไมเปลยนแปลงมาก อาจนาการวดทใชวธ Six-tenths method และ Two-point method มาเฉลยกน โดยตองพจารณารปแบบการกระจายความเรวตามรปแบบมาตรฐานดวยไมเชนนนจะเกดความผดพลาดไดมาก
6.0
8.02.0 V2
VV
2
1V (Error 1.9 %)
หรอ 8.06.02.0 VVV3
1V (Error 2.0 %)
4-9
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
5) Subsurface method เปนการวดตาแหนงเดยว ทระดบตาจากผวนาลงไปเลกนอย โดยคาทวดไดตองคณคาสมประสทธ 0.86 – 0.95 เพอปรบแกเปนความเรวเฉลยของหนาตดการไหล มกใชวธนในทางนาทมอปสรรคในการตรวจวดหยงตามความลกของทางนา อาจเปนเพราะระดบทองนามระดบทแตกตางกนมาก หรอมวตถขนาดใหญทกนทางนา
6) Two – tenths method
เปนการตรวจวดจดเดยวทระดบ 0.2 ของความลกวดจากผวนา
2.0V87.0V
7) Five – tenths method
เปนการตรวจวดจดเดยวทระดบ 0.5 ของความลกวดจากผวนา
5.0V94.0V (Error 3.3 %) 8) Surface method
เปนการวดคลาย Subsurface method แตใชเครองมอวดแบบ Optical
current meter ตดตงเครองมอบนผวนา คาสมประสทธการไหลทใชปรบเปนการไหลเฉลยของทางนาพจารณาจาก กรณทางนาธรรมชาตใชคาสมประสทธ 0.85 หรอ 0.86 ในขณะททางนาทสรางขนใชคาสมประสทธ 0.90
9) Four – point method
เปนการวดความเรวการไหลในแนวดงท 4 ตาแหนงคอ วดทความลก 0.2, 0.4,
0.7 และ 0.9 ของความลกจากผวนา โดยใชสมการ
9.07.04.02.0 VVVV
4
1V (Error - 0.9 %)
10) Five – Point Method
เปนการวดความเรวการไหลในแนวดงท 5 ตาแหนงคอ วดทผวนา(Vs) วดทความลก 0.2, 0.6 และ 0.8 ของความลกจากผวนา และวดททองนา (Vb) โดยใชสมการ
b8.06.02.0s VV2V3V3V1.0V (Error 0.2 %)
4-10
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
11) Six – point method
เปนการวดความเรวการไหลในแนวดงท 6 ตาแหนงคอ วดทผวนา (Vs) วดทความลก 0.2, 0.4, 0.6 และ 0.8 ของความลกจากผวนา และวดททองนา (Vb) โดยใชสมการ
b8.06.04.02.0s VV2V2V2V2V1.0V (Error 0.9 %)
หรอ b8.06.04.02.0s VVVVVV6
1V (Error -1.6 %)
12) One - point continuous method or Depth integration method
เปนวธการตรวจวดทชวยแกปญหาการกระจายความเรวการไหลทไมเทากนในหนาตดการไหล หรอกรณทระดบนามการเปลยนแปลงเรว หลกการตรวจวดวธนคอ การทใหเครองมอมการเคลอนตวดวยอตราทคงทอยางตอเนองในตาแหนงการวดในหนาตดการไหล โดยแบงรปแบบการตรวจวดไดเปนรปแบบยอย ดงแสดงใน รปท 4-7 ในการตรวจวดอาจตดตงเครองมอวดกบเรอ หรอระบบรอกและรางเลอน ดงแสดงในรปท 4-8 และ 4-9
รปท 4-7 แสดงตวอยางแนวการลากเครองมอวดความเรวการไหลในหนาตดทางนา ในแนวดง แนวราบและทงสองแนวหรอซกแซก
รปท 4-8 การตรวจวดโดยตดตงเครองมอกบระบบรอกและรางเลอน
4-11
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 4-9 การตรวจวดโดยตดตงเครองมอกบเรอ
12.1) การตรวจวดความเรวเฉลยในพนทหนาตดยอยในแนวดง เปนการตรวจวดตรงตาแหนงแบงพนทยอยเหมอนการตรวจวดดวยวธ Three-point method และวธอนๆ แตแทนทจะวดความเรวเฉพาะจดท 0.2, 0.6, 0.8 ของความลกจากผวนา เปนตน แตจะใหเครองมอวดเคลอนทในแนวดงอยางตอเนองจากผวนาลงสทองนา หรอจากทองนาขนสผวนาแทน ผลการตรวจวดจะเปนตวแทนของการไหลในแนวดงทตรวจวดนน
12.2) การตรวจวดความเรวเฉลยเตมทงหนาตดการไหล แบงยอยเปน
(1) เครองมอวดเคลอนตวแนวราบ โดยเครองมอตดตงคงททความลกใดๆ เชน ผวนา ระยะ 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 จากผวนา หรอระดบทองนา แลวขณะวดใหเครองมอเคลอนทในแนวราบ ผลการตรวจวดจะเปนตวแทนของความเรวเฉลยทระดบความลกนนของหนาตดการไหล วธนเหมาะกบการวดในทางนาทมการเปลยนแปลงระดบเรว อาจวดทระดบความลกระดบใดระดบหนง แลวคณคาสมประสทธเพอใหเปนคาเฉลยของความเรวเฉลยของทงหนาตดการไหล หรอตดตงเครองวดหลายๆ ตวททกระดบความลกในคราวเดยวกได
(2) เครองมอวดเคลอนททงแกนดงและแกนราบพรอมกน เปนการตดตงเครองมอวดตวเดยว แลวใหมการเคลอนตวแบบซกแซก ทครอบคลมทงหนาตดการไหล
12.3) ขอกาหนดและเทคนคการตรวจวดแบบ One - point continuous
method
เครองมอทเหมาะกบการตรวจวดวธนคอเครองมอวดแบบอเลคทรอนคสทมระบบบนทกขอมลตอเนอง
เครองมอวดเชงกลทเหมาะกบการวดวธนคอ Current meter แบบใบพด(Propeller type ) ทมการเคลอนทของใบพดรอบแกนราบ ซงเมอมการลากเครองมอใหเคลอนตวไปอยางตอเนองจะไมเกดผลกระทบตอการวดมาก ในขณะทไมเหมาะกบการใช Current
4-12
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
meter แบบลกถวย (Cup type) ทมการเคลอนทของถวยในแกนดง เพราะจะมผลกระทบจากการเคลอนตวของเครองมอไดมาก
ในการตรวจวด เพอชดเชยความผดพลาด จงควรใหเครองมอเคลอนตวในทศทางทตรงขามกนดวย เชน การเคลอนตวแนวดงกใหวดเมอเคลอนจากผวนาลงสทองนา และวดเมอเคลอนตวจากทองนาสผวนาดวย การเคลอนตวในแนวราบกเชนกนตองตรวจวดโดยใหเคลอนตวทง 2 ทศทาง
อตราการเคลอนตวของเครองมอ แนวดงไมเกน 0.05 เมตร/วนาท แนวราบ 0.05 – 0.50 เมตร/วนาท ขนกบความกวางของทางนา หรอตองไมมากกวา 25 % ของความเรวเฉลยของการไหล ไมเชนนนจะเกดผลกระทบกบการตรวจวดได
ในการตรวจวดตองใชอปกรณพเศษประเภทระบบสายเคเบลและรอก และระบบรถกระเชาและเครน ทสามารถควบคมการเลอนททงแนวราบและแนวดงได
4.5 การพจารณาเลอกวธการตรวจวดทเหมาะสม
จากรปแบบการตรวจวดดงกลาวขางตน ผตรวจวดจะตองพจารณาเลอก ใชเครองมอและวธการทเหมาะสม โดยตองพจารณาจากองคประกอบตอไปน
ลกษณะและสภาพของทางนา ไดแก รปราง, ขนาด, สงทกดขวางในทางนาหรอไหลมากบนา เชน ตนไม ทอนไม ตะกอน วชพช หรอสภาพทองนา ฯลฯ
อตราการเปลยนแปลงระดบนาในทางนา ชาหรอเรว
ความแรงของกระแสนา จะสมพนธกบขดจากดของเครองมอวดแตละชนด
ลกษณะการไหล ราบเรยบ หรอปนปวน
ชนดและจานวนของเครองมอหรออปกรณทมใชงาน รวมทงอตรากาลงเจาหนาท
ระดบความละเอยดถกตองของผลการตรวจวดทตองการนาไปใชประโยชน งบประมาณคาใชจาย
ฯลฯ
--------------------------------------------------
บทท 5
การวดปรมาณนาในทางนาเปดดวยวธ และเครองมอพเศษ
บทท 5
การวดปรมาณนาในทางนาเปดดวยวธและเครองมอพเศษ
จากบทท 4 ไดกลาวถงแนวทางการตรวจวดปรมาณนาในทางนาเปดทมหลายแนวทาง ในบทนจะกลาวถงการตรวจวดโดยการใชเครองมอหรอวธการตางๆ ทไมใชเครองมอทกาหนดใหเปนเครองมอมาตรฐานในการตรวจวด ซงในยคแรกเครองมอทกาหนดเปนมาตรฐานคอเครองวดกระแสนา(Current meters) ซงมแบบลกถวยและแบบใบพด และตอมาเมอคดคนเครองมอวดกระแสนาแบบอเลกทรอนคส จงไดมการกาหนดมาตรฐานเครองมอวดระบบนขนมาใหม
อาจแบงกลมของเครองมอตรวจวดกระแสนาเปน 3 กลมใหญไดดงน
1. เครองมอพเศษ เปนเครองมอทไมอยใน 2 กลมทจะกลาวถดไป ไดแก
1.1 การใชทนลอย (Float method)
1.2 Pitot tube . 1.3 Velocity head rod . 1.4 เครองมอ อปกรณ หรอวธการอนๆ
2. เครองมอวดเชงกล (Mechanical velocity meters) แบงยอยเปน 3 ประเภท
2.1 ประเภททมการหมนรอบแกนตง (Vertical axis current meters)
2.2 ประเภททมการหมนรอบแกนนอน (Horizontal axis current meters) * เครองมอวด 2 ประเภทขางตนอาจเรยก Rotor type current meters
2.3 ประเภททใชหลกการแกวงตว (Pendulum current meters)
3. เครองมอวดกระแสนาแบบอเลกทรอนกส ไดแก
3.1 Electromagnetic velocity meters
3.2 Doppler velocity meters ไดแก Doppler Ultrasonic, Acoustic Doppler, ระบบ Laser หรอ Radar เปนตน
3.3 Optical strobe velocity meters
5-2
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ในบทนจะกลาวถงการตรวจวดโดยการใชวธการและการใชเครองมอพเศษ ซงไดแก
การตรวจวดดวยวธ Volume metric method
การคานวณโดยวธ Slope area method
การใชทนลอย (Float method)
การใชสารเคมและส
การใช Pitot tube
การใช Velocity head rod
5.1 การตรวจวดดวยวธวดปรมาตร (Volume metric method)
วธการวดปรมาตร หรอ Volume metric method นอาจเรยก “Bucket and
stopwatch method” ตามวธการตรวจวด คอการใชภาชนะรองรบนาในชวงเวลาใดเวลาหนงแลวนานามาหาปรมาตร โดยการตวงหรอชงนาหนก เพราะเรารแลววา นาปรมาตร 1 ลกบาศกเมตร มนาหนก 1,000 กโลกรม วธการนใชสาหรบการหาอตราการไหลของนาทมอตรานอย ๆ ไมสามารถใชเครองมอวดความเรวกระแสนาไดสะดวก เชน ปรมาณนาทไหลรนในลาธาร หรอลานาในชวงหนาแลง นอกจากนยงใชหาอตราการไหลของนาทออกจากทอขนาดเลก หวนาหยดใหนาแกพช ฯลฯ
หลกการตรวจวดจะรองรบปรมาณนาในชวงเวลาทเหมาะสม โดยการจะรองรบนานนตองพจารณาประยกตตามสถานการณตามความเหมาะสม 1) รองรบนาโดยตรงในตาแหนงททองนามระดบแตกตางกนมาก ซงจะมการไหลลกษณะคลายนาตก โดยอาจขดแตงทองนาขนมาใหมลกษณะดงกลาวกได 2) ปดกนทางนาเพอรวบรวมนาใหมระดบสงขนแลวใหนาไหลผานชองหรอผานทอลงสภาชนะไดสะดวกขน 3) Hauer and Lamberti,1996 ใชถงพลาสตกทปากถงยดตดกบวสดทแขงและเรยบ 2 ดานเพอทาใหปากถงปดทบกนคอนขางสนทและสามารถทาใหยกเปดปากถงดานบนขนไดสะดวก โดยในการตรวจวดจะนาถงทกดปากถงสนทกนไปวางขวางทางนาไหลโดยใหสวนปากลางยดตดทองนาอยางมนคง (นาไหลลอดไปไดนอยทสด) กอนการตรวจวดจะใหนาไหลผานขามถงออกไปกอน เมอทาการตรวจวดกเพยงยกปากถงสวนบนขนใหพนผวนา ทาใหนาทงหมดในขณะนนไหลเขาถงพรอมจบเวลาเรม และเมอปรมาณนาเขาถงพอสมควรทจะวดปรมาณไดแลวกยกถงทงหมดขน พรอมจบเวลาสดทาย
5-3
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การคานวณอตราการไหล
t
VoQ
Q = อตราการไหล หนวย ลตร/วนาท, ลกบาศกเมตร/วนาท Vo = ปรมาตรของนาทรองรบเกบไวได หนวย ลตร, ลกบาศกเมตร
อาจชงนาหนกเปนกโลกรม แลวมาแปลงเปนปรมาตร
t = ชวงเวลาทใชรองรบเกบนา หนวย วนาท
5.2 การคานวณโดยวธ Slope area method
วธการ Slope-area method เปนวธการคานวณอตราการไหลของนาในทางนาเปดโดยอาศยหลกการทางชลศาสตร จากความสมพนธของความลาดของผวนากบพนทหนาตดของการไหลเฉลย มผนาเสนอวธการคานวณหลายรปแบบ แตวธการคานวณโดยใชสตรของ Robert
Manning วศวกรชาวไอรช จะเปนทนยมใชทสดเพราะงายในการคานวณ ซงแสดงดงตอไปน
รปท 5-1 หนาตดของทางนาธรรมชาตทวไป
Manning's equation 2/13/2 SAR
n
1Q
เมอ Q = อตราการไหลของนา หนวย ม.3/วนาท A = พนทหนาตดเฉลยของการไหล หนวย ม.2
R = รศมชลศาสตรของหนาตดการไหล (Hydraulic radius) หนวย ม. = A/P
P = เสนขอบเปยกของหนาตดการไหล (Wetted perimeter) หนวย ม. S = ความลาดเทของผวนาของทางนาชวงทตรวจวด ไมมหนวย n = คาสมประสทธความขรขระของ Manning (Manning roughness
coefficient) แสดงในตารางท 5-1 และ 5-2
5-4
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 5-1 คาสมประสทธความขรขระ (n) ของทางนาเปด
ผวทางนาไหล n
(1) ทางนาเปดธรรมชาต (Natural channels)
เรยบและตรง ไหลชาเนองจากมสระลกเปนชวงๆ แมนาสายหลก
(2) ลมแมนาทมนาทวมถง (Flood plains)
ทงหญา ไมพนธเตยบางๆ ไมพนธเตยหนา
(3 ) ทางนาเปดดนขด (Excavated earth channels) เรยบ มกรวดบาง เตมไปดวยหญา กอนหน (4) ทางนาเปดดาดผว (Artificially Lind channels)
แกว ทองเหลอง เหลกเรยบ
เหลกทาส เหลกมหมดยา เหลกหลอ คอนกรตขดผว คอนกรตผวหยาบ ไมไสเรยบ ไมไมไดไส ดนเหนยว กออฐ แอสฟลต โลหะลกฟก หนเรยง
0.030 0.040 0.035
0.035 0.050 0.075
0.022 0.025 0.030 0.035
0.010 0.011 0.012 0.014 0.015 0.013 0.012 0.014 0.012 0.013 0.014 0.015 0.016 0.022
0.025
5-5
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 5-2 คาสมประสทธความขรขระ (n) ของทางนาเปดประเภท ค คลอง
ลกษณะของทางนาเปด n
คลองดาดดวยคอนกรต โดยมซเมนตอดบรเวณรอยตอระหวางแผงคอนกรต และททองนากดาดคอนกรตเปนฐานดวย
0.012
คลองคอนกรต 0.014 คขนาดเลกดาดดวยคอนกรต มแนวคเปนเสนตรงสมาเสมอ ความลาดทองนานอย โดยมตะกอนหยาบปกคลมบรเวณดานขางและทองค
0.016
คลองดาดคอนกรตโดยไมมการปรบแตงใหเรยบ พนผวปกคลมดวยวชพชละเอยดขนาดเลก และทองนามตะกอนทราย
0.018
คลองดนเหนยวขด มตะกอนเปนดนทรายทกลางคลอง และตะกอนโคลนบรเวณขางคลอง
0.018
คลองคอนกรตทสรางจากหนลาวาตดตรงดง โดยทผนงมลกษณะหยาบ 0.020 คลองชลประทานแนวคลองเปนเสนตรงพนผวบดอดทรายเรยบ 0.020 คลองดาดซเมนต (Cement-paster lining) เปนแนวตรงบนคลองดน โดยทบรเวณรอยแตกมวชพช และทองคลองมตะกอนทราย
0.022
คลองทขดผานดนเหนยวปนตะกอนทราย สภาพทองคลองแขงแรง 0.024 คดาดทงกนคและลาดขางดวยหนหรออฐหก ทองนาไมเรยบมกรวดตกอยอยางกระจดกระจาย ผนงดานขางคอนขางอยในแนวดง
0.024
คลองขดขางภเขา โดยตลงดานภเขามรากพชเปนระยะๆ สวนตลงดานลาดลงมผนงคอนกรต และทองคลองมกรวดปกคลม
0.026
แมนาธรรมชาต มกอนกรวดและหนขนาดใหญเลกคละกน มความเรวกระแสนาไหลผานสง
0.028
คลองดนขด มลกษณะเปนตะกอนทราย โดยมทรายตกทบถมบรเวณทองคลอง สวนดานขางมหญาขนตามธรรมชาต
0.029
คลองทมหนกรวดขนาดใหญททองคลอง 0.030 คลองธรรมชาต ดานขางบางแหงมสภาพขรขระไมเรยบ ทองนาเรยบมตะกอนดนเหนยว สภาพหนาตดเปลยนแปลงนอยมาก
0.035
คลองหนขดโดยวธระเบดแนวคลอง 0.040 คลองดนเหนยวปนตะกอน ความลาดดานขางไมเรยบ มหญาขน 0.040
5-6
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 5-2 (ตอ) คาสมประสทธความขรขระ (n) ของทางนาเปดประเภท ค คลอง
ลกษณะของทางนาเปด n
คลองดนขดดานขางและดานลางไมเรยบ โดยดานขางมดนเหนยวสดาและเหลองปนกนอย รปตดทางนามการเปลยนแปลงไมมาก
0.045
คลองดนขดดานขางและดานลางไมเรยบ ดนคลองเปนดนเหนยวสดา มหญาและวชพช รปรางหนาตดคอยๆ เปลยนแปลงตามแนวคลอง
0.050
คดนเหนยวปนตะกอนทราย ดานขางและดานลางไมเรยบ มตนไมขนาดใหญขนตลอดแนวหนาตดคอนขางสมาเสมอ
0.060
คลองดนเหนยวสดาปนตะกอนเทา ดานขางและดานลางไมเรยบมพชปกคลมหนาแนน
0.080
คลองดนเหนยวปนตะกอนเทา มตนไมขนาดใหญในหนาตดคลอง 0.110
คลองระบายนาธรรมชาต สภาพดนเปนดนทรายละเอยดปานกลางและดนเหนยวละเอยด ไมมความลาดดานขาง ทองคลองเปนลกคลน มแนวตนไมขวางทศทางการไหลกระจดกระจาย
0.125
แมนาธรรมชาต สภาพดนเปนดนเหนยวปนดนทราย รปรางไมแนนอน มรากไมตนไมและทอนซงขวางทางนา
0.150
5.2.1 คาคณสมบตทางชลศาสตรของทางนา
ดงทกลาวแลววาทางนานนมทงทางนาธรรมชาต และทางนาทสรางขน โดยทางนาทสรางขนมกสรางใหมหนาตดเปนรปทรงเรขาคณตเสมอ คณสมบตมตทางชลศาสตร(A, R, P) จงคานวณไดจากสตรรปทรงเรขาคณต แตถาเปนทางนาธรรมชาตหรอทางนาทสรางขนแลวพนทหนาตดเกดการเปลยนแปลงตางไปจากรปรางหนาตดเดม คาคณสมบตทางชลศาสตรกจะเปลยนไปดวย จะตองสารวจรปตดขวางของทางนาเพอคดคาคณสมบตทางชลศาสตรใหม
สาหรบคาความลาดเทของผวนาของทางนา (S) ซงกาหนดใหเทากบความลาดเทของพนทองทางนา อาจใชขอมลจากแบบกอสราง จากการสารวจรปตดตามยาวของทางนานน หรอกรณการประเมนอยางหยาบๆ อาจพจารณาจากเสน Contour จากแผนท 1: 50,000 กได
5-7
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
5.2.2 ทางนาทมรปรางหนาตดแบบผสมมวสดหลายชนด (Compound channel)
โดยทวไปแลวทางนาธรรมชาตมกมหนาตดเปนรปทรงคลาย U-Shape หรอ Parabola ซงเปนรปแบบหนาตดเดยว แตจากอตราการไหลทมการเปลยนแปลงอยเสมอ ทาใหทางนาปรบตวใหมรปรางและขนาดสอดคลองกบอตราการไหลของนาดงกลาว เปนผลใหเกดการกดเซาะและเกดการตกจมของตะกอน ทาใหรปรางหนาตดเปลยนแปลงไป การทพนผวทางนามวสดหลายประเภทปกคลมทงนรวมถงตนไมทขนปกคลมและมวตถอนๆ อยในทางนา ลวนมผลใหคาสมประสทธความขรขระในทางนาตาแหนงตางๆ มความแตกตางกน จงเรยกหนาตดทางนาลกษณะนวา หนาตดการไหลแบบผสม ซงในการคานวณอตราการไหลกตองพจารณาเปนกรณเฉพาะ
รปท 5-2 ตวอยางทางนาทมรปรางหนาตดแบบผสม
รปแบบของหนาตดการไหลแบบผสมทชดเจนนน ไดแกการสรางพนทรองรบนานองเกนเกณฑปกต (Flood plain) ในทางนาทงกรณทางนาธรรมชาตและทางระบายนาทสรางขน มหลกการคอการเพมพนทหนาตดการไหลของทางนาเดมใหเพยงพอทจะรองรบปรมาณนา
5-8
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
สงสดเทาทเคยปรากฏมา เพอไมทาใหเกดนาทวมสรางความเสยหายไดอก พจารณาจาก รปท 5-2 บรเวณหนาตดหมายเลข 1 เปนทางนาเดม เมอสรางคนกนนาสองฝงทางนาในตาแหนงทเหมาะสมโดยการขดดนจากพนทเขตทางนาจานวนนอยแตไดหนาตดการไหลมาก พนทในสวนท 2 และ 3 เปนพนท Flood plain ซงอาจกวางมากเทาททาใหเกดหนาตดการไหลเพมขนเพยงพอ (อาจสรางดานเดยวกได) พนผวสวนท 2 และ 3 จะแตกตางจากสวนของทางนาเดม โดยในยามปกตใชทาประโยชนในกจกรรมตางๆ เชน เปนสนามหญา ปลกตนไม สวนหยอม สนามกฬา ปลกพชผก ฯลฯ รปแบบการปองกนนาทวมแบบนนยมสรางมากในตางประเทศ เชนประเทศญปน สวนในประเทศไทยรปแบบไมชดเจนโดยมกสรางพนทสวน 2 และ 3 แคบ ๆ ผลทไดจงเปนการเพมพนทหนาตดทางนาเดม สวนท 1 ไดอกเลกนอยเทานน ทงนอาจเปนเพราะปญหาเรองทดน เพราะการกอสรางแบบนตองใชพนทมาก 5.2.3 การคานวณอตราการไหลในทางนาหนาตดแบบผสม
รปท 5-3 ตวอยางทางนาหนาตดแบบผสม 3 หนาตด
321 QQQQ
2/13/2
33
3
2/13/2
22
2
2/13/2
11
1
SRAn
1SRA
n
1SRA
n
1Q
3
33
2
22
1
11
P
AR,
P
AR,
P
AR
3/233
3/53
3/222
3/52
3/211
3/512/1
Pn
A
Pn
A
Pn
ASQ
กรณแบงหนาตดเปน N หนาตด หาอตราการไหลไดจาก
N
1i3/2
ii
3/5
i2/1
Pn
ASQ เมอ i = 1, 2, 3,…, N
หมายเหต : ปญหาความผดพลาดในการคานวณนนอยทเลอกใชคาสมประสทธความ ขรขระ (n) ไดถกตองตรงกบลกษณะสภาพของทางนาหรอไม
5-9
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
5.3 การใชทนลอย (Float method)
5.3.1 วธการตรวจวดโดยใชทนลอย เปนวธการตรวจวดความเรวของนาแบบงาย ๆ ทมหลกการคอ การสงเกตจากวตถทลอยบนผวนาในทางนาวาเคลอนทไปเปนระยะทางทกาหนดในเวลาเทาใด ทาใหทราบความเรวกระแสนา เปนระยะทางตอเวลา ซงวธนไดผลการตรวจวดเปนคาโดยประมาณเทานน การวดวธนเหมาะกบการตรวจวดเบองตนเมอ ไมมเครองมอตรวจวด หรอเปนการประเมนเบองตนเพอการเลอกใชเครองมอตรวจวดทเหมาะสมตอไป หรอใชในกรณทไมสามารถใชเครองมออยางอนตรวจวดในทางนานนได เชน นาสกปรกมาก มตะกอนมาก เปนตน
การตรวจวดโดยใชทนลอยทใชงานกนม 3 ลกษณะคอ
1) Surface float ตวทนลอยทใชในการวดเปนวตถอะไรกไดทลอยนาได เชน ลกบอล กลอง แทงไมหรอทอนไมสนๆ หรอแมแต ผลไม วชพชนา เปนตน โดยตวทนควรจมนานอยกวา 25 % ของขนาดความสงทน
2) Double float จากการทเราทราบแลววาความเรวเฉลยของการไหลในทางนาจะอยทระดบ 0.6 ของความลกจากจากผวนา ดงนนจงตดตงทนเปน 2 ตวเขาดวยกน ตวหนงเปนทนลอยทผวนา อกตวเปนทนจมในตาแหนงความลก 0.6 ของความลกนา วธนไมเหมาะกบทางนาทมสงกดขวาง
3) Rod float เปนการดดแปลงทนลอยแบบ Double float มาใชทอนไม หรอทอ PVC ทถวงนาหนกทปลายลางเพอใหเกดการลอยตวในแนวดง โดยตาแหนงปลายทนจมนาในระดบ 75 – 95 % ของความลกนา วธนเหมาะกบทางนารปสเหลยมทมการไหลคอนขางราบเรยบและไมมสงกดขวางในทางนา
รปท 5-4 แสดงลกษณะรปแบบของทนลอย
5-10
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
วธการตรวจวด (พจารณาจากรปท 5-5)
1) เลอกตาแหนงการตรวจวดในทางนาบรเวณทมแนวตรง การไหลไมปนปวนมากหนาตดทางนาคอนขางสมมาตร
2) กาหนดจดเรมตนการวด ตาแหนง 1 จดสนสดการตรวจวดตาแหนง 2 ใหมระยะ L ประมาณ 10 - 20 เมตร
รปท 5-5 แสดงการตรวจวดโดยใชทนลอย
3) โดยทวไปมกปลอยทนลอยในตาแหนงทกงกลางหนาตดของทางนา แตหากทางนาขนาดใหญอาจกาหนดทตาแหนงอน ๆ ทหางตลงพอสมควร โดยจดปลอยหรอสงเกตครงแรกใหอยเหนอตาแหนงสงเกต 1 ออกไปพอสมควร เมอทนลอยไหลมาถงตาแหนง 1 เรมจบเวลา เปนเวลา t0 พอวตถสงเกตไหลถงตาแหนง 2 หยดจบเวลา เปนเวลา t1 ซงแนวการเคลอนทของทนลอยนนเปนอสระขนกบเคลอนตวของนาทไมสามารถกาหนดหรอควบคมได 4) จะไดขอมลระยะเวลาททนลอยเคลอนทจากจากตาแหนง 1 ไปยงตาแหนง 2ระยะทาง L เปนเวลา t = t1 – t0
5) ตรวจวดแตละตาแหนงประมาณ 10 ครงเพอนาผลการตรวจวดมาหาคาเฉลยเพอลดความผดพลาด และคาเฉลยของแตละแนวจะเปนความเรวเฉลยของการไหลในทางนา
5-11
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
5.3.2 การคานวณอตราการไหลโดยการใชทนลอย
t
LVfloat
floatV.CV
VAQ
V = ความเรวเฉลยการไหล หนวย ม./วนาท
floatV = ความเรวการไหลทวดจากทนลอย หนวย ม./วนาท L = ระยะทางระหวางตาแหนงสงเกต 2 ตาแหนง หนวย ม. t = เวลาทวตถสงเกตเคลอนจาก 2 ตาแหนงสงเกต หนวย วนาท
Q = อตราการไหล หนวย ม.3/วนาท A = หนาตดเฉลยของทางนาชวงทตรวจวด หนวย ม.2
C = คาสมประสทธของการไหลเฉลยของหนาตดการไหลเมอเทยบกบ
การไหลทวดไดจากทนลอย
5.3.3 คาสมประสทธทใชในการตรวจวดกบทนลอยแบบตางๆ
1) กรณการใช Surface float นน U.S. Bureau of Reclamation ไดกาหนดคาสมประสทธของความเรวเฉลย ดงแสดงในตารางท 5-3
ตารางท 5-3 คาสมประสทธการไหล การตรวจวดโดย Floating Method
ความลกของนา(ม.) 0.30 0.60 0.90 1.20 1.50 1.80 2.70 3.60 4.50 6.00+
สมประสทธ C 0.66 0.68 0.70 0.72 0.74 0.76 0.77 0.78 0.79 0.80
2) กรณการใช Rod float กาหนดคาสมประสทธของความเรวเฉลยแสดงในตารางท 5-4
ตารางท 5-4 คาสมประสทธการไหล การตรวจวดโดย Rod float
y/d 0.10 0.25 0.50 0.75 0.95 C 0.86 0.88 0.90 0.94 0.98
หมายเหต : เมอ d = ความลกของนาในทางนา และ y = ความยาวของ Rod float
และ Hydraulic radius (R) ของทางนาควรมคา 0.50 < R < 2.50 ม.
5-12
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
5.3.4 ความคลาดเคลอนในการตรวจวดโดยการใชทนลอย
1) ไมสามารถควบคมใหทนลอย ไหลในแนวหรอตาแหนงทตองการในทางนาได 2) คาสมประสทธการไหล C ยอมใหมความผดพลาดได 10 – 20 % เพราะในสภาพทางนาจรงในระดบความลกของการไหลทเทากน แตขนาดความกวางของทางนาทตางกนยอมทาใหคาสมประสทธการไหล C แตกตางกน วธการตรวจวดนจงใหคาโดยประมาณเทานน 3) หากพนทหนาตดการไหลเฉลย A มความผดพลาด ผลการคานวณกยงผดพลาด
5.4 Dilution (Dye) method: วธการเจอจางสาร
วธการเจอจางสาร เปนวธการวดความเรวของการไหลวธพเศษวธหนงดวยการใชสารเคมหรอส โดยใชวดการไหลในทางนาทใชเครองมอหรอวธการวดอนๆ ไมสะดวก อาจเนองจากมการไหลแบบปนปวน ทางนาคดเคยว มสงทไหลปะปนมากบนามาก เชนตะกอน วชพช ซากพช เปนตน วธการตรวจวดมหลายวธแบงตามชนดของสารทนามาใช ไดแก Salt dilution method, Dye method, Radioisotopes, สารเรองแสง (Fluorescent dye) เปนตน
1) Salt dilution method เปนการตรวจวดทใชหลกการตรวจวดคาความเขมขนของสารละลายทอยในนา โดยจะฉดสารละลายทมกใช นาเกลอ คาความเขมขนสง C1 ลงไปในทางนา ตาแหนง a ดวยอตราคงท q การไหลทปนปวนของนาจะทาใหสารละลายเกดการผสมกบนาในทางนาดานทายนา เกบตวอยางนาเพอตรวจวดความเขมขนของสารละลายในตาแหนงทมการผสมของสารละลายทวถงตลอดหนาตดการไหล ใหเปนตาแหนง b เปนความเขมขน C2 แลวหยดฉดสารละลายเขมขนลงในนา แลวเกบตวอยางนาทตาแหนง a เพอเปนตวแทนของนากอนการปลอยสารละลายเขมขน หาคาความเขมขนเปน C0 (ความเคมของนาตามปกตของทางนา) อตราการไหลของนาในทางนา Q คานวณไดจาก
210 CqQqCQC
02
21
CC
CCqQ
หนวยการวดของคาปรมาตร และเวลา ตองสมพนธเปนหนวยเดยวกน ตวอยางการใชหนวยวด C = mg/ลตร q และ Q = ลตร/วนาท
5-13
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 5-6 รปแปลนของทางนาแสดงการตรวจวดโดย Salt Dilution Method
เปนการตรวจวดอตราการไหลโดยตรง ไมไดวดความเรวการไหล จงไมตองวดคาหนาตดการไหล
ถาความเคมของนาทไหลในทางนาตามปกตในแตละชวงเวลามคาไมแนนอน กจะเกดความผดพลาดไดมาก ตองตรวจวดหลายๆ ครง
2) Dye method หรอ Color-velocity method เปนวธการตรวจวดคลายวธ Floating Method นนคอ การตรวจวดเวลาการเคลอนทของนาในระยะทาง L ทกาหนด แตใชสแทนทนลอยซงจะมขอดทสจะผสมกบนาจงเปนตวแทนของการเคลอนทของนาเกอบทงหนาตดของการไหล การจบเวลาจะเรมเมอสวนหวของนาสไหลถงจดสงเกตแรก และหยดจบเวลาเมอสวนหวของนาสไหลถงจดสงเกตทสอง ไดเวลา t
Q = AV
V = L/t
เมอ Q = อตราการไหล ม.3/ วนาท V = ความเรวการไหล ม./วนาท A = หนาตดการไหล ม.2 L = ระยะทางของ 2 ตาแหนงตรวจวด ม. t = เวลาทนาไหลผาน 2 ตาแหนงตรวจวด วนาท
ขนาดของทางนาตองไมใหญเกนไปจนทาใหการแพรกระจายของสไมเตมหนาตดอยางเหมาะสมทจะเปนตวแทนของทงหนาตดการไหล
นาในทางนาตองไมขนจนสงเกตสไดลาบาก
ระยะการตรวจวดตองไมยาวเกนไปจนเกดการกระจายตวของสจนไมสามารถสงเกตสวนหวของนาสทชดเจนได
สทใชตองไมเปนพษตอสงแวดลอม
5-14
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3) การวดอตราการไหลของนาโดยใชเรดโอไอโซโทป (Radioisotopes)
ในการวดอตราการไหลของนาในแมนาลาคลองทวๆไปนนวดดวยเครองมอวดกระแสนาในบางกรณทแมนาลาคลองบรเวณนนตนเขนเตมไปดวยโขดหนเกะกะ และมกระแสนาไหลหมนวนมากหรอบรเวณนนลกและมอตราการไหลของนาสงมากเครองมอวดกระแสนาไมสามารถใชวดได การใชเทคนคทางนวเคลยรสามารถกระทาไดโดยปลอยเรดโอไอโซโทปลงไปในแมนาลาคลองแลวใชเครองมอวดรงสวดปรมาณรงสตรงบรเวณ ตอนใตของจดทปลอยเรดโอไอโซโทปบนทกปรมาณรงสทวดไดกบระยะเวลาหลงจากปลอยเรดโอไอโซโทปลงไปกจะสามารถคานวณหาอตราการไหลของนา ณ บรเวณนนได
ในป 2514 สานกงานปรมาณเพอสนตรวมกบกรมชลประทาน ไดทดลองทาการศกษาวดอตราการไหลของนาทปลอยออกจากเขอนแกงกระจาน เพอเปรยบเทยบคาทคานวณไดจากการเปลยนระดบประตระบายนา การทดลองไดเปลยนระดบประตนาหลายระดบ ผลสรปไดวา คาทไดจากการใชเทคนคทางนวเคลยร มคาใกลเคยงกนกบคาทคานวณไดจากการเปลยนระดบประตระบายนา จดประสงคในการศกษากเพอจะทดสอบวาการใชเทคนคทางนวเคลยรวธนสามารถนามาใชไดหรอไม เพอจะไดนาเทคนคทางนวเคลยรวธนไปพฒนาใชประโยชนตอไปในอนาคต
4) Fluorescent dye เปนการตรวจวดคลายวธการใชส แตใชสารเรองแสงแทน เชน Fluorescein, Rhodamine B, Rhodamine WT เปนตน ในการตรวจวดตองใชเครองตรวจจบสารเรองแสงโดยเฉพาะ
ตาราง 5-5 คณสมบตของสาร Fluorescent dyes
5-15
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
5.5 การใช Pitot tube
Pitot tube เปนเครองมอใชวดความเรวการเคลอนทของของไหล ซงปจจบนมใชงานดงน 1. วดความเรวของลม - ความเรวลมในอโมงคลม –วดความเรวของอากาศยาน
2. วดความเรวการไหลของของเหลว –ในทอ –ในทางนาเปด
Pitot tube ไดประดษฐขนครงแรกโดยวศวกรชาวฝรงเศส Henri Pitot โดยในป ค.ศ. 1732 เขาไดเสนอผลงานวชาการชอ "Description d'une machine pour mesurer la
vitesse des eaux courantes et le sillage des vaisseaux” (Description of a
machine to measure the speed of running waters and the wake of vessels.)
แนะนาสงประดษฐเครองมอวดกระแสนารปแบบใหม แสดงในรปท 5-7 เปนทอหลอดแกว 2 ทอตดตงในแนวดงบนแผนไมททาเปนแถบ Scale โดยทอหนงมปลายปลอยตรงเรยกทอ Static
สวนอกทองอ ปลาย 90 องศา เรยก ทอ Pitot การตรวจวดนาเครองมอไปจมวดในทางนาโดยใหปลายทอดานทงอหนหนาตานทศทางการไหล ระดบนาในทอจะมความแตกตางกน โดยนาในทงอปลายรบแรงดนนาไหลจะสงกวาอกทอ และย งกระแสนาแรงมากขนเทาไร ความแตกตางของระดบนาในทอกยงมาก เครองมอดงกลาวในเวลาตอมาเรยกวา เครองวดความเรวการไหลแบบ Pitot tube
รปท 5-7 เครองมอวดกระแสนารปแบบของ Henri Pitot ซง Rouse and Ince, 1957.
ไดสรางขนมาใหม
5-16
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
เครองมอวดกระแสนาของ Pitot ในเวลานนไมเปนทยอมรบและถกลมเลอนไป เพราะยงไมสามารถอธบายและวเคราะหผลจากปรากฏการณตางๆ ทเกดขนในเชงทฤษฏได การใชงานไมสะดวก มความผดพลาดในการวดสงเพราะยงไมมการ Calibrate ทดพอ เครองมอมขนาดใหญตานกระแสนาจนทาใหการวดผดพลาดโดยบอยครงททาใหระดบนาในทอ Static อยตากวาระดบผวนา และระดบนาในทอมการกระเพอมมาก เพราะยงไมเขาใจถงผลกระทบทเกดจากรปรางของปากของทอ Pitot
ตอมาในป ค.ศ. 1858 Henry Philibert Gaspard Darcy วศวกรชาวฝรงเศสไดศกษางานของ Pitot และไดพฒนาเครองมอวดกระแสนา Pitot tube ขนมาใหม ดงแสดงในรปท 5-8
a) b) c)
รปท 5-8 Darcy’s Pitot tube designs by publication date; a) 1856, b) 1857, c) 1858.
5-17
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
โดย Darcy สามารถแกปญหาทเคยเกดขนในเครองมอเดมของ Pitot ใหหมดไป และอธบายปรากฏการณทเกดขนโดยใชสมการของนกวทยาศาสตรชาวอตาล Evangelista Torricelli
(1643) ทใชอธบายการไหลของนาทออกจากถงนา ซงสอดคลองกบหลกการทางชลศาสตรของข อ ง ไ ห ล ท Bernoulli (1738) น ก ค ณ ต ศ า ส ต ร ช า ว ด ช -ส ว ส เ ผ ย แ พ ร ใ น ห น ง ส อ Hydrodynamica
Torricelli’s equation: gh2V
เมอ V = ความเรวของนาทจดใดๆ ม. / วนาท = Calibration coefficient ของเครองมอ
g = คาความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม./ (วนาท) 2
h = ความตางระดบของนาในทอ Static กบทอ Pitot ม.
5.5.1 หลกการทางานของ Pitot tube
รปท 5-9 แสดงการวดการไหลในทางนาเปดและในทอโดยใช Pitot tube
พจารณาการวดการไหลในทอปดดวย Pitot tube วดความเรวเปนจด ความเรว ณ จด 1 พลงงานของการไหล ณ จด 0 จะถกเปลยนเปนพลงงานศกยทอยในรปของ Pressure
head ณ จด 1 โดยความเรว ณ จด 0 คานวณไดจากสมการของ Bernoulli
g2
V
g
P
g2
V
g
P211
200
เมอ V0 และ V1 เปนความเรวทจด 0 และ 1 ตามลาดบ P0 และ P1 เปนความดนทจด 0 และ 1
g เปนคานาหนกจาเพาะ (Specific weight) ของของไหล
V1 = 0 ; 2001 V
2
1PP ........ (1)
ความดน P0 ตรวจวดไดทปลายของ Piezometer เปน P3
5-18
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
และความดน P1 ตรวจวดไดทปลายทอ Pitot เปน P2 P0 = P3 และ P1 = P2
P2 - P3 = ρgh
ดงนน P1 – P0 = ρgh ........ (2)
แทนคา (2) ใน (1) ; 20
V2
1gh
gh2V0
5.5.2 การวดกระแสนาในทางนาเปดดวย Pitot tube มหลกการเชนเดยวกบการวดในทอ โดยตดตงทอ Static แทน Piezometer แลวตดตง Manometer เพอวดความแตกตางแรงดนทปลายทอทงสอง เปนคา Pressure head ทมคา h ใชคานวณคา gh2V0 เชนเดยวกน
รปท 5-10 แสดงการวดการไหลในทางนาเปดแสดงการวดการไหลในทางนาเปด
วธการตรวจวดความเรวการไหลของนาดวย Pitot tube
ลกษณะการตรวจวดดวย Pitot tube นนจะใชตรวจวดอตราการไหลในทางนาโดยวธ Velocity – area method
นนคอการวดความเรวเฉลยในพนทหนาตดยอยของทางนา เชนเดยวกบการใช Current meter ตรวจวดนนเอง
การวดจะตดตงเครองวดกบแทงเหลกวดความลกระดบนาเพอวดในระดบความลกตางๆ เชน 0.2, 0.6, 0.8 จากผวนา ใหสอดคลองกบของความลกของนาตามทกาหนดในวธ Velocity – Area Method ในการวดจะหนปลายทอ pitot ใหอยในแนวเดยวกบทศการไหลของนามากทสด ดดนาจากปลายทอดานบนหรอสวนทเปน Manometer เพอยกระดบนาในทอใหสงขนจะไดอานคาความแตกตางของระดบนาในทอวดไดสะดวกขน โดย แตละตาแหนงททาการวด จะตรวจวดหลายครงเพอนาคาเฉลยมาใช จะไดลดความผดพลาดในการวด (การตรวจวดครงใหมเพยงบดปลาย Pitot ไปอยในแนวอนแลวบดมาวางแนวใหขนานกบทศทางการไหลใหม)ภ 4-10
Tube
5-19
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
5.5.3 การคานวณความเรว
นาคาความแตกตางของระดบนาในทอทงสองทอ หรอ Manometer ซงเปนคา Pressure head (h) มาคานวณ โดยเครองมอแตละเครองจะมคาสมประสทธทไดจากการ Calibrate เครองมอใหมความถกตองในการตรวจวด ในการคานวณจงตองคณคาสมประสทธของเครองมอดวย
gh2CV
V = ความเรวกระแสนา ม./วนาท h = ความแตกตางของระดบนาในทอทงสอง ม. g = คาความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม./ (วนาท) 2 C = คาสมประสทธปรบแกของเครองมอเครองนน
5.5.4 ความผดพลาดในการตรวจวดและอานคา
1) การอานคาระดบนาในทอตองใหผวนาในทออยในระดบสายตาไมเชนนนจะอานคาผดพลาด เพราะผวนาในทอจะโคง
2) ความไมสมบรณ การชารดของเครองมอ เชน มการรวของรอยตอทอตาง ๆ หววดเสยหายเปลยนรปไปจากเดม เปนตน
3) คาสมประสทธปรบแกของเครองมอนนเปลยนแปลงไป เนองจากใชงานมานาน การบารงรกษาหลงการใชงานไมด อาจมสงสกปรก หรอเกดตะกรนจบในทอ ตองสอบเทยบคาปรบแกเครองมอ
4) ทศทางของปลาย Pitot tube ไมอยในแนวเดยวกบทศการไหล การวางตาแหนงทตางไปจากทศการไหลเกนกวาคาความเบยงเบนทยอมใหได ทาใหผลการวดคลาดเคลอนทไมสามารถปรบแกอะไรไดอกเลย
Dally และคณะ (1993) ไดนาเสนอถงผลความคลาดเคลอนในการตรวจวดจากการวาง Pitot tube ผดแนว ดงแสดงในกราฟของ รปท 5-11 โดยคาความผดพลาดขนกบมมของหววดทเบยงเบนไป และรปรางหววดทตางกนจะมคาความคลาดเคลอนทไมเทากน ดงนนในการตรวจวดจงตองใชความระมดระวงในการวางแนวของหววดใหมาก
a
'aa
a
a
P
PP
P
PError
เมอ 'aP คอคาความดนจลนทวดได
5-20
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 5-11 คาความคลาดเคลอนทเกดจากการวาง Pitot tube ผดแนว (Dally et al. 1993)
5.5.5 ขอด ขอเสยของการใช Pitot tube
แมวาในปจจบนมเครองมอวดความเรวของการไหลหรอกระแสนาชนดตางๆ มากมาย แต Pitot tube กยงเปนทนยมใชในปจจบน ทงนเพราะยงมคณสมบตทดบางประการ
ขอด ราคาถก ตดตงใชงานงาย
ตวเครองมอมผลกระทบกบการไหลนอย
ความดนสญเสยจากการไหลผานหววดตา
ขอเสย
มความออนไหวตอแนวการไหล
ความเทยงตรง ± 5 % คาความผดพลาดอาจมากขนหาก Velocity
profile ของลาการไหลเลยนแปลง (การไหลมความปนปวนมาก) ไมเหมาะกบการวดความเรวของสารทมความสกปรก มความหนดมาก
เพราะอาจทาใหเกดการอดตน
5-21
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
สาหรบในประเทศไทย นายวทยา สมาหาร อดตผอานวยการสานกวจยและพฒนา
กรมชลประทาน ไดออกแบบประดษฐเครองวดความเรวนาแบบ Pitot เพอใชในหนวยงานกรมชลประทาน เปนผลงานทไดรบรางวลผลงานประดษฐนกวจยแหงชาต และตอมาคณะวจยของสานกวจยและพฒนา ไดตอยอดนามาพฒนาใหสามารถวดความเรวนาเปนตวเลขดจตอล และคานวณอตราการไหลหรอปรมาณนา รวมกบการสรางโปรแกรมใหบนทกขอมลเปนแบบตอเนอง Real time แสดงผลทสถานตรวจวด และสงผานขอมลระบบออนไลนใหแสดงผลทางคอมพวเตอรทหองควบคมสามารถตรวจดขอมลไดตลอดเวลาทตองการ
5.6 Velocity head rod
เปนอปกรณวดความเรวการไหลของนาทมลกษณะเปนแทงไมและไมบรรทดประกอบกน การวดโดยนาเครองมอไปขวางแนวนาไหลแลววดระดบของนาทยกตวขนจากการตานการไหลของเครองมอ นามาคานวณความเรว โดยความเรวทตรวจวด เปนความเรวทผวนา Velocity head rod ประดษฐโดย Wilm และ Storey (1944) ชางเทคนคของ USDA
Forest Service Equipment Development Center, San Dimas, California. แมวาอาจเกดความคลาดเคลอนไดสง แตกมความสะดวกในการใชวดกระแสนาในทางนาขนาดเลก
รปรางลกษณะของ Head rod แสดงในรปท 5-13 ทาดวยไมขนาด 1 นว x 4 นว ยาว 4 ฟต หนาตดของเครองมอมลกษณะคลายสเหลยมประกบกบสามเหลยมโดยการลบมมทระยะ 1.5 นวของหนาตด ใหมลกษณะเปนขอบคม โดยทขอบคมทงสองดานตดแถบเหลกเคลอบวดระยะจากตลบเมตร
5.6.1 วธการตรวจวดดวย Head rod
การตรวจวดจะกาหนดตาแหนงการวดจะแบ งหนาตดทางนาเปนสวนๆ ใหกระจายทวถงตลอดหนาตดการไหลในทางนา แสดงตวอยางตาแหนงการวดใน รปท 5-14 โดยในแตละตาแหนงของการตรวจวด จะวดความลกนาจากทองนาถงผวนา จงตองวางเครองวดในแนวดงใหสวนฐานวางอยบนทองทางนา แลวอานคาระดบนาจากแถบวดระดบจากสวนทเปนขอบคมของเครองวด 2 ครง ครงแรกเมอใหปลายขอบคมชไปทางดานเหนอนา และครงท 2 เมอปลายขอบคมชไปทางดานทายนา โดยวางตาแหนงเครองมอใหปลายดานเรยบตงฉากกบแนวการไหล ทงนใหวดซาอยางนอยอยางละ 3 ครง แลวหาคาเฉลยเพอลดความผดพลาด แลวจงนาคาไปคานวณตอไป
5-22
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 5-13 รปรางลกษณะของ Head rod
รปท 5-14 แสดงการใช Head rod วดกระแสนาจดละ 2 ครง
เมอหนปลายสนคมไปทางดานเหนอนาและดานทายนา
5-23
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 5-15 ตวอยางตาแหนงของ Head rod ทใชวดกระแสนาในทางนา
5.6.2 การคานวณอตราการไหลเมอวดดวย Head rod
N
1iiiAVQ (i=1, 2, 3 ,....,N)
ii gh2V
เมอ Q = อตราการไหลรวมของหนาตดการไหลยอยของทางนา ลบ.ม. / วนาท
Vi = ความเรวของนาทตาแหนงวดบนหนาตด ม. / วนาท
Ai = พนทหนาตดยอย i ม.2 g = คาความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก [คา g = 9.81 ม./ (วนาท) 2 หรอ 981 ซ.ม. / (วนาท) 2 ]
h = Velocity head ทตาแหนง i ม.
ud hhh
hd = คาเฉลยระดบนาวด 3 ครงเมอปลายขอบคมเครองมอชไปทางทายนา hu = คาเฉลยระดบนาวด 3 ครงเมอปลายขอบคมเครองมอชไปทางเหนอนา
ตวอยางการตรวจวดและการคานวณ ของหนาตดการไหลตามรปท 5-15 แสดงในตารางท 5-6 และ ตารางท 5-7
5-24
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 5-6 แสดงตวอยางการวดคา และคานวณทตาแหนง A ของหนาตดทางนาตามรปท 5-15
การคาอานจาก Rod คาทอานได เมอหนดานสนคมไปทางดานเหนอนา (cm.)
คาทอานได เมอหนดานสนคมไปทางดานทายนา (cm.)
อานคาครงท 1
อานคาครงท 2
อานคาครงท 3
รวม เฉลย
55.40
55.20
55.30
165.90
55.30 = hu
60.70
60.50
60.60
181.80
60.60 = hd
Velocity head (cm.) h = hd - hu
h = 60.60 – 55.30 = 5.30
gh2V
(cm./s)
30.5x981x2V = 102.0
ตารางท 5-7 ตวอยางการตรวจวดคานวณจากหนาตดการไหลของรปท 5-15
5-25
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
5.6.3 ขอจากดในการตรวจวดดวย Head rod และการเกดความผดพลาด 1) หากความเรวการไหลนอยกวา 0.50 เมตร/ วนาท การยกตวของนาจากการตานการไหลของเครองมออาจนอยจนอานคาไดยาก
2) หากความเรวของนามากกวา 2.50 เมตร/ วนาท กระแสนาจะทาใหการตงเครองมอใหอยในแนวดงยากลาบาก เพราะหากเครองมอไมอยในแนวดงการตรวจวดจะเกดความผดพลาดสง 3) หากกระแสนาไหลปนปวนมาก การกระเพอมของนาจะทาใหอานคาลาบาก เกดความผดพลาดไดมาก
4) การตรวจวดอานคาอาจยากลาบากเพราะตองอานคาบรเวณผวนา 5) พนทองนาตองแขงพอทจะไมทาใหแทงไม เครองมอจมลงไปซงทาใหการตรวจวดผดพลาดไดมาก เพอลดความผดพลาดกรณดงกลาวใชแผนไมหรอแผนเหลกเปนฐานของเครองวด ดงแสดงในรปท 5-16
รปท 5-16 การตดฐานของ Head rod
6) หากออกแบบให Head rod มรปรางและขนาดตางไปจากรปแบบของ Wilm และ Storey จะตองมการ Calibrate หาคาสมประสทธของเครองมอดวย
รปท 5-17 ตวอยางการประยกตนาไมบรรทดกวาง 1 นวมาใชเปน Head rod
-----------------------------------------------------------------------
บทท 6
การวดกระแสนาดวยเครองมอวดกระแสนาเชงกล
(Mechanical velocity meters)
บทท 6
การวดกระแสนาดวยเครองมอวดกระแสนาเชงกล (Mechanical velocity meters)
จากหลกการวดอตราการไหลของนาในทางนามาจากสมการ Q = AV เมอ Q เปนอตราการไหล, A เปนพนทหนาตดการไหล และ V เปนความเรวเฉลยของกระแสนาทไหลในพนทหนาตดการไหลนน ซงเรยกวา Velocity-area method ในการตรวจวดจรงในสนามจะใชเครองมอวดกระแสนา (Current meters) วดความเรวของกระแสนา ทหนาตดการไหลทกาหนด แลวใชหลกการ Velocity-area method ดงกลาว เพอคานวณปรมาณนาผานทางนาทจดตรวจวดนน เมอนาขอมลการตรวจวดเมอนาในทางนามระดบตางๆ ทจดวดนานนมาสรางเปนกราฟทเรยกวา Rating curve และในโอกาสตอไปหากสรางสถานวดระดบนาทจดนน กใช Rating curve ดงกลาวเปนเครองมอในการอานคาปรมาณนาเมอเทยบกบระดบนาทวดได
6.1 ชนดของเครองมอวดเชงกล (Mechanical current meters)
Mechanical current meters เปนเครองมอททางานเชงกล โดยสวนประกอบของเครองมอมการเคลอนไหวเมอกระแสนาไหลผาน การเรยกชอเครองมอมกจะเรยกตามชอผประดษฐพฒนาเครองมอ หรอตามโรงงานทผลต แบงยอยออกเปน 3 ชนด คอ เครองมอวดทมการหมนรอบแกนตง เครองมอวดทมการหมนรอบแกนนอน และ Pendulum current meters
6.1.1 เครองมอวดทมการหมนรอบแกนตง (Vertical axis)
ตวเครองมอวดมสวนประกอบหลกเปนลกถวยทรงกรวย จงเรยกวา เครองมอวดกระแสนาแบบลกถวย (Cup type current meter) จากการทมลกษณะคลายเครองวดกระแสลมแบบลกถวย (Anemometer) บางครงจงอาจเรยก Anemometer current meters
6.1.1.1 Price type AA เปนเครองมอวดททาจากเหลกปลอดสนม ออกแบบโดย William Gunn Price แลวนาไปผลตเชงการคาครงแรกโดย W. & L.E. Gurley (บางตาราจงเรยก Gurley current meter ตามชอโรงงานทผลต) ประกอบดวย ลกถวยทรงกรวย 6
6-2
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ใบเชอมตอบนแกนหมนแนวตง ตวเครองมอทงหมดมเสนผาศนยกลาง 5 นว สง 2 นว ปจจบนรน Price 622AA เปนรนมาตรฐาน จะมสวทชหนาสมผสแบบเสนลวด 2 เสน ซงในการวดจะใช Battery รวมกบหฟงเพอฟงเสยงเมอเครองมอหมนครบรอบและหนาสมผสสวทชสมผสปดวงจร หรอใชโวลตมเตอรเพอสงเกตนบรอบจากการกระดกของเขมมเตอรเมอเครองมอหมนครบรอบ นอกจากนยงมรนปรบปรงจากรนมาตรฐาน โดยปรบปรงสวทชจากหนาสมผสแบบเสนลวดทไมสามารถอานคาไดถกตองในรอบการหมนทชามากๆ เพราะจะเกดอาการหนาสมผสของสวทชคางเมอใชตอกบเครองนบรอบเลกโทรนกส ปรบปรงมาเปนสวทชแมเหลกททางานกบเครองนบรอบเลกโทรนกสไดด และยงมรนปรบปรงแทนสวทชดวย Fiber optic sensor ชวงของการวด 0.05 – 3.50 เมตร/วนาท โดยถาความเรวนอยกวา 0.30 เมตร/วนาท จะมคาผดพลาด 1 % ถาความเรวมากกวา 0.30 เมตร/วนาท คาผดพลาด 0.5 %
อนง เนองจากเครองมอวดแบบลกถวยน จะวดผดพลาดไดมากหาก การไหลของนาคอนขางปนปวน และหากตาแหนงเครองมอไมวางในทศทางแนวเดยวกบทศการไหล ผลการตรวจวดกจะผดพลาดไดเชนกน จงมการประดษฐครบหางเพอตดตงเพมกบเครองมอวด เพอชวยปรบทศทางเครองมอใหวางอยในแนวทศการไหลไดเองตลอดเวลา
6.1.1.2 Pigmy type เปนเครองมอวดทคลาย Price type AA แตไดยอสวนใหมขนาดเลกลงมาเปนขนาด 2 ใน 5 ของขนาดมาตรฐาน พฒนาโดย Edwin Geary Paul ในป 1896 เหมาะกบการวดในทางนาขนาดเลก หรอทซงมนาตน (ไมเกน 0.30 เมตร) วดกระแสนาไดในชวง 0.03 - 1.50 เมตร/วนาท จงไมจาเปนตองมหางปรบทศทาง มทงแบบการวดรอบดวยสวทชแมเหลก และ Fiber optic sensor ในการวดนยมตดตงกบแทงเหลกหยงความลก
รปท 6-1 แสดงขนาดมาตรฐานของ Price type AA
6-3
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 6-2 แสดงสวนประกอบของ Price type AA standard cup type current meters
6-4
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Price AA type Pigmy type
รปท 6-3 Cup type current meters แบบมาตรฐาน Price AA type และแบบ Pigmy type
รปท 6-4 แสดง Price type 622AA และ Pigmy แบบ Fiber optic sensor
รปท 6-5 Price type 622AA ตดตงครบหางชวยบงคบทศทาง
6-5
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 6-6 แสดงสวทชแมเหลกของ Price type 622AA รนปรบปรง
6.1.2 เครองมอวดทมการหมนรอบแกนนอน (Horizontal axis)
เครองมอประเภทนไดแก เครองมอวดกระแสนาแบบใบพด (Propeller type)
เครองมอแบบนจะเกดผลกระทบจากการไหลปนปวนของนานอยกวาแบบลกถวย การหมนจะมความเสถยรกวา เพราะแกนการหมนอยในแนวเดยวกบทศการไหล ไมมปญหาจากตะกอนทไหลปนมากบนา มขนาดเลกนาหนกเบา เครองมอแบบนตนแบบประดษฐในยโรป มหลายรปแบบ เชน Ott meters (Germany), Neyrpic "Dumas" meters (France), Hoff meters และ
Haskell meters (USA), Braystoke meters (England), Oss meters เปนตน
เครองมอวดในกลมนแตละแบบ (ผผลตแตละราย) มกมรนมาตรฐาน และรนปรบปรงทมขนาดเลก โดยแตละรนจะมขนาดตางๆ ทมชวงของการวดความเรวทตางกน บางแบบยงคงมการผลตใชงานจนถงปจจบน
OTT C31 Current meter OTT C2 Small current meter
รปท 6-7 Propeller current meter ทผลตโดย Ott Hydrometrie
6-6
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
OSS – B1 OSS – PC1
รปท 6-8 OSS–B1 Universal current meter และOSS–PC1Pigmy current meter
ทผลตโดย Hydrological Service
SEBA Universal current Meter F1 SEBA-Mini current Meter M1
รปท 6-9 Propeller current meter ผลตโดย SEBA Hydrometrie
รปท 6-10 Neyrpic "Dumas" current meters
6-7
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Haskell meters type A Haskell meters type B
รปท 6-11 Haskell current meters
รปท 6-12 Propeller current meters แบบอน ๆ
6.1.3 Pendulum current meters
เปนเครองมอวดกระแสนาททางานโดยใชหลกการ เมอปลอยวตถทผกดวยเสนลวดหรอเสนเชอกลงไปในทางนา เมอนานงหรอมกระแสนานอยมากๆ วตถทผกไวกบเสนเชอกจะอยในแนวดง แตเมอมกระแสนาแรงขนวตถทผกไวจะตานการไหลของนา ทาใหวตถถกกระแสนาผลก ทาใหแนวเสนเชอกเบยงเบนไปจากตาแหนงเดม ซงความเรวกระแสนาจะสมพนธกบมมทเชอกเบนไป ตวเครองมอวดแบบ Pendulum current meters จะประกอบดวยรอกปลอยเสน
6-8
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ลวดหรอเชอกทปลายเชอกผกทนโลหะ (Metal resistance buoy) ทใชทาหนาทปะทะกบกระแสนา ตวเครองมอจะมลกนาเพอปรบระดบเครองมอใหอยในแนวราบตลอดเวลา จะไดอานคามมทแนวเสนเชอกเบยงเบนไปจากแนวดงไดถกตอง โดยตวอยางเครองมอวด Pendulum
current meters แบบหนงแสดงในรปท 6-13 ทสามารถวดกระแสนาไดระหวาง 0 – 2 เมตร/วนาท
รปท 6-13 แสดง Pendulum current meters แบบหนงมชอเรยก KLM
การตรวจวดจะอานคามมจากแนวเสนเชอกทเบนไปจากแนวดง (แนวดงความเรวกระแสนา = 0) แลวนาคามมไปเทยบกบ Calibrate curve ของเครองมอจะไดคาความเรวของการไหล ซงความถกตองของการวดขนอยกบความลกทหยอนทนโลหะ ขนาดและนาหนกของทน ขนาดของเสนลวดหรอเชอก และคา Calibrate curve ของทนโลหะเฉพาะแตละตว
ในรปท 6-14 แสดง Pendulum current meters อกแบบหนง ใชสาหรบวดกระแสนาทไหลชาๆ มาก ระหวาง 0.3 - 3.0 ซ.ม./ วนาท การวดจะใชกลองถายรปบนทกตาแหนงของทน (Fig 1) หรอแผนวดรปวงกลม (Fig 2) ทเบยงเบนไปจากตาแหนงปกตในแนวดง
6-9
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 6-14 แสดง Pendulum current meters อกแบบหนง ใชวดกระแสนาทไหลชามาก ๆ
ปจจบน Pendulum current meters ไมเปนทนยมใช เพราะจะใชไดดเฉพาะกบทางนาหนาตดรปสเหลยมทมอตราการไหลคอนขางคงท และลกไมมากเทานน อกทงจะมปญหาจากกระแสลมทาใหการวดผดพลาดไดมาก และเสนเชอกมกไมอยนงจะมการแกวงตวหากกระแสนาไหลไมคงท ทาใหการอานคามมหรอตาแหนงตววดผดพลาด
6.2 วธการตรวจวดกระแสนาโดยใช Cup type และ Propeller type current meters
(อาจเรยก Rotor current meters เพราะมการหมนรอบแกน)
Cup type และ Propeller type current meters อาจเรยก Rotor current meters
เพราะมการหมนรอบแกน
ตอไปจะกลาวถงวธการตรวจวดใน 3 ประเดน คอ (1) การตดตงเครองมอ (2) การการหยงความลกของนา และการกาหนดตาแหนงความลกของเครองมอวด และ (3) วธการตรวจวด โดยทง 3 ประเดนจะพจารณาเลอกจากขนาดความกวาง ความลก รวมทงสงแวดลอมอน ๆ ของทางนา เพอใหการตรวจวดสะดวก รวดเรว มความผดพลาดนอยทสด
6-10
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
6.2.1 การตดตง Current meter
รปแบบการตดตง Current meter เพอวดความเรวกระแสนาในทางนานน ตองพจารณาถงวธทจะตรวจวด ซงสมพนธกบขนาดความกวาง ความลก และสภาพแวดลอมของทางนา โดยนยมตดตงกบทอนโลหะหยงวด และการตดตงกบสายเคเบล
1) การตดตงเครองมอวดกบทอนโลหะหยงวด (Wading rod)
ใชในการตรวจวดในทางนาทไมลกมาก และกระแสนาไมแรงมาก โดยออกแบบเปนทอนโลหะสาหรบใชตดตงกบเครองมอวดมาโดยเฉพาะ เพอใหสะดวกในการใชงาน ทงเพอการหยงวดความลกและตดตงเครองมอวดทระดบความลกตาง ๆ ซง USGS กาหนดรปแบบมาตรฐานไว 2 ชนด คอ
1.1) แบบธรรมดา (Universal
wading rod) เปนทอนโลหะกลมม 2 ขนาด คอ ขนาดเสนผาศนยกลาง 20 ม.ม. สาหรบตดตงเครองมอวดรนมาตรฐาน ยาวทอนละ 1.00 ม. ตอกนไดดวยเกลยว (1 ชดม 3 ทอน หรอ 3.00 ม.) และขนาดเสนผาศนยกลาง 9 ม.ม. สาหรบตดตงเครองมอวดรนยอสวนขนาดเลก หรอ Pigmy ยาวทอนละ 0.50 ม ตอกนไดดวยเกลยวเชนกน (1 ชดม 3 ทอน หรอ 1.50 ม.) นอกจากนจะมฐานรองเพอใหเกดความมนคงในขณะวด และไมใหแทงโลหะจมลงไปในผวทองทางนาทจะทาใหวดความลกผดพลาด
รปท 6-15 Universal wading rod
1.2) แบบมตวปรบระดบดานบน (Top-setting wading rod) มลกษณะเปนทอนเหลกกลม 2 ทอนประกอบกน ทอนแรกมลกษณะคลาย Universal wading rod ทาหนาทหยงกบทองทางนา และอกทอนทาหนาทตดตงเครองมอวด และใชปรบตาแหนงเครองมอวดใหอยทระดบความลกทตองการอยางสะดวก มความยาวสงสดใหเลอก ระหวาง 1.20 – 3.00 เมตร
6-11
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 6-16 Top-setting wading rod
ในทางปฏบตนนนอกจากจะใชทอนโลหะแบบมาตรฐานดงกลาวแลว อาจดดแปลงใชทอเหลก ทอนไม หรอวสดอนๆ ทมลกษณะเปนทอนกลมทมความแขงแรง เพอตดตง Current
meter กได การตดตงเครองมอวดอาจตดตงตวเดยว หรอตดตงหลาย ๆ ตวทตาแหนงระดบความลกทตองการกได การตดตงหลายตวจะทาใหการตรวจวดในแตละตาแหนงทาไดสะดวกและรวดเรวยงขนเพราะสามารถอานคาไดพรอมกนในการวดครงเดยว
รปท 6-17 แสดงการตดตง Current meter หลายตว
6-12
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) การตดตงเครองมอวดเพอหยงวดกบสายเคเบล
ใชตดตง Current meters เพอตรวจวดในทางนาทลกและกระแสนาคอนขางแรง (ไมสะดวกในการตรวจวดหากตดตงเครองมอกบ Wading rod ทกลาวขางตน) รปแบบการตดตง มกตดตงบนแทงโลหะทผกสายเคเบล (เชอก หรอ ลวดสลง) ไวดานบน และตดตงนาหนกถวงไวดานใต หรอตดตงกบอปกรณพเศษททาหนาทเปนนาหนกถวงและสวนประกอบอนๆของเครองมอวดดวย
การตดตงเครองมอวดกบสายเคเบลจะตองตดตงครบหางบงคบทศทางดวยเสมอ ตวอยางการตดตงเครองมอวดเพอหยงวดกบสายเคเบล แสดงในรปท 6-18
รปท 6-18 การตดตงเครองมอวดเพอหยงวดกบสายเคเบล
6.2.2 การหยงความลกของนา และการกาหนดตาแหนงความลกของเครองมอวด
6.2.2.1 การหยงความลกโดยใช Wading rod
ตว Wading rod จะมขดแบง Scale ลกษณะเปนรอยบากเปนปลองหรอขอละ 1 ซ.ม. ทจะสามารถอานคาความลกไดโดยตรง โดยถาจะใหสะดวกในการอานคาอาจเขยนคาตวเลขหรอทาเครองหมายไวกได แตผทไมชานาญในการอานคาโดยตรงดงกลาว กอาจใชตลบเมตรวดระยะกได จะวดไดเรวขนและไมผดพลาด (กรณหยงวดดวยทอนไม ทอนโลหะอนๆ กใหใชคกบตลบเมตร) ในการหยงตองให Wading rod ตงอยในแนวดงจะไดคาความลกทถกตอง
6-13
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
เมอไดคาความลกของนาแลว กนามาหาตาแหนงคาความลกทจะตดตงเครองมอวดในตาแหนงทตองการตอไป การวดทาได 2 รปแบบ คอ การวดทปรบตาแหนงเครองมอวดใหเหมาะสม แลววาง Wading rod ในทางนาใหฐานวางบนทองทางนาแลว และการวดทตดตงเครองมอวดทปลาย Wading rod การปรบตาแหนงทจะวดกเพยงแตยก Wading rod ขนหรอลงใหมาอยในระดบความลกทตองการ โดยทาเครองหมายจดควบคมตาแหนงระดบผวนาท Wading
rod
6.2.2.2 การหยงความลกโดยใชสายเคเบล (หรอเชอก หรอลวด)
รปท 6-19 Sound weight ขนาดตาง ๆ
การหยงวดความลกจะผกถวงสายเคเบลกบนาหนกถวง (Sound weight) ทมรปรางคลายตอรปโดเพอใหลดแรงเสยดทานจากกระแสนาใหนอยทสด จะไดจมดงลงไปตรง ๆ และนาหนกทาใหสายเคเบลตง แลวปลอยสายเคเบลลงจน Sound weight สมผสทองนาพอด (ตาแหนงทถาลดสายเคเบลลงนดหนงแลวสายเคเบลจะหยอน ขณะเดยวกนถาดงสายเคเบลขนนดหนงกจะตง) แตหากขนาดนาหนก Sound weight นอยและกระแสนาแรงมาก ตว Sound
weight และสายเคเบลอาจถกกระแสนาปะทะทาใหถกผลกไปจากแนวดงทเปนแนวตรวจวดได นอกจากนแรงจากกระแสนาอาจทาใหเคเบลทดงจนตงแลวไมเปนแนวตรงแตเปนแนวโคง ดงนนจงตองเลอกขนาดนาหนก Sound weight และขนาดเคเบลใหสอดคลองกบกระแสนาดวย
สงทสาคญในการตรวจวดประการหนงคอ หากผตรวจวดอยสงกวาผวนามากจนไมสะดวกหรอไมสามารถกาหนดตาแหนงเคเบลทผวนาได จงจาเปนตองวดระยะจากปลายสายทอยเหนอผวนาขนไปซงตองกาหนดใหตาแหนงปลายสายเปนตาแหนงทคงทตาแหนงเดยว ในการตรวจวดตองหยงวดระยะความลกจากปลายสายถงผวนาเพอหกระยะเหนอผวนาออกดวย
6-14
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 6-20 แสดงการวดความลกของทางนา
การปรบแกคาความลกทเบยงเบนไปจากแนวตรวจวด พจารณา รปท 6-20
การหยงวดความลกของนาเมอ Sound weight วางอยบนผวทองนา การปรบความลกทเบนไปจากแนวตรวจวดหรอแนวดงเปนมม θ ทาได 2 รปแบบ คอ
(1) การเลอนตาแหนงปลายสายเคเบลบนผวนา เพอใหสายเคเบลปรบมาอยในแนวดง (θ ≈ 0)
(2) ปรบแกระยะความลกโดยการใชหลกการตรโกณมต Y' = Y cosθ
กรณการกาหนดตาแหนงความลกของเครองมอวด จะปรบดงสายเคเบลขนลงใหเครองมอวดวางอยทระดบความลกทตองการ (Sound weight ไมวางอยบนทองนา) ถาสายเคเบลเบนไปจากแนวดงเปนมม θ จะมากหรอนอยจะแปรผนตรงกบกระแสนา การปรบแกระยะความลกจะใชหลกการตรโกณมต Y' = Y cosθ
6.2.3 วธการตรวจวดดวย Rotor current meter
จะอธบายถงวธหรอรปแบบในการนาเครองมอไปทาการตรวจวดวาทาไดลกษณะใดบาง ซงวธการทนยมใชนนจะขนกบชนดของเครองมอ และสภาพของจดทตรวจวด ไดแก
1) การลงไปหยงวดโดยตรง (Wading measurement)
2) การวดจากสะพาน (Bridge measurement)
3)การตรวจวดจากรมตลงโดยใชระบบสายเคเบล (Cable supported
measurement)
4) การตรวจวดจากรถกระเชา (Cable car measurement)
5) การตรวจวดโดยอาศยเรอ (Measurement by boat)
6-15
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1) การลงไปหยงวดโดยตรง
วธนเหมาะกบทางนาทไมลกมาก กระแสนาไมแรง ตวผวดจะลงไปหยงวดในทางนา โดยตดตงเครองมอวดกบทอนโลหะหยงวด (Wading rod)
ในการหยงวด ถาตวผวดตองลงไปอยในนาดวย ตองวางเครองมอวดดานเหนอนาหรอดานหนา ในตาแหนงทตวผวดทปะทะกบนาเกดการตานการไหล แลวไมทาใหเกดผลกระทบตอการวด
รปท 6-21 การลงไปหยงวดโดยตรง และใชเชอกกาหนดแนวและตาแหนงในทางนาทกวาง
2) การตรวจวดจากสะพาน
โดยสะพานจะมความยาวคลมความกวางของทางนา จงสามารถกาหนดจดแบงทางนาเปนสวนยอยจากสะพานไดเลย ทาใหสะดวกในการวด
6-16
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2.1) กรณทางนาไมลก ไมกวางมาก และสะพานไมสงจากผวนามากนก (อาจใชแผนไมหรอโครงเหลกพาดเปนสะพานชวคราวกได) การวดจะตดตงเครองมอวดกบ Wading rod
กรณนตวผวดไมตองลงไปในนา แตถาระดบนาคอนขางลกและกระแสนาแรงจนใชคนจบ Wading rod แลวไมมนคง กอาจใชอปกรณชวยยดจบได
2.2) กรณทางนาลก กวางมาก และสะพานอยสงจากผวนา จะตดเครองมอวดกบสายเคเบล โดยอาจมอปกรณประกอบเพออานวยความสะดวกในการตรวจวดตามความเหมาะสมและจาเปน เชน อปกรณยดเครองมอกบราวสะพาน, ระบบควบคมสายเคเบลทอาจมตววดระยะ
ดวย, ระบบรอก, เครน (ตวอยางเชน รนมาตรฐาน Type A crane) เปนตน
อปกรณยดเครองมอใชควบคมสายเคเบลกบราวสะพาน Type A crane
ตวอยางการตรวจวดจากสะพานทตดตง Propeller current meter 8 ตว
รปท 6-22 แสดงอปกรณประกอบเพออานวยความสะดวกในการตรวจวดจากสะพาน
6-17
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3) การตรวจวดจากรมตลงโดยใชระบบสายเคเบล (Cable way)
จะใชระบบสายเคเบลทสามารถควบคมไดทงแนวราบเพอพาเครองตรวจวดไปยงตาแหนงหนาตดยอยของทางนาทตองการ และการควบคมในแนวดงเพอหยอนเครองมอวดลงไปในตาแหนงทตองการตรวจวด จากมเตอรแสดงระยะการปลอยสายเคเบลออกไป โดยตวผตรวจวดจะควบคมอปกรณและทาการตรวจวดจากบนตลง
รปท 6-23 แสดงการตรวจวดโดยใชระบบสายเคเบล
4) การตรวจวดจากรถกระเชา (Cable car)
เปนรปแบบการตรวจวดทใชรถกระเชาทตดตงกบระบบสายเคเบล เพอพาตวผตรวจวดไปวดในตาแหนงทตองการ ทาใหการตรวจวดทาไดสะดวกและรวดเรวเกดความผดพลาดไดนอยกวาการตรวจวดจากรมตลงโดยใชระบบสายเคเบล ในการตรวจวดจะตดตงเครองมอกบสายเคเบล
6-18
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 6-24 แสดงกระเชาแบบหนง และการตรวจวดจากรถกระเชา
5) การตรวจวดโดยอาศยเรอ
การตรวจวดโดยอาศยเรอนม 2 วธการ ทตองทาความเขาใจเพอไมเกดความสบสน คอ การตรวจวดจากเรอ และการใชเรอตรวจวด โดยหลกการตรวจวดโดยอาศยเรอนจะม 2 ขนตอนสาคญในการตรวจวด คอ (1) ตองรหนาตดการไหลของทางนาในตาแหนงทจะตรวจวด ซงอาจไดจากแผนทรปตดทางนาทสารวจไวแลว หรอทาการหยงวดเอง เพอใชวางแผนแบงพนทหนาตดการไหลยอย และจะไดทราบความลกของนาเพอกาหนดระยะตาแหนงความลกของ Current meter
ไดเหมาะสม (2) การตรวจวดกระแสนาทตาแหนงตาง ๆ ทตองควบคมทงตาแหนงของเรอ และระดบความลกของ Current meter
5.1) การตรวจวดจากเรอ (Boat measurement)
วธนเปนจะใชเรอเปนพาหนะพาผตรวจวดออกไปตรวจวดในทางนา โดยเรอจะตองไปจอดในตาแหนงทตองการตรวจวด (ถากระแสนาแรงตองทอดสมอ) ซงไดแกตาแหนงทไดกาหนดแบงเปนพนทหนาตดยอยของทางนานนเอง
ในการการตรวจวดจากเรอน มสงทตองควบคม ระมดระวง ไดแก
(1) ตองคานงถงภยทางนาทอาจเกดขนไดตลอดเวลา
(2) ทางนาทมการเปลยนแปลงระดบนาเรว ถาลานากวางและตองแบงพนทหนาตดยอยเพอตรวจวดหลาย ๆ ตาแหนง กวาจะตรวจวดเสรจระดบนาทไมคงทมการเปลยนแปลงมาก จะทาใหเกดความผดพลาดในการตรวจวด จงตองใชผปฏบตงานหนาทตาง ๆ เชน
6-19
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ผขบเรอ ผแจงบอกควบคมตาแหนงเรอ ผตรวจวดตามจานวนเครองมอทตองตรวจวดในเวลาเดยวกน เปนตน ตองวางแผนเลอกชวงเวลาใหเหมาะสม กาหนดชดปฏบตงานหลายชด (ใชเรอหลายลา) เพอเรงรดการปฏบตงานใหตรวจวดเสรจทน
(3) เพอลดความผดพลาดในการตรวจวด ตองควบคมตาแหนงของเรอใหอยใกลเคยงกบตาแหนงทถกตองใหมากทสด ทงในแนวหนาตดการไหล และอยในตาแหนงระยะแบงของหนาตดยอย
(4) ตองเลอกวธการวดความเรวเฉลยการไหลของหนาตดยอยใหเหมาะสม กบปรมาณจดทตองตรวจวด และระยะเวลาทระดบนาในทางนาจะเกดการเปลยนแปลง เชน ถาทางนากวางมากมจดตรวจวดมาก กอาจเลอกใชวธการวดเพอหาคาความเรวเฉลยทความลก คาเดยว
แทนการตรวจวดทหลายระดบความลก เปนตน
การควบคมตาแหนงของเรอ ทาไดหลายวธ ขนกบขนาดความกวางของทาง
นา และจดสงเกตทใชเปรยบเทยบแนวหรอมม โดยเปนสงทตองวางแผนไวลวงหนาเสมอ
ถาทางนาไมกวางมาก อาจควบคมแนวหนาตดการไหลและตาแหนงแบงหนาตดยอย โดยการใชแนวเสนเชอกและแบงระยะบนเสนเชอก
ถาทางนาไมกวางมาก วธนคลายกรณแรกแตไมขงเชอก จะใหผสงเกตบนฝงคอยบอกควบคมแนวของหนาตด จากการใชจดสงเกตรมฝง 2 จดทมอยกอนแลวในพนท หรอสรางขนมาเอง ซอนทบกบตาแหนงเรอ (หลกการวางแนวโดยใช 3 pole ในงานสารวจ) สวนระยะตาแหนงทจะตรวจวดจะปลอยเชอกวดระยะตอเนองกนไป
การใชหลกการทางตรโกณมต ใชจดสงเกต 3 จดเปนตวควบคมทงแนวหนาตด และระยะตาแหนงทจะทาการตรวจวด โดยอาศยอปกรณสารวจชนดมอถอ เชน Sextant เปนตน กรณนผทาหนาทควบคมแนวระยะตาแหนงจะอยบนเรอ
การใช เครองอานพกดทางภมศาสตร(Global Positioning
System : GPS) โดยตองเลอกใชเครองทอานคาไดละเอยดเหมาะสมกบการปฏบตงาน
6-20
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 6-25 หลกการใชเชอกเปนตวกาหนดแนวและกาหนดตาแหนงตรวจวด หรอการให
ผสงเกตบนฝงคอยควบคมแนวของหนาตด คกบใชความยาวเชอกกาหนดระยะ
รปท 6-26 หลกการใชหลกการทางตรโกณมต ใชจด 3 จดเปนตวควบคม
รปท 6-27 การใชเครองมอสารวจ Sextant และหลกการทางตรโกณมตควบคมตาแหนงเรอ
6-21
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การตดตงเครองมอตรวจวด เลอกชนดและขนาดของเครองมอใหเหมาะสมกบความเรวของกระแสนา เพอทาการตรวจวดแตละตาแหนงหรอจด
1) ถานาไมลกมาก ตดตง Current meter กบ Wading rod หรอทอเหลก หรอทอนไม
2) ถานาลกมาก ตดตง Current meter เพอตรวจวดกบสายเคเบล
5.2) การใชเรอในการตรวจวดดวยวธ Moving Boat
ตามทกลาวขางตนวากรณททางนาทมการเปลยนแปลงระดบนาเรว ถาลานากวางและตองแบงพนทหนาตดยอยเพอตรวจวดหลาย ๆ ตาแหนง กวาจะตรวจวดเสรจตลอดแนวหนาตด ถาระดบนาเกดการเปลยนแปลงเรว จะทาใหเกดความผดพลาดในการตรวจวดนน จงไดมการคดคนพฒนาวธการตรวจวดโดยอาศยเรอรปแบบใหม ทเนนความรวดเรว และความถกตองในการปฏบตงาน วธการนเกดขนเพราะการมอปกรณแบบใหม ๆ ทมประสทธภาพในการทางาน โดยจะตดตงอปกรณตรวจวดกบเรอ ในการตรวจวดจะใหเรอแลนไปในแนวหนาตดของทางนาและใหเครองมอตรวจวดทาการตรวจวดอยางตอเนองตลอดเวลา จงเรยกการตรวจวดวธน วา Moving
boat method
5.2.1) เครองมออปกรณทใชในตรวจวดดวยวธ Moving Boat
รปท 6-28 การตดตง Current meter กบอปกรณพเศษทหวเรอ
(1) ตดตง Propeller current meter กบอปกรณพเศษทหวเรอ ดงแสดงในรปท 6-28 ซงมลกษณะเปนแกนโลหะทประกอบอยในทอกลวง ซงทอกลวงยดตดกบหวเรอ สวนลางของแกนใชตดตง Current meter โดยมครบแพนหาง (Vane) เพอใชบงคบให
6-22
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Current meter วางตวในแนวเดยวกบแนวการไหลตลอดเวลา สวนบนของแกนตดตง Pointer
สาหรบชแนวหรอชการวางตาแหนงของ Current meter สวนบนทอกลวงตดตงจานองศาเพออานคามมท Pointer หรอคอแนวของ Current meter เบยงเบนไปจากตาแหนงเรมตน (จด 0 องศาแนว pointer เปนแนวเดยวกบตวเรอ)
(2) ใชเครองวดความลกของนาแบบคลนเสยงสะทอน (Sonic sounder) ทสามารถบนทกคาความลกของนาหรอหนาตดของทางนาไดอยางตอเนอง
(3) ใชเครองอานรอบอเลคทรอนคสอตโนมต ทแสดงคาการตรวจวดตอเนองเปน รอบตอวนาท อานคารอบการหมนของ Current meter
รปท 6-29 เครองวดรอบอเลคทรอนคสแบบหนง
5.2.2) วธการตรวจวดดวยวธ Moving boat
(1) กาหนดแนวหนาตดทางนาทจะตรวจวด และกาหนดจดสงเกตทจะใชควบคมแนวท 2 ฝงทางนา ดงแสดงในรปท 6-30 หากทางนากวางมากอาจวางทนเปนระยะ ๆ
เพอชวยกาหนดแนวกได ในการตรวจวดจะแลนเรอในแนวหนาตดทกาหนดไวน โดยจะตรวจวดความลกของนาดวย Sonic sounder และตรวจวดกระแสนาโดยใหเครองวดรอบอานคาอยางตอเนองตลอดเวลา แลวผตรวจวดจะบนทกคาความลกของนา และคารอบการหมนของ Current
meter เมอเรอแลนถงตาแหนงแบงพนทยอยของทางนาทกาหนดไวทกจด ดงแสดงในรปท 6-31
(2) การกาหนดตาแหนงพนทยอย หรอจดทจะทาการตรวจวดอานคาความลกของนา และคารอบการหมนของ Current meter คดจากความยาวทงหมดของหนาตดทางนาทเรอตองแลนไป (L) หารดวย จานวนหนาตดยอย (n) ทแบงตามเกณฑกาหนด จะได
6-23
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ระยะหางของพนทยอย หรอแตละจดทจะทาการอานคาดงกลาว (b) จาก b = L/n เมอเรากาหนดความเรวของเรอไวคงท (Vb : เมตร/วนาท) นามาหารกจะทราบเวลา (t) ทเรอจะแลนไปถงแตละจดดงกลาวได ดงนน ทกเวลา t ทเรอแลนไปเรากจะอานคา
รปท 6-30 แสดงการกาหนดจดสงเกตแนวหนาตดทางนาทจะตรวจวด
รปท 6-31 แสดงตาแหนงพนทยอยหรอจดทจะทาการตรวจวด
(3) การขบเรอใหแลนไปในแนวหนาตดทางน าทก าหนดไว ถากระแสนาในทางนาไมแรงกสามารถแลนเรอไปตามแนวหนาตดดงกลาวตรง ๆไดเลย แตถาทางนามนาไหลเชยวเชนในฤดนาหลาก การขบเรอเพอใหอยในแนวหนาตดทกาหนดตองบงคบใหเรอแลนตานความเรวกระแสนาทวนกระแสนาดวย โดยเรอตองแลนทามมทเหมาะสมกบแนวหนาตด ในทางปฏบตตองแลนเรอเพอทดสอบการใชความเรวเรอ มมของหวเรอ และระยะเวลาทถงตาแหนงตรวจวดแตละจดกอนทจะทาการตรวจวดจรง (รปท 6-30 และ 6-31)
(4) นาขอมลรอบการหมนของ Current meter ซงเปนคาทเกดจากความเรวกระแสนารวมกบความเรวของเรอทแลนไป ขอมลความลกของนา และขอมลความเรวของเรอ มาคานวณหาคาความเรวเฉลยของการไหลในแตละหนาตดยอยตอไป
6-24
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
หมายเหต : นอกจากการใชวธ Moving boat ตรวจวดทตาแหนงเฉพาะจดดงกลาวขางตนแลว อาจใชตรวจวดแบบตอเนอง ตามทกลาวในหวขอ 12). One - point continuous
method or Depth integration method ในบทท 4
5.2.3) การคานวณความเรวเฉลยของการไหล ดวยวธ Moving boat
คาตวแปรตาง ๆ ทเกยวของ
D : ความลกของนาทตาแหนงจดตรวจวด ..... ม. Vr : ความเรวจาก Current meter (แปลงจากรอบทวดไดไปเปนความเรว)
ซงเปนความเรวสมพทธของความเรวกระแสนาและความเรวเรอ ..... ม./วนาท Vb : ความเรวของเรอ ..... ม./วนาท
Vw : ความเรวของกระแสนาทแทจรงทตาแหนงตรวจวดนน (ความเรวทผวหนา) ..... ม./วนาท
V : ความเรวเฉลยในแนวดงโดยการแปลงจากความเรวทผวหนา ….ม./วนาทα : คามมทครบแพนหาง (vane)หรอ Current meter เบนไป ซงเกดจากแรงกระทาจากความเรวความเรวเรอ ซงอานไดจาก Angle indicator ..... องศา
รปท 6-32 Diagram of velocity vector
sinVV rw or 2
b
2
rw VVV
wv V.kV Subsurface method Kv = 0.9
หรอคานวณจากสมการ
6
1
w1D
DV
7
6V
6-25
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
6.3 การคานวณความเรวกระแสนาจาก Rotor current meter
ทง Cup type และ Propeller type current meters ไมไดวดคาความเรวกระแสนาออกมาโดยตรง แตจะวดเปนจานวนรอบ ทเครองวดหมนไป n รอบ ซงอาจวดหรออานคาไดจาก สญญาณระบบเสยง, การกระดกของเขมมลตมเตอร (โหมดโอหมมเตอร), เครองนบจานวนรอบ, และเครองวดรอบอตโนมต เปนตนในชวงเวลาทตรวจวด t วนาท โดยจะไดอตราการหมน n/t = N รอบตอวนาท ดงนนจงตองนาคาจานวนรอบและเวลา หรออตราการหมนดงกลาวไปแปลงเปนความเรวการไหลตอไป
เครองมอวดแตละเครองจะไดรบการสอบเทยบจากโรงงาน เพอกาหนดคาทใชแปลงจานวนรอบและเวลา หรออตราการหมน ทตรวจวดไดเปนความเรวการไหล ซงเปนคาเฉพาะตวตดมากบเครองวดตวนนโดยเฉพาะ ซงอาจกาหนดเปน
ตาราง (Calibration tables)
สมการ (Calibration equations) เปนคาทไดจากผลการสอบเทยบจาก ตาราง
กราฟ (Calibration curves)
Calibration equations
สมการมาตรฐาน baNV เมอ N = อตราการหมนของเครองวดทวดได (รอบ/วนาท) อาจใชสญลกษณอนๆ เชน R หรอ n
a , b = คาคงท ทไดจากการ Calibrate เครองมอ การเลอกใชสมการตองพจารณาจาก ชวงของอตราการหมน
รปท 6-33 แสดง Calibration equations ของ Propeller current meter 3 ตว
6-26
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 6-1 ตวอยาง Calibration table ของ Type AA current meter ทกาหนด
Calibration equations ไวทหวตาราง V = 2.2048 R+0.0179 (หนวย ฟต/วนาท)
6-27
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 6-2 แสดง Calibration table ของ Pigmy current meter (หนวย ฟต/วนาท)
6-28
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 6-34 แสดงตวอยาง Curve Calibration ของ Current meter
----------------------------------------------------
บทท 7
เครองมอวดกระแสนาอเลคทรอนคส
บทท 7
เครองมอวดกระแสนาอเลคทรอนคส
ในยคทความรทางดานไฟฟาและอเลคทรอนคสมความกาวหนา ท าใหมการประดษฐอปกรณและเครองมอเครองใชตาง ๆ ทท างานดวยระบบไฟฟาและอเลคทรอนคสอยางมากมาย ทสามารถใชงานไดอยางสะดวกรวดเรวและมประสทธภาพสงขนเรอย ๆ ในสวนของเครองมอวดความเรวกระแสน ากเชนกน ไดมการประดษฐเครองมอวดกระแสน าแบบตาง ๆ ออกมาหลายรปแบบ ทท างานไดดกวาและแกปญหาทเครองมอวดเชงกลแบบเกาท าไมได เชน สามารถใชงานไดดกบการไหลทไมราบเรยบและทางน ามการเปลยนแปลงอตราการไหลหรอเปลยนแปลงระดบน าอยางรวดเรว หรออตราการไหลทนอยมาก ๆ หรอระดบน าต ามาก ๆ เปนตน
7.1 ประเภทของเครองมอวดกระแสนาอเลคทรอนคส
อาจแบงตามหลกการท างานไดเปน 3 กลมดงน 1) Electromagnetic current meters
2) Doppler type current meters
3) Optical strobe current meters
7.2 Electromagnetic current meter (ECM)
เปนเครองมอวดกระแสน าแบบวดเฉพาะจดทพฒนาโดยอาศยหลกการเหนยวน าแมเหลกไฟฟา หรอ Faraday's law of electromagnetic induction ทคนพบโดย Michael
Faraday ซงอธบายไดวา เมอขดลวดตวน าเคลอนทตดผานเสนแรงแมเหลกจะท าใหเกดแรงเคลอนไฟฟาเกดขน ซงหลกการนท าใหเกดสงประดษฐตาง ๆ มากมาย ไดแก เครองก าเนดไฟฟา มอเตอรไฟฟา หมอแปลงไฟฟา โซลนอยด และรวมถง Electromagnetic current
meter ดวย โดยทน าซงมคณสมบตเปนตวน าไฟฟาเมอไหลผานสนามแมเหลกไฟฟาจงท าใหเกดแรงเคลอนไฟฟาเกดขน
7-2
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
7.2.1 ชนดของ Electromagnetic current meter
Electromagnetic current meter ทใชวดกระแสน าในทางน าเปดนนเครองวดจะประกอบดวย 2 สวนคอ หววด (Sensor head) และสวนแสดงผล ในการตรวจวดจะวดกระแสน าเฉพาะจดทต าแหนงของหววด ตวเครองอาจมลกษณะรปรางและขนาดทแตกตางกนเพอใหเหมาะสมกบตวแปรในการตรวจวดทแตกตางกนไป เชน ความเรวกระแสน า ความลกของน า (มทงแบบวดกระแสน าทผวน า (Surface flow) และวดทระดบความลกตางๆ) เปนตน มหลายขนาด (ขนาดเลกมกมชวงการวด 0-2 เมตร/วนาท สวนขนาดใหญจะมชวงการวดทสงกวา) มหลายรปแบบใหเลอกใช โดยสามารถแบงยอยตามชนดของหววด ไดเปน 3 ชนด คอ
1) Discus head หรอ Flat head
เปนหววดทพฒนาขนมาโดย Institute of Oceanographic
Sciences (I.O.S) ประเทศแคนนาดา มลกษณะคลายจานแบนกลม หววดแบบนมขดลวดสนามแมเหลกแนวเดยว มขววดไฟฟา (Electrodes) 2 ขว (คเดยว) เปนการวดใน 2 แกน (X-Y)
จงตองวางปลายหววดในแนวราบในต าแหนงแนวเดยวกบแนวการไหลจงจะไมเกดความผดพลาด ดงนนการตรวจวดในต าแหนงทลกหรอหากมองไมเหนหววด ตองตดตงครบหางบงคบทศทางดวยเสมอ
รปท 7-1 แสดงรปตด โครงสรางของ Sensor head แบบ Discus head
7-3
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
2) Annular head
เปนหววดทมขดลวดสนามแมเหลกขดเปนวงแหวนรปวงร มขววดไฟฟา 4 ขว (2 ค แตละคอยตรงขามกน) แตละขวท ามม 90 องศา พฒนาขนมาโดย I.O.S เพอแกปญหาการตรวจวดทเกดกบหววดแบบ Discus head ทตองวางต าแหนงหววดใหถกตองกบทศทางการไหลของน า เพราะหววดแบบใหมนก าหนดเพยงใหวางในแนวราบโดยไมตองค านงถงแนวทศการไหลของน ามากนกกวดไดถกตอง
รปท 7-2 แสดงรปตด โครงสรางของ Sensor head แบบ Annular head
3) Spherical head หรอ Cylindrical head
เปนหววดทออกแบบบรรจในรปทรงกลม เพอใหเกดการตานกระแสน านอย มขววด 4 ขว (2 ค) แตละขวท ามม 90 องศา เปนการวดใน 3 แกน (X-Y-Z) จงไมตองค านงถงการวางแนวต าแหนงของหววดมากนก
รปท 7-3 แสดงรปตด โครงสรางของ Sensor head แบบ Spherical head
7-4
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
รปท 7-4 แสดง Sensor head แบบตาง ๆ
Flat sensor Cylindrical sensor
รปท 7-5 แสดง Sensor head ทออกแบบตดตงกบ Wading rod
รปท 7-6 การตอ Sensor head กบเครองแสดงผล โดยรปขวามอมการตดครบเพอบงคบทศทาง
7-5
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
7.2.2 ลกษณะการตรวจวดโดยใช Electromagnetic current meter
การตรวจวดโดยใช Electromagnetic current meter นนจะมการตรวจวดความเรวการไหล เพอค านวณโดยวธ Velocity - area method ในลกษณะคลายการใช Mechanical current meters แตเครองมอชนดนจะแสดงผลเปนอตราการไหลไดโดยตรงเปนระยะทางตอเวลา (ม.ม./วนาท, ซ.ม./วนาท หรอ ม./วนาท) มรนขนาดเลกทเหมาะกบการวดกระแสน าทไหลนอย ๆ หรอระดบน าตนมาก ๆ ซงเมอพจารณาตามลกษณะของเครองมอแลวจะนยมตดตงเครองมอใชตรวจวดในลกษณะตอไปน (วดกระแสน านอย ๆ ความลกไมมาก)
1) การจมวดหรอหยงวดโดยตรง 2) การหยงวดทระดบความลกตาง ๆ (เชน 0.2, 0.6, 0.8) โดยตดตงหววดกบ
Wading rod โดยหววดตองออกแบบมาเพอตดตงกบ Wading rod โดยเฉพาะ 3) การหยงวดโดยใชเคเบล โดยตองเปนรนทออกแบบมาเพอการวดดวยเคเบล
โดยเฉพาะ ทตดตงกบอปกรณพเศษซงมกมครบบงคบทศทางดวย 4) สามารถตรวจวดโดยวธ Moving boat เพอวดการไหลในแนวหนาตดอยาง
ตอเนองได (บทท 6) โดยใชเครองวดทมชวงการวดทเหมาะสมตดตงกบเรอ
รปท 7-7 แสดงการตรวจวดทใชหววดทตดตงกบ Wading rod
7-6
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
7.2.3 ขอดขอเสยของเครองมอวดกระแสนาแบบ Electromagnetic current meter
ขอด
1) ไมมชนสวนอปกรณทมการเคลอนไหว จงไมเกดความผดพลาดจากอทธพลของการไหลของน าดงเชนเครองมอวดกระแสน าเชงกล ใชงานไดดกบกระแสน าทไหลไมราบเรยบ
2) ใชงานไดดในกรณมตะกอนไหลปนมากบน ามาก หรอกรณมวชพชน าในทางน า แตตองระวงไมใหตะกอนหรอวชพชจบปดหววด
3) ใชงานไดงายและสะดวกมากกวา เพราะสามารถแสดงผลเปนคาอตราการไหลทเปนคาตวเลข หรอกราฟไดโดยตรง (ไมตองนบรอบ) สามารถบนทกขอมลไวในเครองอานขอมลได
4) ใชตรวจวดอตราการไหลนอย ๆ ทระดบน าตนๆไดด ตวอยางเชนการไหลนอยกวา 5 ซ.ม./วนาท ลกนอยกวา 5 ซ.ม.
5) นอกจากการวดกระแสน าแลว บางรนอาจตดตง Sensor ตรวจวดหลายอยางในเครองมอตวเดยวกน เชน วดอณหภม วดความลก เปนตน
6) การดแลบ ารงรกษาท าไดงาย
ขอเสย
1) มราคาแพง
2) ระดบของพลงงานจากแบตเตอรจะมผลตอการท างานของเครองมอ
3) การเสอมของชนสวนอเลคทรอนคสท าใหเกดความผดพลาดในการท างานของเครองมอซงเปนสงสงเกตไดยาก ตองสงเครองมอกลบไปทดสอบทโรงงานผลตตามเวลาทก าหนด
4) การวดผดพลาดเมออยในเขตมสนามแมเหลก แหลงแรโลหะ และวตถทเปนโลหะ
7-7
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
7.3 Doppler type current meters
7.3.1 แนวคดหลกการทางานของ Doppler type current meters
เปนกลมเครองมอวดกระแสน า อเลคทรอนคสทท างานโดยหลกการ The
doppler principle ซงคนพบโดย Christian Johann Doppler นกฟสกสชาวออสเตรยในป
ค.ศ. 1842 ซงสรปไดวา เมอสงสญญาณคลนความถไปยงวตถทก าลงเคลอนท สญญาณสะทอน
กลบมายงแหลงก าเนดจะมการเปลยนแปลงความถ โดยหากวตถเคลอนทเขาหาแหลงก าเนด
สญญาณความถสญญาณสะทอนกลบจะเพมขน และหากวตถเคลอนทออกจากแหลงก าเนด
สญญาณความถสญญาณสะทอนกลบจะลดลง
เครองมอวดประเภทนจะสงสญญาณจากตวสงของเครองวดผานน าออกเปนจงหวะ อยางตอเนองเมอไปกระทบกบอนภาคหรอฟองอากาศทไหลปนมากบน า (ขณะนนน าและอนภาคหรอฟองอากาศทไหลมาพรอมกนจะมความเรวเทากน) แลวสะทอนกลบมายงตวรบทเครองวด สญญาณสวนทยงไมกระทบกบอนภาคกจะเดนทางตอไป และสะทอนกลบเมอไปกระทบอนภาค เปนเชนนไปเรอยๆ จนสญญาณออนหมดก าลง เมอน าคาตวแปรไดแก ระยะเวลาการเคลอนทของสญญาณ การเปลยนแปลงความถของสญญาณ และคณสมบตของคลนไปประมวลผล จะไดเปนคาความเรวของกระแสน าแสดงออกมาโดยตรงทตวแสดงผล เครองมอกลมนออกแบบใหใชวดกระแสน าไดทงในทางน าเปดและในทอ
จากการทเครองมอท างานดวยหลกการ The doppler principle ทตองตรวจวดความเรวของอนภาคในน าทเคลอนทเขาหาหรอออกจากเครองมอ จงตองใหแนวสญญาณของตวสงและตวรบท ามมกบแนวหนาตดการไหลเสมอ และจะตองใหมสญญาณทงในแนวดานเหนอน าและแนวทายน าท ามมทเหมาะสมกนเพอใหทงสองแนวสญญาณเปนตวชวยในการเชคซ าระหวางกนเพอใหเกดความถกตองยงขน ดงนนหวสญญาณของเครองวดประเภทนจงมเปนค ๆ (คเดยวหรอหลายค) วางท ามมกน
องคประกอบของเครองมอตรวจวดประเภทน มกประกอบดวย
(1) ตวสงและรบสญญาณ หรอหววด (2) ตวประมวลผลสญญาณ (3) ตวแสดงผล เปนคาตวเลข เปนกราฟ หรอสงขอมลไปประมวลผล
โดยคอมพวเตอรดวยซอฟทแวรพเศษ
7-8
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
7.3.2 ประเภทของ Doppler type current meters
อาจแบงเครองมอวดกลมนตามแหลงสญญาณทใชเปน 2 ประเภท คอ
1) Acoustic doppler velocimeter (ADV) ใชคลน Ultrasonics ในการตรวจวด โดยเครองมอดงกลาวนจะตรวจวดการเปลยนแปลงสญญาณทมความถสงๆ เชน คลนเสยง Ultrasonics (เสยงทมความถมากกวา 25,000 Hz หรอ 25 kHz โดยความถทใชกบเครองมอนจะใชทมากกวา 30 KHz ในขณะท USGS ก าหนดมาตรฐานไวท 300 – 3,000 kHz) น ามาใชงานตรวจวดอตราการไหลของน าในทางน าครงแรกโดย USGS ในป ค.ศ. 1982
2) Laser doppler velocimeter (LDV) ใชแสงเลเซอรในการตรวจวด ไดรบการพฒนาขนมาภายหลงประเภทแรก
7.3.3 ชนดของหววดของ Acoustic doppler velocimeter
อาจแบ ง หวว ดหร อหว สงและรบ สญญาณของ Acoustic doppler
velocimeter ไดเปน 2 ชนดคอ
1) หววดแบบ 2 มต มหวสญญาณ 1 ค ทแนวสญญาณวางท ามมกนในระนาบ
เดยวกนหรอ 2 แกน หรอ 2–D (X-Y) มกใชตรวจวดความเรวการไหลในแนวราบ ถาเครองขนาด
เลกมสญญาณเบา จะใชตรวจวดแบบเฉพาะจดเหมอน Electromagnetic current meter แตถา
เปนเครองขนาดใหญมสญญาณแรงกสามารถใชตรวจวดความเรวทระดบความลกใด ๆ จากผวน า
ไดตลอดทงหนาตดการไหลตอเนองกนในคราวเดยวกน
2) หววดแบบ 3 มต หวสญญาณมกมมากกวา 1 ค (3 หวขนไป) แตละหววางท า
มมกนทง 3 ระนาบ หรอ 3 แกนหรอ 3-D (X-Y-Z) ใชวดกระแสน าในแนวดงไดอยางตอเนองทก
ระดบความลกทสญญาณสงไปถง
การตรวจวดของหวสญญาณทง 2 ชนดมหลกการคอ สงสญญาณออกไปเปน
จงหวะอยางตอเนอง จากคณสมบตเรองความถของคลนและเวลาทจะประมวลผล ท าใหสามารถ
7-9
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
แบงขอบเขตการตรวจวดออกเปนชวง ๆ ตามระยะทางทสญญาณถกสงออกไป กรณในแนวดงเรยก
Depth cell และในแนวราบเรยก Horizontal cell
อนงนอกจากมหวสญญาณวดความเรวการไหลดงกลาวแลว อาจตดตงหวสญญาณ
วดระยะทาง Ultrasonic หรอตดตง Pressure sensor เพอใชตรวจวดความลกของน าดวย
รปท 7-8 แสดงหววด Acoustic doppler รปแบบหนงมทง 2-D และ 3–D
2-D
3-D
รปท 7-9 แสดงหววด Acoustic doppler รปแรกคบนสดเปนแบบ 2-D ทเหลอเปน 3–D
7-10
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
รปท 7-10 แสดง Depth cell เปรยบเทยบกบการวดดวยเครองวดแบบดงเดมทระดบความลกตาง
ๆ
รปท 7-11 แสดงแนวล าสญญาณของหววดแบบ 2-D ทใชตรวจวดความเรวในแนวราบ
รปท 7-12 แสดง Horizontal cell ของแนวล าสญญาณของหววดแบบ 2-D
7-11
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
7.3.4 รปแบบการตรวจวดดวย Acoustic doppler current meter
Acoustic doppler current meter นนมหลายรปแบบ หลายขนาดโดยขนาด
เลกมก าลงสงสญญาณต าตรวจวดไดในขอบเขตแคบ ๆ สวนขนาดใหญมก าลงสงสญญาณสงมระยะ
การตรวจวดไกลคลมพนทกวาง มหลายชวงความถโดยยงความถสงจะยงวดไดละเอยด ฯลฯ ท าให
สามารถเลอกใชงานใหเหมาะสมกบสภาพแวดลอมของทางน าทจะตรวจวด ไดแก ความลก ความ
กวาง จ านวนตะกอนทไหลมากบน า และอตราการเปลยนแปลงอตราการไหลหรอระดบน า เปนตน
ท าใหสามารถเลอกรปแบบการตดตงเครองวดหรอรปแบบการวดไดหลายแบบ จาก 3 รปแบบ
มาตรฐานคอ วดในแนวดงจากผวน าสทองน า วดในแนวดงจากทองน าสผวน า และการตรวจวดใน
แนวราบ คอ
1) การตรวจวดเฉพาะจด เครองมอวดอยกบทต าแหนงและระดบใด ๆ
1.1) การตรวจวดในแนวดงมแนวการวดจากผวน าสทองน า
1.2) การตรวจวดในแนวดงโดยเครองมอวดวางอยททองน าวดขนไปหาผวน า
1.3) การตรวจวดในแนวราบโดยเครองมอวดตดตงอยทระดบความลกตาง ๆ
2) การตรวจวดแบบตอเนอง เครองมอวดมการเคลอนทในแนวหนาตดการไหล
2.1) การตรวจวดในแนวดงมแนวการวดจากผวน าสทองน า
2.2) การตรวจวดในแนวดงเครองมอวดวางอยททองน าวดขนไปหาผวน า
ตองตดตงอปกรณพเศษมลกษณะเปนรางเลอน
2.3) การตรวจวดในแนวราบโดยเครองมอวดตดตงอยทระดบความลกตาง ๆ
7.3.5 วธการตดตงตรวจวดดวย Acoustic doppler current meter
1) การหยงวดโดยตรง หรอหยงวดดวย Wading rod เปนการตรวจวดเฉพาะ
จดในแนวราบโดยใชหววดแบบ 2-D หรอตรวจวดในแนวดงใชหววดแบบ 3-D โดยมกเปนหววด
ขนาดเลกมก าลงต า ระดบน าตน ๆ ทางน าไมกวางมาก
7-12
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
รปท 7-13 การหยงวดโดยตรง
รปท 7-14 การหยงวดดวย Wading rod
2) การหยงวดโดยใชสายเคเบล เปนการตรวจวดในแนวดงทระดบความลกตาง ๆ
โดยอาจวดไดทงแบบวดเฉพาะจดทละชวงของหนาตดการไหลยอย หรอการลากวดแบบตอเนอง
ซงเครองวดตองออกแบบมาเพอการวดวธนโดยเฉพาะ มกมครบหางเพอบงคบทศทาง
7-13
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
รปท 7-15 การหยงวดโดยใชสายเคเบล
3) การตดตงทระดบความลกตาง ๆ เพอตรวจวดในแนวราบตลอดแนวหนาตด
การไหล โดยใชหววดแบบ 2-D ขนาดใหญ โดยยงมก าลงสงยงวดไดไกล
รปท 7-16 การตรวจวดในแนวราบ
7-14
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
4) การตรวจวดโดยตดตงเครองวดตายตวประจ าทต าแหนงใด ๆ
4.1) ตรวจวดจากทองน าสผวน า ใชตรวจวดในทางน าทจะไมเกด
ผลกระทบจากการตกจมของตะกอนหรอกรวดทรายทถกน าชะพามา โดยอาจตดตงเครองวดเครอง
เดยวหรอหลายเครองตอกนใหคลมพนทหนาตดการไหล
รปท 7-17 แสดงเครองวดแบบตดตงททองน า มหววดระยะความลก
อยตรงกลางสงสญญาณในแนวดง
4.2) ตรวจวดทระดบความลกตางๆ ตดตงกบสายเคเบลโดยใชทนลอย
และน าหนกถวง นยมใชกบการตรวจวดเมอระดบน าลกมาก ๆ เชน ปากแมน าทออกทะเล ในทะเล
และในมหาสมทร
รปท 7-18 ตรวจวดทระดบความลกตางๆ เมอระดบน าลกมาก ๆ
7-15
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
5) การตรวจวดความเรวการไหลในแนวดงแบบตอเนอง โดยใหเครองวดเคลอนท
ไปในแนวหนาตดการไหลดวยอตราทคงท ท าใหสะดวกรวดเรวในการตรวจวด
5.1) การวดแนวดงจากทองน าสผวน าโดยตดตงเครองวดกบรางเลอน
พเศษ ใชกบทางน าทไมกวางและไมลกมาก
รปท 7-19 แสดงการตดตงกบรางเลอนพเศษ(ก าลงเคลอนทจากดานขวามอไปยงดานซายมอ)
5.2) ตดตงกบโปะหรอทน แลวลากดวยสายเคเบล ใชกบทางน าทไมกวางมากนก
รปท 7-20 ตดตงกบโปะหรอทน
7-16
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
5.3) การตรวจวดโดยวธ Moving Boat โดยตดตงเครองมอกบเรอยนตหรอ เรอพาย มกใชกบทางน าทกวางมาก ๆ หรอมอตราการเปลยนแปลงอตราการไหลหรอระดบน าเรว
รปการตดตงเครองวดกบเรอยนต มอปกรณพเศษหม
เพอไมใหตานการไหลจนเกดฟองอากาศเกดขน
รปการตดตงเครองวดกบเรอพาย
รปท 7-21 การตรวจวดโดยวธ Moving boat
7.3.6 สงควรระวงเพอปองกนความผดพลาดในการตรวจวด
1) หววดตองจมอยในน าเสมอ เพราะถาหววดลอยอยเหนอน าอตราการเคลอนท
ของคลนในอากาศและในน าจะตางกน และจะเกดการหกเหของสญญาณจะท าใหตรวจวดผดพลาด
2) การตรวจวดแนวดงแนวการวดจากทองน าสผวน า (ต าแหนงเครองวดอยท
ทองน าโดยหงายขน) ถากระแสน าไมแรงตะกอนทปนมากบน าอาจตกปดทบผวหนาหววดจนท าให
การวดผดพลาด ตองคอยตรวจสอบท าความสะอาดอยเสมอ
7-17
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
3) การตดตงเครองวดททองน า เลอกใชกบทางน าทไมมตะกอน กรวด ทราย ถก
พดพามาตกทบถมตวเครองมอวด
4) ทางน าตองไมมอนภาคทไหลปนมากบน าปรมาณมากเกนไปจนเกดผล
กระทบตอการตรวจวด ซงจะท าใหตรวจวดไดผดพลาด
5) ต าเหนงของเครองมอวดไมอยในแนวทถกตองจะท าใหการวดผดพลาด เชน
การโคลงของเรอหรอทนจากคลน เครองมอตดตงไมอยในแนวทถกตองเชนในกรณการตรวจวด
แนวดงเครองวดไมอยในแนวดง
รปท 7-22 ความผดพลาดจากการตรวจวดแนวดงแลวเครองวดไมอยในแนวดง
6) การตรวจวดความลกจะผดพลาดหากทองน าไมราบเรยบ
รปท 7-23 การตรวจวดความลกทผดพลาด
7) การตรวจวดทใหเครองวดเคลอนทเบยงเบนไปจากแนวทก าหนด เชน แนว
หนาตดการไหล สงผลท าใหเกดความผดพลาดในการตรวจวด
รปท 7-24 ความผดพลาดทเกดจากแนวตรวจวดเบยงเบนไปจากแนวทก าหนด
7-18
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
8) ตองเลอกเครองวดใหเหมาะสมกบการใชงาน โดยพจารณาจากคณสมบตขนต าและขนสงสดดวย เชน ความลกต าสดทจะวดไดถกตอง การมหววดหลายชดหลายความถในตวเดยวกน
9) จะเกดความผดพลาดในการตรวจวดบรเวณใกลตลงหรอมวตถแขง เพราะสญญาณจะเกดการสะทอนกระจายจากพนผว
7.3.6 ขอดขอเสยของ Acoustic doppler current meter
ขอด 1) ไมมชนสวนอปกรณทมการเคลอนไหว จงไมเกดความผดพลาดจากอทธพล
ของการไหลของน าดงเชนเครองมอวดกระแสน าเชงกล
2) ใชงานไดดในกรณมตะกอนไหลปนมากบน าพอสมควร 3) ใชงานไดดกบกระแสน าทมลกษณะการไหลไมราบเรยบ
4) ใชงานไดงายและสะดวกมากกวา เพราะสามารถแสดงผลเปนคาอตราการไหลเฉลยในพนทขอบเขตการตรวจวดทเปนคาตวเลข หรอกราฟไดโดยตรง แสดงผลขอมล digital ในลกษณะ real time สามารถใชเชอมตอกบอปกรณตาง ๆ ไดหลากหลาย
5) นอกจากการวดกระแสน าแลว สามารถตดตง Sensor ตรวจวดหลายอยางในเครองมอตวเดยวกน เชน วดอณหภม วดความลก เปนตน
6) การดแลบ ารงรกษาท าไดงาย
ขอเสย
1) มราคาแพงมาก
2) ระดบของพลงงานจากแบตเตอรจะมผลตอการท างานของเครองมอ
3) การเสอมของชนสวนอเลคทรอนคสท าใหเกดความผดพลาดในการท างานของเครองมอซงเปนสงสงเกตไดยาก ตองสงเครองมอกลบไปทดสอบทโรงงานผลตตามเวลาทก าหนด
7.3.6 Laser doppler velocimeter
เปนเครองมอทตรวจวดไดเทยงตรงแมนย าสงมากในขณะทมราคาแพงมาก เชนกน เปนเครองมอมความละเอยดออน โดยทวไปจะใชในหองปฏบตการเพอการสอบเทยบเครองวดน าตาง ๆ ไมนยมใชตรวจวดในสนาม
7-19
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
7.4 Optical strobe current meters
7.4.1 หลกการทางานของ Optical strobe current meters
Optical strobe current meters เปนเครองมอตรวจวดความเรวการไหลของผวน า (Surface velocity meters) ทไหลในทางน าเปด พฒนาขนมาโดย USGS เพอใชตรวจวดการไหลของน าในชวงฤดน าหลาก หรอเมอเกดน าทวม มกระแสน ารนแรง มซากปรกหกพงวตถสงของไหลมากบน ามาก ซงในกรณเชนนจะไมสามารถตรวจวดการไหลโดยใชเครองมอวดประเภทอน ๆได โดยในการตรวจวดนนจะไมมชนสวนของเครองวดสมผสหรอจมลงในน า สามารถตรวจวดไดจากสะพานหรอทซงมความเหมาะสม จงเปนวธทปลอดภยกบผตรวจวด
หลกการพนฐานการท างานของเครองวดรนแรก ๆ มลกษณะของเครองวดการเคลอนทซงประกอบดวย สวนของกลองสองทางไกลก าลงขยายต า วงลอตดกระจกเงาแผนตรงชนเลกๆ ทควบคมปรบรอบการหมนของวงลอดวยมอเตอรไฟฟา และเครองวดรอบ โดยในการใชงานผตรวจวดมองผวน าทก าลงเคลอนทดวยความเรวผานทางกลองสองทางไกล โดยภาพผวน าทมองเหนนนจะสะทอนผานจากกระจกของวงลอทหมนอยอกทหนง เมอปรบความเรวของวงลอกระจกถงคาหนงภาพของผวน าจะมองเสมอนวาน านงไมมการไหล เพราะความเรวการไหลจะสมพนธกบความถของการมองเหนภาพ ซงความถดงกลาวจะแสดงผลจากเครองวดรอบ (เครองระบบใหมจะใชความถของการกระพรบของหลอดไฟแทนการหมนวงลอกระจก)
สามารถค านวณความเรวการไหลของผวน าไดจากความถการหมนของวงลอกระจก กบระยะจากผวน าถงเครองวด แตเนองจากความเรวการไหลทวดไดเปนความเรวทผวน า ดงนนจะตองแปลงเปนความเรวเฉลยของหนาตดการไหลยอย โดยคณดวยคาสมประสทธการไหลทสมพนธกบความลกของหนาตดการไหลยอย ซงก าหนดไวส าหรบเครองวดเครองนนโดยเฉพาะ
ความเรวการไหลทผวน า = ความถการหมนของวงลอกระจก x ระยะจากผวน าถงเครองวด
ความเรวการไหลเฉลย = ความเรวการไหลทผวน า x สมประสทธการไหล อตราการไหล = ความเรวการไหลเฉลย x พนทหนาตดการไหล
7-20
คมอหลกการค านวณปรมาณน าผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว ส านกชลประทานท 8
รปท7-25 แสดงOptical current meters ของ USGS - Model 6620
นอกจากนยงม Surface current meter แบบอน ๆ เชน Microwave water
surface current meter - Model 6650 ทพฒนาโดย USGS ทมหลกการท างานคลาย Acoustic doppler current meter แตใชคลน Microwave และเปนการตรวจวดการสะทอนสญญาณจากผวน า จงไมมชนสวนของเครองมอสมผสหรอจมอยในน า ใหตรวจวดกรณทเกดน าไหลหลากรนแรงมซากปรกหกพงวตถสงของไหลมากบน ามาก เชนกน
รปท 7-26 แสดง Microwave water surface current meter - Model 6650
----------------------------------------------------
บทท 8
การคานวณปรมาณนาผานฝายทดนา ฝายระบายนา หรอทางระบายนาลน
บทท 8
การคานวณปรมาณนาผานฝายทดนา ฝายระบายนาหรอทางระบายนาลน
เนองจากเรองราวเกยวกบฝายนนมมาก ในสวนเนอหานนจะขอแบงเปน 4 บท คอ บทนจะกลาวถงฝายทดนาและทางระบายนาลนทไมมบานระบายเปนตวควบคมปรมาณนาซงรวม ถงฝายทยกบานระบายพนนาดวย, บทท 9 ฝายวดนาประเภทฝายสนคม, บทท 10 ฝายวดนาประเภทฝายสนกวาง, บทท 11 ฝายวดนาประเภทฝายสนสน สวนฝายหรอทางระบายนาลนทควบคมดวยบานระบายจะนาเสนอในบทท 12 เรองการคานวณปรมาณนาไหลผานบานระบาย (ฝายระบายนา และประตระบายนา)
8.1 หลกการเบองตนของฝาย
8.1.1 หลกการเบองตนของฝายสนคม
การศกษาการไหลของนาผานฝายนน เกยวเนองมาจากการศกษาการไหลของนาผานชองเปด (Orifice) ขนาดใหญ ตามรปท 8.1-1 เมอระดบผวนาอยตากวาขอบดานบนของชองเปด จะเกดเปนลกษณะของฝายสนคม ทลกษณะของหนาตดการไหลจะมรปแบบเฉพาะตว โดยจะเกดการไหลตกโดยอสระและมการบบตวดานขาง
รปท 8.1-1 พฒนาการของการศกษาการไหลผานฝายมาจากการศกษา Orifice
8-2
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
พจารณาจากรปท 8.1-1 Energy equation ทจด (1) และ (2) ถาไมม Losses เกดขน
21 EE
2
222
1
211 Z
g2
VPZ
g2
VP
g2
VZZ
P
g2
V 21
211
22
g2
Vh
g2
V 21
22
g2
Vhg2V
21
2
dh.B.VdA.VdQ
dhg2
Vhg2BdQ
21
dhg2
Vhg2BQ
2/1H
0
21
2/321
2/321
g2
V
g2
VHg2B
32
Q
QCQ dr
2/321
2/321
dr g2
V
g2
VHg2B
32
CQ
ถา V1 มคานอยมาก (ไมคด Approach Velocity)
2/3dr Hg2B
32
CQ
8-3
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.1.2 ฝายทดนาทเปนฝายแขง
จาก รปท 8.1-2 ฝายแขงแบบฝายสนมน (Ogee weir) ถกพฒนามาจากฝายสนคม
โดยการทายอดของทางนาลน (Spillway crest) ใหมขอบเขตรปรางเหมอนกบผวลางของสวนโคงของนาทไหลผานฝายสนคมทเรยก Nappe หรอคอการสรางตวฝายเปนรปรางของชองอากาศใต Nappe นนเอง
รปท 8.1-2 แสดงฝายทดนาแบบฝายสนมน (Ogee weir) พฒนาแนวคดมาจากฝายสนคม
การวดการไหลของนาผานฝาย ใชหลกการวดความสงพลงงานของการไหลตกอสระ (The head of overfall) ในลกษณะทมการไหลแบบวกฤต (Critical flow) และเกดความลกวกฤต (Critical depth) ทหนาตดควบคมทสนฝายนน
อาจกลาวไดวา ปรมาณนาไหลผานฝายยาว L คดจาก ความเรววกฤต (Vc) และพนทหนาตดการไหลวกฤต (Ac) หรอ Q = Vc Ac นนเอง แตเนองจากมความยงยากในการวดคาความเรววกฤต และความลกวกฤต (Hc หรอ yc) จงไดคดเทยบจากความลกวกฤตจากตาแหนงเหนอสนฝาย ไปเปนความลกของนาดานเหนอนาหนาฝายทมสภาพนงทวดไดงายกวาแทน และคาเปรยบเทยบดงกลาวเรยก คาสมประสทธของการไหล
จากสมการการไหลของฝายสนคม
2/3dr Hg2B
32
CQ
ถาให g232
CC d และแทนความยาวของสนฝายดวย L
8-4
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
จะได สมการพนฐานการคานวณปรมาณนาไหลผานฝาย เปน
2/3CLHQ
เมอ Q = ปรมาณนาไหลขามสนฝาย ม.3 / วนาท
C = คาสมประสทธของการไหลของนาผานฝาย L = ความยาวประสทธผล (Effective length) ของสนฝาย หรอชวงความยาวทมนาไหลผานไปจรง ม. H = ความลกของนาทไหลขามสนฝาย ม.
8.1.3 ความลกของนาทไหลขามสนฝาย: H
จากรปท 8.1-2 พจารณาฝายสนมนทเปนตวแทนของฝายแขงทพฒนามาจากฝายสนคมเปรยบเทยบการใช H กบ Hd ในสมการการไหลผานทางระบายนาลน (ฝายสนมน)
H = ความสงของผวนาดานเหนอนา เหนอยอดฝายสนคม (ม.) ตาแหนงการวดระดบนาหางจากสนฝายไปดานเหนอนา ประมาณ 4H
Hd = ความสงของผวนาดานเหนอนา เหนอยอดฝายสนมนหรอทางนาลน (ม.) หรอเปนความสงออกแบบ (Design head) วดตาแหนงทนานงทระยะ 4H
ความตางของ H กบ Hd : H - Hd = 0.11H หรอ Hd = 0.89H
HC = ความลกวกฤต (Critical depth) ของนาทไหลผานสนฝาย (ม.)
เปรยบเทยบการใช H กบ Hd ในสมการการไหลผานฝาย
กรณทางนาลนหรอฝายมความสงมาก 0PH
สมการในทางทฤษฏ Q = CLHC 3/2 (ม.3 /วนาท)
H32
Hc และ Hd = 0.89H
จากการทดลองในหองปฏบตการ เปรยบเทยบคาคงท ระหวางการใช H กบ Hd ดงน
เมอใชคา H ; Q = 1.80LH3/2 (ม.3 /วนาท)
เมอใชคา Hd ; Q = 2.15L Hd 3/2 (ม.3 /วนาท)
8-5
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
หลกการคานวณในทางทฤษฏนนตองใชคา HC แตในทางปฏบต การวดคา HC จะไมสะดวก ดงนนการคานวณปรมาณนาผานฝายจะใชคา H หรอ Hd แลวแตวาจะเปนฝายประเภทใด (ฝายสนคมใช H ฝายแขงประเภทอนใช Hd) ทงนอาศยความสมพนธระหวางคา HC กบ H หรอ
Hd และความสมพนธระหวาง H กบ Hd ขางตน มาใชปรบคาหรอแปลงคาซงจะแฝงอยในคา C
โดยปกตแลวในการออกแบบฝายจะกาหนดใหม Design head ไมสงมากนก เพราะจะถกกาหนดโดยระดบของตลงของลานาหรอระดบสนทานบดนของอางเกบนา
อนง การวดระดบนาทเปนคา H หรอ Hd นนจะวดในตาแหนงทมนานงดานเหนอนาทระยะไมนอยกวา 4H จากสนฝาย (ตวแปร H บางตาราอาจกาหนดตาแหนงหนาตดเปนแนวหนาตด 1 หรอหนาตด a กอาจใชแทนคาตวแปรเปน H1 หรอ Ha)
8.2 ความหมายของฝาย (Weir) และทางระบายนาลน (Spillway)
ฝายเปนอาคารทสรางขนสาหรบทดนาในลานาทไหลมาในปรมาณตางๆ กนใหมระดบสงจนสามารถสงนาเขาคลองสงนาทขดออกสองฝงลานาดานหนาฝาย ลดเลาะไปตามสภาพภมประเทศใหดบพนทเพาะปลกทอยดานทาย (ปราโมทย ไมกลด, 2524)
โดยหนาทของฝายนอกจากการทดนาแลว เมอนามระดบสงมากกวาระดบของสนฝายนากจะไหลขามสนฝายออกไปสดานทายนา ฝายจงทาหนาทระบายนาลนดวย จงอาจเรยกเปน ฝายนาลนหรอฝายระบายนา ในกรณทสรางฝายไวเพอระบายนาสวนเกนออกจากเขอนหรออางเกบนามกเรยกฝายนนวา ทางระบายนาลน
8.3 ประเภทของฝาย
อาจแบงประเภทของฝายไดหลายอยาง ไดแก
8.3.1 แบงประเภทฝายตามลกษณะความมนคงแขงแรง พจารณาจากการกอสรางเปน ฝายเฉพาะฤดกาล ฝายชวคราว ฝายกงถาวรหรอฝายคอกหม ฝายถาวรฯลฯ
8.3.2 แบงประเภทฝายตามวสดทนามาใชกอสราง ไดแก ฝายดนถม ฝายหน(หนทง หนเรยง หนเรยงยาแนว หนกอ) ฝายโครงสรางไม ฝายคอนกรต ฝายคอนกรตเสรมเหลก ฯลฯ
8.3.3 การแบงประเภทฝายตามลกษณะหนาตดของฝาย มการจดแบงใหมตามลกษณะการไหลของนาเหนอสนฝาย เปน 3 ประเภท (จากเดมทการแบงตามลกษณะสนฝายจะมเพยง ฝายสนคม และฝายสนกวางเทานน)
8-6
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ถาให H = ความสงของนาทไหลผานสนฝาย B = ความหนาของสนฝาย
1) ฝายสนคม (Sharp crested weir or Thin plate weir) เปนฝายทมสนคม ลกษณะการไหลเปนแบบไหลตกอสระ โดยเกด Critical depth ทตาแหนงสนฝายคม ไดแก ฝายวดนาแบบฝายสนคมรปแบบตางๆ อาจพจารณาจาก H/B ≥ 15
2) ฝายสนกวาง (Broad crested weir) เปนฝายทมสนฝายหนาหรอกวาง ลกษณะการไหลมการกระจายความดนแบบความดนสถตเทากนตลอดความกวางบนสนฝาย หรอเกด Critical depth เกอบทกตาแหนงบนสนฝาย โดยทวไปจะหมายถง ฝายวดนาแบบฝายสนกวางรปแบบตางๆ อาจพจารณาจาก H/B ≤ 1
3) ฝายสนสน (Short crested weir) เปนการแบงประเภทฝายทเพมเตมขนมาใหม โดยจะมลกษณะการไหลเหนอสนฝายเปนแบบการไหลตกอสระเชนเดยวกบฝายสนคม (ฝายสนกวางมลกษณะการไหลทมการกระจายความดนแบบความดนสถตตลอดแนวเหนอสนฝาย)โดย Critical depth จะเกดทตาแหนงใดตาแหนงหนงบนสนฝาย ดงนนฝายรปแบบตางๆ ทไมใชฝายวดนาแบบสนคมและแบบสนกวาง จะจดอยในฝายกลมนทงสน ซงไดแก ฝายทดนา ฝายระบายนาหรอทางระบายนาลน ทมกเรยก “ฝายแขง” (การไหลของฝายสนสนทมสนฝายแบน อาจมการไหลในลกษณะการไหลของฝายสนกวางได แตจะมเปนบางชวงเวลาของการไหล จงไมใหความสาคญวาตองคานวณในลกษณะของฝายสนกวาง) อาจพจารณาจาก 1 ≤ H/B ≤ 15
รปท 8.3-1 แสดงรปตดลกษณะการไหลของฝายสนคม ฝายสนกวาง และฝายสนสน
8.3.4 การแบงประเภทฝายตามวตถประสงคในการใชงานหรอหนาทหลก
การแบงประเภทฝายตามวตถประสงคหลกในการใชงานหรอหนาทหลก โดยแบงออกเปน 1) ฝายทดนา 2) ฝายนาลนหรอฝายระบายนาหรอทางระบายนาลน 3) ฝายวดนา
8-7
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1) ฝายทดนา เปนฝายทกอสรางปดกนทางนา โดยเปนอาคารหลกของโครงการประเภทฝายเพอทาหนาททดนาใหมระดบทสงขน และใหนาสวนเกนระบายไหลขามออกไป ไดแก ฝายสนมน(Ogee weir), ฝายยาง (Rubber weir หรอ Rubber dam), ฝายเกเบยน (Gabion
weir), ฝายหนาตดรปสเหลยมคางหม, ฝายหยก ฯลฯ
2) ฝายนาลนหรอฝายระบายนาหรอทางระบายนาลน เปนฝายทสรางเปนอาคารประกอบของโครงการประเภทเขอนหรออางเกบนา ทาหนาทระบายหรอควบคมปรมาณนาในเขอนหรออางเกบนาใหมระดบทเหมาะสม มความปลอดภยตอความมนคงแขงแรงของตวเขอนหรออางเกบนา ไดแก ฝายรปแบบลกษณะตาง ๆ แบงได 3 กลมใหญ คอ
2.1) ฝายนาลนหลกหรอฝายนาลนใชการ (Main or Service spillway) เปนฝายทออกแบบไวสาหรบควบคมหรอยอมใหปรมาณนาหลาก (Design flood) ไหลผานไปทางทายนาไดในเหตการณปกต ถาเปนฝายทไมมบานระบายควบคมระดบสนฝายมกเทากบระดบนาเกบกก ฝายประเภทนอาจออกแบบใหมลกษณะรปแบบไดแตกตางกนไปใหสอดคลองกบสภาพของปรมาณนาหลากและทางนาดานทายนาและปจจยตวแปรอน ๆ
2.2) ฝายนาลนเสรม (Auxiliary spillway) เปนฝายนาลนทออกแบบไวเพอชวยฝายนาลนใชการ ระบายนาในสวนทมนาไหลหลากเกนกวาปรมาณ Design flood ไมมากนก ระดบสนฝายประเภทนจะสงกวาระดบสนฝายนาลนใชการหรอระดบนาเกบกก (รนก.) เลกนอย
สวนใหญจะออกแบบเปนฝายทมสนฝายแนวตรง (ไมนยมสรางในประเทศไทย) 2.3) ฝายฉกเฉน (Emergency spillway) เปนฝายทออกแบบไวเพอระบายนา
หลากสงสด (Extreme flood) ทไมเกดขนบอยนก ระดบสนฝายจะอยสงกวาระดบสนฝายนาลนใชการและฝายนาลนเสรม แตไมสงกวาระดบนาสงสด (รนส.) มกใชแนวหนแขงหรอดนแขงเดมเปนตวฝาย โดยลดระดบเขอนหรอทานบดนลงในชวงทใหเปนฝายฉกเฉนดงกลาวซงมกอยทปลายเขอนหรอทานบดน
อนง เนองจากทง 1) ฝายทดนา และ 2) ฝายนาลน หรอฝายระบายนาหรอทางระบายนาลนนน จะตางกนทหนาท แตอาจมรปรางแบบเดยวกน หรอมลกษณะการไหลของนาผานฝายทเหมอนกน ดงนนในบทนถาใชคาวา “ฝาย” ใหหมายรวมถงฝายใน 2 กลมน
3) ฝายวดนา เปนฝายสรางขนเพอทาหนาทวดปรมาณนาในทางนาโดยเฉพาะ เพอชวยใหการควบคมหรอบรหารจดการนาสะดวกยงขน แบงไดเปน ฝายวดนาสนคม ฝายวดนาสนกวาง ฝายวดนาสนสนและฝายวดนารปแบบอนๆ
8-8
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.3.5 การแบงฝายออกตามลกษณะของการควบคมการระบายนา แบงไดเปน 2 ลกษณะคอ ฝายทไมมการควบคมปรมาณนาทไหลผาน (8.3.5.1) และ ฝายทมการควบคมปรมาณนาทไหลผาน (8.3.5.2) 8.3.5.1 ฝายทไมมการควบคมปรมาณนาทไหลผาน (Uncontrolled weir) เปนฝายทมการระบายนาแบบตายตว ระดบสนฝายเปนระดบเดยวกบระดบนาเกบกกของอางเกบนา หรอเปนระดบทจะทาใหนาทไหลหลากดานเหนอนาในลานาเออขนไดสงสดโดยไมเกดการไหลบาออกไปทวมพนทสองฝงลานา เมอระดบนาสงเกนระดบเกบกกหรอระดบสนฝาย นากจะไหลลนขามฝายออกไป ฝายกลมนมกออกแบบใหมระดบนาสงสดดานหนาฝายไมสงมากนก (ไมทาใหเกดผลกระทบทาใหนาทวมพนทดานเหนอนา) โดยอาจแบงยอยไดเปน ฝายทมสนเปนแนวตรง กบฝายทมสนไมเปนแนวตรง
(1) ฝายทมสนเปนแนวตรง (Straight crest spillway) จะพจารณาแนวของสนฝายเปนแนวเสนตรงเปนเกณฑ แยกได 3 กลมยอย ไดแก
Normal spillway แนวของสนฝายวางในแนวเดยวกบทานบดน หรอตงฉากกบแนวการไหลของนาในลานา ความยาวของสนฝายกบความกวางของลานาจะใกลเคยงกน นาทไหลผานฝายอาจลงสลานาโดยตรง หรอไหลผานรางระบายนาแลวจงลงสลานา
Side channel spillway แนวของสนฝายวางในตาแหนงตงฉากกบทานบดนหรอขนานกบแนวการไหลของนาในลานาทนาจากฝายระบายออกไป
Skew spillway แนวของสนฝายวางในตาแหนงเอยงทามมกบทานบดนหรอทางนา อาจเรยก Diagonal spillway หรอ Oblique spillway
รปท 8.3-2 รปแปลนฝายสนตรง 3 กลม
8-9
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ฝายทมสนเปนแนวตรงนอาจพจารณาแบงเปนประเภทยอย ตามลกษณะหนาตด ตาแหนงหรอแนวของฝายและลกษณะพเศษเฉพาะตว
ลกษณะหนาตด
แบงหนาตดฝายตามรปแบบการไหลลกษณะ Free flow เปน 2 รปแบบ คอ Free overflow และ Free overfall
ก. การไหลแบบ Free overflow เปนการไหลทนาไหลอยางตอเนองผานผวหนาของฝายสามสวนทมความตอเนองกนไป คอ (1) สนฝาย (Crest) (2) ลาดตวฝายดานทาย (Face) ซงเปนสวนจากสนฝายถงพนทายฝาย และ (3) พนทายฝาย (Toe) แลวไหลออกสลานาดานทายหรอไหลผานรางเทกอนออกสลานา หนาตดของฝายกลมนไดแก
(1.1) ฝายสนมน (Ogee weir) เปนทนยมสรางมาก เปนฝายทออกแบบใหมการไหลตรงตามหลกการพนฐานทางชลศาสตรของการไหลผานฝายมากทสด ดงทกลาวแลววาพฒนามาจากหลกการของฝายสนคม โดยเมอใหคอนกรตไปแทนทชองวางใตแผนนาทไหลขามฝายสนคม (Nappe) กจะเกดเปนฝายสนมนทมความมนคงแขงแรง
รปท 8.3-3 รปตดตามยาวของฝาย Ogee
(1.2) ฝายรปสเหลยมคางหม หรอ Indian type
รปท 8.3-4 รปตดตามยาวของฝายรปสเหลยมคางหม หรอ Indian type แบบหนง
8-10
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
(1.3) ฝายหนาตดอนๆ ทประยกตมาจากฝายสนมน และฝายรปสเหลยมคางหม เชน รปสามเหลยม รปวงกลม รปสวนของวงกลม เปนตน
รปท 8.3-5 ลกษณะรปตดฝายแบบอนบางแบบ
ข. การไหลแบบ Free overfall เปนการไหลทนาขามผานสนฝายออกไปแลวตกอยางอสระ ลงไปรวมตวกนทพนแนวราบดานทายฝาย แลวจงไหลออกสลานาดานทายหรอไหลผานรางเทกอนออกสลานาตอไป โดยหนาตดของฝายกลมนไดแก (1.3) Vertical drop weir เปนฝายทมโครงสรางแบบงาย ๆ มกมลกษณะเปนกาแพงคอนกรต ทมยอดสนฝายรปรางตางๆ ทนาไหลขามออกไปอยางอสระ
รปท 8.3-6 ลกษณะรปรางหนาตดบางแบบของ Vertical drop weir
ตวอยาง Vertical drop weir ไดแก ฝายมาตรฐาน มข. 2527 ทคณะวศวกรรม ศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน รวมมอกบโครงการประชาอาสาพฒนาแหลงนาในชนบทไทย - เยอรมนออกแบบขน ฝายมาตรฐาน มข. มลกษณะเปนกาแพงหนาตดสเหลยม มหลกเกณฑกาหนดใหความยาวสนฝายเทากบความกวางลานา ซงลกษณะลานากวางไมเกน 20 เมตร ลกไมเกน 3.50 เมตร และเหมาะสมสาหรบพนททไมลาดชนมากจนเกนไป ลกษณะเดนอกประการหนง คอ ราษฎรสามารถกอสรางไดแบบประชาอาสา คอราษฎรทาการสารวจ ออกแบบ คานวณปรมาณงาน และกอสรางไดเอง
8-11
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.3-7 แสดงฝายมาตรฐาน มข.
แนวของสนฝาย
(1.4) Side channel spillway สนฝายเปนแนวตรงหรอรปตว L ทดานยาวของสนฝายวางตวในแนวเดยวกบแนวของลานาทจะระบายนาออกไปดานทาย
(1.5) Skew spillway แนวสนฝายทามมเฉยงกบแนวนาไหล
ลกษณะพเศษเฉพาะตว
(1.6) Chute spillway เปนฝายทมระดบสนฝายกบระดบพนดานทายนาตางกนมาก อาคารรบนาดานทายฝายจงมลกษณะเปนรางสง (ในขณะทฝายทว ๆไป หรอ Simple weir มระดบพนดานหนาและทายฝายไมตางกนมาก) (1.7) ฝายแบบกลองลวดตาขายบรรจหนใหญ (Gabion weirs)
รปท 8.3-8 แสดงรปตดของ Gabion weirs
(1.8) ฝายรปแบบอนๆ เชน ฝายแบบขนบนใด ฝายหนทง ฝายตนนาลาธารขนาดเลก เปนตน
(2) ฝายทมสนไมเปนแนวตรง แตจะมรปรางลกษณะทแตกตางๆ กนไป ทงนเปนผลสบเนองมาจากการทมความจากดในเรองความกวางของลานา นอยกวาความยาวของสนฝาย
8-12
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ทออกแบบใหระบายนาปรมาณมากๆ ไดเพยงพอ หรอขอจากดเรองคาใชจายในการกอสราง เปนตน
ประเภทของฝายในกลมนไดแก
(2.1) Drop inlet spillway เปนฝายทมความยาวรวมของสนฝายยาวกวาความกวางของลานาหรอทางนาทายฝาย จงตองปรบรปทรงแนวสนฝายเปนรปตว U, รปตว C,
รปเกอกมา, รปปากเปด, รปสเหลยม เปนตนใหยนเขาไปในตวเขอนหรออางเกบนาเพอใหปลายทง 2 ขางอยทตาแหนงพอดกบความกวางของลานา โดยมลกษณะสาคญคอดานทายเปนรางนาเปด
รปท 8.3-9 ตวอยางรปรางสนฝายของ Drop inlet spillway
(2.2) Shaft spillway เปนฝายทสนฝายเปนรปทรงตางๆ เชน วงกลม สเหลยม ทมลกษณะเปนทรงกระบอก หรอกลอง หรอมลกษณะเปนปากแตร โดยจะยนเขาไปในอางเกบนา นาทไหลผานสนฝายจะสงออกไปสดานทายนาโดยผานทอทวางนอนลอดทานบดน ฝายประเภทนมชอเรยกตางๆกน เชน สนฝายเปนปากแตร เรยก Morning glory
spillway หรอ ฝายปากระฆง ถาสนฝายเปนรปสเหลยม เรยก Box spillway เปนตน ฝายประเภทนทสนฝายอาจมตอมอ หรอครบเพอใชบงคบการไหลของนาใหลงสจดกงกลางทอไมใหเกดนาวนเหนอปากทางนาเขาเหนอสนฝาย หรออาจเพอตดตง Stop logs เพอเสรมเพมระดบนาเกบกกชวงปลายฤดนาหลาก หรอเปนแนวกนวชพช ขยะไมใหไหลลงสชองระบายของฝายกได
ฝายประเภทนอาจม ทอระบายนา ทเรยก Bottom drain เพอชวยเพมปรมาณการระบายนา หรอใชระบายพรองนาจากอางเกบนาลงสลานาดานทายเมอระดบนาในอางเกบนาอยตากวาสนฝาย (จะกลาวในหวขออาคารชลศาสตรประเภททอ)
8-13
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.3-10 แสดงรปแปลน และรปตดของสนฝายกลม Shaft spillway
รปท 8.3-11 รปตดตามยาวของ Shaft spillway
(2.3) ฝายหยก (Labyrinth weir) อาจเรยก ฝายสนยาว** (Long
crested weir) เปนฝายทมลกษณะหยกไปหยกมาในรปแบบทเหมาะสม เพอใหสนฝายมความยาวเพยงพอทจะระบายนานองสงสดใหลนขามออกไปสทางนาหรอลานาทมความกวางนอยกวาได
รปท 8.3-12 แสดงแปลนแนวสนฝายของฝายหยกบางรปแบบ
8-14
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
** ฝายสนยาว (Long crested weir)
ในบางตาราอาจพบการแบงกลมของฝายทตางกนออกไปจากทไดกลาวมาแลว ทพบบอยคอ ฝายสนยาว (Long crested weir) ใชเรยกกลมของฝายทสรางปดกนในลานา โดยตวฝายจะมความยาวรวมของสนฝายยาวกวาความกวางของลานา ซงประกอบดวย 3 กลมยอยคอ
(1) ฝายแนวเฉยง (Skew or Oblique weir) (2) ฝายในกลม Drop inlet spillway ทสวนใหญจะเปนฝายรป
ปากเปด (Duckbill) (3) ฝายหยก (Labyrinth)
8.3.5.2 ฝายทมการควบคมปรมาณนาทไหลผาน (Controlled spillway)
เปนฝายทมการการใชอปกรณควบคมซงมกตดตงบนสนฝายเพอเปนตวควบคมปรมาณนาทตองการระบายออกไป หรอเพอเพมระดบและปรมาณนาเกบกกใหสามารถเกบกกนาในชวงปลายฤดนาหลากไดเพมขน ไดแก (1) บานระบายชนดบานตรง (2) บานระบายชนดบานโคง (3) บานระบายประเภทอน ๆ (4) แผนไมกระดานอดนา (Flashboard), ไมอดนา (Stop logs)
(5) ฝายยาง (Rubber weir) และ (6) ฝายแบบพเศษ เปนตน
อนงฝายทมบานระบายควบคม ตวฝายมกมลกษณะเปนฝายสนมน กรณทไดยกบานระบายพนผวนา กจะมลกษณะเปนแบบฝายสนมนทไดกลาวแลวในขอ 8.3.5.1
8.4 การคานวณปรมาณนาผานฝายทดนา และทางระบายนาลน (ไมมการควบคม) (ฝายทดนา ฝายนาลนหรอฝายระบายนาหรอทางระบายนาลน ในทนตอไปจะเรยกวา ฝาย) การคานวณปรมาณนาผานฝายทไมมการควบคมการไหลทกประเภทนนมหลกการทเหมอนๆ กน ดงนนจงจะขอสรปหลกการเพอใหเกดแนวทางสรางความเขาใจ เพอจะไดคนหาขอมลจากเนอหาทจดทาไวไดรวดเรวขน ซงสรปไดตอไปน
1) การออกแบบฝายมกออกแบบใหมการไหลแบบ Free flow ทอาจเปน Free
overflow และ Free overfall เสมอ แตอยางไรกตามฝายทกอสรางในลานาหรอทางนามกจะหลกเลยงการเกดการไหลแบบ Submerged flow หรอนาดานทายฝายสงกวาระดบสนฝายไมได ซงจะมวธการคานวณเปนกรณเฉพาะ
8-15
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) การคานวณปรมาณนาไหลผานฝายทกประเภทใชสมการพนฐาน เหมอนกน คอ Q = CLH3/2
3) ในการคานวณความยาวของสนฝาย หรอ L เปนความยาวทนาไหลผานสนฝายไปไดจรง (Effective length) ถามตอมอและมกาแพงดานขางทตวฝาย ตองไมคดความหนาตอมอ และตองหกคาการบบตวของนาเนองจากอทธพลของตอมอและกาแพงดวย
4) คาความลกของนาทไหลผานฝาย (H) เปนความลกของผวนาดานเหนอนาเทยบกบยอดสนฝาย โดยตาแหนงวดระดบนาทดานหนาฝายเปนตาแหนงทนานงหางจากสนฝายออกไปเปนระยะไมนอยกวา 4 เทาของความลกสงสดของนาทไหลขามฝาย
5) ประเภทของฝายนนแตกตางกนเนองจากรปรางหนาตด และรปรางของแนวสนฝายทตางกน
6) ในทางทฤษฎฝายหรอทางระบายนาลนทมลกษณะรปแบบเหมอนกนจะใชคาสมประสทธของการไหล หรอ C ในการออกแบบคาเดยวกน แตในทางปฏบตฝายแตละแหงจะมคา C ทเปนคาเฉพาะตวทจะทราบไดเมอทาการสอบเทยบ (Calibrate) เทานน
7) คาสมประสทธของการไหลผานฝาย หรอ C จะสมพนธกบรปรางหนาตดของฝาย ซงโดยทวไปแลวฝายทมหนาตดแบบเดยวกน แมจะมรปรางแนวของสนฝายเปนรปแบบใดกตาม ในการคานวณใหถอวาฝายนนมสนฝายยาวรวมเสมอนเปนแนวตรง ยกเวนมรปรางสนฝายลกษณะพเศษ หรอมมตททาใหเกดคณสมบตทางชลศาสตรเฉพาะตว จงจะมคา C ทแตกตางไป ตวอยางเชน ฝาย Ogee สนแนวตรง กบฝาย Ogee สนเปนรปโคงหรอรปเกอกมา โดยทวไปอาจถอไดวามคณสมบตทางชลศาสตรเหมอนกน ใชคา C เดยวกนในการคานวณ แตเมอเปน Morning glory spillway ซงกคอ ฝาย Ogee ทมาขดสนฝายเปนรปวงกลม แตจะมคณสมบตทางชลศาสตรเฉพาะตว ตองใชคา C เฉพาะตางหาก เปนตน
8.4.1 คาตวแปรสาคญทใชในการคานวณปรมาณนาไหลผานฝาย
จากสมการพนฐานการคานวณปรมาณนาไหลขามสนฝายทกประเภท 2/3CLHQ
เมอ Q = ปรมาณนาไหลขามฝาย ม.3 / วนาท
C = คาสมประสทธของการไหลของนาผานฝาย L = Effective length ของสนฝายทนาไหลผานไปไดจรง ม. H = ความลกของนาดานเหนอนาวดจากสนฝายถงผวนา ม.
8-16
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การคานวณปรมาณนาผานฝายนนอาจคานวณจาก 2 ลกษณะการไหล คอ
(1) การไหลแบบ Free flow กรณนนาไหลขามฝายโดยมระดบนาทายนาตากวาสนฝาย จะคานวณโดยใชสมการพนฐานทกลาวขางตน
(2) การไหลแบบ Submerged flow กรณนระดบนาทายนาสงกวาสนฝาย ซงระดบนาดานทายจะทาใหเกดการตานการไหล ทาใหคาสมประสทธของการไหลในกรณปกตหรอ Free flow ลดลง ดงนนในการคานวณปรมาณนาผานฝายในกรณ Submerged flow จงอาศยหลกการปรบแกคาสมประสทธของการไหลจากการคานวณในกรณปกตหรอ Free flow ดวยคาSubmerged factor สวนการจะเกด Submerged flow นนจะสมพนธกบคาอตราสวนระหวางระดบนาดานทายนาและดานเหนอนา หรอคา Submergence ratio โดยคาอตราสวนดงกลาวจะมากหรอนอยจะขนกบชนดของฝาย
จะเหนไดวาในการคานวณจะมตวแปร 3 ตวมาเกยวของ คอ H ความลกของนาหนาฝาย, C คาสมประสทธของการไหลของนาผานฝาย และคา L ความยาวของสนฝายทมนาไหลผานจรง (Effective length) ทจะตองพจารณาวาฝายแตละรปแบบจะหาคาดงกลาวไดอยางไร
H : ความลกของนาทไหลผานฝาย (ความลกของนาเหนอสนฝายดานหนาฝาย)
ความลกของนาเหนอระดบสนฝายดานเหนอนาหรอหนาฝาย จะตรวจวดในจดทนานงโดยมกหางจากสนฝายออกไปไมนอยกวา 4 เทาของระดบนาเหนอสนฝายสงสด ในทางทฤษฏความลกของนาดานหนาฝาย ตองเปน Total head ทตองคด Velocity of approach (V1
2/2g) ดวย แตในทางปฏบตจะวดคา Total head โดยตรงไมไดจงมกออกแบบใหฝายมองคประกอบดานหนาทจะทาใหการเกด Velocity of approach ดงกลาวมคานอยมากจนไมตองนามาคด
L : ความยาว Effective ของสนฝายหรอความยาวสนฝายทมนาไหลผานไปจรง
การคดคาความยาว Effective ของสนฝายนนพจารณาเฉพาะสนฝายสวนทนาไหลผานออกไปจรงๆเทานน ความยาวสวนทเปนตอมอทออกแบบเพอรองรบสะพานหรอเพอแบงนาเปนสวนยอยจะถกหกออกไป และเมอนาไหลผานกาแพงขางและตอมอจะเกดผลกระทบททาใหความเรวกระแสนาลดลงและเกดการบบตวทาใหหนาตดการไหลแคบลง หรอเสมอนวาความยาวสนฝายทนาไหลผานลดลง ดงนนจงตองคดหกคาการบบตวของการไหลออกดวย
8-17
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
หลกการคดความยาวสนฝายอาจพจารณาตามรปรางของสนฝาย ดงตอไปน 1) ฝายมสนตรง
1.1) กรณฝายสนตรง ทรมขางฝาย 2 ดานไมเปนกาแพงตง แตมลกษณะเปนลาด และไมมตอมอ กลาง
ใหคด L = ความยาวทงหมดของสนฝาย ม.
รปท 8.4-1 ความยาวสนฝายกรณฝายสนตรง ทรมขางฝาย 2 ดานไมเปนกาแพงตง
1.2) กรณเปนฝายสนตรงมชองระบายเพยงชองเดยว มกาแพงขาง (Abutment) 2 ขาง จะเกดการบบตวของการไหลเนองจากแรงเสยดทานจากผนงของกาแพง
รปท 8.4-2 ฝายสนตรงมชองระบายเพยงชองเดยว มกาแพง (Abutment) 2 ขาง
ea' HK2LL
L = ความยาว Effective ของสนฝายทมนาไหลผานจรง ม. L’ = ความยาวของสนฝายทงหมด ม. He = ความลกของนาทไหลผานฝาย ม. Ka = สมประสทธการบบตวเนองจากกาแพงตงขางสนฝาย
ตามตารางท 8-1
หมายเหต : กรณการคานวณอยางหยาบอาจไมคดการบบตว ใช L = L’
8-18
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1.3) กรณเปนฝายสนตรงมชองระบายหลายชอง โดยมกาแพงขาง (Abutment) 2 ขาง และมตอมอกลางฝาย (Pier) แบงฝายเปนชองๆ (n ชอง) จะเกดการบบตวของการไหลเนองจากแรงเสยดทานจากกาแพงดานขางและตอมอกลาง
รปท 8.4-3 ตวอยางอาคารนาลน 3 ชอง ทมกาแพงดานขาง 2 ขาง และมตอมอตรงกลาง 2 ตอมอ
L’ = ความยาวรวมของสนฝายทงหมด (หกตอมอกลางออก) ม. L’ = L’1+L’2+L’3+…+L’n (การคานวณอยางหยาบๆ อาจใชคานเปน คา L) L = ความยาว Effective ของสนฝายทมนาไหลผานจรง ม.
eap' HKNK2LL
N = จานวนตอมอกลาง แหง กรณตวอยางจากรปท 8.4-3 L’ = L’1+L’2+L’3 ; N= 2
He = ความลกของนาทไหลขามสนฝาย ม. Ka = สมประสทธการบบตวเนองจากกาแพงตงสองขางสนฝาย
ตามตารางท 8-1 Kp = สมประสทธการบบตวเนองจากตอมอตวกลางของสนฝาย
ตามตารางท 8-2 หมายเหต : ในการคานวณอยางหยาบอาจไมคดการบบตว ใช L = L’
8-19
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 8-1 คาสมประสทธ Ka
รายละเอยดของกาแพงตงดานขาง รปรางของกาแพงตง คา Ka
1. กาแพงตงทสวนของกาแพงดานเหนอนาหกตงฉากกบทศทางนาไหล
0.20
2. กาแพงตงทสวนของกาแพงดานเหนอนาต งฉากกบทศทางน าไหลโดย ท มมมมระหวางตอมอกบกาแพงเหนอนามนเปนโคงของวงกลมรศม R และ 0.5H > R >
0.15 H
0.10
3. กาแพงตง ทสวนของกาแพงเหนอนาทามมกบทศทางไหลของนาไมเกน 45องศา และรอยตอระหวางตอมอกบกาแพงมนเปนรปโคงรศม R ไมนอยกวา 0.5H
0.00
ตารางท 8-2 คาสมประสทธ Kp
8-20
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) ฝายทมสนฝายรปรางแบบอนๆ ทไมใชฝายสนตรง
การคดความยาวสนฝายกคดลกษณะเดยวกบกรณของฝายทมสนตรงทกลาวแลว โดย
คดความยาวทงหมดในแนวของสนฝาย หากมกาแพงขางและมตอมอกลางฝาย กใหหกความหนาตอมอ และหกคาการบบตวของการไหลเนองจากอทธพลของกาแพงและตอมอ
C : คาสมประสทธของการไหลของนาผานฝาย
คาสมประสทธของการไหลของนาผานฝายนนจะขนกบรปรางหนาตดของฝาย หรอ
ชนดของฝาย ดงทกลาวแลววา ฝายทมรปรางหนาตดแบบเดยวกน จะมรปรางแนวสนฝายเปนรปรางใดกตามา ในเบองตนใหใชคา C คาเดยวกนในการคานวณโดยเสมอนวาฝายนนเปนฝายมสนเปนแนวตรง (ยกเวนการมขอกาหนดระบไวเปนการเฉพาะ) ซงจะนาเสนอตามลาดบหวขอดงน
8.5 ฝายสนมน (Ogee weir)
8.6 ฝายสนมนสนเปนรปทรงกระบอก (Cylindrical crested weir)
8.7 ฝายหนาตดสเหลยมคางหม หรอ Indian type weir
8.8 ฝายเกเบยน (Gabions weirs) หรอ ฝายกลองลวดตาขายบรรจหน
8.9 ฝายยาง (Rubber weir or Rubber dam)
8.10 Straight Drop or Free overfall spillway
8.11 ฝายหยก (Labyrinth weir)
8.12 Shaft spillways or Drop inlet spillways
8.13 ฝายหนาตดรปสามเหลยม (Crump weir)
ฯลฯ
8-21
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.5 ฝายสนมน (Ogee Weir)
ฝายสนมน หรอ Ogee weir ทเรยกเชนนเพราะเปนฝายทมรปรางเปนเสนโคงคลายตว S
(S-shape or Ogee) โดยเปนฝายทพฒนาขนมาในตนศตวรรษท 20 ทอาศยหลกการพนฐานทางชลศาสตรของฝายสนคม ซงการไหลของนาผานฝายชนดนถอวาเปนแบบ Free overflow ทสมบรณแบบทสด ดงนนจงอาจเรยกฝายชนดนวา Free overflow weir
รปรางหนาตดของฝายสนมน แบงได 3 รปแบบ ไดแก
(a) Vertical upstream face: ผวดานเหนอนาเปนแนวดง
(b) Inclined upstream face: ผวดานเหนอนาเปนแนวเอยง มกเลอกใชกรณมวตถไหลมากบนาหรอมตะกอนในนามาก
(c) Over hang on upstream face: ผวดานหนาตอนบนตดสนฝายเปนผนงยนออกมา ม 2 ลกษณะ คอ ผนงทมผวหนาเปนแนวดง กบผนงทมผวหนาลาดเอยง เปนการตดสวนหนาฝายออกเพอการลดปรมาณวสดทใชกอสราง
รปท 8.5-1 แสดงรปรางสนของฝายสนมน
8.5.1 การคานวณปรมาณนาไหลผานฝายสนมนแบบไมมบานระบายควบคม (รวมทงฝายทมบานระบายควบคมทยกบานระบายพนนา) ในการคานวณนนมวธการของหลายสานกวจยหรอหนวยงานทไดศกษาทดลอง หรอประยกตนาผลมาใชงาน สวนการจะเลอกใชวธการใดนน ผคานวณจะตองตดสนใจเลอกใหสอดคลองเหมาะสมกบอาคารนน ๆ โดยทกวธจะมหลกการพนฐานของการไหลของนาผานฝายแบบเดยวกน
8-22
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
สมการมาตรฐานของฝาย 2/3ee HeLCQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย (ม.3/วนาท)
Le = ความยาวประสทธผล (Effective length) ของสนฝาย (ม.) ถามกาแพงดานขาง และมตอมอกลางฝายใหหกความหนาตอมอ และการบบตวของการไหลทเกดจากอทธพลของกาแพงและตอมอ eap
'e HKNK2LL
He = ความลกของนาเหนอสนฝายทคด Approach velocity ดวย (ม.)
Ce = คาสมประสทธของการไหลผานสนฝาย
8.5.2 การหาคาสมประสทธของการไหลตามผลการศกษาทดลองของ USBR
ฝายสนมนทกอสรางกนทวไปนน สวนใหญมาจากผลการทดลองศกษาโดย US
Bureau of Reclamation (USBR) ตอมา US Army Corps of Engineers ไดนามาพฒนารปแบบมาตรฐานของฝายสนมนใน Waterways Experiment Station ท Vicksburg
ไดเปนรปแบบทเรยกกนวา WES Standard 4 แบบ คอ
ฝายสนมนทดานหนาฝายเปนแนวดง ฝายสนมนทดานหนาฝายเปนลาด 3 : 1
ฝายสนมนทดานหนาฝายเปนลาด 3 : 2 ฝายสนมนทดานหนาฝายเปนลาด 3 : 3
สมการสวนโคงทเปนสนมน (Downstream profile) ของฝาย WES Standard
ฝายสนมนตาม WES Standard จะมลกษณะของสวนโคงมนตามสมการตอไปน
n
dd HX
KHY
USBR form
YHK1
X 1nd
n Corps of Engineers form
เมอ Y = ระยะในแกนตง X = ระยะในแกนราบ Hd = Design head K = คาตวแปรทสมพนธกบความลกของนาหนาฝาย
n = คาคงทซงขนกบรปรางหนาตดของฝาย ดงตอไปน
8-23
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ฝายไมม Slope ดานหนา : n = 1.850
ฝายม Slope ดานหนา 3 : 1 : n = 0.836
ฝายม Slope ดานหนา 3 : 2 : n = 1.810
ฝายม Slope ดานหนา 3 : 3 : n = 1.776
รปท 8.5-2 แสดงฝายสนมน WES Standard 4 แบบ
วธการของ USBR นนเปนตนแบบของการศกษาและออกแบบฝายสนมนแบบอนๆ โดยคาสมประสทธของการไหลทไดจากการศกษาฝายสนมนรปรางมาตรฐาน WES
Standard นน มหลกการคานวณคาสมประสทธของการไหลเปน 4 ขนตอน ทอาจสรปโดยสงเขป คอ ในกรณการไหลผานฝายแบบ Free flow (1) ใหใชฝายสนมนรปรางมาตรฐานทมผวหนาฝายเปนแนวดงเปนเกณฑในการคานวณ โดยคา C จะขนกบคาของ P/He (2) ถาหากฝายนนมรปรางตางไปจากรปรางตามมาตรฐาน จะตองปรบแกคา C โดยเทยบจากคาจากการออกแบบฝายนน (Hd: Design head และคา Cd ท Design head) กบคาททาการสงเกตหรอวดจรง (H และ C) (3) ถาหากผวหนาฝายเปนแนวลาดเอยงจะตองปรบแก คา C ทหาจากรปฝายแนวดงใหเปนคาของฝายแนวลาดเอยง (4) ถาหากระดบนาดานทายนาสงกวาสนฝาย ทจะทาใหเกดการไหลแบบ Submerged flow ตองปรบคา C จากกรณ Free flow ขางตนใหเปนคาทไดรบอทธพลเนองจาก Submerged flow
8-24
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
จากหลกการดงกลาวเปนขอสรปทผเขยนอธบายใหทราบเบองตน เพอทจะไมทาใหเกดความสบสน เพราะในการนาเสนอการคานวณหาคาสมประสทธของการไหลจากรายงานผลการศกษาและคมอตางๆ ทใชเอกสารตนฉบบเปนขอมล จะไมอธบายใหทราบตรง ๆ แตจะกลาวถงผลกระทบทสมพนธกบคาสมประสทธของการไหลของฝายสนมน ดงตอไปน 8.5.3 ผลกระทบทสมพนธกบคาสมประสทธของการไหลของฝายสนมน 1) ผลกระทบจากความลกของนาทปากทางเขา
ฝายสนมนรปแบบหนาตด WES Standard เรมแรกสดจะมการหาคาสมประสทธของการไหล (Ce) กรณ Free flow ของฝายสนมนทมผวหนาฝายเปนแนวดงกอน โดยจะสมพนธกบ ความลกของนาดานเหนอนาทวดจากสนฝาย (He) กบความสงของฝาย (P) โดยจะเปนคาทถกตองตอเมอ Ogee มรปรางเปนแบบรปรางของ Nappe ในอดมคต (ฝายสนมนรปรางตามมาตรฐาน) ซงหาไดจากกราฟใน รปท 8.5-3 โดยคา Ce ของฝายสนมนทมผวหนาฝายเปนแนวดง จะสมพนธกบคาของ P/He
รปท 8.5-3 คาสมประสทธของการไหลของฝายสนมนทมผวหนาฝายเปนแนวดง
8-25
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) ผลกระทบจากรปรางของ Crest ทตางไปจากรปรางของ Nappe ในอดมคต
ในกรณทรปรางของ Ogee แตกตางไปจากรปรางในอดมคต ซงเปนรปรางของฝายมาตรฐาน โดยเมอรปรางของ Crest ทม Head มากกวาหรอนอยกวา Head ทพจารณา (Actual head) คาสมประสทธของการไหลจะตางไปจากคามาตรฐานในรปท 8.5-4 โดยหากมรปรางทกวางกวาจะทาใหเกด Positive pressure ตามผว Crest ทาใหอตราการไหลลดลง และหากมรปรางทแคบกวา จะทาใหเกด Negative pressure ตามผว Crest ทาใหอตราการไหลเพมขน ดงนนจงจาเปนตองปรบแกคา C ใหเปนคาทถกตอง โดยใชกราฟในรปท 8.5-5 ซงเปนกราฟความสมพนธของ C/Cd และ H/Hd (หรอกลาวอกนยหนงคอเกดผลกระทบเนองจาก Head ทตรวจวดหรอสงเกตซงรวม Velocity of approach (H หรอ He) ทแตกตางไปจาก Design head (Hd ) มคาสมประสทธของการไหลเปน Cd โดยทง Hd และ Cd เปนคาทไดจากการออกแบบตามรปแบบมาตรฐาน ดงนนทความลกของการไหลใดๆ H จะมคามคาสมประสทธของการไหล C เปนเทาไรนนเอง)
รปท 8.5-4 แสดงขอบเขตหนาตดฝายททาใหรปรางแตกตางไปจากฝายมาตรฐาน
ตวอยางวธการหาคา C ถาใหผลการออกแบบฝายตางไปจากรปรางมาตรฐาน โดยม P = 2.50 ม. ออกแบบใหม Design head หรอ Hd = 2.50 ม. มคา Cd = 2.18 หาคา C ท
H หรอ He ใดๆ โดยใชกราฟ รปท 8.5-3 และ 8.5-5 ไดผลตามตารางท 8.5-1
ตารางท 8.5-1 แสดงตวอยางการหาคา C
H หรอ He
H/Hd
C/Cd = C1
หาจากกราฟ
รปท 8.5-5
Ce (หาจากกราฟ
รปท 8.5-3 ใช P/He) C = Ce x C1
1.0 1.0/2.5=0.4 0.905 2.15 2.15x0.905= 1.946 1.5 1.5/2.5=0.6 0.950 2.14 2.14x0.950= 2.033 2.0 2.0/2.5=0.8 0.990 2.13 2.13x0.990= 2.109
8-26
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.5-5 กราฟความสมพนธของ C/Cd และ H/Hd
3) ผลกระทบจากความลาดเทผวของฝายดานเหนอนา ถาดานหนาฝายยงลาดมากแรงตานการไหลจะยงนอย จงตองปรบแกคา Ce ทหาไดจากกราฟในรปท 8.5-3 ซงเปนกรณผวหนาฝายเปนแนวดง ใหเปนคาของฝายทผวหนามความ
ลาดเอยง โดยกราฟในรปท 8.5-6 ซงเปนความสมพนธของ vertical
inclineCC กบ
eH
P ทมความลาดเทผว
ดานหนาฝายตาม WES Standard เปน 3:1, 3:2 และ 3:3
ตวอยางวธการหาคา C ถาฝายมความลาดเทผวดานหนา 3:3 ม P = 2.50 ม. ท H = 1.00 ม. คานวณคา C ไดโดยหาคา Ce โดยใชกราฟในรปท 8.5-3 ซงเปนฝายทดานหนาฝายเปนแนวดง จากคาของ P/He = 2.50 ได Ce = 2.15 ตอไปแปลงคาเปน Cincline 3:3 โดยหา
คา vertical
inclineCC จากเสนกราฟ 3:3 โดยใชคา 50.2
00.150.2
H
P
e ซงมากกวา 1.50 จงปรบใช
เปน 1.50 จะได vertical
inclineCC 0.994 ดงนน คา C ของฝายน เมอ H = 1.00 ม. เทากบ
2.15x0.994 = 2.137
8-27
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.5-6 ตวปรบแกสมประสทธการไหลของฝายสนมนเนองจากความลาดเอยงของผวหนาฝาย
4) ผลกระทบจากพนดานทายนา และการเกด Submergence ดานทายนา เมอระดบนาดานทายฝายสงขนจนทาใหเกดการไหลเปนแบบ Submerged แลว ระยะในแนวดงจาก Crest ของการไหลขามถงพนดานทายนา และความลกการไหลดานทายนาของลานาจะมความสมพนธกบ Head ทวดจากพนดานหนาฝาย (P+He) ซงเปน Factor ททาใหคาสมประสทธการไหลเปลยนแปลงลดลงจากกรณการไหลแบบ Free Flow
จากผลการศกษาผลกระทบจากพนดานทายนา และการเกด Submergence ดานทายนา ไดสรางเปนกราฟดงแสดงในรปท 8.5-7 ซงประกอบดวยกราฟ 2 ชด คอ ก. กราฟเสนเอยงเปนกราฟอธบายลกษณะการไหล และ ข. กลมกราฟลกษณะคลายอกษร L ทอธบายสภาวะการเกด Submergence
8-28
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.5-7 กราฟทสมพนธกบผลกระทบจากพนดานทายนา และการเกด Submergence ดานทายนา
8-29
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ก. กลมกราฟอธบายลกษณะการไหล โดยแบงคณลกษณะการไหลทสาคญ 5 ประการทสามารถเกดขนดานทายนาของ Overflow crest จะขนอยกบตาแหนงของพน (Apron) ทายนาและผวนาดานทายนา เพองายในการทาความเขาใจจงขออธบายดวยรปท 8.5-8 ดงตอไปนคอ
รปท 8.5-8 แสดงกลมกราฟเพออธบายลกษณะการไหล
เสนกราฟ
เสนกราฟหมายเลข 1 : Flow at supercritical stage เสนกราฟหมายเลข 2 : Flow at critical depth เสนกราฟหมายเลข 3 – 6 : Flow at subcritical stage
เสนกราฟหมายเลข 4 : Conjugate jump depth
ชวงของการไหล
ชวง A ระหวางเสนหมายเลข 1 ถง 2 เปนชวงของ Supercritical flow
ชวง B ระหวางเสนหมายเลข 2 ถงเสนลางสดของแกนนอน เปนชวงของ การไหลแบบ Subcritical flow
8-30
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
คณลกษณะดานทายนาของการไหลทสาคญ 5 ประการ
ชวง a ระหวางเสนกราฟหมายเลข 1 ถง เสน 3 เปนการไหลของนายงคงตอเนองไปดวยสภาวะ Supercritical Stage
ชวง b ระหวางเสนกราฟหมายเลข 3 ถงเสน 4 Hydraulic jump เรมกอตวเปนแบบสวนหรอมลกษณะทไมสมบรณ
ชวง c ระหวางเสนกราฟหมายเลข 4 ถงเสน 5 เกด Hydraulic jump ทแทจรง
ชวง d ระหวางเสนกราฟหมายเลข 5 ถงเสน 6 เกด Jump จมนา (Drowned jump) เนองจากนาทไหลขามสนฝายออกไปยงมความเรวทสง และระดบนาดานทายไมสงพอทจะตานลา Jet นา แตเมอระดบนาดานทายยงสงเพมขน การไหลกจะชาลงเรอยๆ จากแรงตานของนาดานทาย
ชวง e ระหวางเสนกราฟหมายเลข 6 ถงเสนลางสดของแกนนอน ไมม Jet เกดขน การไหลจะเสมอนขนานไปกบแนวของผวนาดานทายเหนอสนฝายขนไป
สภาวะการไหล ชวง a, b, c มกเกดกบฝายขนาดใหญทมความสงมาก สวนสภาวะการไหล ชวง d และ e มกเกดกบฝายเตย ๆ
ข. กลมกราฟลกษณะคลายอกษร L ทอธบายสภาวะการเกด Submergence
การเกด Submergence หรอการไหลแบบ Submerged flow ทสงผลใหสมประสทธของการไหลผานฝายลดลงเนองจากเกดการตานของนาดานทายนา ซงจะมความสมพนธ 2 ลกษณะ อธบายดวย รปท 8.5-9 และรปขยายตาม รปท 8.5-10 คอ
รปท 8.5-9 แสดงกลมกราฟลกษณะคลายอกษร L ทอธบายสภาวะการเกด Submergence
8-31
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.5-10 แสดงรปขยายของชดกราฟ A – A และ B – B
(1) Degree of Submergence, hd/He กบ Decrease in
Coefficient of Discharge, Percent ทอานไดจากกราฟ ชวง A – A
คาจากกราฟสรปไดวา เมอ hd/He มากกวา 0.60 จะไมเกดผลกระทบจาก Submergence
การอานคาจากกราฟรปท 8.5-7 มความยงยาก จงไดมการปรบปรงกราฟเพอใหงายและสะดวกในการใชงานสรางเปนกราฟ ตามรปท 8.5-12 โดยไดแปลงคา Decrease in coefficient of discharge (คาทลดลงของสมประสทธของการไหลจากกรณFree Flow) เปนคา Cs/Cd (เมอ Cs=C-submerged, Cd= C-design)
(2 ) Position of Downstream Apron, (hd+d/He) กบ Decrease
in coefficient of discharge, Percent ทอานไดจากกราฟ ชวง B – B
กราฟรปท 8.5-7 เมอ (hd+d/He) = 1, คา Decrease in
coefficient of discharge เทากบ 23% (หมายถงคา C ทหาไดกรณการไหลแบบ Free flow
จะลดลงอก 23%) และเมอ (hd+d/He) มากกวา 1.7 จะไมเกดผลกระทบจาก Submergence โดยมคา Decrease in coefficient of discharge เทากบ 0 % เชนเดยวกบกราฟชดแรก การอานคาจากกราฟรปท 8.5-7 ขางตนมความยงยาก จงไดมการปรบปรงกราฟเพอใหงายและสะดวกในการใชงานสรางเปนกราฟ ตามรปท 8.5-12 โดยไดแปลงคา Decrease in coefficient of discharge เปนคา Cs/Cd เชนเมอ
8-32
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
(hd+d/He) = 1 จะไดคา Cs/Cd เทากบ 0.77 หมายถง Cs เทากบ 0.77Cd ทหาไดจากกรณ Free Flow (มาจาก กรณกราฟรปท 8.5-6 Decrease in coefficient of discharge 23% =
Cd - 0.23, Cs = 0.77 Cd นนเอง) และเมอ (hd+d/He) = 1.7 จะไดคา Cs/Cd เทากบ 1.00
รปท 8.5-11 กราฟความสมพนธ Degree of submergence, hd/He กบ Ratio of modified
coefficient to free discharge coefficient, Cs/Cd ทอานไดจากกราฟ ชวง A – A
(ปรบปรง)
รปท 8.5-12 กราฟความสมพนธ Position of downstream apron, (hd+d/He) กบ Ratio of modified coefficient to free discharge coefficient, Cs/Cd ทอานไดจากกราฟชวง B – B (ปรบปรง) อาจสรปการหาคาสมประสทธการไหลของฝายสนมนไดวา
8-33
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ถาให C = คาสมประสทธของการไหลผานฝายสนมน C0 = Ce เปนคาสมประสทธการไหลของฝายผวหนาเปนแนวดง หาจากกราฟรปท 8.5-3 C1 = C/Cd ทเกดจากผลกระทบจากรปรางของ Crest หาจากกราฟรปท 8.5-5 (ถาเปนฝายรปรางมาตรฐานคานไมตองคด)
C2 = vertical
inclineC
C เปนคาทเกดจากผลกระทบจากความลาดเทผวดานหนาฝาย หา
จากกราฟรปท 8.5-6 (ถาเปนฝายดานหนาฝายเปนแนวดงคานไมตองคด)
C3 = Cs/Cd เปนคาทเกดจากผลกระทบจากพนดานทายนา และการเกด Submergence หาจากกราฟในรปท 8.5-7 หรอใชกราฟรปท 8.5-11 และรปท 8.5-12 แลวแตกรณ โดยพจารณาวาเกดการไหลแบบ Submerged flow หรอไมกอน โดยใชกราฟรปท 8.5-7ประกอบ (ถาไมเปนการไหลแบบ Submerged flow คานไมตองคด)
ดงนนคา C ทใชคานวณในหลกการของ USBR นนจะมาจาก
C = C0xC1xC2xC3
จะเหนไดวาการหาคาคาสมประสทธของการไหล (C) ของฝายสนมนนนมความยงยาก หากผคานวณพจารณาไมนาคาตวใดมาคดกใหใชดลพนจวาจะยอมรบคาความผดพลาดไดเพยงใด การนาผลการคานวณไปใชมความสาคญระดบใดดวย
แมวาโดยทวไปถาออกแบบฝายแตกตางไปจากรปแบบมาตรฐานหากฝายนนมความสาคญ มกจะมการทดสอบแบบจาลองในหองปฏบตการซงจะไดคาสมประสทธการไหลของฝายนนมาใชงานเสมอ แตอยางไรกตามคาทไดยงไมใชคาทถกตองอยางแทจรง เพราะในสภาพทเปนจรงจะมตวแปรตางๆ มาเกยวของหลายประการ เชน การกอสรางไมไดมาตรฐานถกตองตามแบบ มสภาพแวดลอมของพนทดานเหนอนาและดานทายนามาเกยวของ หรอการมตะกอนตกจมหนาฝาย เปนตน
ฝายทมรปรางหนาตดเปนฝายสนมนนอาจออกแบบใหเปนไดทงฝายทดนาในลานา และฝายระบายนาหรอทางระบายนาลนของอางเกบนา โดยสามารถออกแบบใหเปนฝายชนดตางๆ เชน ฝายหรอทางระบายนาลนแนวตรงมาตรฐาน, ฝายแนวเฉยง (Skew weir), Side
channel spillway, Drop inlet spillway ทมแนวสนฝายเปนรปรางตางๆ เชน รปสวนโคงของ
8-34
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
วงกลมหรอ C-Shape รป U-Shape รปปากเปด (Duckbill) ฯลฯ ซงฝายเหลานสามารถหาคาสมประสทธของการไหลแบบเดยวกบทไดอธบายมาขางตนไดทกชนด
โดยทวไปแลวการออกแบบฝายหรอทางระบายนาลน ถาจะสรางในโครงการชลประทานทมความสาคญ เชนโครงการขนาดใหญ หรอเปนโครงการทสงสยวาจะเกดผลกระทบตอสงแวดลอม มกจะมการทดสอบโดยใชแบบจาลองในหองปฏบตการชลศาสตรดวยเสมอ ซงการทดสอบดงกลาวทาใหรพฤตกรรมทางชลศาสตรของอาคารตวนน และทาใหรคาสมประสทธของการไหล ซงการทดลองทไดมาตรฐาน ผลการทดลองทไดนนเปนทยอมรบกนวาใหผลถกตองใกลเคยงกบสภาพจรงของอาคารนน ซงอาจใชเปรยบเทยบกบคาทางทฤษฏหรอคาทใชคานวณออกแบบ นอกจากนจะเปนประโยชนในการสอบเทยบคาสมประสทธของการไหลจรงในสนามโดยการสมตรวจเปนบางชวงของอตราการไหลไมตองสอบเทยบตลอดทกชวงของ Head
8.5.4 การคานวณปรมาณนาไหลผานฝายกรณ Submerged flow แบบแยกสวน
เราอาจพบไดบอยๆ กบการคานวณปรมาณนาผานฝายในกรณการไหลแบบ
Submerged flow โดยใชสมการตอไปน
65.0C...........)3H
D(gH2CLQ (SI Unit)
สมการดงกลาวเปนการคานวณอตราการไหลเมอระดบนาดานทายสงกวาระดบสนฝาย มาจากการวเคราะหคดแยกการไหลโดยใชระดบนาดานทายแบงการไหลออกเปน 2 สวน ดงแสดงในรปท 8.5-13 (ฝายมความยาวสนฝาย L)
รปท 8.5-13 แสดงการแยกสวนการไหลกรณ Submerged flow เปน 2 สวน
8-35
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Part A
gH2C3
2V AA
LHAA
AAA A.VQ
gH2LHC3
2LH.gH2C
3
2Q AAA
Part B gH2CV BB
)HD(LAA
BBB A.VQ
)HD(L.gH2CQ BB
)eApproximat(BA CCC = Discharge coefficient
BA QQQ
)HD.(gH2CLLH.gH2C3
2Q
)HDH3
2(gH2CLQ
)3H
D(gH2CLQ
คา C ใหใชคาเฉลย 0.65
การนาสมการขางตนมาใชในการคานวณ โดยคาสมประสทธของการไหลในแตละสวน คอ CA และ CB มากาหนดใหมคาเทากนคาเดยวเปนคาเฉลยนนนกชลศาสตรบางสวนเหนวาผดหลกการ เพราะคา Submergence ratio ทตางกนยอมสงผลตอคาสมประสทธของการไหลทแตกตางกน แตอยางไรกดความผดพลาดดงกลาวถอวาอยในเกณฑทยอมรบได
8.5.5 Discharge rating curve หรอ Q-H Curve
ในการออกแบบฝายหรอทางระบายนาลนนนผออกแบบอาจแสดงกราฟหรอตารางความสมพนธของอตราการไหลและระดบนาทไหลผานสนฝาย (Discharge rating
curve หรอ Q-H Curve) ไวในแบบกอสราง ซงกราฟหรอตารางดงกลาว ถามาจากผลการทดสอบแบบจาลองในหองปฏบตการใหถอวาสามารถนาไปใชในการคานวณหาคาอตราการไหลไดถกตอง (แตตองสอบเทยบเมอใชงานไปถงระยะเวลาทสภาพแวดลอมของอาคารนนมการเปลยนแปลง) แตถาเปนคาการคานวณทางทฤษฏทใชในการออกแบบ ตองสอบเทยบเพอยนยน
8-36
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ความถกตองดวยเสมอ เพราะมฝายหรอทางระบายนาลนจานวนไมนอยทมพฤตกรรมทางชลศาสตรรวมทงสมประสทธของการไหลแตกตางไปจากทกาหนดไวตามทฤษฏ
ตวอยาง Q-H Curve จาก รปท 8.5-14 เปน Discharge rating curve ในแบบกอสราง Side channel spillway ทมหนาตดเปน WES Standard Ogee ของอางเกบ
นาหวยตาเขยว จงหวดบรรมย ทมสนฝายยาว 10.00 ม. (คา C ทใชในกราฟ จงเปน 2.1695) ระดบสนฝาย +235.80 ม. (รทก.) ซงสามารถคานวณตรวจสอบคา C ไดตามตารางท 8.5-2
รปท 8.5-14 Discharge rating curve ในแบบกอสราง Side channel spillway
ของอางเกบนาหวยตาเขยว จงหวดบรรมย
Q = CLH1.5 (ม.3/วนาท)
L = 10.00 ม. ; Q = C x 10 x (ระดบนาในอาง-235.80)1.5
จะได C = Q / [10 x (ระดบนาในอาง-235.80)1.5]
ตารางท 8.5-2 ตวอยางการตรวจสอบคา C
Q (ม.3/วนาท) El. (ม. รทก.) H (ม.) C 5.00 236.20 0.40 1.976
10.00 236.40 0.60 2.152 15.00 236.60 0.80 2.096 20.00 236.80 1.00 2.000 25.00 236.90 1.10 2.167 30.00 237.00 1.20 2.282 35.80 237.10 1.30 2.415
(เฉลยแบบหยาบๆไดคา C เฉลย 2.156 ซงใกลเคยงกบทระบไวในแบบกอสราง 2.1695)
8-37
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ในรปท 8.5-15 เปนตวอยาง Discharge rating curve ในแบบกอสราง Side
channel spillway ทมหนาตดเปน WES Standard Ogee ของอางเกบนาหวยตะโก จงหวดบรรมย ทมสนฝายยาว 30.00 ม. ระดบสนฝาย +217.10 ม.(รทก.) ซงสามารถคานวณตรวจสอบคา C ไดตามตารางท 8.5-3
รปท 8.5-15 Discharge rating curve ในแบบกอสราง Side channel spillway
ของอางเกบนาหวยตะโก จงหวดบรรมย สมการทระบในแบบกอสราง Q = 0.552CLH1.5 **** (ลกบาศกเมตร/วนาท) L = 30.00 ม. ; Q = 0.552 C x 30 x (ระดบนาในอาง-217.10)1.5
จะได C = Q / [0.552 x 30 x (ระดบนาในอาง-217.10)1.5]
หรอ 0.552C = Q / [30 x (ระดบนาในอาง-217.10)1.5]
ตารางท 8.5-3 การตรวจสอบคา C Q (ม.3/วนาท) El. (ม. รทก.) H (ม.) C 0.552 C
6.00 217.30 0.20 4.051 2.236 15.00 217.50 0.40 3.580 1.976 28.00 217.70 0.60 3.638 2.008 44.00 217.90 0.80 3.713 2.050 62.00 218.10 1.00 3.744 2.067 91.10 218.35 1.25 3.936 2.173
(เฉลยแบบหยาบๆ ไดคา C เฉลย 3.777 และคา 0.552 C เฉลย 2.085)
ขอสงเกต ความคลาดเคลอนของ Discharge rating curve ตามตวอยางขางตนอาจเกดไดจาก (1) มการปรบโคงเสนกราฟใหราบเรยบ คาจงอาจตางกบผลการคานวณจรงเลกนอย (2)
8-38
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ผออกแบบมกระบเพยงคา C ทเปนคา Design head สงสดคาเดยวในกราฟ แลวใชคา C นนคานวณสรางกราฟ หรออาจใชคา C ทสมพนธกบคา H/P กได จงตองตรวจสอบใหด
**** สมการการคานวณ Q = 0.552CLH1.5 (ม.3/วนาท)
ในการคานวณปรมาณนาถาใชสมการ Q = 0.552CLH1.5 ในกรณดงตวอยางทนามาเสนอน เปนสมการคานวณทแปลงแลวจากสมการหนวยระบบองกฤษ โดย Q จะมหนวยเปน ลกบาศกเมตร/วนาท ในขณะท L และ H มหนวยเปน เมตร แตคา C ยงไมไดแปลง จงยงคงตองหาจากกราฟในหนวยระบบองกฤษ (ไมไดแสดงกราฟดงกลาวไวในคมอน) ซงอาจกลาวไดวาตองปรบคา C ในหนวยระบบองกฤษใหเปนหนวยระบบ SI ดวยคาคงท 0.552 หรอตองใชคา 0.552C นนเอง ทมาการแปลงขอมลหนวย ระบบ องกฤษ เปน SI 1 ฟต = 0.3048 ม.
1 ลกบาศกฟต = 0.0283 ม.3
Q = CLH1.5 ฟ.3/วนาท
L , H ฟ. C ระบบองกฤษ*
(Q/0.0283) = C (L/0.3048) (H/0.3048)1.5 ม.3/วนาท Q = (0.0283/(0.3048*0.30481.5) CLH1.5 Q = 0.552CLH1.5 ม.3/วนาท
L , H ม. C ระบบองกฤษ* นนคอ ในสมการ Q = 0.552CLH1.5 ไดแปลงใหมหนวยเปน ลกบาศกเมตร/วนาท โดยท L และ H ใชคาหนวยเมตรเพราะไดแปลงแลวเชนกน แตคา * C ยงคงเปนคาในระบบองกฤษ จงตองหาจากกราฟในหนวยระบบองกฤษ
8-39
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.6 ฝายสนมนสนเปนรปทรงกระบอก (Cylindrical crested weir) เปนฝายทพฒนาจากแนวคดของฝาย WES Standard โดยมรปรางของ Crest ทตางไปจากรปรางของ Nappe ในอดมคต ซงจะมหนาตดเปนสวนโคงของวงกลมทมรศม r และมลาดทายฝายสดสวน 1:1 หรอทามม 45 องศากบพนดานทายนา ซงแสดงในรปท 8.6-1
รปท 8.6-1 Cylindrical crested weir
1
minH
g/P VS
rH1
จากการศกษาของ Escande และ Sananes (1959) พบวา ถา H1/r มคานอย กวา 1.5 แรงดนเหนอสนฝาย (P/ρg) จะมคาเปนบวก และถา H1/r มคามากกวา 1.5 แรงดนเหนอสนฝายจะมคาเปนลบ โดยสามารถสรางสมการความสมพนธ แรงดนนอยทสดดงน
n/211 r/nyryHH
gp
เมอ n = 1.6+0.35 cot θ
cot θ = cot 45 = 1
y = 0.7 H1
จากผลการศกษาดงกลาวสรางเปนกราฟความสมพนธของ (P/ρg)min /H1 และ H1/r ไดดงรปท 8.6-2 โดยคา (P/ρg)min/H1 มไดสงสดไมเกน 4 เมตร ไมเชนนนจะมผลตอการการกดกรอนผวหนาฝายเกดรพรน (Cavitation corrosion) จากฟองอากาศทเกดทผวลาดทายฝายอยางรนแรง ดงนนจงจากดขนาดของฝายประเภทนดวยคาของ H1/r
8-40
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.6-2 แรงดนนอยทสดทเกดบน Cylindrical weir สมพนธกบคา H1/r
8.6.1 การคานวณปรมาณนาไหลผาน Cylindrical weir
ใชสมการพนฐานของฝายสนสน
2/3ee HLg
32
32
CQ ลบ.ม. /วนาท
Ce คาสมประสทธของการไหล
สมประสทธของการไหลผาน Cylindrical weir จะสมพนธกบผลกระทบทเกดขนกบตวฝายตอไปน ททาใหคาสมประสทธของการไหลเปนดงสมการ
3210e CCCCC
C0 คาสมประสทธของการไหลทเกดจากผลกระทบหรอความสมพนธเนองจาก
H1/r ซงหาไดจากกราฟในรปท 8.6-3
C1 คาสมประสทธของการไหลทเกดจากผลกระทบหรอความสมพนธเนองจาก
P1/H1ซงหาไดจากกราฟในรปท 8.6-4
C2 คาสมประสทธของการไหลทเกดจากผลกระทบจากความลาดเทผวของฝายดานเหนอนา เชนกรณฝายสนมนมาตรฐาน WES ซงหาไดจากกราฟในรปท 8.6-5
8-41
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
C3 = f คา Factor ของการไหลทเกดจากผลกระทบการเกด Submergence ดานทายนา ทสมพนธกบคาของ H2/H1 ซงหาไดจากกราฟในรปท 8.6-6 ทงนจะเรมเกดผลกระทบเนองจาก Submergence ดานทายนา เมอ H2/H1 > 0.33 แตในทางปฏบตเพอไมใหยงยากในการคานวณอาจถอวาการไหลยงเปนแบบ Free flow หาก Submergence H2/H1 < 0.65 เพราะอตราการไหลจะลดลงเพยง 10 % เทานน
รปท 8.6-3 คาสมประสทธของการไหล Cd หรอ C0 ทสมพนธกบ H1/r
รปท 8.6-4 คาสมประสทธของการไหล C1 ทสมพนธกบ P1/H1
8-42
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.6-5 ตวปรบแกสมประสทธการไหลของฝายสนมนเนองจากความลาดเอยงของผวหนาฝาย
รปท 8.6-6 คา Factor ของการไหลทเกดจากผลกระทบ การเกด Submergence ดานทายนา H2/H1
8-43
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ฝายทมรปรางหนาตดเปนฝายสนมนรปแบบนเนองจากลาดตวฝายดานทายมความชนมาก (1:1) จงมกออกแบบเปนฝายทดนาในลานา และฝายระบายนาหรอทางระบายนาลนของอางเกบนา ลกษณะสนเปนแนวตรงมาตรฐาน หรอรปสวนโคงของวงกลมทมความโคงไมมาก
ผลการศกษาทมชอเสยงของฝายลกษณะนไดแก การศกษาเรอง Computational
Modeling of Flow Over a Spillway In Vatnsfellsstifla Dam in Iceland โดย
BJÖRN MARGEIRSSON โดยไดศกษาท Department of Applied Mechanics
Chalmers University of Technology, Sweden ในป 2007
ทางระบายนาลนของเขอน Vatnsfellsstifla เปนฝายสนมนทยอดสนฝายเปนสวนโคงของวงกลมรศม 0.50 ม. มลาดดานทายฝาย 1:1.4 แนวของสนฝายเปนสวนโคงของวงกลมยาว 50 ม. ซงปรบไปสรางเทดานทายทกวางเพยง 10 ม. ระดบสนฝายสงกวาพนดานทายนา 80 ม. สามารถระบายนาไดไมนอยกวา 280 ม.3/วนาท
รปท 8.6-7 แสดงแนวสนทางระบายนาลนของเขอน Vatnsfellsstifla
รปท 8.6-8 แสดงรปแปลนทางระบายนาลนของเขอน Vatnsfellsstifla
8-44
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.6-9 แสดงหนาตดทางระบายนาลนของเขอน Vatnsfellsstifla
รปขวามอเปนรปหนาตดทปรบใหเปนรปแบบอยางงาย
รปท 8.6-10 รปบน กราฟ Discharge (Q) VS Head (H) รปลาง กราฟ Discharge (Q) VS Discharge coefficient (C) ทเปรยบเทยบผลจากการทดลอง (exp) และผลจากการคานวณ
CFD: Computational Fluid Dynamics)
8-45
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ผลจากการศกษาสรปไดวา
ความสมพนธระหวาง Q กบ H ผลจากการทดลองและการคานวณนนไมแตกตางกนมาก
ความสมพนธระหวาง Q กบ C ผลจากการทดลองและการคานวณในชวงมทอตราการไหลนอย ๆ เทานนทมคา C แตกตางกนประมาณ 11% ซงยอมรบไดและผลโดยรวมอยในระดบทด
คา Discharge coefficient (C) มคาคอนขางสงกวาฝายสนมนอน ๆ โดยมคา C เฉลยประมาณ 2.25 เปนเพราะการไหลผานผวหนาฝายทมความลาดชนมากจะเกดอตราเรงของการไหลเกดขน โดยจะเกดชนตดขอบ (Boundary layer) ขนระหวางการไหล และเมอการไหลถงตาแหนงทชนตดขอบมความหนาเตมหนาตดการไหล กจะมฟองอากาศปนกบนาเกดขน แตลกษณะการไหลยงเปนแบบเสมอตนเสมอปลายจนมาถงฐานของทางฝาย
8-46
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.7 ฝายหนาตดสเหลยมคางหม หรอ Indian type weir 8.7.1 ฝายหรอทางระบานนาลนหนาตดสเหลยมคางหม
ฝายหนาตดรปสเหลยมคางหมเปนฝายทนยมสรางมากในอนเดย ดงนนจงมกเรยกวา ฝายแบบอนเดย (Indian type weir) การออกแบบอาจมลกษณะรายละเอยดปลกยอยออกไป แตลกษณะสาคญคอมหนาตดเปนรปสเหลยมคางหม โดยมสนฝายแบนและกวาง ซงอาจใชเพอการสญจรขามผานสนฝายไปได
รปท 8.7-1 ลกษณะของฝายหนาตดรปสเหลยมคางหม ตามแนวสนฝาย
รปท 8.7-2 รปตดตามยาวของฝายหนาตดรปสเหลยมคางหมรปแบบหนง
8-47
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
สมการคานวณปรมาณนาไหลผานใชสมการทวไปของฝาย
Q = CLH 3/2
เมอ Q = ปรมาณนาไหลขามสนฝาย ม.3/วนาท
C = สมประสทธในการระบายนาขามสนฝาย สมพนธกบคาความลกของนานงดานหนาฝาย และความกวางของสนฝาย ซงแสดงในตารางท 8.7-1 (ในทางปฏบตแลวจะตองสอบเทยบหาคา C สาหรบฝายแตละแหง เพอใหไดคาทแนนอน การคานวณปรมาณนาจงจะถกตอง) L = ความยาวของสนฝาย ม. B = ความกวางของสนฝาย ม. H = ความลกของนานงดานหนาฝายเหนอสนฝาย ม.
ตารางท 8.7-1 คาสมประสทธของการไหล “C” สาหรบการไหลของนาขามฝายทมสนฝายแบนและกวาง เมอระดบนาดานทายนาตากวาสนฝาย
ความกวางสนฝาย (ม.) ความลกของนาดานหนาฝายเหนอสนฝาย (H) (ม.) C
0.15 0.30
0.45
0.60
1.00
> 0.30 0.30 - 0.50
> 0.60 0.30 - 0.40 0.50 - 0.60
> 0.70 0.30 - 0.40 0.50 - 0.60 0.70 - 0.80
> 0.90 0.30 - 0.40 0.50 - 0.60 0.70 - 0.80 0.90 - 1.00
> 1.10
1.82 1.65 1.82 1.57 1.65 1.82 1.49 1.57 1.65 1.82 1.46 1.49 1.57 1.68 1.82
ทมา : ปราโมทย ไมกลด-คมองานเขอนดนขนาดเลกและฝาย
หมายเหต : กรณสนฝายกวางมากๆ ใหใชคา C = 1.82
ในทางปฏบตแลวจะตองสอบเทยบหาคา C สาหรบฝายแตละแหง เพอใหไดคาทแนนอน การคานวณปรมาณนาจงจะถกตอง
8-48
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.7.2 ฝายฉกเฉนหนาตดสเหลยมคางหม ปกตแลวเขอนหรออางเกบนาจะมอาคารชลศาสตรททาหนาทควบคมปรมาณนาใหอยในระดบหรอปรมาณทตองการ ซงอาจเปนฝายระบายนาหรอทางระบายนาลนทมระดบสนอยทระดบนาเกบกก (รนก.) หรอเปนประตระบายนา เปนตน นอกจากนอาจมทางระบายนาลนฉกเฉนหรอฝายฉกเฉน เพอทาหนาทระบายนาในกรณทอาคารระบายนาหลกไมสามารถระบายนาออกไปไดทน โดยระดบสนของทางระบายนาลนฉกเฉนมกกาหนดไวสงกวาระดบ รนก. แตไมเกนระดบนาสงสด (รนส.) ทางระบายนาลนฉกเฉนมกสรางไวทปลายดานใดดานหนงของเขอนหรอทานบดน ทจะสามารถผนนาใหไหลลงสทางนาธรรมชาตดานทายโดยไดสะดวก
ทางระบายนาลนฉกเฉนหรอฝายฉกเฉนอาจออกแบบในลกษณะของฝายถาวรแบบตางๆ กได แตสวนใหญเนองจากนานๆ ครงจงจะมปรมาณนามากจนตองระบายผานทางระบายนาลนฉกเฉน ดงนนจงมกออกแบบโดยการลดระดบของสนเขอนหรอทานบดนลง เปนชองฝายความยาวทเพยงพอทจะระบายนามากทสดทอาจเกดขนไดทน มปองกนการกดเซาะตวฝายทงดานเหนอนาและทายนา โดยอาจเปนคอนกรต หนเรยง หนทง และอนๆ ลกษณะการไหลทเกดขนจงเหมอนเกดนาไหลลนขามถนนออกไป (Roadway overtopping)
ในทนจะกลาวถงทางระบายนาลนฉกเฉนหรอฝายฉกเฉนทใชการลดระดบของตวเขอนหรอทานบดนซงเปนรปแบบทนยมสราง หากเปนลกษณะฝายประเภทอนๆ กใหดรายละเอยดของฝายประเภทนน
รปท 8.7-3 รปตดตามยาวของเขอนหรอทานบดน แสดงทางระบายนาลนฉกเฉน
8-49
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.7-4 แสดงรปตดขวางของทางระบายนาลนฉกเฉน
การคานวณปรมาณนาไหลผานทางระบายนาลนฉกเฉนหรอฝายฉกเฉน
จากคมอของ Federal Highway Administration (FHWA) ในชด
Hydraulic Design series No. 5 เรอง Hydraulic Design of Highway Culverts,
1985. ไดอธบายการคานวณปรมาณนาไหลลนขามทางหลวง (ซงในทนเปนทางระบายนาลนฉกเฉน) สรปไดดงน
การคานวณใชสมการทวไปของฝาย
5.11d HLCQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝายฉกเฉน (ม3./วนาท) L = ความยาวของสนฝาย หรออาจแทนดวย B (ม.) H หรอ H1 = ความสงของนาดานเหนอนาวดจากสนฝาย (ม.)
Cd = คาสมประสทธของการไหลขามฝาย = Kt .Cr
Cr = คาสมประสทธของการไหล กรณFree flow ทขนกบคาของ H1 และชนดของผวจราจร ไดแก ผวลาดยาง (Paved) และผวทเปนกรวด (Gravel) ซงปจจบนเปนผวหนคลกหรอลกรง
กราฟรปท 8.7-5 ในกรณท 15.0LH
r
1
และกราฟรปท 8.7-6 ในกรณท 15.0LH
r
1
เมอ Lr = ความกวางของผวจราจร (สนฝาย) (ม.) Kt = คาสมประสทธของการไหลแบบทวม (Submerged flow)
8-50
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ซง Kt หาไดจากกราฟในรปท 8.7-7 โดยจะเกดการไหลแบบ Submerged flow ในกรณตอไปน (เมอ Ht เปนระดบนาทวมสนฝาย ดานทายนา) ก. ผวจราจรลาดยาง เกดเมอ Ht /H1 > 0.80
ข. ผวจราจรเปนหนคลกหรอลกรง เกดเมอ Ht /H1 > 0.75
รปท 8.7-5 Discharged coefficiency : Cr for H1/Lr ≥ 0.15
รปท 8.7-6 Discharged coefficiency : Cr for H1/Lr ≤ 0.15
8-51
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.7-7 Submergence factor
8-52
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.8 ฝายเกเบยน (Gabions weirs) หรอ ฝายกลองลวดตาขายบรรจหน
Gabion มาจากภาษาอตาเลยนคอ Gabbione แปลวาตะกราขนาดใหญ (Big cage) หมายถง กลองลวดตาขายขนาดใหญทบรรจหนไวภายใน โดยมการใชตะกราบรรจหนเพอปองกนการกดเซาะแมนาไนลโดยชาวอยปตตงแต 2000 กวาปมาแลว สวนการใชงานยคใหมเทาทมการบนทกไวในป ค.ศ.1894 Maccaferri ไดเสนอใหใช Gabion เพอปองกนการกดเซาะแมนา Reno ในประเทศอตาล ตอมาไดประยกตนา Gabion มากอสรางใชเปนกาแพงกนดน ใชปองกนลาดตลง ปองกนกดเซาะในทางนา กอสรางทานบ ฝายทดนา และอนๆ
การเรยก Gabion ในชออนๆ (มกเปนชอทางการคา) Reno Mattresses เรยก Gabion ทมความหนาหรอสงนอยกวา 0.50 ม. Terramesh ใชเรยก Gabion ทมสวนทเปนแผนลวดตาขายบรเวณฐานเพอวาง
เรยงหนทบ
Big cage Gabion
Reno Mattresses Terramesh
รปท 8.8-1 แสดงกลองลวดตาขายบรรจหนแบบตางๆ
8-53
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.8-2 การใชงาน Gabion เพอปองกนการกดเซาะของแมนา Reno ในประเทศอตาล
ฝายกลองหนลวดตาขาย (Gabion weirs) หรอ ฝายเกเบยน
เปนการนา Gabion มาวางเรยงซอนกนตามรปแบบทตองการเพอทดนาในทางนาใหมระดบสงขน เหมาะกบพนทซงการขนสงวสดเพอกอสรางฝายประเภทอนๆ ทาไดไมสะดวก ตองเสยคาขนสงสงมาก และพนทนนมหนเพยงพอทจะนามาใชประโยชน มสภาพของฐานรากคอนขางความมนคงแขงแรง (ถาสภาพของฐานรากไมดตองปรบปรงใหมความมนคง) อกทงการสรางฝายเกเบยนนนงายและรวดเรวกวาการสรางฝายประเภทอนๆ มาก
8.8.1 รปแบบมาตรฐานของฝายเกเบยน
U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation (1987) ไดกาหนดรปแบบมาตรฐานของฝายเกเบยน ออกเปน 3 รปรางหนาตด และ 4 ประเภทของฝาย
รปรางหนาตดของฝายเกเบยน
Vertical weir Stepped weir Battered or Sloped weirs
8-54
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.8-3 รปตดแสดงรปแบบมาตรฐานของฝายเกเบยน
8.8.2 ประเภทของฝายเกเบยน
รปท 8.8-4 รปตดตามยาวแสดงองคประกอบแบบตางๆ ของฝาย Gabion
CASE A : Simple Weir วางเรยง Gabion บนฐานรากทมนคงบนดนเดม หนาฝายถมดวยวสดทบนา
CASE B : Weir with counterweir unlined stilling basin
คลาย Case A แตมกาแพงปะทะนาดานทาย แตไมปองกนการกดเซาะทบอนา นง
CASE C : Weir with counterweir lined stilling basin
คลาย Case B แตมการปองกนการกดเซาะทบอนานงโดยการวาง gabion
8-55
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
CASE D : Weir with counterweir lined stilling basin located bellow the natural stream level
คลาย Case C แตวาง Gabion ลกตากวาระดบดนเดม ทาใหมความปลอดภยจากการกดเซาะมากขน
รปท 8.8-5 แสดงตวอยางรปตดตามยาวของฝายเกเบยนรปแบบหนง
8.8.3 การคานวณปรมาณนาไหลผานฝายเกเบยน ฝายเกเบยนนนจะตางจากฝายประเภทอนๆ ในทางทฤษฎจะออกแบบใหพนผวเรยบและตวฝายทบนา แตในทางปฏบตเพราะใชกอนหนบรรจในกลองตาขาย จงมพนผวของสนฝายไมราบเรยบ อกทงตวอาจฝายไมทบนา จะมนาไหลผานชองวางของหนทตวฝายออกไปได จนกวาจะมวสดไปอดชองวางจนตวฝายเกดการทบนา ความคลาดเคลอนทเกดจากการตรวจวดจรงกบทางทฤษฏหรอในหองปฏบตการจงมไดมากกวาฝายประเภทอนๆ
รปท 8.8-6 แสดงรปตดของฝายเกเบยน
8-56
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การคานวณใชสมการของ Chezy
AVQ , 1gh2CV , 1h.BA
11 gh2C.h.BQ
2/31hg2.C.BQ
เนองจากฝายเกเบยนมลกษณะคลายฝายสนกวางการแทนคาตวแปรตางๆ จงกาหนดใหคลายฝายสนกวาง (ใหสงเกต คา B และ L) Q = ปรมาณนาไหลผานฝาย กรณ Free flow (ม.3/ วนาท) g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก = 9.81 (ม./ วนาท 2) B = ความยาวของสนฝาย (ม.) L = ความหนาของสนฝาย (Weir length) (ม.) H หรอ h1 = ความสงของนาดานเหนอนา (สนฝายถงผวนา) (ม.) C หรอ Cd = คาสมประสทธของการไหล
8.8.4 การหาคาสมประสทธของการไหลของฝายเกเบยน
Cremonese (1996) ไดทดลองหา คาสมประสทธของการไหลในกรณ Free flow ซงขนกบความสมพนธของ H และ L (Weir length) พบวามคาระหวาง 0.3 –
0.4 ซงแสดงไวในตารางท 8.8-1
สาหรบการไหลกรณ Submerged flow คา C จะคณคาปรบแก m ขนกบอตราสวนของระดบนาดานทายนาเหนอสนฝาย (H2) กบระดบนาดานเหนอนาเหนอสนฝาย (H1) หรอ H2/H1 ซงแสดงไวในตารางท 8.8-2
สมการการไหลกรณ Submerged flow = m x Free flow
2/31hg2.C.B.mQ
8-57
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 8.8-1 คาสมประสทธของการไหลในกรณ Free flow
ตารางท 8.8-2 คาปรบแกสมประสทธของการไหลในกรณ Submerged flow
8-58
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.9 ฝายยาง (Rubber Weir or Rubber Dam)
ฝายยาง (Rubber weir) หรอบางแหงอาจเรยกวา เขอนยาง (Rubber dam)
เปนฝายทมการการมวนยางใหมลกษณะเปน ถงยาง (Rubber bag) ปลายปดรปทรงกระบอกทอากาศหรอนารวซมผานไมไดและนามาวางขวางกนเตมขนาดความกวางของลานา โดยยดตดกบสลกเกลยวทฝงในฐานคอนกรตทกอสรางอยในทองลานารวมทงตรงแนนกบแทนคอนกรตทตลงทงสองฝง ตวฝายยางสามารถพองตวและยบตวได ฝายยางนอาจเปนไดทงฝายทมการควบ และไมมการควบคมปรมาณนา โดยตองพจารณาจากวตถประสงคและพฤตกรรมของฝายนนวาเปนแบบใด
8.9.1 ประเภทของฝายยาง
ฝายยางแบงออกเปน 2 ประเภท ไดแก ฝายยางชนดสบอดดวยนา และชนดสบอดดวยลม
1) ฝายยางชนดพองตวดวยนา ฝายยางชนดพองตวดวยนามอปกรณสาหรบการพองตวทสาคญคอ เครองสบนา (Pump) สบนาอดเขาตวยางเพอใหยางพองตว
2) ฝายยางชนดพองตวดวยลม ฝายยางชนดพองตวดวยลมมอปกรณสาหรบการพองตวทสาคญ คอ เครองสบอากาศ (Blower) ฝายยางชนดสบอดดวยลมมกจะมนาตกคางอยภายในถงยางเสมอ ทงนเกดจากความชนของอากาศทอดเขาไปเมอถกความเยนจะกลนตวเปนหยดนาสะสมมากขนเรอย ๆ จนทาใหยางยบตวแบนราบไมสนททาใหยางสะบดตวในขณะทนาไหลผานจงตองมการอดลมไลนาทตกคางออกไปบอย ๆ
ฝายยางทง 2 ประเภทมลกษณะและองคประกอบใกลเคยงกนมาก จะตางกนบางเลกนอยในเรองของอปกรณสาหรบพองตว เชน ปมลมกบปมนาและอปกรณประกอบอน ๆ ทงสองแบบมประสทธภาพในการใชงานและราคาใกลเคยงกน
8.9.2 สวนประกอบของฝายยาง
1) ตวฝายยางทมลกษณะเปนถงยาง (Rubber bag) 2) ฐานคอนกรตหรอฝายคอนกรตทตองการเพมระดบเกบกก เพอใชยดตวถงยาง 3) หองควบคมการทางาน (Control room) 4) ระบบควบคมการทางานองฝายยาง แตละแหงจะมระบบควบคม 2 ระบบคอ
ระบบทใชในการสบอดใหถงยางพองตว และระบบทใชในการทาใหถงยางยบตว โดยทฝายยางจะทางานใน 2 ลกษณะเทานนคอ การพองตวเตมทเพอเกบกกนา และการยบฝายแบนราบ จะไม
8-59
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ควบคมระดบนาใหฝายมระดบตางๆ เพราะจะทาใหเกดความเสยหายตอเนอแผนยางทาใหฝายเสยรปทรง
รปแบบการทางานยบตวของฝายยาง สามารถออกแบบใหระบบควบคมทาการสงฝายยางใหลมราบแนบกบฐานคอนกรตโดยอตโนมตเมอระดบนาหนาฝายสงกวาถงระดบความสงทกาหนด ซงจะ ทาใหใหฝายยางไมไดรบอนตรายจากแรงดนนาหนาฝาย อกทงยงเปนการระบายนาหนาฝายไมใหไหลทวมตลงอกดวย หรออกกรณเมอระดบนาอยตากวาระดบฐานของฝายยาง เปนการเกบพบเอาไวเพราะไมไดใชงานฝายยางเพอเกบกกนาแลว
รปท 8.9-1 แสดงสวนประกอบของฝายยางทวไป
8.9.3 ขอดและขอจากดของฝายยาง
1) ขอดของฝายยาง (1) สามารถบงคบควบคมใหแบบแฟบลงตดฐานคอนกรตในฤดฝนทาให
ตะกอนทไหลมากบนาระบายผานฝายไปไดคลายกบลานาธรรมชาตสามารถระบายนาในฤดนาหลากไดดเนองจากไมกดขวางทางนา
(2) สามารถกอสรางไดในระยะเวลาอนรวดเรว เนองจากฐานคอนกรตบางกวาฝายปกตและไมมตอมอจานวนมากทาใหไมเสยเวลา ตวฝายสามารถผลตจากโรงงานและนามาตดตงในระยะเวลาอนรวดเรวขนอยกบขนาดของฝาย
(3) ทนนาเคม กรด และดาง ไดดกวาฝายซงมบานประตเปนเหลก (4) เปนการสงเสรมการเกษตรอตสาหกรรมตามนโยบายของรฐ เนองจาก
ขนตอนการผลตและการใชวตถดบ สามารถกระทาไดภายในประเทศ
8-60
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) ขอจากดของฝายยาง (1) มโอกาสชารดเสยหายของตวยางจากของแหลมไดงาย (2) เมอเปนสนคานาเขามราคาคอนขางสง (3) กอสรางไดในความสงทจากด ปจจบนออกแบบตวยางสงไดไมเกน
4.50 ม. เพราะจะเกดการสนของตวยางเมอรบแรงจากนา (4) ไมสามารถควบคมระดบนาในระดบตาง ๆ ไดเนองจากเมอไมพองตว
เตมทจะเสยรปทรง จงทาไดเพยง 2 ลกษณะคอพองตวเตมท กบยบตวแบนราบ
8.9.4 วตถประสงคของการสรางฝายยาง
1) สรางเพอทดแทนฝายคอนกรตหรอประตระบายนา 2) สรางเพอเพมความสงของอาคารฝายเดม (กรณนจะเปนลกษณะฝายทมการ
ควบคมปรมาณนา) 3) สรางเพอทดนาในลานาเขาไปเกบไวในหนอง บง หรอแกมลง 4) สรางเพอปองกนการรกลาของนาเคม
8.9.5 คณสมบตทางชลศาสตรของฝายยาง
ตวฝายยางในอดมคตทใชในการศกษานนมลกษณะเปนถงยางรปทรงกระบอก ทมหนาตดเปนรปวงกลม เมอนาไหลลนขามสนฝายยางออกไปลกษณะของ Nappe ของนาจะไหลไปตามผวสมผส (Face) จากยอดไปสฐานแลวหกเหจากมมฐานออกสแทนคอนกรตหรอสนฝายคอนกรตเดมทรองรบถงยาง (ฝายยาง) ดงแสดงในรปท 8.9-2 และมการคนพบวานาทไหลสมผสตลอดผวหนาตดดานทายฝายและโดยเฉพาะอยางยงนาบรเวณใกลฐานและทจดหกเหทฐาน (Separation) จะทาใหเกดแรงปฏกรยากระทาในลกษณะกระแทกตอฝายยางทาใหฝายยางเกดการแกวงตวหรอเกดการสน (Vibrations) มผลตอความมนคงแขงแรงของตวฝายยาง ททาใหเกดความเสยหายตออปกรณการยดแผนยางกบฐานและตอเนอแผนยาง แนวทางแกไขนนตองทาใหเกดแรงกระทาจากนาบรเวณฐานดานทายเกดนอยทสดโดยการเลอน Nappe บรเวณฐานออกไปใหไกลขอบฐาน โดยออกแบบใหมตวหกเหการไหล (Deflector) หรอเรยกวา FIN เพอให Nappe
บรเวณฐานทายฝายยางเลอนตาแหนงออกไปจนไมทาใหเกดผลกระทบททาใหฝายยางสน ดงแสดงในรปท 8.9-3
เนองจากฝายยางสรางเพอทาหนาทในการทดนาเพอการกกเกบ และจะตองยบตวเมอปรมาณนาไหลผานทางนามาก ๆ ดงนนการออกแบบฝายยางจงมกใหมการไหลเปนแบบ Free
flow เสมอ
8-61
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.9-2 แสดงรปตดของฝายยางในอดมคตและลกษณะการไหลลนของนาผานฝาย
รปท 8.9-3 แสดงรปตดของฝายยางทออกแบบใหมตวหกเหการไหลดานทาย (Deflector)
หรอเรยกวา FIN เพอแกปญหาการสนของตวฝาย
8-62
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.9.6 การคานวณปรมาณนาไหลผานฝายยาง
รปท 8.9-4 แสดงรปตดของฝายยาง ทใชอธบายการคานวณการไหล
Anwar (1967) ไดศกษาฝายยางทพองตวดวยลมและดวยนา พบวาคาสมประสทธของการไหล (Cd) ของฝายยางมคาระหวาง 0.35 ถง 0.50 โดยจะสมพนธกบคาของ H/Dh เมอ Dh เปนความสงของฝายยาง โดยใชสมการ (1)
2/3d Hg2Cq (1)
เมอ Cd = คาสมประสทธของการไหล q = อตราการไหลผานฝาย ม.3/วนาท/ความยาวสนฝาย 1 ม. H = ความสงของนาทไหลผานสนฝาย ม. g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก 9.81 ม./วนาท2
หรอคอสมการอตราการไหล 2/3
d Hg2LCQ ม.3/วนาท
L = ความยาวของสนฝาย ม. Baker และ Clare อางโดย Al-Shami (1983) ไดทาการทดลองเพอหาคา Cd
ของฝายยางทพองตวดวยนา โดยใชสมการ (1) พบวามคาระหวาง 0.386 ถง 0.51
Stodulka อางโดย Al-Shami (1983) ใชสมการ (1) คานวณหาคา Cd ของฝายยาง พบวามคาระหวาง 0.25 ถง 0.40 The ministry of overseas development อางโดย Alwan (1979)
พบวาคา Cd ของฝายยางทพองตวดวยนาจะสมพนธกบคาของ H/Dh โดยมคาระหวาง 0.3 ถง 0.4
8-63
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Alwan (1979) สมมตใหฝายยางมคณสมบตคลายฝายสนกวางหนาตดรปสเหลยม แลวหาคา Cd โดยใชสมการ (2)
2/32/3
3
2HgCq d
(2)
คา Cd ของ Alwan มคาระหวาง 0.2 ถง 1.1 ซงแสดงในรปของสมการตอไปน
x
xs
H
h
sC
s
d 1
11
1
33 /12/3
เมอ h = ระดบ Critical depth ของนาบนยอดสนฝาย ม. H = ระดบนาดานเหนอนาเหนอสนฝาย ม.
Rh.s
x
R = รศมสวนของรปวงกลมของถงยาง ม. s = คาคงทซงสมพนธกบคา H และ R
s = 2.28(H/R) 0.21 กรณฝายยางทพองตวดวยลม s = 2.36(H/R) 0.21 กรณฝายยางทพองตวดวยนา Al-Shami (1983) ใชสมการ (1) ศกษาฝายยาง พบวามคา Cd ระหวาง 0.35
ถง 0.40 โดยมความสมพนธกบ H/Dh ดงสมการตอไปน Cd = 0.4866(H/Dh)
0.11 กรณฝายยางทพองตวดวยลม Cd = 0.4338(H/Dh)
0.0694 กรณฝายยางทพองตวดวยนา Abd Alsabar (1997) พบความสมพนธของอตราการไหลผานฝายยางทพองตวดวยลมเทยบกบ H/Dh ดงสมการ Q = 110.205(H/Dh)-5.9625
Abdullah Ali Nasser Alhamati และคณะ ไดศกษาการไหลของนาผานฝายยางทพองตวดวยลม โดยใชแบบจาลองในหองปฏบตการ โดยใชสมการ (1) พบวา คา Cd จะสมพนธกบคา H/Dh ดงสมการ Cd = 0.5066(H/Dh)
0.2447
โดย H/Dh มคาระหวาง 0.04 ถง 0.30 ทาให Cd มคาระหวาง 0.22 ถง 0.38
ผลการศกษาแสดงตามกราฟความสมพนธของ Cd และ H/Dh ดงรปท 8.9-5 ซงสอดคลองกบผลการศกษาของ Anwar (1967) ตามกราฟในรปท 8.9-6 ซงอาจสรปผลการศกษาไดวา
1) การเพมหรอลดแรงดนภายในตวฝายยางทพองตวเตมท จะไมสงผลตอคา Cd
2) พจารณาประเมนคา Cd ของการศกษาการไหลผานฝายยางของนกชลศาสตรอนๆ อาจสรปไดวา ฝายยางมคา Cd ระหวาง 0.22 ถง 0.50 โดย H/Dh มคาระหวาง 0.04 ถง 0.70
8-64
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.9-5 Cd - H/Dh Curve ผลการศกษาของ Abdullah Ali Nasser Alhamati และคณะ
รปท 8.9-6 Cd - H/Dh Curve ผลการศกษาของ Anwar
8-65
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.9.7 การคดคาความยาวประสทธผลของสนฝายยาง
การออกแบบและการตดตงฝายยางบนฐานรองแผนยางหรอถงยางนนมสวนทยากอยทสวนปลายทง 2 ขาง เพราะมผลตอการยบฝายยางใหนอนราบกบฐานรองไดมากทสดเพยงใด ซงรปแบบการตดตงดงกลาวกจะเกยวของกบการคดความยาวของสนฝายดวย โดยทวไปแลวฐานรองถงยางจะม 2 รปแบบ คอ 1) ฐานรองรบฝายยางทมขอบดานขางเปนแนวลาด 2) ฐานรองรบฝายยางทมขอบดานขางเปนกาแพงตง สวนใหญจะเปนการตดตงเสรมฝายเดมทมตอมอ กลางฝาย
สาหรบการตดตงถงยางบนฐานรองนนเมอพจารณาสวนปลายของฝายยางทง 2 ขางจะมการตดตง 2 รปแบบ ไดแก 1) การตดตงปลายถงยางเปนแนวตรงตามแนวสนฝายทาใหขอบทง 2 ขางยกตวสงขน มกตดตงกบฐานรองทขอบขางเปนลาด 2) การตดตงปลายถงยางใหพบโคงไปทางทายนา จะไดแนวสนฝายตรงตลอดแนวตดตงไดกบฐานรองทง 2 แบบ
รปท 8.9-7 แสดงการตดตงฝายยางชนดสบอดดวยลม เสรมสนอาคารระบายนาลนโครงการ อางเกบนาลาปาว จงหวดกาฬสนธ ยดขอบขางปลายถงยางทพบโคงไปทางทายนากบตอมอ
1 2
รปท 8.9-8 แสดงการตดตงฝายยางทขอบฐานรองดานขางเปนลาด รป1 ปลายถงยางเปนแนวตรง ขนไปตามลาด รป 2 ปลายถงยางทพบโคงไปทางทายนา
8-66
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
จะเหนไดวาไมวาจะตดตงรปแบบใด ตวฝายยางจะมความยาวรปรางดานหนาเปน 3 สวนเสมอคอ แนวสนฝายตอนกลาง ความยาว L0 และแนวขอบดานขาง ความยาว L1 และ L2
รปท 8.9-9 แสดงระยะความยาว 3 สวนของฝายยางทนามาคดความยาวประสทธผล
การคดความยาวประสทธผลของสนฝายยาง (L)
2
LLLL 21
0
8.9.8 การคานวณปรมาณนาไหลผานฝายยางกรณยบฝายยางราบกบฐาน
ในกรณทระดบนาดานเหนอนาสงถงระดบสงสดทกาหนดไว เพอเปนการใหนาสามารถระบายออกไปไมเกดการเออลนทวมพนทดานเหนอนาและเปนการลดความเสยหายทจะเกดกบตวฝายยางเนองจากการรบแรงกระทาจากนามากเกนขดกาหนด และเนองจากการใชงานฝายยางไมสามารถปรบลดระดบของตวฝายยางทระดบตางๆ เพอการควบคมปรมาณนาได จงตองมการยบฝายยางใหนอนราบกบฐาน
การคานวณปรมาณนาทไหลผานฝายยางกรณยบฝายยางใหนอนราบนน จาเปนอยางยงทตองมการสอบเทยบเพอสราง Discharge curve หรอ Q-H Curve เปนการเฉพาะ แตกอาจคานวณไดคาโดยประมาณโดยพจารณาตามลกษณะของฐานตอไปน
1) ถาเปนฐานลกษณะเปนยกพนคอนกรต ใหคานวณโดยถอวาเปนฝายสนกวาง (ฝายหนาตดสเหลยมคางหม) โดยคดระดบสนฝายเพมระดบของความหนาแผนยางทนอนราบกบฐาน
2) ถาฐานเปนฝายเดมทตดตงฝายยางเพอเพมระดบเกบกก การคานวณกใหคานวณปรมาณนาผานฝายเดมนนโดยใหเพมระดบสนฝายเดมดวยความหนาของแผนยางดวย
8-67
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.10 Straight Drop or Free Overfall Spillway
ในหวขอนจะนาเสนอเกยวกบการไหลของนาผานฝายอกกลมหนงทรปรางหนาตดของฝายทาใหเกดการไหลของนาผานสนฝายโดยอสระในลกษณะ Free overfall flow
กลาวคอ เมอนาไหลขามพนสนฝายกจะตกลงสพนดานทายฝายแลวไหลออกสทางนาดานทายตอไป ตวฝายมลกษณะเปนกาแพงตง มยอดสนฝายเปนลกษณะตาง ๆ อยางไรกตามอาจสบสนสอความหมายทตางกนออกไปเปน Straight drop spillway ทหมายถงอาคารลกษณะนาตก หรอฝายทม P=0 ทมกสรางในคลองสงนาทสภาพพนทมความชนมาก จนตองปรบลดระดบพนของคลองดวยอาคารนาตกดงกลาว (ไดนาเสนอไวในบทท 10 ฝายวดนาประเภทฝายสนสน)
Simple Straight Drop
Box inlet drop
รปท 8.10-1 แสดง Straight drop spillway ทเปนอาคารประเภทนาตก รปบนเปนนาตกจากพนคลองดานเดยว รปลางนาตก 3 ดานผานชองเปดสเหลยม
8-68
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.10.1 ลกษณะของ Straight drop or Free overfall spillway เปนฝายทดนาหรอฝายระบายนาทมลกษณะหนาตดเปนกาแพงตง มยอดสนฝายเปนลกษณะตาง ๆ ดานทายฝายเปนแนวดงหรอเกอบเปนแนวดง ดงแสดงในรปท 8.10-2
รปท 8.10-2 แสดงหนาตดโดยทวไปของ Straight drop or Free overfall spillway
ฝายทมรปรางหนาตด Straight drop or Free overfall น สามารถนาไปสรางเปนฝายประเภทตางๆ ไดทกประเภท ไดแก
1) ฝายสนตรงทกแบบ* และฝาย มข. ทมรปแบบมาตรฐานเฉพาะตว 2) ฝายหยก (Labyrinth spillway)
3) Shaft spillway ทมตวฝายเปนปลองรปกลอง (Box spillway), รปทรงกระบอก (Cylindrical Spillway) แลวระบายนาผานทอออกสลานาดานทายฝาย
4) Drop inlet spillway (เปนฝายสนยาวในกลม Duckbill) ทดานทายนาของฝายเปนรางเปด อาจมรปรางสนฝายเปนสวนโคงของวงกลม (C-Shape*), รปเกอกมา (Horse
shoes* หรอ U-Shape* หรอ Bathtub*), รปสเหลยมผนผา, รปปากเปด (Duckbill) ลกษณะปลายปากโคง* และปลายปากเหลยม เปนตน
หมายเหต ฝาย*เปนฝายทสรางไดทงหนาตดทเปนฝายสนมน และหนาตด Free overfall
8.10.2 การคานวณปรมาณนาไหลผาน Straight drop or Free overfall spillway
ฝายหนาตดลกษณะในกลมนจดเปนฝายสนสน ซงถอวาอยตรงกลางระหวางฝายสนคมกบฝายสนกวาง โดยมคณสมบตทางชลศาสตรคลายฝายสนคมคอม Critical depth เหนอสนฝายตาแหนงเดยว ในขณะทสนฝายมความกวางแตไมกวางจนเปนฝายสนกวาง คาสมประสทธของการไหลผานฝายขนกบรปรางของสนฝาย
8-69
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ขอมลการศกษาการไหลของฝายกลมนมนอยมาก เพราะตามทไดกลาวมาแลววา เดมนนมการแบงประเภทฝายเปนฝายสนคมและฝายสนกวาง เมอฝายมสนทมความหนาทอยระหวางฝาย 2 ประเภทดงกลาว จงมกจะใชวธพจารณาวาแนวโนมของลกษณะฝายจะเปนลกษณะของฝายประเภทใด กจะคานวณปรมาณนาตามวธการของฝายประเภทนน โดยใชคาสมประสทธของการไหลทเปนคาเฉลยมาคานวณ
ในทนจะนาเสนอผลการศกษา ตลอดจนการเลอกนาคาสมประสทธของการไหลมาใชในการออกแบบของหนวยงานตางๆ พอสงเขป
1) การศกษาของ G. Peter
ศาสตราจารย G. Peter ชาวเยอรมน ไดเสนอบทความชอ The discharge
and run off calculation of weirs under the consideration of dynamic flows ตอทประชม 7th International Conference on Urban Storm Drainage SuG -
Verlagsgesellschaft Hannover, 1996 เพออธบายการไหลของนาผานฝายทมสนไมหนามาก (Small-crested weir) ซงนยมสรางเมอขนาดของฝายไมใหญนก
ผลการศกษาของ G. Peter ในสวนของเอกสารทมการเผยแพรเปนภาษาองกฤษเปนขอมลสรปทมเพยง 6 หนา จงมรายละเอยดไมมาก สาระสาคญถกตดทอนไปมาก แตมแนวคดทนาสนใจทจะเปนแนวทางสาหรบผสนใจศกษาฝายกลมนในโอกาสตอๆไป
G. Peter กลาววาในเยอรมนจะใชสมการของ POLENI ในการคานวณปรมาณนาไหลผานฝายประเภทตางๆ โดยใชคาสมประสทธของการไหลกรณ Free flow หรอ Suppressed overfall ซงแทนดวย µ ดงแสดงในตารางท 8.10-1 สวนกรณ Submerged
flow นนจะคณคาการไหลทคานวณดวยสมการ Free flow ดวยคา φ – Factor ทสมพนธกบคา Submergence ratio hu/h0 (ความลกของนาเหนอสนฝาย ดานทายนา /ดานเหนอนา) ดงแสดงในรปท 8.10-4 แตกรณการออกแบบระบบนาเสยในเยอรมนกาหนดใหใชคาสมประสทธการไหลของนาผานฝายเพยงคาเดยว คอ 0.5 สาหรบฝายทกประเภททไมใชฝายสนคม ซงคาดงกลาวเปนคาสมประสทธการไหลของฝายสนกวาง จงไมเหมาะสมกบฝายทมสนไมหนา
8-70
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 8.10-1 แสดงคา µ - Factor ของฝายประเภทตาง ๆ
รปท 8.10-3 คา φ - Factor ทสมพนธกบคา Submergence hu/h0
G. Peter ตงสมมตฐานวา ฝายทมสนไมหนามาก (Small crest) จะมรปรางสนฝายอยระหวางฝายสนคมและฝายสนกวาง ดงนนคาสมประสทธของการไหลจงตองอยในชวงระหวางคาของฝายสนคมและฝายสนกวาง จงไมควรใชคา µ - Factor จากตารางท 8.10-1และ คา φ – Factor จาก รปท 8.10-3 ไดโดยตรง
8-71
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.10-4 รปตดแสดงการไหลของนาผานฝาย ทมสนไมหนามาก (Small crest)
1.1) การไหลกรณ Free flow หรอ Suppressed overfall
สมการของ POLENI; 2/3h.b.g2...32
Q ม.3/วนาท
ถา 953.2g2..32
Ch
ดงนน 2/3h h.b..CQ
เมอ b : ความยาวของสนฝาย (หรอคอ L ในสมการฝายมาตรฐาน) [ม.] μ: Factor for free overfall
Ch : คาสมประสทธการไหลผานฝาย (หรอคอ C ในสมการฝายมาตรฐานฯ) φ: คาปรบแกการไหลทเกดจากอทธพลจากนาดานทายฝาย (สาหรบ Free overfall φ= 1)
จากการทฝายมคณสมบตของฝายสนคมและฝายสนกวางจะไดวา
210
h 953.2lh
;Wh
fC
µ1 คอคา Factor การไหล (หรอคอคาสมประสทธของการไหล) ของ Small-crested ทโนมเอยงไปทาง Sharp crest หาคาจากสมการของ Rehbock
0
1 Wh
0813.06034.0
µ2 คอคา Factor การไหลทโนมเอยงไปทาง Broad crest หาคาจากสมการของ G.
Peter
06.3
l
h6.0
2 e2.01
8-72
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
จะไดสมการการไหลผานฝายกรณ Free flow เปน
2/321 h.b..953.2Q
อทธพลทเกดในสวนของการเปน Broad-crested weir ทแทนคาดวย factor
µ2 จะลดอตราการไหลในสวนของการเปน Sharp-crested weir ลงซงมคาไดสงสด 20 % และหากมการลบมมของฝายกจะเกดคา Factor ททาใหอตราการไหลผานฝายเพมขน (ประมาณ 15%)
1.2) การไหลกรณ Submerged flow
Small crest จะมคณสมบตการไหลเปนแบบ Submerged flow เมอเรมมคา Submergence ratio ระหวาง 0.80 < hu/h < 0.87
จากการทดลองกบฝายทมหนาตดขนาดตางๆ ครอบคลมในชวง Sharp-
crested และ Broad-crested พบวาอทธพลของ Submergence ทมตอคณสมบตการไหลททาใหการไหลกรณ Free flow ลดลงดวย φ – Factor จะมความสมพนธ 3 รปแบบคอ
(a)
uu
uWh
h;
hh
f
เปนไปตามสมการตอไปน
b
uu
ua
Whh
hh
1carctanexp
คาคงท a, b และ c ขนกบความแตกตางของ l/Wu ทมคาในชวง 0.25 ถง 0.35 ซงไมแสดงขอมลคาคงทในเอกสารสรป ใหใชคาจากกราฟใน รปท 8.10-5
(b)
uu
uuWh
h;
hh
f
8-73
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
(c)
hl
;h
hf u
หาไดจากกราฟใน รปท 8.10-6
เสนกราฟเรยงจากบนลงลางตามคา φ ในกรอบสเหลยม เสนลางสด φ = 1.00
รปท 8.10-5 กราฟ
uu
uWh
h;
hh
f
เสนกราฟเรยงจากบนลงลางตามคา l/h ในกรอบสเหลยม เสนลางสด l/h = 0.80
รปท 8.10-6 กราฟ
hl
;h
hf u
8-74
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) ผลการศกษาของ Kraatz และ Mahajan สาหรบฝายสนยาว
Kraatz และ Mahajan (1975) ไดศกษาฝายสนยาวทง 3 กลม คอ ฝายสนเอยง ฝายปากเปดและฝายหยก โดยใหเปนตวแทนของฝายทสรางในทางนา โดยเลอก ฝายปากเปดและฝายหยกมาเพยง Cycle เดยว และฝายแตละแบบจะมโครงสรางเปนกาแพงตง ทม 2 ลกษณะคอ ไมลบเหลยม และลบเหลยมโคงมน (Round crest)
5.1
dLHCg2Q
Q = ปรมาณนาไหลผานฝาย (ม.3/วนาท) Cd = คาสมประสทธของการไหลของนาผานฝาย
L = ความยาวสนฝาย (ม.) H = ความลกของนาดานเหนอนาเหนอสนฝาย (ม.)
g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม./วนาท 2
Kraatz และ Mahajan ไดนาเสนอคาสมประสทธของการไหล (Cd) ของฝายสนยาว ดงแสดงในตารางท 8.10-2
ตารางท 8.10-2 คาสมประสทธของการไหลผานฝายสนยาวการศกษาของ Kraatz และ
Mahajan
3) กรมชลประทาน
ไกรฤกษ อนทชยะนนท วศวกรสานกออกแบบวศวกรรมและสถาปตยกรรม กรมชลประทาน ไดใหคาแนะนาในการออกแบบ Double Side Spillway หรอคอ Duckbill
Spillway แบบปลายปากเหลยม ทตวฝายมลกษณะเปนกาแพงตงดงแสดงในรปท 8.10-7 ไวดงน
8-75
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
α 45o – 75o L = W1+2W3
รปท 8.10-7 แสดงมตของรปแปลน รปตดตวฝาย Double Side Spillway
การคานวณปรมาณนาผาน Double Side Spillway
5.1CLHQ
Q = ปรมาณนาไหลผานฝาย (ม.3/วนาท) C = คาสมประสทธของการไหลของนาผานฝาย 1.60 – 1.84
อาจใชคาเฉลย 1.82 L = ความยาวสนฝาย = W1+2W3 (ม.) H = ความลกของนาดานเหนอนาเหนอสนฝาย (ม.) (อางเกบนาขนาดเลก Afflux ไมควรมากกวา 1.00 ม.)
***กรณ Side channel spillway (แนวสนฝายเปนรปตว L) ถามหนาตดฝายเปนกาแพงตงเหมอนขางตน การคานวณกใชหลกการและคาสมประสทธของการไหลเหมอนกน
ขอควรระวง การออกแบบตองใหการไหลเปนแบบ Free flow เทานน โดยระดบ
นาดานทายฝายตองไมสงกวาระดบสนฝายมากกวา H32
ซงเปนคา Critical depth ของการไหล
ผานฝายแบบ Free flow เพราะถาระดบนาดานทายฝายสงกวา Critical depth คณสมบตของฝายสนยาวจะหมดไปจะเปนลกษณะฝายสนกวาง ทความยาว L จะเหลอเพยง W2 เทานน
8-76
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
4) มหาวทยาลยขอนแกน
สถาบนแหลงนาและสงแวดลอม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน
ไดออกแบบฝายขนาดเลกหลายแบบ จนไดแบบทไดปรบปรงใหมความเหมาะสมทสด คอ ฝาย มข.2527 ซงตวฝายมลกษณะเปนกาแพงตงดงแสดงในรปท 8.10-8
รปท 8.10-8 แสดงลกษณะของฝาย มข.2527
สมการการไหลขามฝาย มข.2527
อตราการระบายนาของฝายทระดบนาตาง ๆ สามารถคานวณไดจากสมการ การไหลขามฝาย โดยสถาบนแหลงนาและสงแวดลอม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยขอนแกนไดมการศกษาและสามารถเขยนไดในรปทวไป ซงอยในรปของ
Qw = 1.7 W h 3/2 (ม.3/วนาท)
โดยท W = ความกวางของสนฝายทนาไหลขาม (ม.) (ความยาวรวมของความยาวสนฝายระหวางตอมอ)
h = ความสงของนาทไหลลนสนฝาย (ม.)
จากสมการขางตน หากเทยบกบสมการมาตรฐานของฝาย Q = C L h 3/2 C = 1.70 , L = W
8-77
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
5) Cylindrical Overfall Weir
Willi H. Hager (1992) ไดนาเสนอผลการศกษา Cylindrical overfall weir ซงเปนฝายในกลม Straight drop or Free overfall spillway ทมการไหลเปนแบบ Overfall
flow ทตวฝายมลกษณะเปนกาแพงทมผวดานเหนอและทายนาเปนแนวตรง สวนของยอดสนฝายมลกษณะเปนเปนครงทรงกระบอกวางอยบนกาแพง อาจใชเปนทอเหลก หรอทอคอนกรต รศมความโคง Rk ซงแสดงในรปท 11.10-9
รปท 8.10-9 รป a) หนาตดของ Cylindrical overfall weir รป b) รปขยาย
(1) Support and sealing (2) Bolt (3) Deaeration (4) Construction joint (5) Pipe
การคานวณปรมาณนาไหลผานฝาย
2/3d Hg2LCQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย (ม.3/วนาท)
L = ความยาวประสทธผล (Effective Length) ของสนฝาย (ม.) H = ความลกของนาเหนอสนฝายทคด Approach Velocity ดวย (ม.) Cd = คาสมประสทธของการไหลผานสนฝาย ***
*** คาสมประสทธของการไหลผานสนฝาย: Cd
อาศยผลการศกษาของ Hager (1992) ทพบวา คาสมประสทธของการไหลผานสนฝายลกษณะน จะสมพนธกบคา ของ H และ Rk
8-78
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ถาให kkR
H
เมอ H/Rk ≤ 1.5 แรงกดดนของทเกดจากการไหลของนาบนผวหนาของฝายจะไมเกด Cavitations หรอเกดการกดเซาะผวหนาฝายจากฟองอากาศ นนคอ H/Rk มคาสงสดไมเกน 1.5 นนเอง การคานวณจะไดคาทถกตองเมอ H ≥ 7 ซม. (จะไมเกดผลกระทบจากความหนดและจากความขรขระของผวของฝาย)
k
kd 5.211
31374.0C การไหลแบบ Free Flow
กรณนาไหลผานนอยมาก (<7 ซ.ม.) ρk ≈ 0
จะได Cd = 0.374
กรณนาไหลผานมากทสด ρk = 1.5
จะได Cd = 0.488
ดงนน Cd จะมคาระหวาง 0.374 ถง 0.488
เนองจากคา Cd มชวงแคบ ดงนนการเกดการไหลแบบ Submerged Flow จะ
เกดทนททระดบนาดานทายนาสงถงระดบสนฝาย ซงฝายในกลมทมการไหลแบบ Free Overfall
จงมกออกแบบใหไมเกดอทธพลจากการเกด Submergence เสมอ
6) Compound Crested Weir
Thair Mahmood Al-Taiee และ Tahssen Ali Hassan Chilmeran แหง Research Center of Dams and Water Resources, University of Mosul, Iraq ไดเสนอผลการศกษาเรอง Hydraulic Characteristics of Flow Over Compound Crested
Weir ซงเปนฝายกลม Straight drop หรอ Free overfall ทมสนฝายเปนแบบผสม
(Compound Crested) ระหวางฝายทมสนโคงแบบ Quarter round และฝายสนคม ดงแสดงในรปท 8.10-9 โดยในการทดลองไดวางแนวของสนฝายทามม α กบทศทางการไหลของนา (เปน Oblique or Skew weir) เปนมม 35๐, 45๐, 60๐ และ 90๐ (ฝายแนวตรงปกต)
8-79
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.10-9 แสดงแปลน และรปตดของ Compound Crested Weir
รายละเอยดของฝาย หนวย SI
สวนโคงของสนฝาย มรศม = R
ฝายมความสง = P
โดยท R = P/12
ความลกนาทไหลผานฝาย = h
ฝายมความหนา = t
แนวทางการศกษาทดลอง
ใชสมการพนฐานการคานวณปรมาณนาผานฝาย
5.1dLHCg2
32
Q
Q = ปรมาณนาไหลผานฝาย (ม.3/วนาท) Cd = คาสมประสทธของการไหลของนาผานฝาย
L = ความยาวสนฝาย (ม.) H = Total head ของนาเหนอสนฝาย (ม.)
g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม./วนาท 2
8-80
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
theo
actd Q
QC
Qact = ปรมาณนาไหลผานฝายทวดไดจรง (ใชเครองมอวดนา) Qtheo = ปรมาณนาไหลผานฝายทคานวณตามทฤษฏ
5.1theo LHg2
32
Q
PR
,Ph
Cd
ผลจากการศกษา
ไดผลการทดลองเปนคาความสมพนธของ Cd และอตราสวนของ h/P, R/P
สาหรบฝายทแนวสนทามม α กบแนวการไหล ดงสมการตอไปน ซงแสดงดวยกราฟในรปท 8.10-10
3.0
2.0
d sin
PRPh
0035.0C
รปท 8.10-10 กราฟความสมพนธของ Cd และอตราสวนของ h/P, R/P
สาหรบฝายทแนวสนทามม α กบแนวการไหล
8-81
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.11 ฝายหยก (Labyrinth Weir) มองคประกอบสาคญหลายอยางในการกาหนดรปแบบของฝายเพอใหนาในปรมาณทตองการไหลผานไปได เชน อตราสวนความสงของนาทไหลขามฝายกบความสงของตวฝาย ลกษณะรปรางของสนฝายและความยาวสนฝายเปนตน ถามความจาเปนตองระบายนาปรมาณมากตองใชขนาดความยาวของสนฝายยาวกวาความกวางของลานา เมอความกวางของทางนามความจากดไมสามารถขยายใหมากกวานนได จงมการออกแบบเพมความยาวสนฝายในความกวางของทางนาทจากดดงกลาวดวยวธการอยางใดอยางหนง จะเรยกฝายทมสนฝายยาวกวาความกวางของ
ลานาวาฝายสนยาว (Long Crested Weir) ซงแบงเปน 3 กลมยอย คอ ฝายทแยง (Skew or
Diagonal or Oblique Weir), ฝายปากเปด (Duckbill Weir or Bathtub Weir) และฝายหยก (Labyrinth Weir)
รปท 8.11-1 แสดงแปลนรปแบบของ Long crested weir 3 กลม
รปท 8.11-2 แสดง Long crested weir บางรปแบบทตดตงในทางนา
ในสวนของฝายหยกจะมลกษณะของสนฝายทเมอมองจากดาน Plan แลว จะมการพบไปพบมาของรปรางฝายอยางใดอยางหนง หรอเปนการนาเอาฝายรปทรงนนสวนเดยวทเรยก 1 Cycle มาเรยงตอกนเปนหลายๆ Cycle นนเอง เพอใหมความยาวสนฝายยาวพอทจะระบาย
8-82
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
นานองสงสดลงสทางนาทมความกวางจากดไดอยางเพยงพอ จงเรยกฝายแบบนวา ฝายหยก หรอ Labyrinth แตบางครงอาจมการเรยกเปนอยางอน โดยถาเปน Cycle ของรป U-Shape หรอ Bathtub Shape หรอ รปสเหลยม อาจเรยก Corrugated หรอ Accordion หรอ Folded
หรอ Piano Keys Weirs ถาเปน Cycle ของรปสามเหลยม หรอ สเหลยมคางหม หรอ Duckbill จะเรยก Labyrinth Weir เปนตน
รปท 8.11-3 แปลนฝายหยกบางรปแบบ
Kraatz and Mahajan (1975) ไดศกษาฝายสนยาวทง 3 กลม โดยใหเปนตวแทนของฝายทสรางในทางนา โดยเลอกฝายปากเปดและฝายหยกมาเพยง Cycle เดยว และฝายแตละแบบจะมสนฝาย 2 ลกษณะคอ สนฝายทโคงมน และสนฝายทเปนเหลยม โดยใชสมการตอไปน
Q = ปรมาณนาไหลผานฝาย (ม.3/วนาท) Cd = คาสมประสทธของการไหลของนาผานฝาย
L = ความยาวสนฝาย (ม.) H = ความลกของนาดานเหนอนาเหนอสนฝาย (ม.)
Kraatz และ Mahajan ไดนาเสนอคาสมประสทธของการไหลของฝายดงกลาว ดงแสดงในตารางท 8.11-1 แมวาคา Cd ทไดเปนคาเฉลยคาเดยว ไมสามารถใชประกอบการคานวณปรมาณนาไหลผานฝายใหครอบคลมชวงความลกของนาทระดบตางๆได แตกเพยงพอสาหรบการพจารณาออกแบบเบองตนฝายประเภทดงกลาวไดด และเปนทยอมรบเพราะเปนแนวคดใหมในการศกษาเชงเปรยบเทยบทครอบคลมฝายสนยาวทงหมด
8-83
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 8.11-1 คาสมประสทธของการไหลผานฝายสนยาวการศกษาของ Kraatz และ Mahajan
8.11.1 วตถประสงคของการออกแบบเปนฝายหยก
1) วตถประสงคหลกเพอเพมความสามารถของการระบายนาของทางระบายนาลนหรอฝายจากความกวางของทางนาปกตทแคบไดมากขน ซงทาใหสรางฝายไดสงขนดวย
2) ใชเปน Drop Structure ในระบบสงนาระบายนาทเปนอาคารวดปรมาณนาดวย
3) ใชเพมปรมาณอากาศในนา(เพมออกซเจน) เพอการปรบคณภาพของนาในทางนา เพราะการไหลผานฝายประเภทนจะเปนลกษณะ Aerating Flow คอเกดฟองอากาศปนไปกบนาเมอมการไหลผานสนฝายออกไปและขณะนากระทบพนดานทายปรมาณมาก
8.11.2 รปแบบของสนฝายหยก
เนองจากการไหลของนาผานฝายหยกเปนแบบ Free overfall ฝายหยกจะมรปแบบของสนฝายลกษณะกาแพงตงหลายรปแบบตามทแสดงไวในรปท 8.11-4
รปท 8.11-4 ลกษณะรปแบบสนของฝายหยกแบบตาง ๆ
8-84
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.11.3 ลกษณะการไหลของนาผานฝายหยก
จากการทฝายหยกมการพบไปพบมา ตาแหนงของสนฝายและลกษณะการไหลจงอาจมได 3 รปแบบ คอ ตงฉากกบทศการไหล (การไหลของฝายปกต Normal Spillway Flow), ขนานกบทศการไหล (Side Channel Spillway Flow) และทามมกบทศการไหล (Skew Spillway
Flow) และเนองจากฝายหยกประกอบดวยสนฝายทมมมหกในแนวแปลน การไหลของนาทผานสนฝายบรเวณทเปนสวนมมหกนและบรเวณใกลเคยงจงตางจากการไหลของนาทผานสนฝายบรเวณทเปนเสนตรง การไหลแบบนจะเกดขนในชวงความยาวหนงของสนฝาย ความยาวนเรยกวา Nappe Interference (Ld) ซงมความสมพนธกบความสงของนาทไหลขามสนฝาย ความสงของฝาย และมมของฝาย โดยในบรเวณ Ld นนาจะมการอดตวกน มผลใหนาไหลขามฝายไดนอยลง ซงแสดงตามรปท 8.11-5
รปท 8.11-5 แสดงลกษณะของฝายหยกบางรปแบบ
เมอ h = ความสงของนาทไหลขามสนฝาย หรอ Head ของนาดานเหนอนาของฝาย H0 = Total Head (หรอ h+ Velocity head, (V2/2g)) P = ความสงของฝาย
W = ความกวางของฝาย
L = ความยาวสนฝายของฝายหยก
B = ความยาวดานขางสนฝายหยกทเอยงทามมกบทศนาไหล
Shape = รปรางของฝายหยก
8-85
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
α = มมของกาแพงดานขางของฝาย
Ld = Nappe Interference สวนทมการไหลททบซอนกน= f (h/p, α)
C หรอ C(l) = คาสมประสทธของการรบกวนกนของการไหล = Cr/ Cd Cr = คาสมประสทธของการไหลของฝายทมคาลดลงจากการรบกวนกนของการไหล Cd = คาสมประสทธของการไหลของฝายเมอไมคดการรบกวนกนของการไหล (คาจากฝายวดนาสนตรงอนๆ ทมความยาวสนเทาฝายหยกทใชวดเทยบกน) Cm = คาเฉลยของสมประสทธของการไหลทลดลงจากการรบกวนกนของการไหล
N.Hay และ G.Taylor ศกษาพบความสมพนธของปรมาณการไหลผานฝายหยกสรปไดวา
Q = f (h/P, L/W, Shape)
รปท 8.11-6 แสดงการเกด Nappe Interference
8-86
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.11-7 แสดงรปรางสนฝาย 1 Cycle ของฝายหยก
ผลจากการศกษาวเคราะหเกยวกบฝายหยกทาใหทราบวามมของฝายกบทศทางการไหลดานเหนอนามอทธพลตอปรมาณนาทไหลขามฝายเปนอยางมาก
สาหรบฝายสามเหลยมมมทคานวณไดจากสมการนคอมมสงสดทจะสรางได
LW
arcsinmax
สาหรบมมของฝายรปสเหลยมคางหมนนจะเปน
a4La4W
arcsin
8.11.4 การคานวณปรมาณนาไหลผานฝายหยก
ในการออกแบบฝายหยกนนอาจดาเนนการได 2 ลกษณะ คอ
1) การออกแบบเปนฝายหยกมาตรฐานภายใตรปแบบและขอกาหนดตามผลการศกษาของนกชลศาสตรทเปนทยอมรบกนโดยทวไป ซงเราสามารถนาคาสมประสทธของการไหลของฝายมาตรฐานมาใชในการคานวณไดเลย ซงอาจระบไวในแบบกอสราง หรอสอบถามผออกแบบได
2) การออกแบบทไมใชรปแบบขอกาหนดทเปนฝายมาตรฐาน แตเปนการออกแบบใหมรปรางทตางออกไป เปนฝายทมรปแบบลกษณะเฉพาะตว ซงกรณเชนนจะตองมการทดสอบแบบจาลองในหองปฏบตการ เพอหาคาสมประสทธและผลกระทบตางๆ ทจะเกดขนได ดงนนในการคานวณจงใหใชคาสมประสทธของการไหลจากผลการศกษา ทอาจระบไวในแบบหรอระบไวในเอกสารรายงานผลการศกษา
อน ง ฝายท มขนาดใหญหรอเปนฝายท มความสาคญ มกมการศกษาทดลองในหองปฏบตการเพอใหทราบขอมลตางๆ ทเกยวของ ซงรวมถงขอมลการไหลของนาผานฝายดวย
8-87
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
เสมอ และเมอกอสรางแลวเสรจมกจะมการสอบเทยบอาคารเพอหาคาสมประสทธของการไหลหรอหาเปนอตราการไหลเทยบกบระดบนาดานเหนอนาทไหลผานฝาย (Discharge Curve หรอ Q-
H Curve) ตลอดจนศกษาผลกระทบตางๆทเกดขนจรงเสมอ เพอเปนขอมลในการบรหารจดการนาและขอมลทางวชาการทจะใชพฒนาการออกแบบฝายในภายหนาตอๆไป
ในคมอนจะเสนอการคานวณปรมาณนาไหลผานฝายหยกตามรปแบบฝายมาตรฐานโดยใชขอมลผลการศกษาทนยมใชในการออกแบบฝายหยกทวไปเปนแนวทางการคานวณ
การศกษาชลศาสตรการไหลของฝายหยกมนกชลศาสตรหลายทานไดเสนอผลการศกษาและกาหนดแนวทางการออกแบบ เปน Design Curve ทเกยวของไว ไดแก
Hay และ Taylor (1970) ไดรวมกนศกษาและเสนอวธการออกแบบฝายหยกรปสามเหลยมและรปสเหลยมคางหม
Darvas (1971)ไดศกษาฝายหยกรปรางตางๆ และสรางชดกราฟทใชสาหรบการออกแบบฝายหยก
Lux และ Hinchliff (1984) ไดศกษาฝายหยก 1 cycle โดยเปรยบเทยบกบการไหลผาน Flume และเสนอคาความสมพนธของ Discharge Coefficient กบ Total
Upstream Head Tullis และคณะ (1995) ไดศกษาฝายหยกรปแบบตางๆ ลงรายละเอยดปลกยอย
มากขน โดยศกษาฝายทมมมหยกแตกตางกนระหวาง 6 – 18 องศา (ตอมามการศกษาเพมเตม จนถง 90 องศา)
Falvey ไดนาผลการศกษาของนกชลศาสตรตางๆ มาคานวณเปรยบเทยบกบผลการศกษาแบบจาลองของฝายหยกหลายแหงทไดกอสรางแลว มขอสรปวา วธการท Tullis เสนอเปนวธทเหมาะสมทจะนามาใชในการออกแบบและคานวณปรมาณนาทสด
ดงนนคมอนจงขอนาเสนอวธการคานวณปรมาณนาผานฝายหยกเฉพาะวธการของ Tullis วธเดยว
8.11.5 ขอมลผลการศกษาของ Tullis ทใชอางองในการคานวณปรมาณนาผายฝายหยก
ผลการศกษาทสรางเปน Design Curve ของ Tullis ไมไดกาหนดวาใชกบฝายหยกรปแบบใด จงใชไดกบฝายหยกรปสามเหลยมและรปสเหลยมคางหม โดย Curve นพจารณามมเอยงของกาแพงฝายซงทงรปสามเหลยมและสเหลยมคางหมกจะมมมเอยงลกษณะเดยวกน
8-88
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ความแตกตางจะอยทความกวาง a ของสวนยอดของฝาย ซงจะมผลตอปรมาณนาทไหลผานฝายหยกเพราะสวนนจะทาใหความยาวสทธของสนฝายสนลง ทาใหปรมาณนาไหลผานฝายไดนอยลง จงควรใหมความกวาง a นอยทสด (ควรเปน 1 หรอ 2 เทาของความหนาของฝาย) อนงเมอระยะ a มคานอยมากเมอเทยบกบความยาวสนฝายสวนอนๆ ทาใหปรมาณนาไหลผานฝายหยกรปสามเหลยมกบรปสเหลยมคางหมตางกน ไมเกน 10 %
รปท 8.11-8 แสดงฝายหยกรปสเหลยมคางหมทวๆ ไป
การคานวณใชสมการมาตรฐานของฝายทวไป
5.1d Hg2LC
32
Q
432
d PH
EPH
DPH
CPH
BAC
การหาคา Cd ของฝายหยกของ Tullis ตามสมการขางตนนน กาหนดคาสมประสทธ A,
B, C, D, E ดงแสดงไวในตารางท 8.11-2 และไดสรปผลเปน Design Curve ตามรปท 8.11-9 ซงเปนคาสมประสทธของการไหลของฝายทมมมของกาแพงดานขางของฝาย (α) ขนาดตาง ๆ
ตารางท 8.11-2 Table of Coefficient
α 6o 8o 12o 15o 18o 25o 35o 90o A 0.49 0.49 0.49 0.49 0.49 0.49 0.49 0.49 B -0.24 1.08 1.06 1.00 1.32 1.51 1.69 1.46 C -1.20 -5.27 -4.43 -3.57 -4.13 -3.83 -4.05 -2.56 D 2.17 6.79 5.18 3.82 4.24 3.40 3.62 1.44 E -1.03 -2.83 -1.97 -1.38 -1.50 -1.05 -1.10 0
8-89
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.11-9 Design Curve ของ Tullis ทใชในการคานวณปรมาณนาผานฝายหยกทวไป
รปท 8.11-10 Curve of Optimum Cd
จาก Design Curve ในรปท 8.11-9 กราฟแตละเสนจะมคาในชวงตนทมคา H/P นอยๆ จะเปนชวงทเกดคาสมประสทธของการไหลสงสด เมอเชอมตอจดสงสดของกราฟแตละเสน จะได กราฟคาสมประสทธของการไหลสงสด (Curve of Optimum Cd) ดงแสดงในรปท 8.11-10 ซงสามารถใชประกอบการพจารณาในการออกแบบวา สมประสทธของการไหลสงสดของฝายหยกนนจะเกดท H/P มคาระหวาง 0.10 ถง 0.45 โดยกาหนดเปนสมการไดดงตอไปน
The Optimum Cd : 8671.0PH
ln1714.0Cd
8-90
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ฝายหยกนนจะออกแบบใหมการไหลเปนแบบ Free Flow เสมอ ทงนเพราะหากระดบนาดานทายนาอยสงกวาระดบสนฝายเมอไร ฝายหยกจะมคณสมบตการไหลทเปลยนไป จะเปนเสมอนฝายสนกวางทมความยาวสนฝายเทากบสวนกวางทสดของตวฝายในทางนาหรอระยะระหวางปลาย 2 ขางของฝายไปทนท 8.11.6 ฝายหยกกบการไหลแบบ Submerged flow
เชษฐพงศ นนททรรภ ไดศกษาชลศาสตรการไหลดวยแบบจาลองทางกายภาพของฝายแลบบรนธทมตนแบบมาจากฝายแมรองนอย อาเภอเมองลาพน จงหวดลาพน ซงเปนฝายหยกทมรปรางดงแสดงในรปท 8.11-11
รปท 8.11-11 แสดงฝายตนแบบและแบบจาลองฝายแมรองนอย อาเภอเมองลาพน จงหวดลาพน
ผลการศกษา สรปไดวา
1) ในการไหลแบบอสระ (Free flow) คาสมประสทธของการไหล (Cd) จากสมการ
5.11
dHg2L
32
QC
Q = อตราการไหลผานฝาย (ม.3/วนาท) Cd = สมประสทธของการไหล
H1 = ระดบนาดานเหนอนา (ม.) g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก (9.81 ม./วนาท 2)
โดยเมออตราการไหลเพมมากขน คาสมประสทธของการไหลจะมคาลดลง และ Cd จะมคาในชวง 0.35 - 0.55
8-91
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) การไหลแบบจม (Submerged flow)
คาสมประสทธของการไหล (Cs) จากสมการ
dgH2LH
QCs
Q = อตราการไหลผานฝาย (ม.3/วนาท) Cs = สมประสทธของการไหลแบบจม
H1 = ระดบนาดานเหนอนา (ม.) H2 = ระดบนาดานทายนา (ม.)
Hd = ผลตางของระดบนาดานเหนอนากบดานทายนา = (H1 - H2) (ม.) g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก (9.81 ม./วนาท 2)
คา Cs จะมคาในชวง 0.32 - 0.41
3) ชวงการเปลยนแปลงการไหลจากการไหลแบบอสระเปนการไหลแบบจม
เมอคา Submergence ratio H2/H1 นอยกวา 0.57 การไหลจะเปนแบบอสระ
เมอคา Submergence ratio H2/H1 มากกวา 0.57 การไหลจะเปนแบบจม โดยฝายแลบบรนธหรอฝายหยกจะเปลยนพฤตกรรมเปนแบบฝายสนกวาง
8-92
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.12 Shaft spillways or Drop inlet spillways
8.12.1 ลกษณะของ Shaft spillways
Shaft spillway เปนทางระบายนาลนทมลกษณะเปนปลองแนวดง โดยสวนบนสดปากปลองเปนตวฝายเพอรบนาลงสทอทอยในแนวดงหรอแนวเอยง จากนนจงระบายนาออกสอาคารสลายพลงงานดานทายผานทอทวางในแนวราบ อาจแยกสวนองคประกอบไดดงน
1) Spillway section หรอสวนของปากทางระบายนาลน เปนสวนทเปนปากของทางนาเขาทตงในแนวดง มลกษณะเปนสนฝายคอนกรตรปทรงตางๆ เชน รปวงกลม เรยก Morning
glory spillway รปสเหลยม เรยก Box spillway (ทง 2 แบบนจะนยมสรางมาก) นอกจากนจะมรปทรงอนๆ เชน รปหกเหลยม รปสวนของวงกลม ฯลฯ
2) Transition section เปนสวนเชอมตอปากทางระบายนาลนแบบ Morning glory
กบปลองแนวดงหรอแนวเอยง (Vertical or Inclined shaft) ทคอยๆ เปลยนรปรางจากรปทรงของปากทางระบายนาลนไปเปนรปทอกลม สวนกรณ Box spillway อาจไมมสวนน โดยตวฝายและปลองรบนาจะเปนสวนเดยวกน
3) ทอระบายนาออกสดานทาย โดยจะเชอมตอปลองแนวดงหรอแนวเอยงทเปนทอกลม ดวยทอโคงเพอปรบแนวทอใหเปนแนวราบเพอระบายนาลงสลานาดานทายตอไป
8.12.2 หลกการของ Shaft Spillway
พจารณา รปท 8.12-1 ซงแสดงรปแบบพนฐานของ Shaft spillway ทมาจากฝายสนคมทเปนทอกลมแนวดง เมอมระดบนาเหนอสนฝายนอยๆ นาจะไหลลนขามสนฝายลงสกลางทอในลกษณะแผนนา (Nappe) ทมขอบเขตผวบนและผวลางคลายกรณฝายสนคมทวไปตามทไดกลาวมาแลว และหากระดบนาเหนอสนฝายสงเพมขนอตราการไหลกจะเพมขน Nappe กจะเพมขนาดและเปลยนตาแหนง เมอถงตาแหนงหนง Nappe ของแตละดานจะมาพบกนแลวรวมกนเปนลาของนา (Jet) เรยกตาแหนงนวา Crotch และหากระดบนาเหนอสนฝายเพมสงขนอก ขนาดของลา Jet กจะใหญขน ตาแหนง Crotch กจะยกตวสงขน และนาทอยเหนอ Crotch จะมลกษณะคลายเดอดพลาน ซงเรยกวา Boil ถายงระดบนาเหนอสนฝายยงเพมขนเรอย ๆ Crotch และ Boil กจะขยบตวสงขนเรอย ๆ จนถงจดหนงจะเกดปรากฏการ Flood out คอทง Crotch และ Boil จะหายไป มองเหนเพยงนากระเพอมๆ เทานน
8-93
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.12-1 แสดงรปแบบพนฐานของ Shaft spillway มาจากทอกลมมสนคม
การไหลของนาขางตนเมอระดบนายงตาจะไหลผานสนฝายและ Transition ในลกษณะ Free flow จนกระทงระดบนาสงขน Crotch และ Boil ขยบตวสงขนถงจดหนง การไหลจะเกดผลกระทบเนองจากSubmergence และเมอถงจด Flood out การไหลของนาจะถกควบคมดวย Jet flow หรอรปรางของ Transition โดยนาไหลเตมทอ (ถารปรางของ Transition ไมพอดกบรปราง Jet)
Shaft spillway มกออกแบบหนาตดของสนฝายใหมรปรางเหมอนผวโคงดานลางของ Nappe โดยใหมขนาดปากสนฝาย และขนาดชองรบนาแนวดงใหเพยงพอทจะรองรบการไหลใหเปนแบบ Free flow เสมอ จะหลกเลยงไมใหมการไหลทเกดสภาวะ Submergence เพราะการไหลลกษณะดงกลาวนาจะไหลเตมทอดวยความเรวสง ซงจะทาใหเกด Cavitation คอจะเกดฟองไอขนทผวหนาของนากบผนงคอนกรต ถาเกดขนมากจะเกดการกระแทกของฟองอากาศจะทาใหนาเกดการสนสะเทอนอยางรนแรง และเกดการกดทาลายผวคอนกรต ทาใหเปนอนตรายตอความมนคงของตวฝาย กรณเชนนอาจปองกนดวยการตดตงทอเพอระบายอากาศออกไป
8.12.3 Morning Glory Spillway
Morning glory spillway เปน Shaft spillway ทมสนฝายเปนรปวงกลม อาจออกแบบรปตดสนฝายหรอปากไดเปน 2 ชนดคอ
8-94
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.12-2 สนของ Morning glory spillway อาจแบงไดเปน 2 ชนดคอ
Standard crest spillway (รปดานซาย) และ Flat crest spillway (รปดานขวา)
1) Standard crest spillway มสนฝายเปนรปหนาตดทสอดคลองกบรปรางสวนโคงผวดานลางของ Nappe (รปรางขอบเขตของแผนนาทลนขามสนฝายออกไป) ซงเปนการไหลผานสนฝายลกษณะของฝายสนคม ซง USBR ไดกาหนดรปแบบหนาตดฝายตามรปแบบของ Standard
nappe เอาไว การออกแบบกอสรางสวนใหญมกสรางสนฝายแบบน
2) Flat crest spillway ปรบสวนสนฝายหรอปากทางรบนาใหแบนราบ ทาใหการไหลเปนลกษณะคลายการไหลของฝายสนกวาง
8.12.3.1 รปแบบการไหลของ Morning glory spillway
USBR (1973) ไดศกษารปแบบการไหลของ Morning glory spillway พบวาจะมได 3 รปแบบ ซงแสดงตามรปตดแสดงการไหลและกราฟ H-Q ในรปท 8.12-3 ไดแก
1) Entrance or Crest control เปนรปแบบตามหลกการของ Shaft spillway ทมการไหลเปนแบบ Free flow ททกระดบความลกเหนอสนฝาย และทอระบายนาออกสดานทายนามขนาดเพยงพอทจะระบายนาออกไปในลกษณะการไหลในทางนาเปดอยางอสระ (นาไหลไมเตมทอ) ซงเปนชวงของเสนกราฟ ab
8-95
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) Orifice or Tube control เกดเมอระดบนาเหนอสนฝายสงจนการไหลไมเปนลกษณะการไหลลนขามสนฝายอยางอสระ แตเปนการไหลลกษณะของลาของนาทผานปากฝายออกไป ซงเปนลกษณะการไหลผานชอง Orifice ขนาดใหญนนเอง แตนายงไมไหลเตมทอทงในสวนปลองแนวดงและทอแนวราบทระบายนาออกดานทาย นาไมทวมปากดานทายทอ เปนชวงของเสนกราฟ cd ทเกดตอจากเสนกราฟ ab ทตาแหนง g
3) Exit control or Full pipe flow เปนการไหลทนาไหลเตมในทกสวนหนาตดของทกองคประกอบของฝาย รวมทงนาทวมทายทอดวย เปนชวงของเสนกราฟ ef ทเกดตอจากเสนกราฟ cd ทตาแหนง h
ผลการศกษาสรปไดวา ทอตราการไหล (Q) จะแปรผนตรงกบระดบนาเหนอสนฝาย (H)
โดยรปแบบการไหลแบบ Entrance control ทมการไหลแบบ Free flow โดยจะมอตราการไหลเรมจากนอยๆ เมอระดบนาเพมสงขน การไหลจะเปลยนรปแบบเปน Orifice control และ Exit Control ตามลาดบ โดยอตราการไหลจะเพมขนอยางตอเนอง ชวงการไหลระหวาง Orifice
control กบ Exit control จะมลกษณะการไหลทเปน Submerged flow
ในทางปฏบตมกออกแบบให Shaft spillway มการไหลเปนแบบ Entrance control ซงเปนการไหลแบบ Free flow เสมอ โดยการควบคมดวยการกาหนดระดบนาสงสดของเขอนหรออางเกบนาใหเหมาะสม ไมใหมระดบสงเกนไปจนทาใหเกดการไหลทเปน Submerged
flow แตในการออกแบบจะกาหนด Design head ใหมระดบททาใหเกดอตราการไหลเลยจากชวง Entrance control ไปสชวง Orifice control ไดเลกนอย โดยพจารณาจากการไหลของนาทระบายออกจากทอดานทายนาใหมความลกการไหลในทอ ไมเกน 75 %
จากการทดลองในหองปฏบตการพบวาสภาวะทเหมาะสมของการไหลนนขนกบตวแปรของรปรางสดสวนของตวฝายตอไปน คอ H0/Rs
H0/Rs < 0.45 เปนการไหลแบบ Free Flow หรอ Entrance control
0.45 <H0/Rs < 1.00 เปนการไหลทเขาสสภาวะการเกด Submerged
H0/Rs ≈ 1.00 เปนการไหลแบบ Submerged ทสมบรณ
H0/Rs > 1.00 เปนการไหลแบบ Orifice flow
ทงนในการออกแบบฝายชนดน ลกษณะการไหลทยอมรบไดนนคอ คา H0/Rs < 0.60
โดยยอมใหเกดการไหลแบบ Submerged flow ไดเลกนอย
8-96
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.12-3 รปแบบการไหล และกราฟ H-Q ของ Morning glory spillway
8-97
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.12.3.2 การคานวณอตราการไหลของ Morning glory spillway
(ตวหอย s หมายถง Sharp crest : ตาแหนงสนฝายทางทฤษฏ ทเปนฝายสนคม o หมายถง Over crest : ตาแหนงยอดหรอสนจรงของฝาย)
รปท 8.12-4 แสดงมตตาง ๆ ของ Morning glory spillway (Rs, Hs, Ho, P)
Rs = รศมขอบนอกของปากปลองสนฝาย เทยบไดกบยอดฝายสนคม Hs = ความลกของนาเหนอฝายทเปนสนคม ซงรวมคา Approach velocity (ha) ดวย Ho = ความลกของนาเหนอยอดสนฝาย P = ความสงของสนฝายเมอวดจากพนดน
การคานวณใชสมการพนฐานอตราการไหลของฝาย
2/3ooLHCQ
เมอ Q = ปรมาณนาไหลผานฝาย (ม.3/วนาท) L = ความยาวของสนฝาย (ม.)
L กรณไมมตอมอหรอครบเหนอสนฝาย
sR2L
L กรณมตอมอหรอครบเหนอสนฝายเพอใชบงคบการไหลไมใหเกดการหมนวนของนาเหนอปากปลองฝาย ตองนาตอมอมาพจารณาดวยตอไปน
ถามตอมอ หนา t เมตร จานวน N ตว
+ กรณคานวณแบบหยาบ ใหหกเพยงความหนาตอมอออกจากความยาวสนฝาย จะได
ntR2L s
8-98
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
+ กรณคานวณแบบละเอยดใหหกความหนาตอมอออกจากความยาวสนฝาย และคดหกคาการบบตวของการไหลผานผวตอมอดวยคาสมประสทธการบบตว ซงขนกบรปรางหนาตดของตอมอ ดงเชนกรณของฝายสนตรงทไดกลาวมาแลวกอนหนาน จะได
ops HK.N2R2L
Ho = ความลกของนาเหนอยอดสนฝาย (เมตร)
Co = คาสมประสทธการไหลของ Morning glory spillway นน USBR
(1973)ไดนาผลการศกษาของ Wagner (1956) มาสรางเปนกราฟ ดงแสดงในรปท 8.12-5 ซงสมพนธกบคาของ Ho/Rs , P/Rs ซงไดเผยแพรในหนงสอ Design of Small Dams ซงมหนวยเปนระบบองกฤษ ทนามาเสนอไวในทนเพราะมกมผนากราฟนไปใชคานวณในหนวยระบบ SI อยางผด ๆ ซงปรากฏในตาราหลายเลม กลาวคอแมวาคา Ho/Rs จะไมมหนวย แตคา Co ของกราฟนเปนระบบองกฤษ การจะใชคากราฟชดนกบการคานวณในระบบ SI จงตองแปลงคาหนวยของตวแปรตาง ๆ ใหตรงกน
รปท 8.12-5 กราฟสมประสทธการไหลผาน Morning glory spillway โดย USBR
ไดจากผลการศกษาของ Wagner (1956) มหนวยเปนระบบองกฤษ
8-99
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.12-6 กราฟสมประสทธการไหลผาน Morning glory spillway หนวยระบบ องกฤษ
กรณทความลกของนาเหนอสนฝายตางจาก Design head
ตอมา USBR ไดแปลงกราฟคาสมประสทธการไหลผาน Morning glory spillway
ขางตน มาเปนหนวย SI ดงแสดงในรปท 8.12-7
รปท 8.12-7 กราฟสมประสทธการไหลผาน Morning glory spillway
ท USBR ดดแปลงเปนหนวยระบบ SI
8-100
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 8.12-8 กราฟสมประสทธการไหลผาน Morning glory spillway หนวยระบบ SI
กรณทความลกของนาเหนอสนฝายตางจาก Design head
นอกจากน FAO ไดสรปการใชคาสมประสทธของการไหลผาน Morning glory
spillway ในหนวย SI ไวใหซงแบงตามประเภทของสนฝาย ดงน
1) Circular crest
Ho/Rs 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 Co 1.82 1.78 1.63 1.33 1.12 0.93 0.80 0.70 0.62 0.57
2) Standard crest
Ho/Rs 0.10 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 Co 1.830 1.825 1.815 1.800 1.785 1.760 1.740 1.720
3) Flat crest
Co = 3.20
8.12.4 Drop Inlet Pipe Spillway / Box Inlet Drop Spillway
เปน Shaft spillway ทมรปแบบงาย ๆ ตวฝายเปนปลองรบนาแนวดง แลวมทอทงนาออกจากปลองลอดทานบดนของอางเกบนาไปสลานาดานทาย ฝายหรอทางระบายนาลนชนดนมกมขนาดเลกระบายนาไดไมมาก มชอเรยกตางๆ กนตามรปรางของปลองรบนา ถาเปนรปวงกลม เรยก Drop inlet pipe spillway หรอ Pipe spillway ถาเปนรปสเหลยมเรยก Box inlet drop
spillway หรอ Box spillway ตวฝายหรอปลองรบนาจะมรปทรงหนาตดทเทากนตลอดทงปลอง ผวดานในไมสรางใหเปนรปทรงของ Nappe ดงเชน Morning glory spillway อาจสรางให
8-101
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
มปลองรบนาปลองเดยวหรอสรางเปนกลมมปลองรบนาหลายปลอง สวนทอทงนาอาจเปนทอเดยวหรอหลายทอซงขนกบปรมาณนาทตองระบาย
รปท 8.12-9 รปตดดานขางของ Drop inlet pipe spillway แบบหนง
การกอสรางหากมขนาดเลกใชระบายนาออกจากสระเลกๆ อาจสรางโดยใชทอเหลก หรอทออนๆ มาประกอบกน แตหากมขนาดทใหญขน เชน ใชกบอางเกบนาขนาดเลกมกสรางดวยคอนกรตเสรมเหลก โดยทาสนฝายหรอยอดทปากใหโคงมนในลกษณะรปแบบสนฝาย Ogee หรอลบมมเพอลดการตานการไหลของนากได
การคานวณอตราการไหลของ Drop inlet pipe spillway และ Box Inlet
Drop Spillway การคานวณปรมาณนาของฝายชนดน เปนรปแบบของ Shaft spillway ซงแสดงในรปท 8.12-9
การคานวณใชสมการพนฐานอตราการไหลของฝาย
2/3ooLHCQ
เมอ Q = ปรมาณนาไหลผานฝาย (ม.3/วนาท) L = ความยาวเสนรอบรปของปากสนฝาย (ขนกบรปรางของปาก) (ม.)
ถาสนฝายเปนรปวงกลม sR2L
Rs = รศมขอบนอกของปากปลองสนฝาย (ม.) ถาสนฝายเปนรปสเหลยม L = 2 (ดานกวาง+ดานยาว)
Co = คาสมประสทธการไหลผานฝาย ขนกบรปรางหนาตดของสนฝาย (ซงได อธบายในหวขอตางๆ ทผานมา)
Ho = ความลกของนาเหนอยอดสนฝาย (ม.)
8-102
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8.13 ฝายหนาตดรปสามเหลยม (Crump weir)
ฝายหนาตดรปสามเหลยม หรอ Crump weir ทกลาวถงน เปนฝายทดนาทไดพฒนามา
จากฝายตนแบบคอ ฝายวดนาชนด Crump weir ซงไดอธบายรายละเอยดไวในบทท 11 ในหวขอ 11.1 Crump weir หรอ Triangular profile two dimensional weir (ผเขยนไมนาเสนอรายละเอยดในบทน เนองจากตองการใหเนอหาสอดคลองกบประเภทของฝายนนๆ อยางแทจรง เพราะหากนาเสนอในบทน กตองอธบายจากทมาซงคอฝายวดนานนเอง จงขอใหขามไปดรายละเอยด หลกการ วธการคานวณในบทท 11)
ฝายหนาตดรปสามเหลยมนมกสรางปดกนลานาขนาดเลก มความลาดชนคอนขางมาก และมตะกอนไหลมากบนามาก โดยตวฝายจะมความสงไมมาก เมอมอตราการไหลมากๆกเกดระดบนาทน (Afflux) ไมมาก เมอมอตราการไหลนอยๆ ตะกอนกผานไปไดสะดวก ลกษณะของ Crump
weir แสดงในรปท 8.13-2
ขอกาหนดคณสมบตทวไปของ Crump weir
มกสรางใหมลาดฝายดานหนา 1: 2 ลาดฝายดานทาย 1: 5 ดานขางของฝายนยมสรางเปนกาแพงตง ระดบนาทไหลขามสนฝาย: h ≥ 0.06 ม. ความสงของฝาย: P ≥ 0.06 ม. ความยาวของสนฝาย : L ≥ 0.30 ม. h/P ≤ 3.5 L/h ≥ 2.0
การคานวณปรมาณนาผาน Crump weir
1) กรณการไหลแบบ Free flow
รปท 8.13-1 ลกษณะการไหลแบบ Free flow
8-103
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ทมา : ปราโมทย ไมกลด-คมองานเขอนดนขนาดเลกและฝาย
รปท 8.13-2 แสดงรปแบบมตของ Crump weir แบบหนง
8-104
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การคานวณของ Crump weir กรณ Free flow ใชสมการฝายสนสนทมหนาตดการไหลเปนรปสเหลยมผนผา
2/3
d Hg232
LCQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย, (ม3/วนาท)
g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 (ม./ วนาท 2) H = h+(V2 /2g) = ความลกประสทธผลของระดบนาทไหลผานฝาย, (ม.) *
* กรณคานวณแบบหยาบๆ อาจให H ≈ h
L = ความยาวของสนฝาย, (ม.) Cd = คาสมประสทธของการไหล
ใชคาทไดจากการทดสอบในหองปฏบตการชลศาสตรคอ
Cd = 1.163 เมอ h > 0.10 ม
5.1
d h003.0
1163.1C
เมอ h < 0.10 ม.
2) กรณการไหลแบบ Submerged flow
รปท 8.13-3 ลกษณะการไหลแบบ Submerged flow
การคานวณอตราการไหลของ Crump weir กรณ Submerged flow
FQfQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝายกรณ Submerged flow, (ม3/วนาท) QF = ปรมาณนาทไหลผานฝายกรณ Free flow, (ม3/วนาท)
f = คา Factor การไหลกรณ Submerged flow ซงขนกบคา Submergence ratio: H1 / H0 (หรอ y1 / y0)
8-105
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
H1 = ระดบนาดานทายนา, (ม.) H0 = ระดบนาดานเหนอนา, (ม.)
01 H/H75.0ถา00.1f
93.0H/H75.0ถาH/H817.0035.1f 010647.04
01
985.0H/H95.0ถาH/H403.8686.8f 0101
8.14 การเพมระดบเกบกกของฝาย
ในชวงปลายฤดนาหลากเปนชวงเวลาทตองพจารณาเกบกกนาในแหลงนาเพอใหมปรมาณมากทสดเพอใชประโยชนในแลง โดยทการเกบกกนาตองไมสรางผลกระทบทาใหเกดนาทวมพนทดานเหนอนาดวย โดยทวไปแลวจะมการเกบกกนาไวทระดบนาเกบกก (รนก.) โครงการชลประทานบางแหงอาจออกแบบใหสามารถเพมปรมาณนาเกบกกใหสงกวาระดบ รนก. โดยการตดตงอปกรณเสรมบนสนฝายหรอทางระบายนาลน ไดแก ไมอดนา, แผนไมอดนา, ฝายยาง ฯลฯ
การเสรมสนฝายหรอทางระบายนาลนดวยฝายยาง ทาใหฝายเดมนนมคณสมบตทางชลศาสตรเปนฝายยางไปโดยปรยาย ซงไดนาเสนอขอมลแลวในหวขอ 8.9 ในลาดบตอไปจะนาเสนอในสวนของไมอดนา และแผนไมอดนา
การใช ไมอดนา (Stop log) และแผนไมอดนา (Flash board)
การเพมระดบนาเกบกกรปแบบแรกๆ ใชทอนไมหลายๆทอนเรยงกนในชองตอมอขนาดเลก (หรอรปแบบงายๆ ใชเหลกตว C จานวน 2 ชนมาประกบดานหลงเขาดวยกน) หรอใชแผนไมแผนเดยวหรอหลายแผนมาประกอบกน ทงนเนองจากในเวลานนไมมความเหมาะสมในการใชงานเพราะ หางาย ราคาถก นาหนกไมมาก ปจจบนมการใชวสดอนๆ เชน ใชคอนกรต เหลกและโลหะอนๆ พลาสตก มาสรางหรอขนรป เพอใชแทนไมทหายาก ตลอดจนการใชกระสอบบรรจทรายมาเรยงทบกนเพออดนา
8-106
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปตดตามยาวตวฝายแสดงการตดตงไมอดนา
รปแปลน แสดงการใชเหลกตว C 2ตวประกบกน (รปบน) หรอตอมอเลกๆ (รปลาง) เพอตดตงไมอดนาบนสนฝาย
รปท 8.14-1 แสดงการตดตงไมอดนาบนสนฝาย
การคานวณปรมาณนาไหลขามไมอดนาและแผนไมอดนา
ในกรณทไดตดตงไมอดนาหรอแผนไมอดนาเหนอสนฝายหรอทางระบายนาลน แลว ไมอดนาหรอแผนไมอดนากจะทาหนาทเปนฝายตวใหมแทนฝายหรอทางระบายนาลนเดม ซงการคานวณปรมาณนาไหลผานไมอดนาจะไมคอยมความสาคญมากนก เพราะมกตดตงในชวงปลายฤดนาหลากทอตราการไหลผานออกไปไมมากและเรมลดลง หากจะคานวณใหใชคณสมบตทางชลศาสตรของการไหลผาน Straight Drop or Free Overfall Spillway ในหวขอ 8.10 เพราะมลกษณะรปแบบทคลายกน ซงสรปไดดงน
5.1CLHQ
Q = ปรมาณนาไหลผานไมอดนา (ม.3/วนาท) C = คาสมประสทธของการไหล อาจใชคาเฉลย 1.82 L = ความยาวสนไมอดนา (ม.) H = ความลกของนาทไหลขามสนไมอดนา (ม.)
หมายเหต อนโลมใหใชในการคานวณการไหลผานกระสอบทรายกน
นาทวางเรยงใหสนมระดบใกลเคยงกนตลอดแนวดวย
---------------------------------------------------------
บทท 9
ฝายวดนาประเภทฝายสนคม (Sharp-crested or Thin-plate weirs)
บทท 9
ฝายวดนาประเภทฝายสนคม (Sharp-crested or Thin-plate weirs)
9.1 ลกษณะและขอกาหนดทวไปของฝายสนคม
การใชฝายสนคมเปนเครองมอวดปรมาณนาในทางนานน นกชลศาสตรไดพยายามคดคนรปแบบฝายทหลากหลาย เพอทจะแกปญหาขอจากดทเกดขนในฝายบางแบบ รวมทงทาใหการวดปรมาณนาทาไดงายและสะดวกรวดเรวยงขน
ฝายสนคมไดรบการพฒนาขนมามหลายรปแบบ ไดแก 1) ฝายสนคมรปสเหลยมผนผา 2) ฝายสนคมรปสามเหลยม
3) ฝายสนคมรปสเหลยมคางหม 4) ฝายสนคมแบบ Proportional
5) ฝายสนคมแบบผสม เชน แบบสเหลยมผนผากบแบบสามเหลยม
6) ฝายสนคมรปวงกลม
7) ฝายสนคมรปพาราโบลา 8) ฝายสนคมรปสวนตดของสามเหลยม
9) ฝายสนคมของรปทรงเรขาคณตอนๆ
ในทนจะแบงยอยเปน 3 กลม คอ
ก. กลมแรก ลาดบท 1) ถง 3) เปนฝายทนยมใชงานแพรหลายทวไป โดยเฉพาะอยางยงในประเทศไทย เพราะสรางและดแลรกษางาย การคานวณไมยงยาก
ข. กลมทสอง ลาดบท 4) และ 5) มการสรางใชงานบางในบางประเทศ เพราะมคณสมบตทเหมาะสมบางประการ
ค. กลมทสาม ลาดบท 6) เปนตนไป มกเปนการวเคราะหเชงวชาการหรอสรางในหองปฏบตการมากกวาการใชงานจรง เพราะสรางและดแลรกษายาก อกทงการคานวณยงยาก
หมายเหต ในคมอนจะอธบายเฉพาะฝายวดนาสนคมทนยมสรางใชงานจรง นอกนนจะนาเสนอเปนแนวทางพอสงเขป
9-2
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
พจารณารปท 9-1 และรปท 9-2
รปท 9-1 รปตดขยายสวนทเปนสนคมของฝายฝาย
รปท 9-2 แสดงขอกาหนดของระยะตาง ๆ
แผนฝายดานเหนอนาตองเรยบ ตงฉากกบทองทางนา และแนบสนทกบกาแพง ขางของอาคารหรอทางนา
ฝายตองตดตงในแนวตงฉากกนแนวการไหลของนาตรงจดกงกลางของทางนาทเปนแนวตรงและมความสมมาตร โดยพนทหนาตดทางนาดานเหนอนาตลอดแนวความยาววดจาก ฝายออกไป 15 – 20 เทาของความสงนาเหนอสนฝาย ตองมขนาดไมนอยกวา 8 เทาของหนาตดของนาทไหลผานฝาย เพอลดความเรวของกระแสนาทไหลในทางนาทจะทาใหเกด Velocity of
approach ใหหมดไปหรอเหลอนอยกวา 0.30 เมตร/วนาท (จะไดไมตองนามาคานวณ)
แผนฝายมกสรางดวยแผนโลหะหนาไมเกน 5 ม.ม. มความหนาของชองทนาผาน ทกดานประมาณ 1 – 2 ม.ม. และตองถกลบมมออก 45 องศา สาหรบฝายรปสเหลยมผนผา ,สเหลยม
9-3
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
คางหม, วงกลม และพาราโบลค ลบมม 60 องศา สาหรบฝายรปสามเหลยม และ Sutro weir
โดยดานคมหรอมมของสนฝายตองอยทางดานเหนอนา ดานทถกลบมมอยดานทายนา
เสนขอบผวรปหนาตดของทางนาตองหางจากสนคมของฝายดานทอยตดกนไม นอยกวา 2 เทาของระยะความลกนาสงสดทจะไหลผานฝาย และไมนอยกวา 30 ซ.ม.
เพอทการในทางนาดานเหนอนาสวนทอยตากวาระดบสนฝายไมเกดอทธพลตอ การไหลของนาสวนทขามผานฝาย
ระดบนาดานทายตองตากวาสนฝายมากกวา 5 ซ.ม. เพอทจะไมทาใหเกดสภาพ สญญากาศใตผวนาทไหลออกจากฝาย (Nappe) ทจะสงผลตอการไหลผานฝาย
การวดระดบนา(Head) ทไหลผานฝายจะวดทจดหางจากแผนฝายออกไป ประมาณ 3 – 4 เทาของระยะความลกนาสงสดทจะไหลผานฝาย
การกาหนดสญลกษณความลกของน า พจารณารปท 9-3 ในหนงสอหรอคมอตางๆ มกระบสญลกษณทตางกน ในความหมายทแทจรงเรองความลกของระดบนาหนาอาคารนน ทตาแหนงหนาตด 1 ขอทาความเขาใจใหเปนแนวทางเดยวกนวา
H หรอ H1 = h1+ V1 2/2g
รปท 9-3 แสดงความลกของนา H
และ h ทตาแหนงหนาตด 1
ในทางปฏบตแลว ถาคา V1 นอยกวา 0.30 ม./ วนาท ใหถอวา V1
2/2g มคานอยมากไมตองนามาคด ทาให H หรอ H1 = h1 และการออกแบบโดยทวไปมกจะใหเกด Velocity of
approach นอยทสดหรอมามเลย ดงนนในการใชสญลกษณ ไมวาเปน H หรอ H1 หรอ h1 ใหเขาใจตรงกนวาถอเปนคาเดยวกน คอคาความลกของนาเหนอสนฝายทวดหนาอาคารในตาแหนงทกาหนดใหวด ยกเวนจะระบเปนอยางอน
9-4
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
9.2 ฝายสนคมรปสเหลยมผนผา (Rectangular sharp - crested weirs)
ฝายสนคมรปสเหลยมผนผาแบงเปน 2 ลกษณะ คอ
1). ฝายสเหลยมผนผาแบบไมบบขาง(Full width weirs หรอ Suppressed weirs) ตวฝายจะมสนฝายยาวเตมความกวางของทางนารปสเหลยมผนผา สนคมของฝายจะมเพยงสวนสนฝายทนาไหลขามไป
2). ฝายสเหลยมผนผาแบบบบขาง (Fully contracted weirs) ตวฝายจะเปนชองเปดทมความยาวสนฝายเพยงสวนหนงของความกวางทางนา โดยสวนทเปนสนคมจะม 3 ดาน คอ สนฝาย และขอบ 2 ขาง
รปท 9-4 แสดงรปดานหนาของฝายสนคมสเหลยมผนผา
9.2.1 ขอกาหนดเฉพาะของฝายสนคมรปสเหลยมผนผา
(นอกเหนอจากลกษณะและขอกาหนดทวไปของฝายสนคมทกลาวขางตน)
1. ฝายสนคมแบบสเหลยมผนผาไมบบขาง เสมอนเปนฝายแบบบบขางทม b = B
นนเอง 2. H4bB 3. 5.0P/H 4. 5.0b/H 5. m60.0Hm07.0 6. m30.0b 7. m30.0P
9-5
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
9.2.2 การคานวณปรมาณนาผานฝายสนคมสเหลยมผนผา
การศกษาเกยวกบการคานวณปรมาณนาผานฝายสนคมนนมพฒนาการมาอยางตอเนอง
พฒนาความรจากการไหลผาน Orifice มาเปนการไหลผานฝายสนคม และพฒนาเปนฝายสนมนและฝายอนๆ
Henry bazin (1898) ไดเสนอหลกการไหลของนาลนขามโครงสรางทปดกน ทางนา ซงตอมากาหนดวาเปน Standard weir
Rehbock (1929) ไดนาเสนอหลกการไหลผานฝายรปทรงเรขาคณต พรอมหลกการคานวณโดยใช ความลกของการไหล (Overfall depth)
Kindsvater and Carter (1957) ไดศกษาเพมเตมจากผลการศกษาของ
Rehbock โดยพฒนาสตรการคานวณ พรอมทงกราฟประกอบการคานวณทเปนทยอมรบ เพราะครอบคลมฝายสนคมสเหลยมผนผาทกลกษณะ
นกชลศาสตรอนๆ ไดศกษาคณสมบต ตวแปรตางๆทเกยวของ เพอใหสามารถคานวณปรมาณนาไดถกตองยงขน และสรางสตรการคานวณทไมยงยากทาใหงาย ในการใชงานยงขนมาตามลาดบ
การคานวณปรมาณนาผานฝายสนคมนนอาจแบงไดเปน 2 ลกษณะ คอ กรณการไหลแบบFree flow (9.2.3) และกรณการไหลแบบ Submerged flow (9.2.4)
9.2.3 หลกการคานวณปรมาณนาผานฝายสนคมสเหลยมผนผา กรณ Free flow เมอระดบนาดานทายอยตากวาสนฝาย
รปท 9-5 แสดงการไหลผานฝายสนคมสเหลยมผนผาไมบบขาง
9-6
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
พจารณารปท 9-5 การไหลทตาแหนง [1] และ [2] จะมพลงงานเทากน
21 EE
2
222
1
211 Z
g2
VPZ
g2
VP
g2
VZZ
P
g2
V 21
211
22
g2
Vh
g2
V 21
22
g2
Vhg2V
21
2
dh.B.VdA.VdQ
dhg2
Vhg2BdQ
21
dhg2
Vhg2BQ
2/11h
0
21
2/321
2/32
11
g2
V
g2
Vhg2B
3
2Q
QCQ dr เมอ Cd คอคาสมประสทธของการไหลผานฝาย
2/32
1
2/32
11dr
g2
V
g2
Vhg2B
3
2CQ (9.1)
ถา V1 มคานอยมาก (นอยกวา 0.30 ม. /วนาท)
2/31dr hg2B
3
2CQ (9.2)
9-7
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ถา V1 มคามากกวา 0.30 ม. /วนาท ใหใชสมการ (9.1) ในทางปฏบตจะวดคาเฉพะความลกนาเหนอสนฝาย หรอ h1 เทานน จะไมมการวดคา V1 (เพราะถาวดคา V1 กคานวณปรมาณนาทหนาตดทตรวจวดระดบนาโดยสมการ Q = A1V1 ไมตองเสยเวลาคานวณนาผานฝายอก) จงมการคดคาสมประสทธความเรวของกระแสนา (Approach velocity coefficient: Cv) มาใชเปนคาปรบแก ดงสมการ (8.3) โดยใชคานวณเมอมระบในสตรเทานน เพราะบางสตรอาจใช C หรอ Ce
แทน Cd.Cv
2/31vdr hg2B
3
2CCQ (9.3)
รปท 9-6 ตวแปร H, h1, hc ของหนาตดการไหลของฝายสนคม
คา Cv (ใชคานวณในกรณทกาหนดไวในสตรเทานน เพราะบางสตรใชคาอนปรบแก)
การคานวณ
U
1v
h
HC
เมอ H=h1+V12/2g
U เปนคาตวยกกาลงของ h1ในสมการอตราการไหล
กรณชองเปดรปสเหลยมผนผา U=3/2 หรอ1.5
กรณชองเปดรปพาราโบลค U=2.0
กรณชองเปดรปสามเหลยม U=2.5
การใชกราฟ ดงแสดงในรปท 9-7 คาของ Cv ขนกบฟงชนอตราสวนพนท A/A.C. *
d1
เมอ α1=1, Cd = คาสมประสทธของการไหล
A*= พนทหนาตดการไหลท control section หรอชองฝายโดยให hc= h1
A = พนทหนาตดการไหลของทางนาทตาแหนงวดระดบนาทกาหนด โดยม ความลกการไหล = P1+h1
ดงนนเมอคานวณคา Cd.A*/A ไดแลวนาไปหาคา Cv โดยกราฟในรปท 9-7 โดย เลอกเสนกราฟใหตรงกบรปรางชองเปดของฝาย
หมายเหต ถาการคานวณไมตองการความละเอยดมากนกใหใช Cv = 1
9-8
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 9-7 กราฟหาคาสมประสทธความเรวของกระแสนา (Cv)
8.2.3.1 ตวอยางหลกการคานวณปรมาณนาโดยคด Approach velocity
พจารณาจากรปท 9-7 การคานวณ Approach velocity จะม 3 ขนตอนคอ
1) คานวณปรมาณนาผานฝาย ใชสมการ (8.2) กรณไมคด Approach velocity โดยใชคา h1 ทวดได สมมตไดผลลพธเปนคา Q
2) คานวณ V1 จากการไหลในทางนาทตาแหนง (1) เมอเรารคา Q จากขอ 1) และเราหาคาพนทหนาตดทางนาทตาแหนง (1) หรอ A1 ไดโดยใชคาความลกของการไหล h1+P เมอ P เปนความสงของฝาย (h1+P = Y1+Z1 นนเอง) กจะได V1 = Q/A1 ซงเปนคาทใกลเคยง Approach velocity จรงมากทสด
3) คานวณปรมาณนาใหมเปนกรณคด Approach velocity โดยใช สมการ (9.1) กจะไดปรมาณนาผานฝายทถกตอง
ขอควรระวง ตองใชสมการ (9.1) เทานนในการคานวณกรณคด Approach
velocity ทงนมกมการเขาใจผดใชสมการ (9.2) แลวแทนคา H ในสมการดงกลาวดวย H+ v12/2g
เปน
2/321d g2/vHg2B
3
2CQ ซงไมถกตอง
9-9
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
9.2.3.2 วธการคานวณปรมาณนาผานฝายสนคมสเหลยมผนผา
ในการคานวณปรมาณนาผานฝายสนคมสเหลยมผนผานน มนกชลศาสตรหลายทานไดศกษาทดลองและนาเสนอวธการคานวณไว โดยจะนาเสนอผลงานทมชอเสยงเปนทยอมรบดงตอไปน
1). สมการของ Kindsvater และ Carter (ใชไดกบฝายสเหลยมผนผาทง 2 ลกษณะ)
รปท 9-8 ฝายสนคมสเหลยมผนผาไมบบขาง เสมอนเปนฝายแบบบบขางทม b = B
2/3eee h.b.g2
3
2.CQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย, (ม3/วนาท) g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 เมตร/ (วนาท) 2
he = h1+kh = ความลกประสทธผลของระดบนาทไหลผานฝาย, (ม.) be = b+kb = ความยาวประสทธผลสนฝายแบบบบขาง Be = B+kB = ความยาวประสทธผลสนฝายแบบไมบบขาง
kh = 0.001 ม. = คาปรบความลกทเปนผลจากความหนดและแรงตงผว
kb = คาปรบความยาวสนฝายทเปนผลจากความหนดและแรงตงผว (หนวย เมตร) ซงขนอยกบคา b/B หาไดจากกราฟในรปท 9-9
Ce = คาสมประสทธของการไหล ขนกบคาของ h1/P และ b/B
5.21
eB
b.2.0
P
h50.0392.0C
หรอหาไดจากกราฟในรปท 9-10 หรอ ตารางท 9-1
9-10
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
เปรยบเทยบคา Ce คาสมประสทธของการไหล กรณฝายสเหลยมผนผาไมบบขาง (b/B) = 1
Kindsvater และ Carter (1957) :
P
1h050.0402.0eC
Rehbock (1929) :
P
1h054.04023.0eC
Ackers et al. :
P
1h060.03988.0eC
ขอกาหนดเพมเตม เมอใชสตรของ Kindsvater และ Carter จะมความผดพลาดนอยกวา 1 % เมอ
h1 > 3 ซม. h1/P < 5
b หรอ B ตองมากกวา 10 ซม.
รปท 9-9 กราฟหาคาปรบความยาวสนฝาย (kb)
9-11
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
หมายเหต คา b/B = 1 เปนกรณฝายสเหลยมผนผาแบบไมบบขาง
รปท 9-10 กราฟหาคาสมประสทธของการไหล (Ce)
ตารางท 9-1 คา Ce ขนอยกบคาของ b/B และ h1/P (Georgia Institute of Technology)
b/B Ce b/B Ce 1.0 0.602+0.075 h1/P 0.5 0.592+0.010 h1/P 0.9 0.599+0.064 h1/P 0.4 0.591+0.0058 h1/P 0.8 0.597+0.045 h1/P 0.3 0.590+0.0020 h1/P 0.7 0.595+0.030 h1/P 0.2 0.589-0.0018 h1/P 0.6 0.593+0.018 h1/P 0.1 0.588-0.0021 h1/P 0 0.587-0.0023 h1/P
9-12
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2). ผลการศกษาของนกชลศาสตรอน ๆ
กรณฝายสเหลยมผนผาแบบไมบบขาง (b/B) = 1
จาก 2/3eee h.b.g2
3
2.CQ
จดรปใหมเปน 2/3KLHQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย แบบ Free flow, (ม.3/วนาท) L = ความยาวของสนฝาย (หรอคอ B), (ม.) H = ความลกของนาดานเหนอนาเหนอสนฝาย, (ม.) K = สมประสทธการไหลผานฝาย (หรอคอ Cd)
หมายเหต ในกรณทความเรวของกระแสนามากกวา 0.30 เมตร/วนาท จะตองนาคา เฮดเนองจากความเรวกระแสนาดงกลาวมาคดดวย นนคอ คา H3/2 จะกลายเปน [(H+∆h) 3/2 – ∆h 3/2]
เมอ ∆h = V2/2g หรอใชคา Cv หาไดจากกราฟในรปท 9-7
2.1) การใชสมการของ Francis
P
H22.081.1K
50.0P
H คา K เฉลย = 1.84
2/3HL84.1Q
Q: ลกบาศกเมตร/วนาท, L (หรอ B) และ H: เมตร
2.2) การใชสมการของ Rehbock
)1(P
H237.0
H
00295.0785.1K
ε : P < 1 ม. ε = 0
P > 1 ม. ε = 0.55(P-1)
9-13
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2.3) การใชสมการของ Bazin
2
PH
H55.01
H
0133.0794.1K
ขอบเขตความเหมาะสม สมการของ H (ม.) L หรอ B (ม.) P (ม.)
Francis 0.19 - 0.50 2.40 - 3.00 0.60 - 1.50 Rehbock > 0.50 0.30 - 2.50 0.03 – P Bazin 0.08 - 0.50 0.50 - 2.00 0.75
3). ผลการศกษาของนกชลศาสตรอน ๆ
กรณฝายสเหลยมผนผาแบบบบขาง (b/B) < 1
2/3KLHQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย แบบ Free Flow, (ม.3/วนาท) L = ความยาวของสนฝาย (หรอคอ b), (ม.) H = ความลกของนาดานเหนอนาเหนอสนฝาย, (ม.) K = สมประสทธการไหลผานฝาย (หรอคอ Cd)
หมายเหต ในกรณทความเรวของกระแสนามากกวา 0.30 เมตร/วนาท จะตองนาคา เฮดเนองจากความเรวกระแสนาดงกลาวมาคดดวย นนคอ คา H3/2 จะกลายเปน [(H+∆h) 3/2 – ∆h 3/2]
เมอ ∆h = V2/2g หรอใชคา Cv หาไดจากกราฟในรปท 9-7
3.1) การใชสมการปรบแกของ Francis
Francis พบวาการไหลแบบผานชองฝายทมไมเตมความกวางของทางนา จะเกดการบบตวของการไหลดานขางตามหลกการของ Orifice แตละขางประมาณ 1/10 ของระดบนาเหนอสนฝาย โดยความยาวประสทธผลของสนฝายจะเปนตามสมการตอไปน
9-14
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Le = L - 0.1NH
Le = ความยาวประสทธผลของสนฝาย, (ม.) H = ความลกของนาดานเหนอนาเหนอสนฝาย, (ม.)
L = ความยาววดไดจรงของสนฝาย, (ม.) N = จานวนการบบตวดานขาง (0, 1, 2)
0 ไมมการบบตว 1 บบตวขางเดยว 2 บบตว 2 ขาง
กรณฝายสเหลยมแบบบบขาง มการบบ 2 ขาง N = 2
ดงนน Le = L - 0.2H
สมการปรบแกของ Francis 2/3H)H2.0L(84.1Q
Q: ลบ.ม./วนาท, L (หรอ b) และ H: เมตร
3.2) การใชสมการปรบแกของ Rehbock
P
B034.0
B.P
bB428.0
P
H237.0
H
00295.0785.1K
9.2.4 การคานวณปรมาณนาผานฝายสนคมสเหลยมผนผา กรณ Submerged flow เปนกรณเมอระดบนาดานทายนาทวมสนฝาย
9.2.4.1 ลาดบของการเกด Submerged flow
Wu and Rajaratnam (1996) ไดเสนอรปแบบการเกด Submerged flow ของฝายสนคม ทระดบนาดานทายสงกวาสนฝายนน แบงไดเปน 4 ลาดบหรอรปแบบ ซงแสดงในรปท 8-11
1) Impinging flow: การเกด Submerged flow ในลาดบแรกหรอรปแบบแรกน การไหลในลกษณะของ Free flow ทแผนนา (Nappe) ไหลลงไปถงพนของทายนา หรอเกดลา กระแทก (Impinging jet) ยงคงเกดอย เพยงแตระดบนาดานทายสงขนจนสงกวาสนฝายไมเหลอ ชองอากาศใต Nappe อกตอไป (ในสภาวะนอาจถอไดวายงเปนการไหลแบบ Free flow)
2) Plunging flow: อตราการไหลขามฝายเพมขน ระดบนาดานทายนาเพมสงขนและ ตานกระแสนาเหนอฝายไมเกด Impinging jet อกตอไป นาดานทายปนปวนและเกด Hydraulic
jump ทดานทายนา
9-15
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3) Surface wave: เมออตราการไหลเพมขนอก Hydraulic jump ทดานทายนาคอยๆ หายไป แลวเกดเปนคลนนาทดานทายนาแทน
4) Surface jet: อตราการไหลเพมสงขนอก ผวนาดานทายนาจะราบเรยบ การไหลของ กระแสนาจะเกดในแนวทอยเหนอระดบสนฝาย ซงเปน Submerged flow ทสมบรณ
รปท 9-11 ลาดบของการเกด Submerged flow
ในสภาพการไหลทเกดจรงนน รปแบบการไหลจะไมคงทแตจะมการเปลยนแปลงอยเสมอ ซงจะขนกบตวแปรของสภาพแวดลอมในชวงเวลานน ดงนนการคานวณปรมาณนากรณ Submerge flow จงมคาความผดพลาดคลาดเคลอนทสงมาก คาทคานวณไดจงมกเปนคาโดยประมาณเสมอ
Villemonte (1947) ไดทดลองพบวาการไหลกรณ Submerged flow ของฝายสนคมแนวดงรปแบบตางๆ นน จะขนอยกบอตราสวนของระดบนาดานทายนากบระดบนาดานเหนอนา (H2/H1) ซงจะสมพนธกบการเกดผลกระทบตอการไหลในกรณแบบ Free flow โดยตรง และไดสรางสมการเพอใชทานายการเกด Submerged ตอไปน
รปท 9-12 Submerged flow เปนกรณเมอระดบนาดานทายนาทวมสนฝาย
9-16
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
385.0NS 1QQ
QS = ปรมาณนาไหลผานฝายกรณ Submerged flow (ม.3/วนาท) Q = ปรมาณนาไหลผานฝายกรณ Free flow (ม.3/วนาท) H1 = ระดบนาดานเหนอนาวดจากระดบสนฝาย (ม.) H2 = ระดบนาดานเหนอนาวดจากระดบสนฝาย (ม.)
1
2
H
H
N = เลขยกกาลงของ H ในสมการคานวณปรมาณนาผานฝายสนคมกรณ Free flow (H N) ฝายสนคมรปสเหลยมผนผา N =1.5 ฝายสนคมรปสามเหลยม N =2.5
และ ฝายสนคมรปสเหลยมคางหม N =1.5 เปนตน นอกจากน Villemonte ไดนา ผลการความสมพนธดงกลาวมาสรางเปนกราฟ สาหรบ
การคานวณปรมาณนาไหลผานฝายสนคม รปแบบตาง ดงแสดงในรปท 9-13
รปท 9-13 แสดงความสมพนธของการไหลแบบ Submerged ของฝายสนคมแนวดง
Q = อตราการไหลกรณ Free flow ผานฝายสนคมรปแบบใดๆ QS = อตราการไหลกรณการเกด Submerged flow ทเราตองการหา N = เลขยกกาลงของ H ในสมการคานวณปรมาณนาผานฝายสนคมกรณ Free flow
(HN) เชน ฝายสนคมรปสเหลยมผนผา N =1.5 ฝายสนคมรปสามเหลยม N =2.5 และฝายสนคมรปสเหลยมคางหม N =1.5
9-17
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ผลการศกษาของนกชลศาสตรอน ๆ
Abou – Seida and Quraishi (1976) ไดศกษาการไหลของฝายสนคมสเหลยมผนผาทง 2 ลกษณะ คอ บบขางและไมบบขาง ในกรณการไหลแบบ Submerged flow และนาเสนอสมการคานวณโดยอาศยหลกการของ Submerged orifice flow โดยพจารณาการไหล 2 สวนคอ การไหลเหนอ 2H1H และการไหลใต 2H1H
5.012/112/3
1H.g2bdC3
2Q
Q = ปรมาณนาไหลผานฝายกรณ Submerged flow (ม.3 /วนาท) H1 = ระดบนาดานเหนอนา ทวดจากระดบสนฝาย (ม.)
H2 = ระดบนาดานทายนา ทวดจากระดบสนฝาย (ม.) Cd = สมประสทธการไหลผานฝาย ใหใชตามสมการ Ceทระบในหวขอ
สมการของ Kindsvater และ Carter
1H
2H
Borghei, Z.Vatannia, M.Ghodsian และM.R.Jallili (2003) ไดศกษาในหองปฏบตการ พฒนาสมการคานวณปรมาณนาผาน ฝายสนคมสเหลยมผนผาไดเปน
m
23
u
d Q*H
H*479.0
B
L161.0985.0
B
L008.0Q
Q = ปรมาณนาไหลผานฝายกรณ Submerged flow (ม.3 /วนาท) Qm = ปรมาณนาไหลผานฝายกรณ Free flow (ม.3 /วนาท) L = b = ความยาวของสนฝาย (ม.) B = ความกวางของทางนา (ม.)
HU = H1 = ระดบนาดานเหนอนา ทวดจากระดบสนฝาย (ม.) Hd = H2 = ระดบนาดานทายนา ทวดจากระดบสนฝาย (ม.)
9-18
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
กรณ L/B = 1 เปนฝายไมบบขาง
mQ*2
3318.0993.0Q
เมอ uH
dH
สมการนตอมาเรยกวา “Modified BVGJ”
(ตงตามอกษรนาหนาชอรวมผวจย)
9.3 ฝายสนคมรปสามเหลยม (Triangular or V-notch sharp-crested weirs or Thomson weirs)
James Thomson (1859) ไดเสนอรปแบบฝายสนคมแบบสามเหลยมทสามารถลด ขอจากดหรอปญหาการใชฝายสนคมสเหลยมผนผาลงได ในกรณทวดปรมาณนาเมออตราการไหล นอย ๆ หรอ Head ตาๆ ดงนนจงมกเรยกฝายสนคมรปสามเหลยมวา Thomson Weir
รปท 9-14 รปแบบฝายสนคมแบบสามเหลยม
9-19
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ขอกาหนดเฉพาะของฝายสนคมรปสามเหลยม
(นอกเหนอจากลกษณะและขอกาหนดทวไปของฝายสนคม)
ลบมมทสนคม 60 องศา ระดบนาดานทายควรตากวาจดยอดของสนฝาย (จะไดไมเกดอทธพลตอการไหล) ฝายสนคมแบบสามเหลยมแบงไดเปน 2 ลกษณะคอ
1). Partially contracted weirs เปนฝายลกษณะกงบบขาง ในกรณทตดตงฝายในทางนาทคอนขางเลกโดยความกวางนอยและตนรปรางหนาตดคลายสเหลยม หรออกนยหนงคอ ระยะหางจากสนคมของฝายกบเสนขอบเขตหนาตดของทางนานอยกวาขอกาหนดทวไปของฝาย สนคม (มากกวา 2Hmax)
2). Fully contracted weirs เปนฝายบบขางทเปนไปตามขอกาหนดทวไปของฝายสนคม ในทางนาทมหนาตดรปแบบตาง ๆ
Bos (1997) ไดกาหนดคณสมบตขนตาของฝายสนคมแบบสามเหลยมทงสองลกษณะ กาหนดไวตอไปน Partially contracted weirs Fully contracted weirs
1. 2.1P/H 1. 4.0P/H
2. 4.0B/H 2. 2.0B/H
3. m60.0Hm05.0 3. m38.0Hm05.0
4. m60.0B 4. m45.0B
5. m10.0P 5. m90.0P
9.3.1 การคานวณปรมาณนาผานฝายสนคมสามเหลยม กรณ Free Flow
ก. การใชสมการของ Kindsvater และ Carter กบฝายสนคมสามเหลยม
5.2ee h.
2tan.g2
15
8.CQ
ซงมมาจากการวเคราะหเชงคณตศาสตรตอไปน
9-20
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 9-15 ฝายสนคมสามเหลยม
hH
2/B
hH
X
2tan
hH2
tan2B
gh2.dh.B.CdQ e
dh.gh2).hH(2
tan2CdQ e
dh.h.)hH(g22
tan2CQ 2/3H
0
e
H
0
2/52/3e h
5
2h.H
3
2g2
2tan2CQ
2/5ee h.
2tan.g2
15
8.CQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย Free Flow, (ม3/วนาท) g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 เมตร/ (วนาท) 2
he = h1+kh = ความลกประสทธผลของระดบนาทไหลผานฝาย, (ม.) kh = คาปรบความลกทเปนผลจากความหนดและแรงตงผว ขนกบมม θ ทมคาระหวาง 20 – 100 องศา หาไดจากกราฟ ตามรปท 9-16
9-21
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Ce = คาสมประสทธของการไหล ขนกบคามม θ ของฝาย โดยฝายทวไปหาไดโดยกราฟในรปท 9-17 สวนฝายทมมม 90 องศาขนกบของ H/P
และ P/B หาไดจากกราฟในรปท 9-18
รปท 9-16 กราฟคาปรบความลกทมความสมพนธกบกบมม θ ของฝาย
รปท 9-17 กราฟคา คาสมประสทธของการไหล Ce ของฝายฝายสนคมสามเหลยมทวไป
9-22
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 9-18 กราฟคาสมประสทธของการไหล Ce ขนกบคาของ H/P กบ P/B สาหรบฝายสนคมสามเหลยมทมมม 90 องศา
ข. การคานวณโดยประมาณ กรณฝายสนคมรปสามเหลยมทมมม θ เทากบ 90 องศา
2/5H38.1Q Q: ลบ.ม./วนาท, H: เมตร
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย H = ความลกของนาทไหลผานเหนอสนฝาย
θ = 90 o
Ce = 0.585 (เฉลย)
9.3.2 การคานวณปรมาณนาผานฝายสนคมสามเหลยม กรณ Submerged flow
Hager (1990) ศกษาการไหลกรณ Submerged flow ของฝายสนคมสามเหลยม โดยใชหลกการของ Villemonte สรปผลเปนกราฟความสมพนธของ S = H2 / H1
และ ψ = QS / Q ตามรปท 9-19 สมการทใชในการคานวณ
385.05.2s S1Q
Q
QS = ปรมาณนาไหลผานฝายกรณ Submerged flow (ม.3/วนาท) Q = ปรมาณนาไหลผานฝายกรณ Free flow (ม.3/วนาท) S = H2 / H1
9-23
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การใชกราฟ ตามรปท 9-19
1) คานวณคา Q จากสมการFree flow
2) หาคา S = H2 / H1 นาคา S ไปหาคา ψ จากกราฟ 3) แทนคา QS = ψ Q
รปท 9-19 กราฟใชประกอบการคานวณปรมาณนาไหลผานฝายสนคมสามเหลยม
กรณ Submerged Flow
9.4 ฝายสนคมรปสเหลยมคางหม (Trapezoidal sharp - crested weirs)
หลกการคานวณปรมาณนาผานฝายสนคมรปสเหลยมคางหม นนมาจากสวนตดของสามเหลยม ซงแสดงตามรปท 9-20โดยสวนทเปนสนคมตองลบมมนอยกวาหรอเทากบ 45 องศา
รปท 9-20 ลกษณะของฝายสนคมรปสเหลยมคางหม
9-24
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ฝายสนคมรปสเหลยมคางหมมาจากฝายสนคมรปสเหลยมและฝายสนคมรปสามเหลยมประกอบกน แสดงดงรปท 9-21
รปท 9-21 หลกการคานวณของฝายสนคมรปสเหลยมคางหม
สมการของฝายสนคมรปสเหลยมผนผา 2/31e h.b.g2
3
2.CQ
สมการฝายสนคมรปสามเหลยม 2/51e h.
2tan.g2
15
8.CQ
Q ฝายสนคมรปสเหลยมคางหม = Q ฝายสนคมรปสเหลยมผนผา + Q ฝายสนคมรปสามเหลยม
2/5
1e2/3
1e h2
tan.g215
8.Ch.b.g2
3
2.CQ
2/3
1ce h2
tanh5
4bg2
3
2CQ
Cipoletti (1886) ไดปรบปรงฝายสนคมรปสเหลยมผนผาแบบบบขาง เพอใหการไหลมการบบตวดานขางลดลง โดยปรบใหมรปรางเปนรปสเหลยมคางหมทดานขางมความลาดเอยง แนวตง: แนวราบ เทากบ 4:1 ดงนนจงมกเรยกฝายรปแบบนวา Cipoletti weir
รปท 9-22 ขอกาหนดพนฐานของ Cipoletti weir
9-25
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
สมการคานวณสาหรบ Cipoletti weir จะคลายกบฝายสเหลยมผนผาแบบบบขาง
2/31vd hbg2
3
2CCQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย, (ม3/วนาท) g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 เมตร/ (วนาท) 2 h1 = ความลกของนาทไหลผานฝาย, (ม.) b = ความกวางของสนฝาย, (ม.) Cd = คาสมประสทธของการไหล มคา = 0.63
Cv = คาสมประสทธของความเรวของกระแสนา หาไดจากกราฟจากรปท 9-7 กรณ
ฝายสนคมรปสเหลยมคางหมอนโลมใหใชกราฟของชองเปดสเหลยม หรอใชคา = 1.0 ถาไมตองการความละเอยดในการคานวณมากนก
ขดจากดทเพมเตมจากคณสมบตทวไป พจารณารปท 9-22 1. m60.0hm06.0 1
2. 5.0b/h c1
สตรทวไปของคานวณสาหรบ Cipoletti weir
1) เมอความเรวเฉลยกระแสนาหนาฝายนอยกวา 0.30 เมตร /วนาท
2/3HL859.1Q Q: ลบ.ม./วนาท, H: เมตร (หรอ h1)
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย H = ความลกของนาทไหลผานเหนอสนฝาย
L = ความกวางของสนฝาย (หรอคา b)
2) เมอความเรวเฉลยกระแสนาหนาฝายมากกวา 0.30 เมตร /วนาท ใหคด Velocity head หรอ ∆h = v2/2g ดวย
2/5)h5.1H(L859.1Q Q: ลบ.ม./วนาท, L, H: เมตร
9-26
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
9.5 Proportional Weirs or Sutro Weirs
เปนฝายทมคณสมบตแตกตางจากฝายสนคมรปแบบอน ๆ ทอตราการไหลจะเปนสดสวนตรงกบความลกการไหลเหนอสนฝาย (Head: h) เพราะคายกกาลงของ h ในสมการคานวณอตราการไหลของฝายชนดนทจะกลาวตอไปจะมคาเทากบ 1 (ในขณะทฝายสนคมรปสเหลยมผนผา h3/2, สามเหลยม h5/2 ฯลฯ) ทาใหงายในการควบคมอตราการไหล ฝายชนดนนาเสนอหลกการรปแบบในเชงทฤษฎโดย Stout ในป 1897 เรยก Linear Proportional Weir
และไดรบการพฒนาในเวลาตอมาหลายรปแบบ แตรปแบบทนยมใชงานนนพฒนาโดย Sutro ใน
ป 1908 ทาใหมกนยมเรยกฝายชนดนวา Sutro Weir ดงแสดงในรปท 9-23
รปท 9-23 ลกษณะรปรางและคณสมบตทวไปของ Proportional Weirs or Sutro Weir
สมการของสวนโคงพาราโบลคของฝาย a/ntan2
1b
x 1
c
พจารณานาไหลผานชองเปดใตแนว CD เปนรปสเหลยมผนผา กวาง bc สง a = h1-h0
gh2v , dhbdA c
dhgh2bdQ c
dhhg2bQ0h
1h
5.0c
5.10
5.1
1cer hhbg23
2CQ
พจารณานาไหลผานชองเปดทเปนสวนโคงเหนอแนว CD
nhg2v 0 , nxddA , 5.0ncx
nxdnhg2dQ 0
nxdnhg2CQ
5.00h
00ec
9-27
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การไหลรวมในชองเปดทง 2 สวน
0h
0
5.00
5.10
5.1
1cecr nxdnhhhb3
2g2CQQQ
เนองจากการคานวณมความยงยากมากจงขอนาผลสรปมาแสดง จะไดเปน
3/ahabnxdnhhhb3
21c
0h
0
5.00
5.10
5.1
1c
3/ahbga2CQ 1ce
ตารางท 9-2 คาสมประสทธของการไหล Ce ของ Sutro weir ทสมพนธกบคา a และ b หรอ bc
ในทางปฏบตจะพบวาการตรวจวดโดยใช Sutro weir นนจะทาไดงายมความสะดวกในการคานวณมาก เพราะวาเมอนาคาความลกของนาทไหลผานฝาย (h1) มาคณคาคงทของฝายกจะทราบปรมาณนาไหลผานฝายไดเลย โดยการปรบปรงสตรการคานวณตอไปน
ปรบปรงสตรการคานวณเปน
3/ahKQ 1
หรอ dhKQ
เมอ ce bga2CK จะเปนคาคงท เพราะ คา Ce, g=9.81, a, bc เปนคาคงท
3/ahh 1d
Sutro weir นยมใชมากในตางประเทศเพอวดปรมาณนาในคสงนา คระบายนาในระบบชลประทาน หรอใชในระบบบาบดนาเสยในโรงงาน ฯลฯ
9-28
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
9.6 ฝายสนคมรปพาราโบลค (Parabolic sharp - crested weirs)
เปนฝายทอาจจดในกลมทศกษาในเชงวชาการมากกวาการใชงานจรง ในทนนาเสนอใหเหนแนวคดและหลกการคานวณเทานน
รปท 9-24 คณสมบตทวไปของฝายสนคมรปพาราโบลค
fm22x
1h
0 1e dm.mhfm22.g2CQ
cos12
hm 1
d.sincos12
h.f22.g2CQ
0
22
1e
21e h.fg
2CQ
เมอ f = focus of parabolic, เมตร
h1 = ความลกของนาทไหลผานสนฝาย, เมตร
คา Ce หาไดจากตารางท 9-3 โดยจะสมพนธกบคา h1/f
ตารางท 9-3 คาสมประสทธของการไหล Ce ของฝายสนคมรปพาราโบลค
9-29
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
9.7 ฝายสนคมรปวงกลม (Circular sharp - crested weirs)
เปนฝายทอาจจดในกลมทศกษาในเชงวชาการมากกวาการใชงานจรง ในทนนาเสนอใหเหนแนวคดและหลกการคานวณเทานน
รปท 9-25 แสดงขอกาหนดทวไปของฝายสนคมรปวงกลม
รปท 9-26 รปดานหนาแสดงของการไหลผานฝายสนคมรปวงกลม
cossind22sindsinr2x cc
2c sind)cos1(rm
dcossind2dm c
9-30
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ดงนน
d)sindh()cossind2(g2CQ 2c1
2c
h
0e
ถา c
12
d
hk (มคา <1)
h
0
h
0
2242225.2ce d)sink(sind)sink(sindg24CQ
)sink1(andsinksin 22
2/
0
dE
2/
0
dK
2/
0
2/
0
4n
2
2/
0
2n
2
2n
dsin
k
1
1n
3nd
sin
k
k1
1n
2nsin
}K)kk32(E)kk1(2{dg215
4CQ 42425.2
ce
5.2cie
5.2ce dCdg2
15
4CQ
}K)kk32(E)kk1(2{ 4242
g215
4i
คา และ i ทขนอยกบคาของ c
1
d
h หาไดจาก ตารางท 9-4
9-31
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 9-4 คาของ ω และ Φi ทขนอยกบคาของ c
1
d
h
5.2cie
5.2ce dCdg2
15
4CQ
9-32
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
9.8 ฝายสนคมแบบผสม (Compound sharp - crested weirs)
เปนฝายทนารปแบบของฝายสนคมแบบตาง ๆ โดยเลอกคณสมบตทด มาปรบใชใหเหมาะสมกบลกษณะการไหลของนาในทางนา เชน ฝายสนคมรปสามเหลยมใชไดดกบความลกของนานอย ๆ หรออตราการไหลตา ตะกอนทไหลปนมากบนาไหลผานไปไดงาย ในขณะทฝายสนคมรปสเหลยมผนผาเหมาะกบอตราการไหลสง ๆ ดงนนหากเปนทางนาทมอตราการไหลหลายระดบคอตงแตนอยมากจนถงคาสงสดของความจทางนา หรอมตะกอนไหลปนมากบนามาก การใชฝายวดนารปแบบผสมของฝายรปสามเหลยมอยสวนลางกบฝายรปสเหลยมผนผาอยสวนบนกจะทาใหสามารถตรวจวดไดครอบคลมทกอตราการไหล และแกปญหาการเกดตะกอนตกจมหนาฝายวดนาเมออตราการไหลตา ๆ ได เปนตน
รปแบบของฝายสนคมแบบผสม (Compound sharp-crested weirs อาจเรยกเปน Combined sharp-crested weirs weir) นนมหลากหลาย แตทนยมสรางใชงานจะมรปแบบผสมระหวางฝายสนคมสามเหลยม และฝายสนคมสเหลยมผนผา ตามรปแบบของ USBR ดงแสดงในรปท 9-27
รปท 9-27 ฝายสนคมแบบผสมของฝายสามเหลยมและฝายสเหลยมผนผา
รปท 9-28 ฝายสนคมแบบผสมของฝายสามเหลยม 90 องศาและฝายสเหลยมผนผา จะมขอบเขตการไหลทบซอนกน (Transition zone)
9-33
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตวอยางลกษณะฝายแบบผสมทออกแบบโดย USBR แสดงในรปท 9-27 เปนฝายผสมระหวางฝายสนคมแบบผสมของฝายสามเหลยม 90 องศาและฝายสเหลยมผนผา คาระยะตางๆ ตองเปนไปตามหลกเกณฑของฝายสนคมทง 2 ชนด
B: ความกวางของทางนา คาตาสดไมนอยกวา 0.61 ม. (2 ฟต) b: ความกวางของชองฝายสเหลยมผนผา คาตาสดไมนอยกวา 0.305 ม. (1 ฟต) การไหลผานฝายหากระดบนาตากวาชองฝายสามเหลยมใหคานวณดวยสมการฝาย
สามเหลยม 90 องศาทไดอธบายมาแลว แตหากระดบนาอยสงกวาชองฝายสามเหลยม ลกษณะการไหลจะเปลยนไป อตราการไหลจะตองคดจาก 2 สวนดงน
อตราการไหลรวม ≈ อตราการไหลผานชองเปดรปสามเหลยม+ชองเปดรปสเหลยมผนผา
อตราการไหลรวมของฝายแบบผสมจะใกลเคยงกบอตราการไหลทคดแบบแยกสวนในกรณการไหลปกตของฝายแตละแบบ เพราะจะเกดการทบซอนกนของการไหล (Transition
zone) ทระดบ 0.8 ของความสงฝายสามเหลยม หรอ 0.8 d1 ถงระดบ 0.2 ของความลกสงสดนาทผานชองเปดของฝายสเหลยม หรอ 0.2 d2 ซงแสดงในรปท 9-28
ดงนนฝายประเภทนจงจาเปนตองมการ Calibrate เพอหาสมการการไหล และหาคาสมประสทธของการไหลทความลกแตละชวงของฝายแตละตวกอนเสมอจงจะใชตรวจวดไดถกตอง
ตวอยาง การคานวณทไดจากการ Calibrate ฝายแบบผสมรปท 9-27 เมอความลกการไหลอยในชวงระดบของฝายสเหลยมผนผาแลว
5.12
72.11
bh82.104.0h2.5Q
Q = อตราการไหล (ม.3/วนาท) h1 = ความลกของนาทไหลผานฝายสนคมรปสามเหลยม (ม.) h2 = ความลกของนาเหนอฝายสนคมรปสเหลยมผนผา (ม.) b = ความกวางของชองฝายสเหลยมผนผา (ม.)
9-34
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
9.9 ฝายสนคมรปสวนตดของรปสามเหลยม
(Truncated triangular sharp-crested weirs)
พจารณารปท 9-29 ลกษณะของ Truncated triangular sharp-crested
weirs นนเปนชองเปดเปนรปหาเหลยม ทเกดจากรปสามเหลยมสง h1 ทถกตดสวนมมทฐานทงสองขางออก ตามรป (a) สวนการไหลผานชองเปดรปหาเหลยมนนอาจแบงไดเปน 2 สวน คอ ในสวนของหนาตดรปสามเหลยมรปใหญมความสง h1 หกกบสวนของหนาตดรปสามเหลยมทถกตดออกสง h1-Hb ในรป (b)
รปท 9-29 ทมาของ Truncated triangular sharp-crested weirs
รปท 9-30 แสดงรปรางมตของ Truncated triangular sharp-crested weirs
การคานวณปรมาณนาไหลผาน Truncated triangular sharp-crested weirs
ถา h1 ≤ Hb ใชสมการ
5.21e h
2tang2
15
8CQ
ถา h1 > Hb ใชสมการ
5.2b1
5.21e Hhh
2tang2
15
8CQ
หรอ 5.2b1
5.21
b
ce Hhh
H
Bg2
15
4CQ
------------------------------------------------------------------------
บทท 10
ฝายวดนาประเภทฝายสนกวาง (Broad - Crested Weir)
บทท 10
ฝายวดนาประเภทฝายสนกวาง (Broad - Crested Weir)
ฝายสนกวางทเปนฝายวดนาทมสนฝายอยในแนวระนาบ และการกระจายแรงดนของนาบนสนฝายเปนแบบชลสถต (Hydrostatic pressure) กลาวคอ เหนอสนฝายไมมความเรงของการไหลเกดขน เสนสายธารการไหลของนาเปนแนวตรงและขนานไปกบสนฝาย ซงเปนลกษณะการไหลแบบวกฤต (Critical flow) เกอบตลอดแนวสนฝาย ใชวดปรมาณนาทไหลในทางนา โดยนยมตดตงไวทปากคลองสงนาหรอคสงนา เพอทจะชวยใหการควบคมปรมาณนาทาไดสะดวกยงขน
10.1 หลกการของฝายสนกวางโดย M.G. Bos
M.G. Bos (1984) ไดเสนอแนวคดในเชงอดมคตของการคานวณการไหลของนาผาน Broad-crested weir และ Long-throated flume โดยพจารณารปท 10-1 ซงเปนรปตวแทนของ Broad-crested weir และ Long-throated flume ทใชในการศกษาอตราการไหล โดยมคณสมบตพนฐาน 0.08 ≥H1/L ≥ 0.50 และมสมมตฐานวาไมเกดการสญเสยพลงงานเกดขนเมอมการไหลผานอาคาร
รปท 10-1 แสดงรปแบบทมลกษณะเฉพาะของ Broad-crested weir
และ Long-throated flume
10-2
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
g2/vyHg2/vhH 22111
หรอ 5.05.01 yHg2v
เมอ H1 = Total energy head ดานเหนอนา AvQ และ α = 1
5.01 yHg2AQ
การไหลในตาแหนง Critical flow
y = yc
และ c
c2c
B2
A
g2
v
หรอ 50.0
c
cc
B
A.gvv
จะไดวา 5.0c1c yHg2AQ (10.1)
ถา Broad-crested weir ชองเปดทนาไหลผานเปนรปสเหลยมผนผา
รปท 10-2 รปแสดงมตของ Rectangular control section
Ac = bc.yc และ Ac/Bc = yc
1c H3
2H
3
2y ……… (Rectangular control section)
1cc H3
2bA
แทนคา Ac และ yc ในสมการ (10.1)
จะได 5.11c
50.0
Hbg3
2
3
2Q
ในสภาพการไหลจรงตองมตวแปรคาความหนด ความปนปวนของการไหล ฯลฯ ททาใหอตราการไหลเปลยนไปจากคาในทางทฤษฎ ทแทนดวยคา สมประสทธของการไหล (Cd)
ดงอตราการไหลจะเปน 5.11c
50.0
d Hbg3
2
3
2CQ
10-3
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ในทางปฏบต การวดคา H1 ทตองคด Approach velocity (v12/2g) ทาไดยาก จง
วดเพยงคาความลกของของนาดานเหนอนา (h1) แทน ทาใหตองชดเชยดวยคาสมประสทธความเรวของการไหล (Cv)
ดงนนอตราการไหลจะเปน 5.11c
50.0
vd hbg3
2
3
2CCQ
โดยท U
1
1v
h
HC
U เปนคายกกาลงของ h1 ในสมการมาตรฐานของฝาย Q = CLh1U
U = 1.5 สาหรบหนาตดการไหลของรปสเหลยม
U = 2.0 สาหรบหนาตดการไหลของรป Parabolic
U = 2.5 สาหรบหนาตดการไหลของรปสามเหลยม
คา Cv นนอาจหาไดจากกราฟในรปท 10-3 (รปเดยวกบรปท 9–7) โดยจะสมพนธกบคา 1
*d1 A/AC ... (ใหคาสมประสทธของความเรว α1 = 1)
A* = พนทหนาตดการไหลทไหลผานตวอาคารวดนา y = h1
A1 = พนทหนาตดการไหลในทางนาทจดวดระดบนา y = h1+p1
A* = wetted area at control section if water depth equals y = h1 A1 = wetted area at head measurement station
รปท 10-3 คา Cv ทสมพนธกบคาของอตราสวนพนท A/AC *d1
10-4
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.2 หลกการของฝายสนกวางรปสเหลยมผนผา
Woodburn (1930) ไดศกษาฝายสนกวางรปฝายสเหลยมผนผาพบเงอนไขและขอกาหนดดานอน ๆ เมอ H1 เปนความลกนาดานเหนอนาของฝาย และ L เปนความกวางของสนฝายในแนวทศนาไหล (พจารณารปท 10 - 4) ดงน
รปท 10-4 ลกษณะการไหลผานฝายสนกวาง
ลกษณะการไหลผานฝายสนกวางเปนแบบ Critical flow เกอบตลอดแนว L
เมอ 50.0L1H
07.0 การไหลจะเปนแบบชลสถตอยางแทจรง
ถา 07.0L1H ตองนาคาของพลงงานทสญเสยไปบนสนฝายมาคดดวย เพราะ
การไหลจะมลกษณะเปน Subcritical flow มลกษณะเปนระลอกคลน
ถา 50.0L1H เสนสายธารบนสนฝายจะมการโคงตวมาก (มลกษณะคลายการ
ไหลผานฝายสนสน) ทาใหความดนของนาบนสนฝายไมเปนแบบชลสถตอยางแทจรง
10.2.1 การวเคราะหฝายสนกวางในทางทฤษฏกรณการไหลแบบ Free flow
การไหลผานฝายสนกวางรปสเหลยมผนผาในทางน ารปสเหลยมผนผา เมอ b = ความยาวของฝายสนกวาง
cc11 VAVAQ
cc y.bA
cc y.gV
ดงนน 2/3ccc ygby.gy.bQ
10-5
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
cc E3
2y
cc
2c
1
21 Ey
g2
VH
g2
V
1
21
c Hg2
VE
ดงนน
g2
VH
3
2y
21
1c
แทนคา 2/3
21
12/3
cg2
VH
3
2gbygbQ
เมอ g2
V21 มคานอยมาก,
2/3
1H3
2gbQ
2/31t Hb705.1Q
แตการไหลทเกดขนจรง (Qactual หรอ Qa) นนจากการทดลองพบวา
2/31
2/31da CbHHbC705.1Q
โดยท C = 1.705Cd และ C จะมคาระหวาง 1.40 ถง 2.10 แตสวนใหญคาจะอยในชวง 1.66
หลกการพนฐานของฝายสนกวางสเหลยมผนผาดงกลาวเปนการไหลแบบ Free flow
โดยเมอคาเปรยบเทยบระดบดานทายนากบดานเหนอนา 66.0H/H 1D ใหถอเปนการไหลแบบ Free flow
10.2.2 ความสงนอยทสดของฝายสนกวาง (P)
จากหลกการไหลผานฝายสนกวางเปนแบบ Critical flow ทจะเกด Critical
depth เหนอสนฝาย และโดยทวไปเราจะรคาสาคญของทางนาทออกแบบไว เชน Qmax, Vmax,
ymax ดงนนการกาหนดความสงของฝายสนกวาง (P) จงพจารณาจาก
Pyg2
VY
g2
Vc
2c
1
21
เมอ cc2
2
c1
1 y.gVb.g
Qy
A
QV
10-6
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.3 รปแบบของฝายวดนาประเภทฝายสนกวาง
จากปญหาขอจากดของฝายสนคมทมขอกาหนดในเรองรปรางและขนาดมตทเหมาะกบการตรวจวดในทางนาขนาดเลก และการสรางสนฝายดวยแผนโลหะบางๆ ทมสวนสนคมทไมทนทานเสยหายปดงอหรอผกรอนไดงาย จงไดมการพฒนาเปนฝายวดนาสนกวางขนมาเพอแกปญหาดงกลาว รวมทงเปนการสรางนวตกรรมใหมๆ ดวย โดยอาจแบงฝายวดนาสนกวางไดเปน 3 กลมใหญ ๆ คอ
10.3.1 ฝายสนกวางแบบฝายแขง เปนรปแบบฝายสนกวางรปแบบมาตรฐานดงเดม อาจออกแบบไดหลายรปแบบ ไดแก
1) ฝายสนกวางรปสเหลยมผนผา (Rectangular broad crested weir)
2) ฝายสนกวางรปสเหลยมผนผาทด านเหนอน ามนเปนสวนโคงวงกลม (Round-nose broad crested weir)
3) ฝายสนกวางรปสามเหลยม (Triangular broad crested weir)
10.3.2 ฝายสนกวางทพฒนาจากฝายสนคม โดยการตดแผนโลหะแนวราบทมความกวางทเหมาะสมบนตาแหนงทเปนสนคมของชองเปดฝาย ฝายวดนากลมนจะมรปรางชองเปดเชนเดยวกบฝายสนคมทกลาวมาแลว ไดแก Rectangular, Parabolic, Triangular, Truncated
triangular, Trapezoidal, Circular เปนตน 10.3.3 ฝายสนกวางรปแบบพเศษ ถาเปนฝายรปแบบใหมมกพฒนาขนมาเพอแกปญหาขอจากดทยงคงมอย หรอเพอสรางนวตกรรมใหม ๆ หรอมรปแบบทสรางงาย ไดแก Ramijn
movable, Faiyum weir เปนตน
10.4 ฝายสนกวางแบบฝายแขง
10.4.1 ฝายสนกวางรปสเหลยมผนผา (Rectangular broad crested weir)
10.4.1.1 รปแบบมาตรฐานของฝายสนกวางรปสเหลยมผนผา
10-7
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 10-5 แสดงรปแบบมาตรฐานของฝายสนกวางรปสเหลยมผนผา
เปนฝายสเหลยมผนผาทสนฝายอยในแนวราบ ดานหนาของฝายอยในแนวดงและเรยบ จงอาจเรยก ฝายสนกวางสเหลยมผนผาขอบคม
ตวฝายควรตดตงในทางนารปสเหลยมผนผา และตงฉากกบทศทางนาไหล การวดระดบนาดานเหนอนา วดทระยะ 2 – 3 เทาของความสงของระดบนาสงสดท
ไหลผานสนฝาย
พฤตกรรมการไหลของนาบนสนฝายขนกบคาสดสวนของความลกของนาเหนอสนฝาย (h1) และความกวางของสนฝาย (L) ซงแบงไดเปน 4 ลกษณะ คอ
1) 08.0L
h1 การไหลจะอยในภาวะใตวกฤต (Subcritical flow) ซงไม
สามารถใชฝายเปนอาคารวดอตราการไหลของนาได เพราะการไหลจะคลายระลอกคลน
2) 33.0L
h08.0 1 ถอเปนการไหลของฝายสนกวางทเปนการไหลในภาวะ
วกฤต (Critical flow) ทเสนสายธารบนสนฝายขนานกน คาสมประสทธการไหลมคาคงท
3) 8.1to5.1L
h33.0 1 ลกษณะการไหลเสนสายธารเหนอสนฝายจะไม
ขนานกนแตจะมความโคงคลายการไหลของฝายสนคม
4) 5.1L
h1 การไหลของนาเหนอสนฝายกบนาดานทายฝายจะมการแยกตว
เปนสภาวะการไหลแบบอสระ คลายการไหลบนฝายสนคมแตยงไมมความมนคง แล ะถา
0.3L
h1 การแยกตวจะเกดขนสมบรณ ดงเชนการไหลของฝายสนคม และสภาวะการไหลมความ
มนคงแนนอน และจะเกดความดนใตแผนนา (Nappe) เหมอนกรณฝายสนคมทตองตดตงทอระบายอากาศเพอใหสภาพสญญากาศหมดไป
10-8
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
จากสภาพการไหลทง 4 ลกษณะขางตนจะเปนการไหลแบบ Free flow ภายใตขอกาหนดตอไปน
เมอ p1 คอความสงของฝาย และ h2 เปนความลกของนาดานทายฝาย
กรณ 33.0L
h08.0 1 คา 66.0
h
h
1
2
กรณ 5.1L
h1 คา 38.0h
h
1
2
กรณ L
h1 มากกวาชวง 5.1L
h33.0 1 คา 35.0
ph
h
11
1
10.4.1.2 การคานวณปรมาณนาไหลผานฝายสนกวางรปสเหลยมผนผาขอบคม
ก. การไหลแบบ Free flow
รปท 10 - 6 แสดงการไหลผานฝายสนกวางรปสเหลยมผนผา
พจารณา รปท 10 - 6 สมการพลงงานทจด (1) และจด (2) 21 EE
2
222
1
211 Z
g2
VPZ
g2
VP
P1=P2 เปนความดนบรรยากาศ และ V เขาใกล 0 ท Z1 = h1
ดงนน 2
22
1 hg2
V0h00
21 hhg2V
1bhA
211 hhg2bhQ
เมอการไหลเปนแบบ Critical flow 112 h3
2E
3
2h
3
hg2h
3
2bQ 1
1
10-9
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2/31
h.g3
2
3
2BQ
2/31vdr h.g
3
2
3
2bCCQ
2/31vdr h.bCC705.1Q
เมอ g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก = 9.81 ม./ (วนาท) 2 b = ความยาวของสนฝาย (ม.) h1 = ความลกนาดานเหนอนาทตาแหนงตรวจวดถงสนฝาย (ม.)
Cv = คาสมประสทธของความเรวของกระแสนาทใชปรบแกอตราการไหลทเกดจากเฮดของความเรวในทางน า เขา สฝาย หาไดจากกราฟใน รปท 10-3 โดยใชคา
ความสมพนธของ 1
*
dA
AC เมอ A* เปนพนทหนาตดของชองเปดเหนอสนฝาย
และ A1 เปนพนทหนาตดทางนาดานหนาฝาย ในกรณนใหใชเสนกราฟชองเปดรปสเหลยมผนผา (Rectangular control) หากไมตองการคาทละเอยดมากอาจใช Cv = 1
Cd = คาสมประสทธของการไหล
ก. ภายใตเงอนไขการไหล 5.1L
h33.0 1 และ 35.0
ph
h
11
1
Cd มคาเฉลย = 0.848
ข. กรณไมเปนตามภายใตเงอนไข ก. ขางตน ตองปรบแกคา Cd ทมคา 0.848 ดวยคา Xc ทสมพนธกบคา Coefficient correction factor F ซงหาได จากกราฟในรปท 10-7 โดย F เปนคาทขนกบความสมพนธของ
L
h1 และ
11
1
ph
h
ใหนาคา F ไปคานวณคาปรบแก Xc จากสมการตอไปน
percent8F10Xc
ในกรณทไมคด Cv และ 35.0ph
h
11
1
Cd หาไดจากกราฟรปท 10 - 8
10-10
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 10-7 คาปรบแก F ซงอยในฟงชนของ h1 / L และ h1 / (h1+p1)
สาหรบฝายสนกวางหนาตดสเหลยมผนผา
รปท 10-8 กราฟคา Cd ซงสมพนธกบคาของ Factor F และ h1 / L
เมอไมคด Cv และ h1 / (h1+p1) ≤ 0.35
10-11
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.4.1.3 ผลการศกษาของ King และ Brater
การศกษาทดลองเกยวกบฝายสนกวางนนทาโดยนกชลศาสตรและหนวยงานตางๆ เชน Blackwell, Bazin, Woodburn, U.S. Deep Waterway Board , U.S. Geological
Survey เปนตนโดยจะศกษาภายใตเงอนไขตวแปรเฉพาะทแตละบคคลหรอหนวยงานกาหนด ซงตอมา King และ Brater (1953) ไดนาผลการศกษาของนกชลศาสตรและหนวยงานดงกลาวมาประมวลใหม โดยไดคานวณคาสมประสทธของการไหล (C) ทสมพนธกบคา Head ของนาเหนอสนฝาย (h1) และคาความกวางของสนฝาย (L หรอ Breadth of crest of weir ในตาราง) ขนมา
เพอใหสะดวกในการคานวณยงขนเพอใชกบกบสมการ 2/31
LhCQ ซงคาทแปลงใหมมา
จาก
g2mC เมอ m กคอ Cd นนเอง ดงแสดงในตารางท 10-1
ตารางท 10-1 คา C ใชกบสมการ Q = CLh13/2 สาหรบฝายสนกวางสเหลยมผนผาขอบคม
10.4.1.4 ขอจากดของฝายสนกวางรปสเหลยมผนผาขอบคม
1) คา h1 ตาสดเทากบ 0.06 เมตร หรอ 0.08L แลวแตวาคาไหนจะมากกวา
2) คาสงสดของ 11
1
ph
h
เทากบ 0.60 โดยท p1 ตองไมนอยกวา 0.15 เมตร
3) L
h1 ไมควรนอยกวา 0.08 และไมควรเกน 1.50 และถามคา Cv มาเกยวของกบคา Cd
และคา 11
1
ph
h
มคามากกวา 0.35 แลว คา Cd จะแปรไปตามคาของ
L
h1 ในชวงทมคาไมมากกวา
0.85 หรอ
85.0
L
h1
4) ความยาวของสนฝาย b หรอ bc ตองไมนอยกวา 0.30 เมตร หรอไมนอยกวา max1H
หรอไมนอยกวา 5
L
10-12
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
5) ถา 33.0L
h1 จะตองตอทอระบายอากาศออกจากใตสนฝายดานทายนา หรอใต
Nappe เพอปองกนการเกดสญญากาศท จะทาใหเกดความผดพลาดในการวดคา
ข. การไหลกรณ Submerged flow
จากหลกการพนฐานของฝายสนกวางสเหลยมผนผาทกลาวขางตนเปนกรณการไหลแบบ Free flow สวนการไหลทเปน Submerged flow นน หาคา Submerged
factor (Cs/Cf) ซงจะสมพนธกบคา Submergence ratio (h2/h1) ซงหาได จากกราฟในรปท 10–9 (กราฟเสนท 2 จากดานขวามอ) โดยการไหลจะเปน Submerged flow เมอ
66.0h/h 12
Cs = สมประสทธการไหลกรณ Submerged flow
Cf = สมประสทธการไหลกรณ Free flow h2 = ระดบนาดานทายนา h1 = ระดบนาดานเหนอนา
ในการคานวณการไหลกรณ Submerged flow (Qs) ใหคานวณอตราการไหลดวยสมการในกรณการไหลแบบ Free flow (Qf) แลวคณดวยคา Submerged factor
(Cs/Cf) หรอ Qs = Qf. (Cs/Cf)
รปท 10–9 กราฟ Submerged factor (Cs/Cf) ซงสมพนธกบคา Submergence ratio
(h2/h1) กรณฝายสนกวางรปสเหลยมเปนเสนกราฟเสนท 2 จากดานขวามอ
10-13
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.4.2 ฝายสนกวางรปสเหลยมผนผาทดานเหนอนามนเปนสวนโคงวงกลม (Round-Nose Broad Crested Weir)
ฝายสนกวางรปสเหลยมผนผาทดานเหนอนามนเปนสวนโคงวงกลม เปนฝายทมลกษณะคลายฝายสนกวางรปสเหลยมผนผาทกลาวมาแลว แตสนฝายดานเหนอนาจะมลกษณะเปนสวนโคงของวงกลม รศมนอยทสด r = 0.11 H1max และคา r ททาใหการออกแบบประหยดทสดคอ r = 0.2 H1max ความยาวของสนฝาย (b หรอ bc) ไมนอยกวา 1.45 H1max ตาแหนงของจดวดนาดานเหนอนาระยะ 2-3 เทาของ H1max ดงแสดงในรปท 10–10
รปท 10-10 แสดงฝายสนกวางรปสเหลยมผนผาทดานเหนอนามนเปนสวนโคงวงกลม
10.4.2.1 การคานวณปรมาณนาไหลผานฝายสนกวางรปสเหลยมผนผาทดานเหนอนามนเปนสวนโคงวงกลม ใชสตรมาตรฐานของฝายสนกวาง
2/3
1cvd hbg3
2
3
2CCQ
ม.3/วนาท
g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก = 9.81 ม. / (วนาท) 2 bc = ความยาวของสนฝาย (ม.) h1 = ความสงของนาดานเหนอนา (สนฝายถงผวนา) (ม.)
10-14
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Cv = คาสมประสทธของความเรวของกระแสนา หาไดจากกราฟในรปท 10-3 ซงเปน ความสมพนธของ
1
*
dA
AC เมอ A* เปนพนทหนาตดของชองฝาย และ A1 เปน
พนทหนาตดทางนาดานหนาฝาย
Cd = คาสมประสทธของการไหล
L
h10.093.0C 1
d
10.4.2.2 คาปรบแกความผดพลาดของ Cd
เปนคาความผดพลาดททาใหคา Cd คลาดเคลอนไปจากทควรจะเปน อาจมสาเหตสภาพของอาคาร จากการกอสรางและหรอการบารงรกษาทไมดพอ การตรวจวดอานคาไมละเอยด เปนตน หาไดจากสมการ
percent455.0L
h3X
5.1
1c
10.4.2.3 Modular Limit
หมายถงขดจากดของการไหลทยงคงสภาวะ Free flow อยแมวาระดบนาดานทายจะสงกวาระดบสนฝาย จะขนอยกบคาเปรยบเทยบของระดบนาดานทายนา (H2) กบระดบนาดานเหนอนา (H1) หรอ Submergence ratio H2/H1 อกนยหนงคาขดจากดดงกลาวกคอ คา H2 สงสดทจะยอมใหเกดขนได ซงจะทาใหการใชสมการการคานวณการไหลแบบ Free flow นนยงถกตอง ซงหาไดจากกราฟในรปท 10-11 ซงขนกบความสมพนธของ H1/p2 และ H2 /H1 โดยมลกษณะของทายฝาย 2 ลกษณะ คอ กรณดานทายเปนลาดไมเกน 1: 6 กบกรณดานทายเปนแนวดง
H1 เปนระดบนาดานเหนอนาวดจากสนฝาย (เมตร) H2 เปนระดบนาดานทายนาวดจากสนฝาย (เมตร) p1 เปนความสงของฝายทดานเหนอนา (เมตร) p2 เปนความสงของฝายทดานทายนา (เมตร)
10-15
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 10 - 11 กราฟ Modular limit H2 /H1 ทสมพนธกบคาของ H1/p2
10.4.2.4 ผลการศกษาของ King และ Brater
เชนเดยวกบกรณของฝายสนกวางสเหลยมผนผาขอบคม King และ Brater (1953) ไดนาผลการศกษาเกยวกบฝายสนกวางสเหลยมผนผาขอบดานหนามน ท นกชลศาสตรและหนวยงานไดศกษาไว มารวบรวมประมวลใหม ไดคาสมประสทธของการไหล (C) ทสมพนธกบคา Head ของนาเหนอสนฝาย (h1) คาความกวางของสนฝาย (L) และรศมความโคงมนดานหนา
ฝาย ขนมาเพอใหสะดวกในการคานวณยงขนเพอใชกบกบสมการ 2/31
LhCQ ดงแสดงใน
ตารางท 10-2
ตารางท 10-2 คา C ใชกบสมการ Q = CLh13/2 ของฝายสนกวางสเหลยมผนผาขอบดานหนามน
10-16
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.4.2.5 ขอจากดทวไปของฝายสนกวางรปสเหลยมผนผาทดานเหนอนามนเปนสวนโคงวงกลม
1) คา H1 ตาสด 0.060 เมตร หรอ 0.05L แลวแตวาคาไหนจะมากกวา
2) ความยาวของสนฝาย b ตองไมนอยกวา 0.30 เมตร หรอไมนอยกวา max1H หรอไมนอย
กวา 5
L
3) คา L
H1 จะมคาระหวาง 0.08 ถง 0.7
10.4.3 ฝายสนกวางรปสามเหลยม (Triangular or V-Shaped Broad Crested Weir)
รปท 10 - 12 แสดงลกษณะของฝายสนกวางรปสามเหลยม
ฝายสนกวางรปสามเหลยม เปนฝายวดนาทมลกษณะพเศษเฉพาะตวคอเปนฝายทรวมขอดของฝายสนกวาง (Broad-crested weir) และฝายสนคมรปตวว (V- notch weir) เขา
ดวยกนโดยตวฝายมลกษณะเหมอนดงเชนฝายสนกวางรปสเหลยมทสนฝายดานเหนอนามนเปนสวนโคงของวงกลม แตแนวสนฝายจะเปนลาดจากขอบดานขางลงสกงกลางฝาย หรอรปตว V ทามม ซงจะมขอดท ฝายเปนชองเปดกวางทนาผานไดมาก สนฝายรปสามเหลยมทาใหวดปรมาณนาปรมาณนอยๆ ไดถกตองยงขน โดยนาทไหลผานสนฝายนจะมความลกวกฤต (Critical
depth): Yc = 0.80H1 ทาใหคา Submergence มคาสงประมาณ 0.95 ซงอาจกลาวไดวาการไหลผานฝายสนกวางรปสามเหลยมเปนการไหลแบบ Free flow
10-17
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.4.3.1 ขอกาหนดทวไปของรปรางลกษณะของฝายสนกวางรปสามเหลยม
รศมความโคงของขอบสนฝายดานเหนอนานอยทสด rmin = 0.11H1max และกรณคานงถงความประหยดในการสรางใช r = 0.20 H1max
ความกวางของสนฝาย (L) ไมนอยกวา 1.75 เทาของระดบนาสงสดดานเหนอนา (L >1.75 H1max)
การวดระดบนาดานเหนอนาวดทระยะ 2–3 เทาของ H1max จากหนาฝาย หนาตดทางนาเปนรปสเหลยมผนผา
10.4.3.2 รปแบบการไหลของปรมาณนาผานฝายสนกวางรปสามเหลยม
ถาระดบนา เหนอสนฝายเทากบระดบขอบสนฝายดานขางหรอเตมหนาตดรปสามเหลยมพอด จะเปน Full discharge แตโอกาสของการเกดการไหลทเกดจรงจะเปน 2 รปแบบ คอ ระดบนาตากวาระดบ Full และ สงกวาระดบ Full
1) “Less – than – full” ระดบนาเหนอสนฝายตากวาระดบ Full โดยจะไมทวมถงสวนสงสดของลาดสนฝายทชนกบกาแพงดานขางของฝาย หรอนาไมทวมสนฝายทงหมด หนาตดการไหลจะเปนรปสามเหลยม
2) “Over – full” ระดบนาเหนอสนฝายสงกวาระดบ Full โดยจะทวมเหนอสนฝายสงกวาระดบขอบลาดของสนฝายทชนกาแพงขาง หนาตดการไหลจะเปนรปสวนตดของรปสามเหลยม (รปสามเหลยมทตดพนทในสวนมมบรเวณฐานออก) ทเรยก Truncated triangular
control section
รปท 10 - 13 รปแบบการไหลของปรมาณนาผานฝายสนกวางรปสามเหลยม
การไหลในชวง Less – than – full; Yc = 0.80H1
การไหลทตาแหนง full ; Hb = 0.80H1 หรอ H1 = 1.25Hb
เมอ Hb เปนความแตกตางของระดบสนฝาย จากจดตาสดทเปนจดยอดของมม ท
กงกลางฝายกบระดบสงสดของสนฝายทตดกาแพงขาง โดยท 2
CotB2
1H cb
10-18
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.4.3.3 การคานวณปรมาณนาไหลผานฝายสนกวางรปสามเหลยม
1) กรณ “Less – than – full” b1 H25.1H
5.21vd H
2tang
5
2
25
16CCQ
ม.3/วนาท
g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก = 9.81 ม./ (วนาท) 2 b = ความยาวของสนฝาย (ม.)
H1 หรอ h1 = ความสงของนาดานเหนอนา (สนฝายถงผวนา) (ม.) Cd = คาสมประสทธของการไหล หาไดจากกราฟจากรปท 10-14 ซงขนกบ อตราสวนของ H1/L
Cv = คาสมประสทธของความเรวของกระแสนา หาไดจากกราฟในรปท 10-3 ซง
เปนความสมพนธในรปของ )PH(B
2tanH
CA
AC
11
21
d1
*
d
เมอ A* เปน
พนทหนาตดของชองฝาย และ A1 เปนพนทหนาตดทางนาดานหนาฝาย
2) กรณ “Over – full” b1 H25.1H
50.1b
1vd2
HHBg
3
2
3
2CCQ
Cd = คาสมประสทธของการไหล หาไดจากกราฟจากรปท 10-14 เหมอนกรณแรก ซงขนกบอตราสวนของ H1/L ทไมควรมากกวา 0.50 เพราะหาก
50.0L
H1 จะเกดสภาพสญญากาศเกดขนใต Nappe ทจะวดการไหลได
ไมถกตอง จาเปนตองระบายอากาศออกสบรรยากาศ
Cv = คาสมประสทธของความเรวของกระแสนา หาไดจากกราฟในรปท 10-3 ซง
เปนความสมพนธในรปของ )ph(
2
Hh
CA
AC
11
b1
d1
*
d
เมอ A*เปน
พนทหนาตดของชองฝาย และ A1 เปนพนทหนาตดทางนาดานหนาฝาย
10-19
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 10-14 กราฟคาของ Cd ทสมพนธกบคาของ H1/L สาหรบฝายสนกวาง และ Long-throated flume ทกรปรางทกขนาด (Bos 1984)
10.4.3.4 คาปรบแกความผดพลาดของ Cd
ในการคานวณคาสมประสทธของการไหลของฝายสนกวางรปสามเหลยมนน จะเกดความผดพลาดทเปนผลมาจากการกอสราง การตรวจวดอานคาเกดขน ซงคาความผดพลาดทตองนาไปชดเชยหาไดจากสมการ
percent45.155.0L
1H3cX
10-20
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.4.3.5 Modular limit
ก. กรณ Less-than-full
Modular limit ในทนหมายถงขดจากดของการไหลแบบ Free flow ทมผลจาก Submergence ratio H2/H1 ทจะทาใหการไหลเปน Submerged flow สาหรบฝายสนกวางรปสามเหลยมในกรณ Less-than-full จะเกดในชวงท H2/H1 ≥ 0.8 ซงทาใหการไหลในกรณคานวณดวยสตรการไหลแบบ Free flow นนมคาลดลง ดวยคา Factor f ทมคาไมเกน 1%
เทานน ซงสามารถหาไดจากกราฟในรปท 10-15 ในการจะลดขอจากดสวนนทาไดโดยการสรางตอดานทายฝายออกไปใหเปนลาด 1: 6
รปท 10-15 คา Factor f ททาใหอตราการไหลของฝายสนกวางรปสามเหลยม
ลดลงเนองจากผลของ Submergence ratio H2/H1 มคาไมเกน 1%
ข. กรณ Over-full
ในกรณ Over- full นยงไมมรายงานการศกษาทแนชด ใหพจารณาเปรยบเทยบจากขอมลการศกษาอนๆ มาประยกตใช เชน ถา H2/H1 ≤ 0.8 ถอวาการไหลเปนแบบ Free flow
เปนตน
10.4.3.6 ขอจากดของฝายสนกวางรปสามเหลยม
o h1 นอยทสดททาใหการตรวจวดถกตอง เทากน 0.06 ม. หรอ 0.07 L
o มม θ ของสนฝายตองไมนอยกวา 30 องศา o H1/p1 มคาสงสดเทากบ 3.0 และ p1 ไมนอยกวา 0.15 ม. o H1/L ตองไมนอยกวา 0.50
o Bc ตองไมนอยกวา L/5
10-21
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.4.3.7 งานวจยคณสมบตทางดานชลศาสตรทดทสด ของฝายสนกวางรปตวว
กญญา อนเกลยง, ปรญญา กมลสนธ และสมเกยรต อภพฒนวศว (2539) นกวจยจากกลมงานชลศาสตร สวนวจยและพฒนาดานวศวกรรม สานกวจยและพฒนา กรมชลประทาน
ไดศกษาเพอหาคณสมบตทางดานชลศาสตรทดทสดของฝายสนกวางรปตวว ททาใหอตราการไหลผานฝายสงสด มการสญเสยพลงงานนอยทสดตลอดจนชวงการวดปรมาณนามากทสด และมความแมนยามากทสดดวย
การศกษาทาโดยการเปลยนรปแบบของฝายสนกวางตางๆ ดงนคอเปลยนขนาดมม รปตววเปน 90, 120, 150 และ 180 องศา เปลยนความหนาของสนฝาย (L) = 45, 30 และ15 ซ.ม. และเปลยนรศมความโคงดานหนาของสนฝาย (Rounding Radius, R) = 0, 1, 3 และ 5 ซ.ม.เพอหารปแบบฝายสนฝายกวางรปตววทเหมาะสมพรอมทงหาสตรการไหลของนาผานฝายทงกรณ การไหลแบบอสระ (Free Flow) และการไหลเปนแบบจม (Submerge Flow)
ผลการศกษาพบวาฝายสนกวางรปตววขนาดมม = 120 องศา ความหนาสน (L) = 30 ซ.ม. และ รศมความโคงดานหนาของสนฝาย (R) = 3 ซ.ม. เปนฝายทมลกษณะทางชลศาสตรทดทสด ทงกรณการไหลแบบอสระและกรณการไหลแบบจม คอใหคาสมประสทธการไหลมากทสด (Cd) = 0.877 สาหรบการไหลแบบอสระ และ Cd = 0.797 สาหรบการไหลแบบจม ซงคา Cd มากทสด ทาใหการไหลมอตราการไหล (Q) ผานฝายสงสด
10.5 ฝายสนกวางทพฒนาจากฝายสนคม
เปนผลจากการศกษาของ M.G. Bos ทกลาวในหวขอ 10.1 โดยปรบปรงฝายสนคมใหเปนฝายสนกวางทมรปรางหนาตดของสนฝายเหมอนเชนรปรางของฝายสนคมรปรางตางๆ (แตใหมสวนของสนฝายมความกวาง) อาจสรางในลกษณะฝายทบเตมขนาดความกวางของสน หรอตดตงแผนเพลตกบสวนสนของชองฝายทมรปแบบของฝายสนคมเดม โดยทใหมความกวางของสนฝายเปนไปตามคณสมบตพนฐาน 0.08 ≥H1/L ≥ 0.50 สนฝายดานเหนอนามกมนเปนสวนโคงของวงกลม
ฝายชนดนจะเปนการนาเสนอในเชงแนวความคดเสยมากกวาการใชงานจรง เพราะยงไมผลการศกษาคาสมประสทธของการไหล (Cd) ของฝายแตละรปแบบ แตเหนวาเปนแนวความคดทด เพราะจะใชแกปญหาฝายสนคมทมจดออนทสนฝายมความบางมาก จะเกดการเสยหายผกรอน
10-22
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
หรอคดงอเสยรปทรงไดงาย ทาใหการตรวจวดเกดการผดพลาด กสามารถใชหลกการของฝายสนกวางในหวขอนมาปรบปรงตดตงแผนเพลตใหเปนฝายสนกวางกจะสามารถใชประโยชนไดตอไป สวนคา Cd กสามารถสอบเทยบได ในทนจะนาเสนอลกษณะสรป เฉพาะรปแบบของฝาย สตรคานวณอตราการไหล และคาเกยวของทสาคญเทานน ไมลงลกถงรายละเอยด
10.5.1 ฝายสนกวางทมหนาตดรปสเหลยมผนผา Broad-crested weir with rectangular control section
รปท10–16 มตของ Rectangular control section
ccc ybA
c
2
y2
1
g2
v
1c H3
2y
50.11cvd hbg
3
2
3
2CCQ
10.5.2 ฝายสนกวางทมหนาตดรปสามเหลยม Broad-crested weir with triangular control section
รปท 10–17 มตของ Triangular control section
2tanyA
2cc
;
2tany2B cc
c
2
y4
1
g2
v
1c H5
4y
50.21vd htang
5
2
25
16CCQ
10-23
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.5.3 ฝายสนกวางทมหนาตดรปสวนของรปสามเหลยม Broad-crested weir with truncated triangular control section
รปท 10–18 มตของ Truncated triangular
control section
กรณท H1 ≤ 1.25Hb มคณสมบตตามขอ 10.5.2
กรณท H1 ≥ 1.25Hb
bccc
bcc2
bc
HB2
1yb
HyB2
tanHA
bcc
c2
H4
1y
2
1
B2
A
g2
v
b1c H6
1H
3
2y
50.1
b1cvd H2
1hg
3
2
3
2BCCQ
10.5.2 ฝายสนกวางทมหนาตดรปพาราโบลค Broad-crested weir with parabolic control section
รปท 10–19 มตของ Parabolic control section
ccc yB3
2A ; cc yf2B
cc
c2
y3
1
B2
A
g2
v
1c H4
3y
0.21vd hg.f
4
3CCQ
10-24
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.5.5 ฝายสนกวางทมหนาตดรปสเหลยมคางหม Broad-crested weir with trapezoidal control section
รปท 10–20 มตของTrapezoidal control section
2
ccccc yzycA
cccc yz2bB
ccc
2cccc
c
c2
yz4b2
yzyb
B2
A
g2
v
c12
ccccd yHg2yzybCQ
yc/H1 เปนคาทขนกบคาของ zc และ H1/bc ***หาไดจากตารางท 10 - 1
H1 = h1+v12/2g หรอ h1 = H1- v1
2/2g
ถาไมคด Approach velocity head (v12/2g) จะได H1 = h1
เมอรคา h1 ซงเราสามารถวดได จะหาคา yc โดยเทยบคาจากตารางท 10 - 3
ถาคด Approach velocity head (v12/2g)
เรารคา h1 เพราะสามารถวดได แตจะรคา H1 นนจะตองหาคา v12/2g กอน
10-25
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.5.6 ฝายสนกวางทมหนาตดรปวงกลม Broad-crested weir with circular control section
รปท 10–21 มตของ Circular control section
sind8
1A 2
cc
2sindB cc
4sind
2cos1
2
dy 2
cc
c
2sin16
sind
B2
A
g2
v c
c
c2
g2
vyHH
2c
c1 ;
2sin16
sin
4sin
gd2
v
d
y
d
H 2
c
2c
c
c
c
1
จากคณสมบตของฝายสนกวาง 5.0c1cd yHg2ACQ
แปลงสมการเปน
c
c
c
150.2c2
c
cd
d
y
d
Hg2d
d
ACQ
แทนคาความสมพนธของคา c
c
c
c
c
1
d
A,
d
y,
d
H
fgdCQ 50.2cd
เมอ
50.0
50.1
2sin88
sinf
*** คาตางๆ หาไดจากตารางท 10-4
10-26
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 10-3 คาของ yc/H1 ซงเปนคาทสมพนธกบคาของ zc และ H1/bc สาหรบฝายสนกวางท มหนาตดรปสเหลยมคางหม
10-27
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 10 - 4 คาความสมพนธของอตราสวนของตวแปรทใชหาคาอตราการไหลของฝายสนกวาง และ Long-throated flume ทมหนาตดเปนรปวงกลม
10-28
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.6 ฝายสนกวางรปแบบพเศษ
10.6.1 Ramijn movable weir
Romijn weir เปนฝายทพฒนาขนมาโดยหนวยงานชลประทานประเทศอนโดนเซย ทสามารถทาหนาทไดดทงการตรวจวดและการควบคมปรมาณนา ในขณะททาใหเกด Head loss นอยมาก จงเหมาะกบการใชงานในระบบชลประทานทมอตราความตองการใชนาในชวงฤดกาลเพาะปลกมความผนแปรมาก การเรยกชอฝายชนดน เรยกตามชอของ D.G.Romijn
ซงเปนผคดคนเผยแพรในป 1932
10.6.1.1 หลกการทางานและลกษณะของ Romijn weir
Romijn weir นนออกแบบมาในลกษณะโครงสรางแผนเหลกตรง 2 ชนซอนกน ดงแสดงในรปท 10-22, รปท 10-23, รปท 10-24 และรปท 10-25 โดยชนแรกยดตดกบพนทางนา สวนอกชนปรบยกขนลงได ลกษณะคลายบานระบายบานตรง โดยสวนบนทเปนสนฝาย ใหนาไหลลนขามไป ปดทบดวยแผนเหลกอกชนทปลายดานเหนอนาดดเปนสวนโคงลงของวงกลม ปลายดานทายนาหกลงเปนมมฉาก และแผนสนฝายนจะมลกษณะเปนลาดขนจากดานเหนอนาไปทางทายนา 1 ตอ 25
รปท 10-22 แสดงรปตดของ Romijn weir
10-29
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 10-23 แบบแสดงรปราง มตของ Romijn weir
10-30
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 10-24 แบบขยายของ Romijn weir
10-31
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การทสนฝายสามารถปรบระดบได ทาใหสามารถควบคมความลกของนาดานเหนอนาทไหลผานฝาย (hcrt) ใหคงทได แมระดบนาในทางนาจะเพมขนหรอลดลง ทาใหควบคมปรมาณนาไดตามทตองการ
รปท 10-25 แสดงลกษณะการไหลผาน Romijn weir
รป (a) เมอระดบสนฝายตาสด รป (b) เมอระดบสนฝายถกปรบใหสงขน
รปแบบลกษณะทเหมาะสมทางชลศาสตรของกาแพงฝาย เปนกาแพงแนวดง รปตดของทางเขาฝายเปนรปสเหลยมผนผา โดยมปากทางเขาทระยะไมนอยกวา 5H1max จากตวฝายจะมนเปนสวนโคงของวงกลม กรณตวฝายวางตงกบตงฉากกบแนวการไหลของทางนา จะมรศมความโคง r ≥ 2H1max ดงแสดงในรปท 10-26 แตหากตวฝายวางปดกนแนวทางการไหล r ≥ H1max
จะมจดวดระดบนาดานเหนอนาทระยะไมนอยกวา 2-3H1max
รปท 9 - 26 แสดงมตทางชลศาสตรกาแพงขางทเหมาะสมของ Romijn weir
10-32
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ในกรณทเปนฝายหลายชอง ตอมอกลางทจะแบงฝายแตละตวควรมหนาตอมอเปนครงวงกลมหรอวงร ความหนาของตอมอควรมากกวาหรอเทากบ 0.65H1max แตไมนอยกวา 0.30 ม. และฝายแตละตวตองวดระดบนาแยกจากกน
10.6.1.2 การตรวจวดปรมาณนาผาน Romijn weir ลกษณะการไหลผาน Romijn weir เปนลกษณะการไหลแบบฝายสนกวางจงใชสมการ
ของฝายสนกวางสเหลยมผนผาในการคานวณ ก. กรณการไหลแบบ Free flow
2/31vd Hbg
3
2
3
2CCQ
เมอ g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก = 9.81 เมตร/ (วนาท) 2 b = ความยาวของสนฝาย (เมตร) H1 ≈ h1 = ความลกนาเหนอสนฝายทตาแหนงตรวจวดดานเหนอนา (เมตร)
Cv = คาสมประสทธของความเรวของกระแสนาทใชปรบแกอตราการไหลทเกดจากเฮดของความเรวในทางนาเขาสฝาย หาไดจากกราฟใน รปท 10-3 โดยใชคาความสมพนธของ
11
1d
1
*
dPh
hC
A
AC
เมอ A* เปนพนทหนาตดของชองเปดเหนอสนฝาย และ A1 เปน
พนทหนาตดทางน าด านหน าฝาย ในกรณน ใ หใช เสนกราฟชองเปดรปส เหลยมผนผ า (rectangular control) หากไมตองการคาทละเอยดมากอาจใช Cv = 1
หรอ หาจากกราฟในรปท 10-28 ซงจะสมพนธกบระดบนาทอยเหนอสนฝาย (h1)
Cd = คาสมประสทธของการไหล โดยหากดานทายนาเปนการไหลแบบทวมสนฝาย หาก Modular limit H2/H1≤ 0.66 ใหถอวาเปนการไหลแบบ Free flow (H2 = ระดบนาดานทายนาทวดเหนอสนฝาย)
Cd หาไดจากกราฟในรปท 9-27 โดยจะสมพนธกบคาของ H1/L
อาจใช 055.1Cd คงททกคาของ H1/L จะมคาความผดพลาดนอยกวา 4%
10-33
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 10-27 คาสมประสทธของการไหลของ Romijn weir ทจะสมพนธกบคาของ H1/L
หรออาจใช 055.1Cd คงททกคาของ H1/L
รปท 10-28 คาสมประสทธของความเรวของกระแสนาของ Romijn weir ทจะสมพนธกบคา h1
10-34
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ข. กรณการไหลแบบ Submerged flow
สภาวะการไหลแบบ Submerged flow ของ Romijn weir จะเกดเมอคา Modular limit H2/H1 > 0.66 โดยจะมอตราการไหลลดลงไมเกน 1% จากสภาวะการไหลแบบ Free flow
คาสมประสทธของการไหลในกรณ Submerged flow: Cd(s) นนจะลดลงจากสมประสทธของการไหลในกรณ Free flow: Cd ดวยคา Drowned flow reduction: f ทจะสมพนธกบคา H2/H1 หาไดจากกราฟในรปท 10-29
dsd C.fC
รปท 10-29 คา Drowned flow reduction: f สาหรบ Romijn weir
10-35
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
10.6.1.3 ขอจากดของ Romijn weir
1) คา h1 นอยทสดทจะทาใหการวดไมผดพลาดเทากบ 0.05 ม. หรอ 0.08L
2) ความยาวของสนฝายหรอชองฝาย bc ≥ 0.30 ม.
3) ความสงของสนฝายจากพนทางนา P1 ≥ 0.15 ม. หรอ P1 ≥ 0.33 H1max
4) เพอใหคาสมประสทธของการไหลจะมความเสถยร หาก H1/L ≥ 0.75
5) การไหลในสถานะ Free flow อยางแทจรง ตองมคา Submergence ratio
หรอ Modular limit H2/H1 ≤ 0.30 และจะเกดสภาวะการไหลแบบ Submerged flow อยางสมบรณเมอ H2/H1 ≥ 0.66
นอกจากนยงมขอจากดอน ๆ ซงเปนขอจากดทใชในการพจารณาออกแบบ ซงจะ
ไมขอกลาวในทน
10.6.2 Fayoum weir หรอ Faiyum weir
Fayoum หรอ Faiyum เปนจงหวดหนงในประเทศอยปต ทไดมการขดคนพบซากเมองโบราณ ซงในการขดคนพบวามระบบชลประทานทมการใชฝายชนดหนงดวยและเปนลกษณะรปแบบเชนเดยวกบทใชในปจจบน แสดงวามการใชฝายชนดนในระบบชลประทานตอเนองมายาวนานจนถงปจจบน จงเรยกฝายชนดนวา Fayoum หรอ Faiyum weir ตามชอเมองดงกลาว
Faiyum weir เปนฝายทมรปแบบของฝายสนกวางสเหลยมผนผา ทมลกษณะพเศษคอ เปนชองสเหลยมผนผาโดยสวนทเปนสนฝายกวาง bc มขอบสนฝายดานหนาและดานทายเปนมมฉากหรอเปนแนวดง ผนงดานขางเปนแนวดงความหนาเทากบความยาวของตวฝาย L โดยมมผนงดานเหนอนาสรางเปนสวนโคงของวงกลมรศม R สวนดานทายนามมผนงเปนมมฉาก ฝายชนดนมวตถประสงคการใชงานเพอเปนอาคารแบงนาในทางนาชลประทาน มลกษณะรปแบบดงแสดงในรปท 10-30, 10-31, 10-32 และ 10-33
10-36
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 10-30 แสดงลกษณะรปแบบ Faiyum weir
รปท 10-31 แสดงแปลน และรปตดของ Faiyum weir มาตรฐาน
10-37
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 10-32 แสดงแปลน และรปตดของกลมของ Faiyum weir
รปท 10-33 กลมของ Faiyum weir ทใชในอยปต
10-38
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
A.D. Butcher เปนผนาเสนอผลการทดลองศกษา Faiyum weir ในป 1923 โดยใชฝายขนาดมาตรฐานทมการใชงานจรงขณะนน มความยาวตวฝาย L คงท 0.50 ม. ดานทายฝายมลกษณะเปนลาดลงดวยสดสวน แนวราบ : แนวตง เปน 0.5 : 1 มระดบสนฝายสงจากพนทางนา (P1) เปน 0.65 ม. มระดบนาเหนอสนฝายสงสด 0.50 ม. หรอมระดบนาสงสดในทางนาหรอคลอง 1.15 ม. ซงสรปผลไดดงตอไปน
อตราการไหลของนาผานฝายจะขนกบ รศมความโคง R ของมมกาแพงขางของฝายดานเหนอนา และ bc โดยสรปเปนกราฟแสดงความสมพนธของ R และ bc โดยมคาความผดพลาดของอตราการไหลจากการอานคาระดบนาผดพลาด ± 1% ของคาทแทจรง ซงแสดงดวยเสนจด 2 เสน ในกราฟรปท 10-34 (ตอมาไดพฒนาเปนกราฟในรปท 10-36)
กาแพงขางดานทายนาไมสงผลกระทบตออตราการไหล หากดานทายฝายมลกษณะเปนลาดลงดวยสดสวน แนวราบ : แนวตง เปน 0.5 : 1
เมอลกษณะการไหลเปนแบบทวม สดสวนของระดบนาดานเหนอนา H(crt) และดานทายนา H(s) มผลตอการลดลงของอตราการไหลทคานวณในสภาพ Free flow แสดงโดยกราฟในรปท 10-35
ชวงทเหมาะสมของการใชงานของ Faiyum weir ระดบนาผานฝาย 0.01ม. ถง 1.00 ม. ความกวางของสนฝาย 0.01 ม. ถง 10 ม.
สมการอตราการไหลจากผลการทดลองของ Butcher (q) ลบ.ม./วนาท/ม. จากฝายขนาดมาตรฐาน
เมอ H(crt) = 0 – 0.14 ม. 54.1
crtH652.1q
H(crt) = 0.14 – 1.00 ม. 014.0H956.1q 72.1crt
10-39
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 10-34 กราฟผลการศกษาของ Butcher แสดงอตราการไหลทความสมพนธกบ
รศมความโคง R ของมมกาแพงฝายดานเหนอนา และความกวางของสนฝาย bc
รปท 10-35 กราฟผลการศกษาของ Butcher แสดงความสมพนธของระดบนา ดานเหนอนา H(crt)
และดานทายนา H(s) ทมผลตอการลดลงของอตราการไหล เมอระดบทายนาทวมสนฝาย
10-40
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การคานวณปรมาณนาไหลผาน Faiyum weir
ไดมผศกษารายอนๆ ศกษา Faiyum weir โดยอาศยรปแบบการศกษาของ Butcher แตไดมการปรบปรงพฒนาแนวความคดททนสมย ทาใหไดผลการศกษาทงายตอการเขาใจเปนประโยชนตอการใชงานฝายประเภทนยงขน โดยการไหลผานฝายชนดนจะมได 2 รปแบบคอ
(1) การไหลแบบ Free flow ทระดบนาดานทายอยตากวาสนฝาย (2) การไหลแบบ Submerged flow ทระดบนาดานทายอยสงกวาสนฝาย
ก. กรณการไหลแบบ Free flow
มสภาวะการไหลของฝายสนกวางแบบ Free flow ทระดบนาดานทายอยตากวาสนฝายเมอ 0.08 ≤ H1/L ≤ 0.33 และ Modular limit H2/H1≤ 0.66
การคานวณใชสมการมาตรฐานของฝายสนกวางสเหลยมผนผา คาตวแปรตาง ๆกใหใชเชนเดยวกบกรณฝายสนกวางสเหลยมผนผาทกประการ
2/31vd Hbg
3
2
3
2CCQ
เมอ g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก = 9.81 เมตร/ (วนาท) 2 b = ความยาวของสนฝาย (เมตร) H1 หรอ h1 = ความลกนาเหนอสนฝายทตาแหนงตรวจวดดานเหนอนา (เมตร) Cv = คาสมประสทธของความเรวของกระแสนาทใชปรบแกอตราการไหลทเกดจากเฮดของความเรวในทางนาเขาสฝาย หาไดจากกราฟใน รปท 9-3 โดยใชคาความสมพนธของ
1
1cd
1
*
dA
hbC
A
AC โดย Cv มคาสงสดไดไมเกน 1.035 เมอ A* เปนพนทหนาตดของชองเปด
เหนอสนฝาย และ A1 เปนพนทหนาตดทางนาดานหนาฝาย ในกรณนใหใชเสนกราฟชองเปดรปสเหลยมผนผา (rectangular control) หากไมตองการคาทละเอยดมากอาจใช Cv = 1
Cd = คาสมประสทธของการไหล ภายใตเงอนไขการไหล 0.08 ≤ H1/L ≤ 0.33 และ Modular limit H2/H1≤ 0.66 (การไหลยงเปน Free Flow)
F848.0Cd
F = Coefficient correction factor หาไดจากกราฟในรปท 10-7 ซงเปน
คาทขนกบความสมพนธของL
h1 และ Ph
h
1
1
ในกรณไมคด Cv และ 35.0Ph
h
1
1
คา Cd หาไดจากกราฟรปท 10-8
10-41
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ข. กรณการไหลแบบ Submerged flow
เมอระดบนาดานทายอยสงกวาสนฝาย และ Modular limit H2/H1≥ 0.66 (หาก
H2/H1≤ 0.66 การไหลจะมสภาวะการไหลเปน Free flow)
หลกการคานวณ
1) ใหคานวณการไหลแบบ Free flow ดงขางตน
2) ปรบแกอตราการไหลทจะลดลงเนองจากผลกระทบจากระดบนาดานทายนา โดยพจารณาจากคา H2 และ H1 โดยใชกราฟในรปท 10-37 (เปนกราฟทไดปรบปรงขนใหมจากกราฟของ Butcher รปท 10-35)
กราฟรปท 10-37 ประกอบดวย 3 สวน คอ (1) แกนตงดานซายมอเปนคาของ
H1/L มลกษณะเปนเสนกราฟปลายโคงขน (2) แกนนอนดานลางเปนคาเสนแนวตงของ H 2/L และ (3) เสนกราฟอตราการลดลงของอตราการไหล (Reduction of modular discharge) ซงเปนเสนกราฟแนวเฉยงแสดงคา 1%, 5%, 10%, 15%, 20% และ 100%
รปท 10-36 กราฟ แสดงอตราการไหลทความสมพนธกบรศมความโคง R ของมมกาแพงฝายดาน เหนอนา และความกวางของสนฝาย bc ทปรบปรงขนใหมจากกราฟของ Butcher
10-42
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 10-37 กราฟแสดงความสมพนธของระดบนา ดานเหนอนา H1 และดานทายนา H2 ทมผลตอการลดลงของอตราการไหล เมอระดบทายนาทวมสนฝาย ทปรบปรงจากกราฟของ Butcher
การอานคาจากกราฟรปท 10-37 ทาโดย หาคา H1/L และ H 2/L แลวนาคาทงสองคาไปหาคาอตราการลดลงของอตราการไหล วาจดตดของคา H1/L และ H 2/L ตกทตาแหนงเสนกราฟ Reduction of modular discharge คาใด
ตวอยางการอานคาจากกราฟรปท 10-37 ถา H1/L = 1.00 และ H 2/L = 0.40
มจดตดกนทเสน Reduction of modular discharge 1% หรอ H1/L = 1.20 และ H 2/L =
0.80 มจดตดกนทเสน Reduction of modular discharge ระหวางเสน 5% กบเสน 10%
เปรยบเทยบตาแหนงจดตดดงกลาว Reduction of modular discharge เปน 8% ดงนนจงตองลดอตราการไหลทคานวณจากสมการ Free flow ลง 8%
-------------------------------------------------------------------
บทท 11
ฝายวดนาประเภทฝายสนสน (Short Crested Weir)
บทท 11
ฝายวดนาประเภทฝายสนสน (Short Crested Weir)
ตามททราบแลววาฝายสนสนนนเปนการจดกลมของฝายใหม เพมจากเดมทมเพยงฝายสนคมกบฝายสนกวาง โดยฝายวดนาทเปนฝายสนสนเทาทปรากฏขอมลรายงานจะไดแกฝายตอไปน
1) Crump weir หรอ Triangular profile two-dimensional weir 2) Triangular profile flat-V weir
3) Weir sill with rectangular control section หรอ Drop weir
4) V-notch weir sill
11.1 Crump weir หรอ Triangular profile two-dimensional weir
Crump weir พฒนาขนมาโดย E.S Crump โดยไดศกษาทดลองท Hydraulics Research Station เมอง Wallingford ประเทศองกฤษ ในป 1952 โดยทรปแบบมาตรฐานของฝายชนดนจะม 2 รปแบบ ตดตงในทางนาสเหลยมผนผาหรอมดานขางเปนกาแพงตงเสมอ ดงแสดงในรปท 11–1 โดยจะมลกษณะเฉพาะตว คอ ดานเหนอนาเปนลาด 1:2 (แนวตง: แนวราบ) และดานทายนาเปนลาด 1:5 (อาจเรยกฝาย 1:2 / 1:5) ตอมาเมอมการศกษาทดลองมากขนพบวาสามารถปรบปรงลาดโดยทาใหคณสมบตทางชลศาสตรเปลยนแปลงไมมาก 2 ลกษณะคอ
(1) ใหดานทายเปนลาด 1:2 (อาจเรยกฝาย 1:2 / 1:2) (2) การลดขนาดความยาวตวฝายจากรปแบบมาตรฐาน เพอลดปรมาณวสดทใช
กอสราง ดงแสดงในรปท 11–2 ซงทาไดทงลาดดานหนาและดานทาย โดยจะทาใหสมประสทธการไหลลดลงเพยง 0.5 % เทานน ทงนการตดสวนของลาดออกไดกาหนดใหมความยาวของลาดนอยทสดเปนไปตามหลกเกณฑตอไปน
ฝาย 1:2 / 1:2 ความยาวนอยทสดของลาดทวดจากสนฝายออกไป ดานเหนอนาเทากบ 0.8 H1max และดานทายนาเทากบ1.2 H1max
ฝาย 1:2 / 1:5 ความยาวนอยทสดของลาดทวดจากสนฝายออกไป ดานเหนอนาเทากบ 1.0 H1max และดานทายนาเทากบ 2.0 H1max
11-2
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปตดตามยาว ฝาย 1:2/1:5
มตมาตรฐาน
รปท 11–1 แสดง Crump weir รปแบบมาตรฐาน
คณสมบตทดของฝายชนดน ไดแก กอสรางงาย สามารถใหตะกอนทปนมากบนาไหลขามไปไดสะดวก มสภาวะการไหลเปนแบบ Free flow ทสงมากแมจะระดบนาดานทายจะทวมสนฝายมากกตาม
การวดความลกของนาทไหลผานฝาย (h1) ปกตแลวกาหนดใหวดจากทางรบนารปสเหลยมผนผาดานเหนอนาทระยะ L1 จากสนฝาย โดย L1 = 6p1 สาหรบฝาย 1:2 / 1:5 และ L1
= 4p1 สาหรบฝาย 1:2 / 1:2 ในกรณตองการลดขนาดความยาวของทางรบนาดานเหนอนาลง อาจกาหนดจดวดระดบนาทระยะ 2p1+0.5H1max ซงจะทาใหเกดความผดพลาดทสมพนธกบคา H1/p1 ดงตอไปน ความผดพลาด 0.25 % เมอ H1/p1= 1, ผดพลาด 0.50 % เมอ H1/p1= 2 และ
ผดพลาด 1.0 % เมอ H1/p1= 3
11-3
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
(ให H1max หรอ hmax หรอ Hd = Design head คอคาเดยวกน)
รปท 11-2 ตวอยางการลดขนาดความยาวดานหนาและทายฝายทมลาด 1:2 / 1:5
11.1.1 การคานวณปรมาณนาผาน Crump weir
การไหลผานฝายนจะม 2 ลกษณะคอ การไหลแบบ Free flow บางตาราเรยก Modular flow ทระดบนาดานทายตากวาสนฝาย และการไหลแบบ Submerged flow (Non-
modular flow หรอ Drowned flow) ทระดบนาดานทายทวมสนฝาย
ก. กรณการไหลแบบ Free flow
รปท 11-3 รปตดตามยาวของ Crump weir แสดงการไหลกรณ Free flow
11-4
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การคานวณใชสมการฝายสนสนทมหนาตดการไหลเปนรปสเหลยมผนผา
2/3ecvd h.g2
3
2bCCQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย, (ม3/วนาท)
g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 (ม./ วนาท2) he = h1+Kh = ความลกประสทธผลของระดบนาทไหลผานฝาย, (ม.) *
Kh = คาปรบความลกทเปนผลจากความหนดและแรงตงผว ≈ 0.001 ม. (มคา 0.00025 ม. เมอฝายมลาด 1:2/1:2 และ 0.0003 ม. เมอฝายมลาด 1:2/1:5) * กรณคานวณแบบหยาบๆ อาจให he ≈ h1
Cd = คาสมประสทธของการไหล เมอ h1/P1 < 3 หาไดจากกราฟในรปท 11-4 โดยจะขนอยกบความสมพนธของ h1/P2 เมอ P2 เปนความสงของสนฝายเมอเทยบกบพนดานทายนาโดยจะมเสนกราฟ 2 เสนคอกราฟกรณฝายมลาด 1:2/1:2 และ ลาด 1:2/1:5
หรอใชคาทไดจากการทดสอบในหองปฏบตการชลศาสตร Cd = 1.163 เมอ h > 0.10 ม
5.1
dh
003.01163.1C
เมอ h < 0.10 ม.
Cv = คาสมประสทธของความเรวของกระแสนาทใชปรบแกอตราการไหลทเกดจากเฮดของความเรวในทางนาเขาสฝาย หาไดจากกราฟใน รปท 10-3 โดยใชคา
ความสมพนธของ 1
*
dA
AC เมอ A* เปนพนทหนาตดของชองเปดเหนอสน
ฝาย และ A1 เปนพนทหนาตดทางนาดานหนาฝาย (หากไมตองการคาทละเอยดมากอาจใช Cv = 1)
คาปรบแกความผดพลาดของคา CdCv
ความผดพลาดทมกเกดขนไดในการคานวณ ขนกบสภาพของฝายทมการดแลบารงรกษาไมด (ใชงานมานาน) การกอสรางทไมด ความชานาญของเจาหนาท ฯลฯ อาจปรบแกโดยสมการตอไปน
percent9C10X vc
11-5
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 11-4 คาสมประสทธของการไหล Cd ของ Crump weir กรณ Free flow
ซงสมพนธกบคาของ H1/P2
ข. กรณการไหลแบบทวมสนฝาย (Submerged flow)
สภาวะการไหลแบบ Free flow ของฝายชนดนแสดงดงรปท 11-5 ซงเสนกราฟแสดงใหเหนวาแมคาอตราสวนแสดงการทวมสนฝายของระดบนาดานทายฝายกบดานหนาฝาย หรอ H2/H1 มคาสงจนถงประมาณ 0.80 การไหลกยงเปน Free flow อย
11-6
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 11-5 แสดงชวงของการไหลแบบ Free flow ของ Crump weir
รปท 11-6 รปตดตามยาวของ Crump weir แสดงการไหลกรณ Submerged flow
โอกาสการเกดการไหลแบบ Submerged flow ทแทจรงนนมโอกาสเกดเมอ Submergence ratio H2/H1 > 0.80 ซงในการคานวณจะคณสมการการไหลแบบ Free flow
ดวยคา Factor f ซงเปนคาททาใหอตราการไหลลดลง จะไดสมการการไหลเปน
rs Q.fQ
2/3ecvds h.g2
3
2b.f.CCQ
11-7
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
กราฟใน รปท 11 -7 ใชหาคา Cv.f ซงสมพนธกบคาอตราสวนของ {Cdhe/he+P1)}bc/B1 และคา hp/he เมอ hp เปนคา Head เหนอสนฝายทวดจาก Piezometer ทฝงไวในตวฝายบรเวณสนฝาย เพราะในกรณการไหลแบบ Submerged flow ถาอตราการไหลสง (ความเรวการไหลสง) เมอระดบนาดานทายฝายทวมสงกวาสนมาก การตานการไหลของนาดานทายยงมมาก ทาใหเกดการไหลแบบปนปวนดานหนาฝาย และมกทาใหเกดโพรงอากาศบรเวณสนฝายดานทาย ดงแสดงในรปท 11-8 โพรงอากาศดงกลาวจะมแรงดนหรอ Pressure head เหนอสนฝาย ทมผลตอการไหลซงมผลตอความผดพลาดของคา Cv ดงนนในการหาคา Factor f จงตองตรวจวด Head เหนอสนฝายดวยซงจะตดตง Piezometer ฝงไวในตวฝายบรเวณสนฝายเยองไปดานทายนาเพอตรวจวด Pressure head ดงกลาว ดงแสดงในรปท 11-9
รปท 11–7 กราฟคา Cv.f ทใชคานวณการไหลกรณ Submerged flow ของ Crump weir
รปท 11- 8 แสดงการเกดโพรงอากาศเหนอสนฝายดานทายของ Crump weir
11-8
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 11- 9 แสดงการตดตง Piezometer ทฝงไวในตวฝายบรเวณสนฝาย
เพอตรวจวดคา Pressure head เหนอสนฝาย (hp)
11.1.2 ขอจากดของ Crump weir
1) คาตาสดทการตรวจวดมความถกตอง ถาสนฝายปดทบดวยแผนโลหะ h1min =
0.03 เมตร แตถาเปนคอนกรตธรรมดา h1min = 0.06 เมตร 2) การตรวจวดจะผดพลาดเมอการไหลในทางนามคา Froude number: Fr1 ≥
0.5 ( 1111r B/gA/VF ) เพราะจะเกดคลนนงบนผวนา โดยคา Fr1นจะสมพนธกบคาของ h1 และP1 ดงนนฝายจงควรมคา h1/P1≤ 3.0
3) ความสงของฝาย P1 ≥ 0.06 เมตร
4) bc ≥ 0.30 เมตร และ bc/H1 ≥ 2.0
5) หากจะใชคาสมประสทธของการไหล (Cd) ทเปนคาคงท กรณฝายทมลาด 1:2/1:2 ตองมคา H1/P2 ≤ 1.25 และ ฝายทมลาด 1:2/1:5 ตองมคา H1/P2 ≤ 3.0
11-9
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
11.2 Triangular profile flat-V weir
Triangular profile flat-V weir เปนฝายวดนาท Hydraulics Research
Station ไดพฒนาตอเนองจาก Crump weir จงมลกษณะรปแบบมตคลาย Crump weir คอเปนรปสามเหลยมตามแนวรปตดตามยาว มลาดดานเหนอนาเปน 1:2 และมลาดดานทายนาได 2 รปแบบ คอ 1:2 หรอ 1:5 แตมสนฝายเปนรปตววทฝายมาตรฐานอาจมหนาตดได 2 แบบ คอหนาตดทเปนลาด 1:10 หรอ 1:20 ฝายชนดนมตาแหนงวดระดบนาทไหลผานสนฝาย (h1) ดานหนาฝายทระยะ L1=10Hb จากสนฝาย ดงแสดงในรปท 11-10
รปท 11-10 แสดงรปแบบมาตรฐานของ Triangular profile flat – V weir
ดวยการมสนฝายเปนรปตววฝายชนดนจงเหมาะกบอตราการไหลนอย ๆ และเชนเดยวกบ Crump weir ฝายชนดนสามารถตดลดขนาดความยาวของแนวลาดดานเหนอนาและดานทายนาทระยะเดยวกน โดยทาใหคาสมประสทธของการไหลลดลงเพยง 0.50% เทานน คอ (1) กรณฝายทมลาดดานหนา / ดานทาย 1:2 / 1:2 ความยาวลาดดานหนาลดทระยะจากสนฝาย 0.8H1max ความยาวลาดดานทายลดทระยะจากสนฝาย 1.2H1max (2) กรณฝายทมลาดดานหนา / ดานทาย 1:2 / 1:5 ความยาวลาดดานหนาลดทระยะหางจากสนฝาย 1.0H1max ความยาวลาดดานทายลดทระยะหางจากสนฝาย 2.0H1max
ในกรณฝายทมลาดดานหนา / ดานทาย 1:2 / 1:5 และออกแบบใหมการใชงานภายใตสภาวะการไหลแบบ Submerged flow จะตองตดตง Piezometer ฝงไวในตวฝายบรเวณสนฝายเพอตรวจวด Pressure head ทสนฝาย (hp) ซงแสดงดงรปท 11-11
11-10
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 11-11 แสดงการตดตง Piezometer ฝงไวในตวฝายบรเวณสนฝายเพอตรวจวด ระดบนาทสนฝาย (hp) เมอการไหลเปนแบบ Submerged flow
11.2.1 การคานวณปรมาณนาไหลผาน Triangular profile flat – V weir
ก. กรณการไหลแบบ Free flow
การคานวณใชสมการฝายสนสนทมหนาตดการไหลเปนรปสเหลยมผนผา
5.2be
5.2e
b
cvd Hhh
H
Bg2
15
4CCQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย, (ม3/วนาท) g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 เมตร/ (วนาท) 2
he = h1-Kh = ความลกประสทธผลของระดบนาทไหลผานฝาย, (ม.) *
Kh = คาปรบความลกทเปนผลจากความหนดและแรงตงผว หาไดจากตารางท 11-1
* อาจให he ≈ h1 ถาไมตองการคาทละเอยดมาก เพราะ Kh มคานอยมาก Hb = ระดบสนฝายทสงทสดทขอบดานขาง - ระดบสนฝายทตาทสดทกลางฝาย คา 5.2
be Hh ไมตองคดถา he < Hb Cd = คาสมประสทธของการไหล Cd≈0.66 สาหรบฝายทมลาดดานหนา / ดานทาย 1:2 / 1:5 (หนาตดทง 2 แบบ) เมอ he/P2 < 3
Cd≈0.71 สาหรบฝายทมลาดดานหนา / ดานทาย 1:2 / 1:2 (หนาตดทง 2 แบบ) เมอ he/P2 < 1.25
11-11
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Cv = คาสมประสทธของความเรวของกระแสนาทใชปรบแกอตราการไหลทเกดจากเฮดของความเรวในทางนาเขาสฝาย หาไดจากกราฟในรปท 9 – 3 ซงสมพนธกบคาของ he/P1 และ he/Hb
ตารางท 11-1 คา Kh ของ Triangular profile flat – V weir
ลาดตามยาวของตวฝาย หนาตดมลาด 1:20 หนาตดมลาด 1:10
1:2 / 1:2 0.0004 ม. 0.0006 ม. 1:2 / 1:5 0.0005 ม. 0.0008 ม.
รปท 11-12 คา Cv ซงความสมพนธกบคาของ he/P1 และ he/Hb
คาปรบแกความผดพลาดของคา CdCv
ความผดพลาดทมกเกดขนไดในการคานวณ ขนกบสภาพของฝายทมการดแลบารงรกษาไมด (ใชงานมานาน) การกอสรางทไมด ความชานาญของเจเหนาท ฯลฯ อาจปรบแกโดยสมการตอไปน
percent8C10X vc
11-12
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ข. กรณการไหลแบบ Submerged flow
กราฟในรปท 11-13 แสดงสภาวะการไหลแบบ Free flow ซงสมพนธกบคาของ H2/H1 และ H1/P1 ของ Triangular profile flat – V weir ทมหนาตด 2 แบบคอ 1:10 และ 1:20 เทยบกบ Crump weir (Two-dimension weir) จะเหนไดวา กรณ Triangular
profile flat – V weir ทง 2 หนาตด จะมสภาวะการไหลแบบ Free flow ใกลเคยงกน โดยม H2/H1 สงสดประมาณ 0.70 ในขณะท Crump weir มสภาวะการไหลแบบ Free flow ท H2/H1 สงสดประมาณ 0.80
รปท 11-13 กราฟแสดงสภาวะการไหลแบบ Free flow Triangular profile flat – V weir
การไหลในกรณ Submerged flow นนจะสมพนธกบคาของ H2/H1 และ
H1/Hb ทจะทาใหอตราการไหลในกรณการคานวณดวยสมการ Free flow ลดลงดวยคาของ Factor f ดงสมการตอไปน
Q.fQs
5.2be
5.2e
b
cvds Hhh
H
Bg2
15
4fCCQ
คา Factor f ของฝายทมลาด 1:2 / 1:5 ทสมพนธกบคาของ H2/H1 และ
H1/Hb หาไดจากกราฟในรปท 11-14 โดยหาก H1/Hb≈0.5 การไหลจะเปนแบบ Submerged
flow เมอ H2/H1>0.67 และหาก H1/Hb≈1.5 การไหลเปนแบบ Submerged flow เมอ H2/H1>0.78
11-13
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 11-14 คา Factor f ของ Triangular profile flat – V weir
ทใชคานวณการไหลกรณทเกด Submerged flow
การหาคา Factor f ตามทกลาวขางตนอาจมปญหาในการตรวจวดคา H1 และH2 (H1=h1+V2
1/2g) ดงนนจงอาจใชคา Cv.f ทสมพนธกบคาของ hp/he , he/Hb และ Hb/P1 ดงแสดงในกราฟในรปท 11-15 เพอแทนคาในสมการโดยตรง ทงน Hb/P1 จะม 3 ชวง คอ Hb/P1 <0.3, Hb/P1=1 และ Hb/P1=2.5
11.2.2 ขอจากดของ Triangular profile flat – V weir
1) ถาสนฝายปดทบดวยแผนโลหะททนการสกกรอน h1min = 0.03 ม. แตถาเปนคอนกรต h1min = 0.06 ม.
2) h1/P1 ≤ 3.0
3) P1 ≥ 0.06 ม. 4) Bc ≥ 0.30 ม. และ Bc/H1 ≥ 2
5) กรณฝายทมลาด 1:2/1:2 ตองมคา H1/P2 ≤ 1.25 และ ฝายทมลาด 1:2/1:5 ตองมคา H1/P2 ≤ 3.0
6) ตาแหนงวดระดบนาดานหนาฝายหางจากสนฝาย 10Hb
11-14
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 11-15 คา Cv.f ทสมพนธกบ hp/he, he/Hb และ Hb/P1ของTriangular profile flat–V weir
กรณฝายทมลาด 1:2/1:5
11-15
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
11.3 Weir sill with rectangular control section
ฝายชนดนดงแสดงในรปท 11-16 สรางเปนรปทางนาเปดรปสเหลยมคางหมทมความยาวตามแนวทางนาไมนอยกวา 2.00 ม. ปดกนใหมชองนาไหลผานเปนรปสเหลยมผนผา ระดบสนเปนระดบเดยวกบระดบทองทางนา หรอ P1=0 มตาแหนงวดระดบนาดานหนาฝาย (h1)
ทระยะอยางนอย 1.80 ม. วดจากขอบดานทายตวฝาย ฝายชนดนเปนรปแบบพนฐานของอาคารน าตก (Drop) และหากตดตงบานระบายเพอควบคมปรมาณนากจะเปนอาคารอดน า (Check) ทยกบานระบายพนนา
รปท 11-16 แสดงรปตดขวาง และรปตดตามยาวของ Weir sill
11.3.1 การคานวณปรมาณนาผาน Weir sill ฝายวดนาชนดนมรายงานผลการศกษาเฉพาะการไหลเปนแบบ Free flow โดยมอตราสวนระดบนาดานทายฝายกบดานหนาฝาย หรอ H2/H1 มคาไมเกน 0.20 โดยใชสมการปรมาณนาไหลผานฝายสนสน ทมหนาตดการไหลเปนรปสเหลยมผนผา คอ
11-16
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2/31cvd h.g
3
2
3
2bCCQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย, (ม3/วนาท) g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม./ (วนาท) 2
h1 = ความลกของระดบนาทไหลผานฝาย, (ม.)
Cd = คาสมประสทธของการไหล หาไดจากกราฟในรปท 11-17 โดยจะขนอยกบความสมพนธของ bc/h1 และ L/h1
Cv = คาสมประสทธของความเรวของกระแสนาทใชปรบแกอตราการไหลทเกดจาก
Head ของความเรวในทางนาเขาสฝาย หาไดจากกราฟในรปท 10-3 โดยใชคา
ความสมพนธของ 1
*
dA
AC เมอ A*=bch1 เปนพนทหนาตดของชองเปดเหนอ
สนฝาย และ A1 เปนพนทหนาตดทางนาดานหนาฝาย (หากไมตองการคาทละเอยดมากอาจใช Cv = 1)
รปท 11–17 คาสมประสทธการไหลของWeir sill ขนอยกบความสมพนธของ bc/h1 และ L/h1 คาความผดพลาดของคา CdCv ขนกบการดแลบารงรกษาไมด (ใชงานมานาน) การกอสรางทไมด ฯลฯ โดยมคานอยกวา 5%
11-17
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
11.3.2 ขอจากดของ Weir sill
1) h1min = 0.09 ม.
2) สนฝายเปนแนวราบและดานทายเปนมมฉาก
3) ทางนาเขาฝายเปนรปสเหลยมคางหมยาวไมนอยกวา 2.00 ม. และมกน
กวาง 1.25 bc เมอ bc = ค วามกวางของชองนาไหลฝาย
4) ตาแหนงการวดระดบนาดานหนาฝาย (h1) อยทระยะ 1.80 ม. วดจากทาย
ฝาย โดย h1 ไมควรมากกวา 0.90 ม.
5) ฝายชนดมกออกแบบใหมสภาวะเปน Free flow โดยม H2/H1 ≤ 0.20
11.4 V-notch weir sill
เปนฝายทพฒนาโดย U.S. Soil Conservation Service (ปจจบนคอNatural Resources Conservation Service) เพอการตรวจวดปรมาณนาในทางนาขนาดเลก โดยการปดก นฝายเตมหนาตดของทางน า แตไมทาใหระดบนาเกดการเออทนยอนกลบอนเนองจากการกดขวางของตวฝายมากนก โดยการออกแบบสนฝายใหเปนรปตว V ทมลาดของสนฝายของรปแบบมาตรฐาน แนวราบ : แนวตง (Z:1) เปน 2:1 , 3:1 หรอ 5:1 ซงแสดงดงรปท 11-18
ฝายชนดนมตาแหนงตรวจวดระดบนา (h1) ดานหนาฝายทระยะไมนอยกวา 3.00 ม. จากสนฝาย หรอ 1.65 h1max ซง h1max ทไดทาการทดลองแคเพยง 1.83 ม.หรอ 6 ฟต ตวฝายตองตงในตาแหนงท เหมาะสมคอ ทางนาดานเหนอนาของตวฝายตองมแนวตรงและมพนคอนขางราบเรยบไมนอยกวา 15 ม. ระยะความสงของสนฝายวดจากพนทางนาดานหนาฝายตองไมนอยกวา 0.15 ม. และตองปองกนการกดเซาะทางนาดานทายฝาย โดยสรางเปนแองรองรบนาคอนกรตเสรมเหลกลกขนาดอยางนอย (กวาง x ยาว x ลก) 6.00 x 3.50 x 0.60 ม.
รปท 11-18 ลกษณะรปแบบของ V-notch weir sill
11-18
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
11.4.1 การคานวณปรมาณนาไหลผาน V-notch weir sill
ฝายวดนาชนดนมกออกแบบใหมการไหลเปนแบบ Free flow โดยมอตราสวนระดบนาดานทายฝายกบดานหนาฝาย หรอ H2/H1 มคาไมเกน 0.30 การคานวณปรมาณนาใชสมการพนฐานปรมาณนาไหลผานฝายสนสนทมหนาตดการไหลเปนรปสามเหลยม
2/51vd h.
2tan.g
5
2
25
16CCQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานฝาย, (ม3/วนาท) g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม./ (วนาท) 2
h1 = ความลกของระดบนาทไหลผานฝาย, (ม.) θ = คามมกงกลางสนฝายทมลาด Z:1 เปน 2:1 , 3:1 และ 5:1
Cd = คาสมประสทธของการไหล
Cv = คาสมประสทธของความเรวของกระแสนาทใชปรบแกอตราการไหลทเกดจากHeadของความเรวในทางนาเขาสฝาย หาไดจากกราฟในรปท 10-3 (บทท10)
โดยใชคาความสมพนธของ 1
*
dA
AC เมอ A* เปนพนทหนาตดของชองเปด
เหนอสนฝาย และ A1 เปนพนทหนาตดทางนาดานหนาฝาย (หากไมตองการ คาทละเอยดมากอาจใช Cv = 1)
เนองจาก U.S. Soil Conservation Service ไมไดนาเสนอคา Cd และคา Cv จากการทดลองไวให แตไดจดทาตารางความสมพนธของ ระดบน า-ปรมาณน า (Rating table h-
Q) ไวให ดงแสดงในตารางท 11-2 ซงแสดงคาความสมพนธของ ปรมาณนา (Q) , หนาตดการไหลของนาในทางนาดานหนาฝาย (Wetted area : A1) โดยทฝายปดก นเตมหนาตดของทางน า ทความลกของการไหล (h1) ทกๆ 1 ฟต หรอ 0.305 ม. สาหรบฝายทสนฝายมลาด Z:1 เปน 2:1 ,
3:1 และ 5:1 และตารางท 11-3 ทแสดงคาความสมพนธของอตราการไหล (ลตร/วนาท) กบความลกการไหล จาก 0.03 – 0.20 ม.สาหรบฝายทสนฝายมลาด Z:1 เปน 2:1 , 3:1 และ 5:1
11.4.2 ขอจากดของ V-notch weir sill
1) h1min = 0.03 ม. โดยมตาแหนงตรวจวดทระยะ 3.00 ม.จากสนฝาย
2) P1min = 0.15 ม. 3) ฝายปดกนเตมหนาตดของทางนาทมแนวตรงและเรยบไมนอยกวา 15 ม. 4) ฝายชนดนมกออกแบบใหมสภาวะเปน Free flow โดยม H2/H1 ≤ 0.30
11-19
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 11–2 คาความสมพนธของ ปรมาณนา (Q), หนาตดการไหลของนาในทางนาดานหนาฝาย (Wetted area : A1) ทความลกของการไหล (h1) ทกๆ 1 ฟต หรอ 0.305 ม.
11-20
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 11–3 ความสมพนธของอตราการไหล (ลตร/วนาท) กบความลกการไหล
-----------------------------------------------------------------
บทท 12
การคานวณปรมาณนาไหลผานบานระบาย (ฝายระบายนาและประตระบายนา)
บทท 12
การคานวณปรมาณนาไหลผานบานระบาย
(ฝายระบายนาและประตระบายนา)
12.1 ฝายเคลอนทได (Movable weir)
เมอพจารณานยามของอาคารประเภทฝายสนแขง (Fixed crest weir) ทสรางในลานาเพอปดกนการไหลของนาแลวฝายดงกลาวทาหนาททดนาสงผลใหเกดการเพมระดบนาสงขน ตอมามการสรางอาคารชลศาสตรในลานาเพอใหทาหนาทอนๆ อกนอกเหนอจากการทดนาดงกลาว ไดมการออกแบบและกอสรางอาคารชลศาสตรทใชเทคโนโลยสมยใหม มการนาอปกรณแบบใหมๆมาใชเพอการควบคมหรอเสรมประสทธภาพการทางาน เชน บานระบายชนดตางๆ เปนตน ซงในภาวะปกตอปกรณตางๆ เหลานนจะทาหนาทปดกนทดนาเหมอนกบการทางานของฝายสนแขง และเมอใชงานเพอใหทาหนาทอยางอนกจะทาการควบคมปรบขนาดหรอการเปดปด จงเรยกอาคารชลศาสตรลกษณะดงกลาววา ฝายเคลอนทได (Movable weir)
ตวอยางรปแบบลกษณะของ Movable weir บางแบบ ทควบคมดวยบานระบายแบบตางๆ แสดงในรปท 12-1 ถง รปท 12-9
รปท 12-1 Visor weirs ควบคมดวย Arch หรอ Visor gates
12-2
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ฝายพบ แบบ Flap gates
ฝายพบ แบบ Wicket Gates
รปท 12-2 ฝายพบ
รปท 12-3 Miter gate
12-3
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Sector gates – Vertical axis
Sector gates – Horizontal axis
รปท 12-4 ควบคมดวย Sector gates
รปท 12-5 ควบคมดวยบานสวง (Swing gates)
รปท 12-6 ควบคมดวย Roller gate
12-4
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Caterpillar gate ขนาดใหญ Caterpillar gate ขนาดเลก
Fixed-wheel gate Slide gate
เขอนระบายนาทควบคมดวย Long span leaf wheel gate
รปท 12-7 ควบคมดวยบานตรง ชนดตางๆ
รปท 12-8 ควบคมดวยบานโคง (Radial หรอ Tainter gate)
12-5
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 12-9 ฝายยาง (Rubber weir หรอ Rubber dam) ไดอธบายแลวในหวขอ 8.9
จะเหนไดวาประเภทของบานระบายนนแบงตามลกษณะเฉพาะของบานระบายแตละแบบไดเปน Visor gate, Flap gate, Cylinder gate, Slide gate, Caterpillar gate, Miter
gate, Roller gate, Segment gate, Sector gate, Drum gate, Bear-trap gate,
Fixed-wheel gate, Bear-trap gate ฯลฯ รวมทงการควบคมดวย ฝายยาง (Rubber weir) และยงมไมอดนาหรอStop log (ไดอธบายในบทท 8) อกดวย
เมอประมวลบานระบายแตละประเภทตามทกลาวขางตนแลว อาจสรปไดดงน 1) แบงตามรปแบบของบานระบาย เปน 2 กลม คอ
1.1) บานระบายชนดบานตรง 1.2) บานระบายชนดบานทเปนสวนโคงของวงกลม หรอบานโคง (รวมทงบาน
ระบายทมลกษณะเปนทรงกระบอกซงมหนาตดของบานเปนวงกลม แตสวนททาหนาทเปนบานทปะทะกบนาเปนเพยงสวนโคงวงกลมบางสวน)
2) แบงตามหนาทหลกของบานระบาย เปน 2 กลม คอ
2.1) บานระบายททาหนาทควบคมปรมาณนาทไหลผานออกไป ลกษณะการควบคมมกเปดบานเพยงบางสวน
2.2) บานระบายททาหนาควบคมระดบนา โดยปดบานเมอไมตองการใหนาไหลผานออกไปซงจะทาใหระดบนาดานเหนอนาถกทดใหมระดบสงขน และเปดใหนาไหลผานออกไปเพอลดระดบนาดานเหนอนาลงใหเทาดานทายนา ลกษณะการควบคมจะเปดหรอปดหมดทงบาน
12-6
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3) แบงตามลกษณะการควบคมปดเปดบาน
3.1) เปดปดยกบานในแนวตง โดยนาผานบานระบายออกไปอาจเปนแบบลอดใตบาน หรอไหลลนขามบานออกไป (บานระบายททาหนาทควบคมปรมาณนาทไหลผานมกเปดปดแบบน) 3.2) เปดปดบานตามแนวราบ (มลกษณะเดยวกบการเปดปดบานประตรวทอาจเปนแบบบานเลอนหรอบานแบบบายพบ) เปนบานระบายททาหนาควบคมระดบนาบางแบบ
การนาเสนอการคานวณปรมาณนาไหลผานบานระบายในบทน จะนาเสนอในสวนของบานระบายททาหนาทควบคมปรมาณนาของ ฝายระบายนา และประตระบายนา ซงไดแกบานโคง (Radial หรอ Tainter gate) และบานตรง (Vertical lift gate หรอ Sluice gate) สวนบานระบายทใชกบอาคารประเภททอจะนาเสนอในบทท 13 เรองการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลศาสตรประเภททอ
12.2 ฝายระบายนาและประตระบายนา
การกาหนดใหฝายระบายนา หรอประตระบายนาเปนอาคารชลศาสตรหลกทใชควบคมปรมาณนาทหวงานนน เพราะตองการใหสามารถระบายนาออกไปไดปรมาณมากๆ รวมทงสามารถพรองนาลวงหนาได เพราะธรณของบานระบายกาหนดใหมระดบตาๆ ซงตางจากฝายหรอทางระบายนาลนทไมมบานระบายเปนตวควบคมซงมระดบสนฝายอยสงเทากบระดบนาเกบกกในขณะทม Head การไหลไมสงมากนก หากตองการระบายนาปรมาณมากๆ สนฝายตองยาว สวนการพรองนานนถาไมมทอทงนา กอาจทาไดโดยการใชกาลกนา (Siphon) ซงไมสะดวก
ฝายระบายนาและประตระบายนานนจะแตกตางกนทโครงสรางลกษณะรปแบบ แตคณสมบตทางชลศาสตรและการคานวณปรมาณนาไหลผานบานระบายของอาคารดงกลาวใชหลกการไหลของนาผาน Orifice ขนาดใหญ ทเปนชองเปดบานระบายเหมอนกน ซงอาจเปรยบเทยบองคประกอบของอาคารประเภทฝายระบายนาและประตระบายนา ไดดงน
12.2.1 ประตระบายนา
ประตระบาย หรอ ปตร. เปนอาคารชลศาสตรททาหนาท 2 ประการคอ ปดกนเพอเกบกกเพมปรมาณนาหรอระดบนาในทางนา และทาหนาทควบคมการระบายนาออกจากทางนา สวนใหญจะพบอาคารประตระบายใน 3 รปแบบ คอ
12-7
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1) โครงการประตระบายนา ทม ปตร. เปนอาคารหลกปดกนในลานาทไมกวางนก เชน หวย คลองชกนา เปนตน โดยจะทาหนาทปดกนเพอเกบกกเพมระดบนาในลานา และระบายนาในชวงฤดนาหลากไมใหเกดการเออทวมพนทสองฝงลานา ทงนรวมทง ปตร. ททาหนาทควบคมปองกนนาทะเลหนนไหลยอนเขามาในทางนาในชวงเวลานาขนดวย
2) เปนอาคารประกอบของเขอนหรออางเกบนา เพอทาหนาทเกบกก และระบายควบคมปรมาณนาของเขอนหรออางเกบนา
3) เปนอาคารควบคมปรมาณนาในระบบสงนาและระบบระบายนาทมขนาดใหญ(ถาขนาดเลกจะกอสรางเปนทอระบายนา) ไดแก ปตร.ปากคลองสงนาสายใหญ, ปตร.ปากคลองซอย, ปตร.ทดนากลางคลอง และในกรณทาหนาทปองกนนาจากดานนอก เชน จากลานาธรรมชาตไมใหไหลเขามาในระบบสงนาหรอระบบระบายนา ไดแก ปตร. ปลายคลองสงนา , ปตร.ปลายคลองระบายนา เปนตน
ลกษณะเดนของประตระบายคอ ฐานทเปนตวรองรบบานระบายจะมลกษณะเปนพนคอนกรตราบทมระดบทเทากนระดบเดยว โดยอาจมได 3 ลกษณะยอย (แสดงในรปท 12-10) คอ
(1) ฐานระดบเดยวกบระดบทองนาทงดานเหนอนาและดานทายนา (2) ฐานมระดบเทาระดบทองนาดานเหนอนาสวนดานทายนาลดระดบตากวาดานเหนอนา (3) ฐานยกสงกวาระดบทองนาดานเหนอนา (ลกษณะของฝายสนกวาง)
กรณ (1) ไดแก ปตร. ของระบบสงนา กรณ (2) และ (3) ไดแก ปตร.ทหวงานเขอนหรออางเกบนา ซงจะมกาแพงขางและตอมอกลางเพอตดตงบานระบาย ทมทงบานตรง และบานโคง กบเพอรองรบสะพาน
(1) มระดบเดยวกน (2) ระดบดานทายนาลดตา
(3) ระดบฐานยกสงกวาระดบทองนา รปท 12-10 รปตดแสดงฐานรองรบบานระบายของประตระบาย 3 ลกษณะ
12-8
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ประเภทของประตระบายนา แบงตามชนดของบานระบายทใชควบคมปรมาณนา เฉพาะทนยมสรางในประเทศไทย ไดแก
1) ประตระบายควบคมดวยบานโคง (Radial or Tainter gate)
ฐานรองรบบาน รปซายมออยทระดบทองนา รปขวามอยกระดบสงจากทองนา (เสมอนเปนฝายสนกวาง)
รปท 12-11 รปตดประตระบายควบคมดวยบานโคง
2) ประตระบายควบคมดวยบานตรง (Vertical lift gate or Sluice gate) แบงยอยเปน บานระบายชนสวนเดยวหรอบานเดยว และบานระบายหลายชนสวนหรอบานสองชน
(2.1) บานระบายเดยว ฐานรองรบบานอาจอยทระดบทองนาหรอยกระดบสงกได
รปท 12-12 รปตดประตระบายควบคมดวยบานตรงแบบบานเดยว ทฐานรองรบบานยกระดบสง
(ระดบฐานรองรบบานอาจออกแบบใหอยทระดบทองนาหรอยกระดบสงขนกได)
(2.2) บานระบาย 2 ชน มกเปนประตระบายทสรางในยคแรก ๆ จะม 2 สวนคอสวนบนเปนบานระบาย และสวนลางทอาจเปนบานทยกได หรอเปนเพยงธรณบานทยกสงกได
12-9
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 12-13 รปตดประตระบายควบคมดวยบานตรงแบบบานสองชน
12.2.2 ฝายระบายนา (Gated Spillways)
เปนอาคารประเภทฝายสนมน (Ogee weir) แบบตางๆ ทตดตงบานระบายเพอควบคมปรมาณการระบายนา (ในขณะท ปตร. เปนฐานราบ ๆ หรอลกษณะฝายสนกวาง) โดยธรณบานระบายจะตงทสวนยอดสนฝายหรอจดใกลเคยงทเหมาะสมกได เปนอาคารทมกสรางไวควบคมปรมาณนาของอางเกบนาหรอเขอนทดนา มกาแพงขางและตอมอกลางเพอตดตงบานระบาย และรองรบสะพาน บานระบายมทงบานตรงแบบบานเดยว และบานโคง (สวนใหญมกเปนบานโคง)
รปท 12-14 ตวอยางรปตดฝายระบายนาตดตงบานโคงและบานตรง
12-10
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปตดอาคารควบคมปรมาณนาเขอนปาสกชลสทธ
รปตดอาคารควบคมปรมาณนาเขอนปตตาน
รปท 12-15 ตวอยางเขอนทมกมโครงสรางอาคารระบายนาในลกษณะแบบฝายระบายนา
12.2.3 การคานวณปรมาณนาไหลผานบานระบายของประตระบายนาและฝายระบายนา
รปแบบการไหลของนาผานบานระบาย อาจแบงยอยไดเปน 3 แบบ คอ
1) การไหลลอดบานระบายโดยเปดบานระบายบางสวน 2) การยกบานระบายพนนา 3) การไหลขามบานระบาย
นอกจากนแตละรปแบบการไหลยงแบงยอยเปน 2 ลกษณะการไหล คอ
1) การไหลแบบ Free flow
2) การไหลแบบ Submerged flow
12-11
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
12.3 การคานวณปรมาณนาผานประตระบายนา 12.3.1 บานระบายชนดบานโคง (Radial or Tainter gate)
ปรมาณนาไหลผานบานระบายชนดบานโคงนน ใชหลกการวเคราะหการไหลผาน Orifice ขนาดใหญเชนเดยวกบกรณบานตรงทกลาวแลวขางตน แตจะมความแตกตางกนทบานตรงจะตงฉากกบทศทางการไหล ตาแหนงชองเปดของบานตรง ขอบลางของบานกบธรณรองรบบานเปนแนวตาแหนงหนาตดแนวดงแนวเดยวกนตลอด แตกรณบานโคงเมอยกบานขน สวนขอบลางของบานจะเคลอนตวเปนสวนโคงของวงกลมไมอยในแนวดงแนวเดยวกบจดธรณรองรบบาน แตจะทามมกนเปนมม θ หรออาจกลาวไดวาชองเปดของบานโคงนนจะเอยงเปนมม θ
12.3.1.1 การไหลลอดผานบานโคงแบบ Free Flow
r หรอ R เปนรศมความโคงของบาน
รปท 12-16 ลกษณะการไหลลอดผานบานโคงแบบ Free Flow
1od gY2GLCQ =
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
1
oc
cd
YG
C1
CC
θ คามมเมอเปดบานระบาย ระหวางเสนสมผสของสวนโคง (Tangent) ของบานระบาย ทตาแหนงธรณบานหรอขอบลางของบาน กบ (ก) ฐานทรองรบธรณบานในกรณของ ปตร . และ (ข) เสนสมผสของสวนโคงของสนฝายตรงจดทเปนฐานรองรบธรณบาน
12-12
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
คา CC คานวณไดจากสมการตอไปน
2
c 9036.0
9075.01C ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ θ
+⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ θ
−= (5)
Cc จะมความผดพลาดไมเกน 5% ถา 190/ ≤θ
คา Cd
A. Toch (1955) ไดศกษาพบวาคา Cd จะแปรผนไปตามคาของ Y1, Go, a
และ r (r หรอ R เปนรศมความโคงของบาน) โดยอาจใชคา Cd ตามกราฟในรปท 12-17
USBR ไดปรบปรงสตรการคานวณ การไหลลอดผานบานโคงแบบ Free Flow
ใหใชงานไดสะดวกยงขนเปน
gh2LGCCQ o21=
โดยคา C1 และC2 หาไดจากกราฟในรปท 12-18 รปท 12-19 และรปท12-20 เมอ a/R เทากบ 0.1, 0.5 และ 0.9 ตามลาดบ โดยท C1 จะสมพนธกบคา h/R, Go/R และ a/R
สวน C2 จะสมพนธกบคา L/P และ a/R
12-13
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 12-17 กราฟหาคา Cd ทจะแปรผนไปตามคาของ Y1, Go, a และ r
ทงกรณ Free flow และ Submerged flow
12-14
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท12-18 กราฟหาคา C1 และ C2 การไหลแบบ Free flow เมอ a/R = 0.1
12-15
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท12-19 กราฟหาคา C1 และ C2 การไหลแบบ Free flow เมอ a/R = 0.5
12-16
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท12-20 กราฟหาคา C1 และ C2 การไหลแบบ Free flow เมอ a/R = 0.9
12-17
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
12.3.1.2 การไหลลอดผานบานโคงแบบ Submerged Flow
เปนการไหลทนาดานทายทวมขอบลางหรอธรณบานระบาย หลกการวเคราะหจะเหมอนกรณการไหลของ Orifice ขนาดใหญ แบบ Submerged Flow
Y3 หรอ hs เปนระดบนาดานทายนา
รปท 12-21 ลกษณะการไหลลอดผานบานโคงแบบ Submerged Flow
สมการการคานวณการไหลผานบานระบายโคงกรณ Submerged flow ของ USACE
จากสมการ gh2GLCQ o=
gh2h
GGLC
h
GQ
s
oo
s
o⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
gh2h
GGLCQ
s
ooS ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
gh2LhCQ SS=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
s
0S h
GCC
12-18
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานตอบานระบาย 1 ชอง, (ม.3/วนาท)
L = ความกวางของบานระบายนา 1 ชอง, (ม.)
hS หรอ Y3 = ระดบนาทายประตวดจากธรณบานระบาย หรอ, (ม.)
g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก = 9.81 ม./ (วนาท) 2
G0 = ระยะเปดบานระบาย, (ม.)
h = ความแตกตางของ Head ทงหมดระหวางเหนอนาและทายนา, (ม.)
C = สมประสทธการไหลกรณ Free flow
CS = สมประสทธการไหลของนาผานบานระบาย กรณ Submerged flow
คา CS: สมประสทธการไหล จากผลการทดลองของ U.S. Army Corps of
Engineers Waterways Experiment Station พบวา คา Cs มความสมพนธแบบผกผนกบคา hs / Go ดงแสดงใน Log – Log Scale ตามรปท 12-22 ทตองเลอกเสนกราฟตามขนาดความกวางของบานระบาย (B)
12-19
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 12-22 กราฟหาคา CS สมประสทธการไหลผานบานระบาย กรณ Submerged flow
เมอใชสมการของ USACE ใชไดกบอาคารอน ๆ ทควบคมดวยบานระบายไดอก เชน ประตระบายบานตรง, ไซฟอน และทอระบายนา
12-20
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
12.3.2 บานระบายชนดบานตรง (Vertical lift gate or Sluice gate)
ก. กรณเปดบานระบายบางสวน (Partial gate opening)
12.3.2.1 การศกษาของ USBR
[ประตระบายนา > บานตรง > Free flow]
(1.1) การไหลลอดผานบานตรงแบบอสระ (Free flow) นาไหลลอดผานบานระบายแบบบานตรง สาหรบกรณนเกดขนเมอ
ระดบนาทายประตมระดบไมสงกวาระดบทองบานระบายทยกขน เปนการไหลของนาแบบอสระทไมอยภายใตการถกบงคบ หรอตานทานของการไหลของนาทายบานระบาย
รปท 12-23 การไหลแบบ Free flow ของบานระบายชนดบานตรง
การไหลของนาในกรณ Free flow หากไมคดการสญเสยในระบบ
E1 = E2
g2
22V
2Yg2
21V
1Y +=+
q = VY ;
22gY2
2q2Y
21gY2
2q1Y +=+
(1)
21
21 YYg2
YYq+
=
แทนคา Y2 = CcGo และนา Y1 ใสใน จะได
oc1
21
oc GCY
gY2GCq
+=
จาก Q = q.L ; ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=oc1
11oc GCY
Y.gY2LGCQ
12-21
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1od gY2GLCQ = (2)
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
1
oc
cd
YG
C1
CC (3)
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานบานระบาย 1 ชอง, (ม.3/วนาท) Cd = สมประสทธการไหลของนาผานบานระบาย
Cc = สมประสทธการบบตวของหนาตดการไหลของนา Go = ระยะเปดบาน, (เมตร) อาจแทนคาเปนอยางอน เชน d, W, a
g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก = 9.81 ม./ (วนาท) 2
L = ความกวางของบานประต 1 ชอง, (ม.) Y1 = ความลกของนาดานเหนอนาของบานประต, (เม.)
[ประตระบายนา > เปดบานบางสวน > บานตรง > Free flow]
Cc : สมประสทธการบบตวของหนาตดการไหลของนา
• Southwell, R.V และ G. Valsey (1964) เสนอแนะวาคา Cc เทากบ 0.608 เมอ Y2 /Y1 เทากบ 0.321
• Benjamin T.B (1956) ไดวเคราะหและทดลองพบความสมพนธของคา Cc กบ Go /Y1 สรปตามตารางท 12-1
ตารางท 12-1 ความสมพนธของคา Cc กบ Go /Y1
Go /Y1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Cc 0.611 0.606 0.602 0.600 0.598 0.598
ในทางปฏบตแลวใหใช Cc = 0.61 ซงถอวาเปนคาการบบตวของ Orifice
[ประตระบายนา > เปดบานบางสวน > บานตรง > Free flow]
Cd : สมประสทธการไหลของนาผานบานระบาย อาจหาไดจาก
• ใชคาตามสมการ (3) โดยทคา Cd ผนแปรไปตามคา Go /Y1
• H.R. Henry ไดศกษาทดลองการไหลผานบานระบายแบบบานตรง ไดผลการทดลองสรปคาสมประสทธการไหล (Cd) เปนกราฟดงรปท 12-17 โดยเสนกราฟ Free
flow เปนกราฟเสนแนวนอนเสนบนมคาระหวาง 0.5 – 0.6 (เสนกราฟอนๆเสนแนวเฉยงเปน Submerged flow)
12-22
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
[ประตระบายนา > เปดบานบางสวน > บานตรง > Submerged flow]
(1.2) การไหลลอดผานบานตรงแบบทวม (Submerged flow)
มลกษณะการไหลเมอเปดบานระบายจะมลาเจทของนาพงผานชองบานระบายออกไปดงเชนกรณการไหลแบบ Free flow แตนาดานทายทมระดบสงจะยอนกลบมาทบบนลาเจทและระดบนาดานทายจะสงกวาขอบลางของบานระบาย การวเคราะหการไหลทเกดขนจงเหมอนกรณการไหลแบบ. Free flow ทกลาวแลวทกประการ แตระดบนาเหนอลาเจทจะทาใหการไหลไมสะดวก นนคอระดบนาดานทายมผลตอคาสมประสทธของการไหลหรอคา Cd
Y2 เปนความลกจากลาเจทของนาทไหลพงลอดใตบานระบายออกไปแบบ Supercritical flow
Y เปนเฮดสถตทงหมดทหนาตด (2) Y3 เปนความลกททาใหเกดHydraulic jump
รปท 12-24 การไหลแบบ Submerged flow ของบานระบายชนดบานตรง
[ประตระบายนา > เปดบานบางสวน > บานตรง > Submerged flow]
• H.R. Henry ไดวเคราะหและทดลองพบวาจากสมการ (2)
1gY2oGLdCQ = คา Cd จะผนแปรไปตามคา Y1/ Go และ Y3 /Go โดยไดสรางกราฟความสมพนธกรณการไหลแบบ Submerged และ Free flow ของบานตรงดงรปท 12-25
รปท 12-25 คาสมประสทธการไหลของบานระบายบานตรงจากผลการทดลองของ Henry
12-23
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
จากกราฟในรปท 12-25 Eqs. (6-47, 6-48) คอสมการตอไปน
Eqs. 6-47 คอสมการ E1 = E2 22gY2
2qY
21gY2
2q1Y +=+
และ Eqs. 6-48 คอสมการ M2 = M3 2
Y
gYq
2Y
gYq
23
3
22
2
2+=+
[ประตระบายนา > เปดบานบางสวน > บานตรง]
(1.3) เงอนไขของลกษณะการไหลผานบานตรง
ตามทกลาวขางตนวาการไหลแบบ Submerged flow นนในชวงแรกมระดบการทวมนอยๆ จะยงคงมคณสมบตการไหลแบบ Free flow อย แตนาดานทายทมระดบสงขนจะยอนกลบมาทบบนลาเจท จนระดบนาดานทายจะสงกวาขอบลางของบานระบาย สวนการจะเกดการไหลทเปน Submerged flow ทสมบรณนน จะเกดเมอการทวมบานของนาดานทายนาเลยระดบหนงขนไป อาจพจารณาไดจากกราฟ ในรปท 12-26 (ใชตวแปรระยะยกบานระบายเปน w ซงกคอG0 นนเอง) ซงเปรยบเทยบจากจดตดของคาอตราสวน Y1/Go (ในกราฟใช Y1/w) กบ Y2/Go (ในกราฟใช Y2/w) วาอยในขอบเขตใดระหวาง Free or Modular flow หรอ Submerged flow
รปท 12-26 เงอนไขของลกษณะการไหลผานบานตรง สมพนธกบ Y1/w และ Y2/w
12-24
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
[ประตระบายนา > บานตรง > FAO]
12.3.2.2 คาแนะนาของ FAO กรณ Open intake
FAO: องคการอาหารและการเกษตรแหงสหประชาชาต (Food and
Agriculture Organization of the United Nations) ไดใหคาแนะนาในการคานวณปรมาณนาผานอาคารรบนาทควบคมดวยบานระบายชนดบานตรง ในคมอฝกอบรมชอ Inland
Aquaculture Engineering ซงนาเสนอสวนนโดย J. Kövári โดยไดแบงอาคารรบนาเปน 2 ประเภทคอ Pipe intake หรอ ทอระบายนา (จะกลาวในบทท 13 อาคารประเภททอ) และ Open intake หรอประตระบายนา
Open intake (sluice) เปนอาคารรบนาประเภทประตระบายนาในระบบสงนาควบคมดวยบานตรง และจากการทในระบบสงนาจะมการไหลของนาอยางตอเนอง ดงนน Approach velocity ดานเหนอนาหนาบานระบายจงมอทธพลตอการคานวณอตราการไหลมาก (ยกเวนความเรวนอย ๆ เชนนอย กวา 0.30 ม. /วนาท อาจไมตองคด) ทงน FAO เสนอแนะการคานวณปรมาณนา 3 รปแบบ คอ
ปรมาณนาไหลผานบานระบายกรณการไหลแบบ Free flow
ปรมาณนาไหลผานบานระบายกรณการไหลแบบ Submerged flow
อตราการไหลผานบานระบายจากอทธพลของนาดานทายนา ซงเปนการ คานวณปรมาณนากรณการไหลแบบ Submerged flow อกวธหนง
รปท 12-27 รปตดแสดงการไหลผาน Open intake ทควบคมดวยบานตรง
12-25
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
[ประตระบายนา > บานตรง > FAO]
(2.1) ปรมาณนาไหลผานบานระบายกรณการไหลแบบ Free flow
( )101 HHg2H.a.b.Q −φ= , ม.3/วนาท
g2
VHH
20
0 +=
และ aH1 ψ=
เมอ φ = คาสมประสทธความเรว (Velocity coefficient) มคาตามตารางท 12-2 ซงขนกบลกษณะของฐานรองรบ บานระบาย
b = ความกวางของบานระบาย, ม. a = ระยะเปดบานระบายพนธรณบานระบาย (หรอคอ G0), ม. H0 = ความลกนาดานเหนอนาทรวม Approach velocity (v0), ม. H = ความลกของนาดานเหนอนาหนาบานระบาย, ม. g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม. /วนาท2 H1 = เปนความลกจากลาเจทของนาทไหลพงลอดใตบานระบายออกไป, ม. ψ = คาสมประสทธการบบตว (Contraction coefficient) (หรอคอ Cc) ซงจะ สมพนธกบคา a/H ซงหาไดจากตารางท 12-3
V0 = Approach velocity***, ม./วนาท
***การคานวณถาตองการใชคา Approach velocity ทาไดโดย
(1) คานวณหาคา Q โดยไมคด Approach velocity กอน โดยใชคา H0 = H
(2) จากคา Q ทคานวณได หาคา V0 ทไหลผานหนาตดทางนา A0 (ทตาแหนงวดคา H ดานหนาบานระบาย) จากสมการ Q = A0.V0
(3) นาคา V0 ไปใชคานวณอกครงโดยใชคา g2
VHH
20
0 +=
ตารางท 12-2 คาสมประสทธความเรว (Velocity coefficient) φ
ลกษณะของฐานรองรบบานระบาย φ
ฐานรองยกสงจากทองนา(ลกษณะBroad crested) 0.85 - 0.95
ฐานรองมระดบเดยวกบระดบทองนา 0.95 - 1.00 หมายเหต : ในการคานวณใหใชคาเฉลยได
12-26
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 12-3 คาสมประสทธการบบตว (Contraction coefficient) : ψ
a/H ψ a/H ψ a/H ψ a/H ψ 0.00 0.611 0.30 0.625 0.55 0.650 0.80 0.720 0.10 0.615 0.35 0.628 0.60 0.660 0.85 0.745 0.15 0.618 0.40 0.630 0.65 0.675 0.90 0.780 0.20 0.620 0.45 0.638 0.70 0.690 0.95 0.835 0.25 0.622 0.50 0.645 0.75 0.705 1.00 1.000
[ประตระบายนา > บานตรง > FAO]
(2.2) ปรมาณนาไหลผานบานระบายกรณ Submerged flow
hg2.C.b.aQ = , ม.3/วนาท
h = Ho - H2 = head, ม.
เมอ a = ระยะเปดบานระบายพนธรณบานระบาย, ม. b = ความกวางของบานระบาย, ม.
C = φ.ψ = Discharge coefficient φ = Velocity coefficient มคาตามตารางท 12-2 ซงขนกบลกษณะของฐาน รองรบบานระบาย
ψ = คาสมประสทธการบบตว (contraction coefficient) ซงจะสมพนธกบคา a/H ซงหาไดจากตารางท 12-3
h = H0 - H2
g2
VHH
20
0 +=
H0 = ความลกนาดานเหนอนาทรวม approach velocity, ม. H = ความลกของนาดานเหนอนาหนาบานระบาย, ม.
g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก, = 9.81 ม./ วนาท 2 V0 = approach velocity, ม./วนาท
12-27
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
[ประตระบายนา > บานตรง > FAO]
(2.3) อตราการไหลผานบานระบายจากอทธพลของนาดานทายนา
เปนการคานวณอตราการไหลในกรณ Submerged flow อกวธหนง ทมหลกการคอ เมอระดบนาดานทายนาสงขนถงระดบหนงจะมอทธพลกบการไหลในกรณ Free
flow โดยนาดานทายนาจะตานการไหลของนาทไหลผานบานระบายออกไป ทาใหอตราการไหลกรณ Free flow ลดลง
kQ
Qretarded = หรอ
Q.kQretarded =
เมอ Q = ปรมาณนาไหลผานบานระบายกรณการไหลแบบ Free flow ทคานวณจาก สมการ ( )101 HHg2H.a.b.Q −φ= , ม.3/วนาท
Qretarded = ปรมาณนาไหลผานบานระบายกรณเกดจากอทธพลของนาดานทายนา หรอ การไหลแบบ Submerged flow, ม.3/วนาท
k = คาสมประสทธการตานการไหลทเกดจากอทธพลของนาดานทายนา ซงหาได จากกราฟในรปท 12-28 ทสมพนธกบคา H1/a และ H2/a
รปท 12-28 คา k Coefficient เมอเปนการไหลแบบ Submerged flow
12-28
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
[ประตระบายนา > บานตรง > FAO]
(2.4) เงอนไขของลกษณะการไหลผานบานตรงของ FAO
การจะพจารณาวาการไหลเปนแบบ Free flow หรอเปนการไหลแบบ
Submerged flow นน พจารณาไดจากกราฟ ในรปท 12-29 ซงเปรยบเทยบจากจดตดของคาอตราสวน H1/a กบ H2/a วาอยในขอบเขตใด ระหวาง Free flow ในขอบเขต Free outflow ใตเสนกราฟ หรอ Submerged flow ในขอบเขต Outflow influenced by downstream (การไหลทไดรบอทธพลจากนาดานทายนา) เหนอเสนกราฟ
รปท 12-29 กราฟเพอใชพจารณาการไหลเปนแบบ Free flow หรอ Submerged flow
[ประตระบายนา > เปดบานบางสวน > บานตรง > USACE > Submerged flow]
12.3.2.3 การไหลลอดผานบานตรงกรณ Submerged flow ใชผลจากการศกษาของ U.S. Army Corps of Engineers Waterways Experiment Station (USACE)
ในหวขอ 12.3.1.2 ไดนาเสนอการศกษาของ U.S. Army Corps of Engineers
Waterways Experiment Station (USACE) เกยวกบการไหลผานบานโคงในกรณSubmerged flow ซงไดมการพฒนาดดแปลงสตรของ Standard Orifice
gh2GLCQ o= เพอใหสามารถใชไดงายและสะดวก ไดเปนสมการทเปนทนยมใชโดยทวไป
12-29
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
สมการการคานวณการไหลผานบานระบายโคงกรณ Submerged flow ของ USACE สามารถนาไปใชกบอาคารอน ๆ ทควบคมดวยบานระบายไดอก เชน ประตระบายบานตรง (ทจะนาเสนอในหวขอน), ไซฟอน และทอระบายนา ซงการนาคาสมประสทธการไหลของบานโคงมาใชนนจะเปนคาโดยประมาณทยอมรบได แตหากตองการความถกตองแนนอนตอง Calibrate หาคาสมประสทธการไหลของอาคารแตละแหงมาใชคานวณ
รปท 12-30 ลกษณะการไหลแบบ Submerged flow
สมการการคานวณการไหลผานบานระบายโคงกรณ Submerged flow ของ USACE
gh2LhCQ SS=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
s
0S h
GCC
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผานตอบานระบาย 1 ชอง, (ม.3/วนาท) L = ความกวางของบานระบายนา 1 ชอง, (ม.) hS หรอ Y3 = ระดบนาทายประตวดจากธรณบานระบาย หรอ, (ม.)
g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก = 9.81 ม./ (วนาท) 2
G0 = ระยะเปดบานระบาย, (ม.) h = ความแตกตางของ Head ทงหมดระหวางเหนอนาและทายนา, (ม.) C = สมประสทธการไหลกรณ Free flow
CS = สมประสทธการไหลของนาผานบานระบาย กรณ Submerged flow
หาไดจาก Log – Log Scale ตามรปท 12-22 (ในหวขอบานโคง)
12-30
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
[ประตระบายนา > บานตรง > เปดบานระบายพนนา]
ข. กรณเปดบานระบายพนนา (Fully gate opening)
ในการบรหารจดการนาในชวงฤดนาหลากนน มกมการพรองนาไวลวงหนาในชวงตนฤด แตหากมความจาเปนตองระบายนาปรมาณมาก ๆ นอกจากการพจารณาถงความปลอดภยของหวงานเปนหลกแลว ตองพจารณาผลกระทบทจะทาใหเกดนาทวมพนทดานทายดวย
อนง ในทางปฏบตเมอมการยกบานระบายพนนาอาจถอวาไมมความจาเปนทจะตองคานวณปรมาณนาในเวลานน เพราะเปนการระบายนาในลกษณะทไมตองมการควบคม เพอใหบรรลวตถประสงคในการระบายนาดงกลาวโดยเรวทสด เชน ระบายนาใหเกดความปลอดภยตอหวงาน การเรงระบายนาออกสทะเลเพอลดนาทวมพนทตอนบน หรอระบายนาเคมออกไปใหมากทสด เปนตน แตกจะตองมการคานวณปรมาณการระบายนาเพอบนทกเปนสถตขอมลเกบไวในภายหลง
ในกรณการระบายนาโดยการยกบานระบายพนผวนานนจะทาใน 2 กรณ คอ (1) โครงการทไดออกแบบใหมการระบายนาสงสดผานอาคารประตระบายนาโดย
การยกบานระบายพนนา เพอใหการระบายนามอตราสงสดซงนาจะไหลในลานาโดยอสระเหมอนสภาพธรรมชาตเดมของมน โดยไมทาใหเกดผลกระทบทาใหนาทวมพนทดานทายนา ซงการยกบานระบายพนนาจะทาเมอระดบนาดานเหนอนาและดานทายนาของอาคารมระดบใกลเคยงกน กรณเชนนถอเปนการระบายนาตามปกต
(2) โครงการทว ๆไปทไมไดออกแบบใหมการระบายนาผานประตระบายโดยใหยกบานระบายพนนา เมอเกดภาวะวกฤตเพอใหเกดความปลอดภยตอหวงานตองระบายนาออกไปใหมากทสดซงจาเปนตองมการยกบานระบายพนนา ซงเปนการแนนอนวาจะทาใหเกดนาทวมพนทดานทายนา กรณเชนนตองมการประเมนสภาพการเกดนาทวมพนทดงกลาว และตองมการประกาศแจงเตอนลวงหนา
เมอมการยกบานระบายพนนา อาคารประตระบายนาทงกรณทควบคมดวยบานตรงและบานโคงจะเกดลกษณะการไหลทเหมอนกน ซงลกษณะของการไหลขนกบลกษณะรปแบบของฐานรองรบบานระบาย 2 ลกษณะ คอ
(1) ลกษณะการไหลแบบไหลผานตอมอ เปนกรณทฐานรองรบบานมระดบเปนระดบเดยวกบพนดานเหนอนาและดานทายนา
(2) ลกษณะการไหลแบบผานฝายสนกวาง เปนกรณทฐานรองมลกษณะรปแบบคลายฝาย กลาวคอมระดบดานทายนาลาดตาลง หรอฐานรองยกระดบสงกวาระดบทองนา
12-31
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
[ประตระบายนา > เปดบานระบายพนนา > รปแบบท 1]
กรณทฐานรองรบบานระบาย พนดานเหนอนาและทายนา มระดบเทากน
* มลกษณะเดน คออาคารตงอยในทางนาทมขนาดหนาตดดานเหนอนาและดานทายนาใกลเคยงกน และระดบนาดานเหนอนากบทายนาควรตางกนไมมาก
รปท 12-31 ลกษณะการไหลแบบไหลผานตอมอเมอยกบานระบายพนนา กรณทฐานรองรบบานระบาย พนดานเหนอนาและทายนา มระดบเทากน
การคานวณลกษณะการไหลผานตอมอ ตามรปท 12-31 ทหนาตดการไหลเมอผาน
ตอมอ ทหนาตด 2 จะหดตวแคบลง โดยระดบนาจะคอย ๆลดลงในขณะทมความเรวเพมขน เมอถงระยะหนงระดบนาจะคอย ๆ เพมขนจนถงระดบปกตทหนาตด 4 และการไหลบรเวณทายตอมอ ทหนาตด 3 จะมการไหลใกลเคยง Critical flow มากทสด ในทางทฤษฏจะคานวณปรมาณนาทตาแหนงดงกลาว สาหรบหลกการทางทฤษฏนนคอนขางซบซอนจงขอนาผลสรปมานาเสนอดงน
hg2ACQ 33 ∆=
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผาน ปตร., (ม.3/วนาท) C3 = คาสมประสทธการไหล มคาระหวาง 0.6 – 0.7 ขนกบขนาดชองเปด
∆ h = ความแตกตางของ Head ระหวางหนาตด 1 กบ 3, (ม.) A3 = หนาตดการไหลทหนาตด 3 , ม.2
12-32
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ในทางปฏบตนนการอานระดบนาทตาแหนงหนาตด 3 มกทาไดไมสะดวก จงมแนวทางใหพจารณาเลอกในทางปฏบต โดยใหหนาตด 3 เปนตวตงในการพจารณา ดงน
111444333 VACVACVACQ ===
1) ในกรณทหนาตด 3 ใกลเคยงกบหนาตด 4 ใหใชหนาตด 4 แทน (ตองพจารณาหนาตด 4 กอน เพราะจะตอเนองและใกลกบหนาตด 3 ทสด) จงคานวณดวยสมการ
hg2ACQ 44 ∆=
∆ h = ความแตกตางของ Head ระหวางหนาตด 1 กบ 4, (ม.) A4 = หนาตดการไหลทหนาตด 4 , ม.2
2) ถาหนาตด 4 ใหญกวาหนาตด 3 เพราะผายออกใหใชหนาตด 1 แทน จงคานวณดวยสมการ
hg2ACQ 11 ∆=
∆ h = ความแตกตางของ Head ระหวางหนาตด 1 กบ 4, (ม.) A1 = หนาตดการไหลทหนาตด 1, ม.2
หมายเหต (1) อาคารตงอยในทางนาทมขนาดหนาตดดานเหนอนาและดานทายนาใกลเคยงกน และระดบนาดานเหนอนากบทายนาควรตางกนไมมาก (2) ตองมการสอบเทยบเพอหาคาสมประสทธการไหลทถกตอง คา C1, C2 และ C3 จะมคาระหวาง 0.6 – 0.7
[ประตระบายนา > เปดบานระบายพนนา > รปแบบท 2]
กรณทฐานรองมลกษณะรปแบบคลายฝาย
รปท 12-32 ลกษณะการไหลแบบผานฝายแบบจม กรณทฐานรองมลกษณะรปแบบคลายฝาย
จะมลกษณะการไหลเปนแบบการไหลผานฝายแบบจม (Submerged flow)
12-33
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ −=
3hHgh2CLQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผาน, (ม.3/วนาท) C = สมประสทธการไหล
ปตร. ขนาดเลก มความกวางนอยกวา 3 เมตร ใช C = 0.60
ปตร.ขนาดใหญ มความกวางมากกวา 3 เมตร ใช C = 0.70
H = ความลกของนาทางดานหนาประตระบาย, (ม.) h = ผลแตกตางระหวางระดบนาดานเหนอนาและดานทายนา, (ม.) g = ความเรงเนองจากแรงโนมถวงของโลก = 9.81 (ม./ วนาท 2 )
L = ความกวางของชองประตระบาย, (เมตร)
[ประตระบายนา > บานตรงแบบสองชน ]
12.3.3 ประตระบายนา ควบคมดวยบานตรงแบบบานสองชน
ก. กรณเปดบานระบายบางสวน (Partial gate opening)
เปนกรณทฐานรองรบบานมระดบยกสง ซงเปนลกษณะของ ฝายระบายนา (บาน
ตรงอาจพบไดนอย เพราะสวนใหญจะใชบานโคง) และประตระบายแบบบานระบายสองชน ในกรณนชองเปดของบานระบายจะมสภาพเปน Orifice ทแทจรงหรอสมบรณกวากรณทฐานรองรบบานไมไดยกตวสง คณสมบตการไหลจงแตกตางกน มสตรการคานวณทตางไป
รปท 12-33 ประตระบายแบบบานระบายสองชน เปดบานบางสวน
1) การไหลลอดผานบานตรงสองชนแบบ Free Flow
12-34
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
เปนกรณทระดบนาดานทายตากวาขอบลางบานระบาย (บานระบายตวบนกรณบาน 2 ชน) ตามรปท 12-33 ระดบนาดานทายนาเปนเสน (1)
การคานวณใชสมการการไหลผาน Orifice รปสเหลยมผนผาขนาดใหญ ดงตอไปน (ไดนาเสนอ หลกการพนฐาน ไวในบทท 2 หวขอ 2.5.2 อตราการไหลของนาผานชองเปดสเหลยมผนผาขนาดใหญ)
( )2/31
2/32g HHg2LC
32
Q −=
เมอ Q = ปรมาณนาไหลผานบานระบาย (ม.3/วนาท) L = ความกวางของชองระบาย (ม.)
H1 = ระยะจากระดบนาดานเหนอนาถงขอบบนชองระบาย (ม.) H2 = ระยะจากระดบนาดานเหนอนาถงขอบลางชองระบาย (ม.) d = ระยะยกบานระบาย = H2 – H1 (ม.) g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 (ม. /วนาท2) Cg หรอ C = คาสมประสทธของการไหลผานบานระบาย ตามรายละเอยดตอไปน
Cg : คาสมประสทธของการไหลผานบานระบาย
• USBR ไดสรปผลการศกษาทดลอง คา Cg ของฝายระบายนาทควบคมดวยบานระบายโคง ดงสมการตอไปน (ใชไดกบฝายระบายนาควบคมดวยบานตรง และประตระบายบานระบาย 2 ชนดวย)
1
2g H
H104.0615.0C += เมอ 83.0
HH
1
2 <
ซง Cg สงสดเมอ H2/H1 = 0.83 มคา 0.70
นอกจากนไดสรางเปนกราฟความสมพนธ ของ C หรอ Cg กบ d/H2 ดงแสดงในรปท 12-34
12-35
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 12-34 กราฟความสมพนธ ของ C หรอ Cg กบ d/H2
• กรมชลประทาน ไดแนะนาในเอกสารคมอการคานวณปรมาณนา กาหนดคาโดยประมาณ ดงน
กรณประตระบายขนาดใหญ มความกวางมากกวา 3.00 เมตร C = 0.70
กรณประตระบายขนาดเลก มความกวางนอยกวา 3.00 เมตร C = 0.60
ข. กรณเปดบานพนนา กรณบานตรงแบบบาน 2 ชน
เมอยกบานระบายตวบนพนนา การไหลจะเปนแบบไหลขามสนบานลาง(Overpour-type regulators) ซงเปนลกษณะการไหลขามฝายสนสนลกษณะ Free overfall
รปท 12-35 ประตระบายแบบบานระบายสองชน เปดบานพนนา
12-36
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
(1 ) การไหลแบบ Free Flow ระดบนาดานทายตากวาสนบานลาง
2/3H.g2CL32
Q =
( 2 ) การไหลแบบ Submerge Flow ระดบนาดานทายสงกวาสนบานลาง
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ −=
3h
H.gH2CLQ
เมอ Q = ปรมาณนาไหลผานประตระบาย (ม.3/วนาท) C = คาสมประสทธของการไหล
กรณประตระบายขนาดใหญ มความกวางมากกวา 3.00 เมตร C = 0.70
กรณประตระบายขนาดเลก มความกวางนอยกวา 3.00 เมตร C = 0.60
L = ความกวางของชองระบาย (ม.) H = ระดบนาดานเหนอนาเหนอระดบสนบานระบายตวลาง (ม.)
h = ระดบแตกตางของนาดานเหนอนาและทายนา (ม.)
g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม. / (วนาท) 2
12.4 การคานวณปรมาณนาผานฝายระบายนา
12.4.1 ฝายระบายนาควบคมดวยบานตรง (Vertical lift gate or Sluice gate)
รปท 12-36 ฝายระบายนาควบคมดวยบานตรง
12-37
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การไหลโดยผานควบคมบานระบายของฝายระบายนานน อาจมลกษณะการไหลได 2 ลกษณะ คอ แบบ Free flow และแบบ Submerged flow
1) การไหลแบบ Free flow เปนกรณทระดบนาดานทายไมทวมขอบลางของบานระบาย หรอระดบดานทายเปนระดบ (1) ในรปท 12-36 คานวณอตราการไหลโดยสตร Orifice
ดงน
( )2/31
2/32g HHg2LC
32
Q −=
เมอ Q = ปรมาณนาไหลผานบานระบาย (ม.3/วนาท) L = ความกวางของชองระบาย (ม.) H1 = ระยะจากระดบนาดานเหนอนาถงขอบสนฝาย (ม.) H2 = ระยะจากระดบนาดานเหนอนาถงขอบลางของบาน (ม.) d = ระยะยกบานระบาย = H2 – H1 (ม.) g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 (ม. /วนาท2) Cg หรอ C = คาสมประสทธของการไหลผานบานระบาย ตามรายละเอยดตอไปน
Cg : คาสมประสทธของการไหลผานบานระบาย
• USBR ไดสรปผลการศกษาทดลอง คา Cg ของฝายระบายนาทควบคมดวยบานระบายโคง ดงสมการตอไปน (ใชไดกบฝายระบายนาควบคมดวยบานตรง และประตระบายบานระบาย 2 ชนดวย)
1
2g H
H104.0615.0C += เมอ 83.0
HH
1
2 <
ซง Cg สงสดเมอ H2/H1 = 0.83 มคา 0.70
นอกจากนไดสรางเปนกราฟความสมพนธ ของ C หรอ Cg กบ d/H2 ดงแสดงในรปท 12-34
12-38
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) การไหลแบบ Submerged flow เปนกรณทระดบนาดานทายทวมขอบลางของบานระบาย หรอระดบดานทายเปนระดบ (2) ในรปท 12-36 คานวณอตราการไหลโดยสตร Submerged orifice ดงน
gh2CLQ =
เมอ Q = ปรมาณนาไหลผานชองบานระบายของฝายระบาย (ม.3/วนาท) C = คาสมประสทธของการไหล
กรณประตระบายขนาดใหญ มความกวางมากกวา 3.00 เมตร C = 0.70
กรณประตระบายขนาดเลก มความกวางนอยกวา 3.00 เมตร C = 0.60
L = ความกวางของชองระบาย (ม.) h = ระดบแตกตางของนาดานเหนอนาและทายนา (ม.)
g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม. / (วนาท) 2
12.4.2 ฝายระบายนาควบคมดวยบานโคง (Radial gate or Tainter gate)
U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center
ไดศกษาและเสนอการคานวณปรมาณนาผานฝายระบายนาแบบ Ogee ทควบคมดวยบานโคงดงน
[ZU = ระดบนาดานเหนอนา, ZD = ระดบนาดานทายนา, Zsp = ระดบสนฝาย]
รปท 12-37 ฝายระบายนาแบบ Ogee ทควบคมดวยบานโคง
12-39
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1) การไหลกรณ Free flow
เปนการไหลผานฝายระบายนาทระดบนาดานทายนา (Zd) มระดบตาจนไมสงผลกระทบในการตานการไหลของนาทไหลผานสนฝายออกมา ซงพจารณาจากคา Submergence
ratio: ZD/ZU < 0.67 คานวณโดยสมการตอไปน
HEBETE HBTWg2CQ =
เมอ Q = อตราการไหล, (ม.3/วนาท) C = คาสมประสทธของการไหล มคา 0.6 – 0.8 ขนกบขนาดหนาตดการไหล W = ความกวางของบานระบาย, (ม.) T = ความสงของแกนหมนบานวดจากสนฝาย, (ม.) TE = คายกกาลงของ T ขนกบแบบบานมคาไมเกน 0.16
(คา T และ TE เกยวของกบผลกระทบทเกดจากการทามมของบาน อาจไม คดผลกระทบนโดยใช 0.0 ทาให T= 1) B = ระยะยกบาน, (ม.) BE = คายกกาลงของ B ขนกบแบบบาน เปนคาปรบแกผลกระทบทเกด
จากขอบลางบานเบนไปจากตาแหนงธรณบานบนสนฝายมคาไมเกน 0.72
(อาจไมคดผลกระทบนใช BE = 1.0) H = ความลกของนาดานเหนอนาวดจากสนฝาย หรอ Head การไหล (Zu - Zsp)
HE = คายกกาลงของ H ขนกบแบบบาน มคาไมเกน 0.62 (คาทวไปใช 0.5)
2) การไหลกรณ Submerged flow
• เปนการไหลผานฝายเมอคา Submergence ratio: ZD/ZU > 0.67 นนคอระดบนาดานทายนา (Zd) มระดบสงจนรบกวนการไหล (เกดการตานการไหลเกดขน)การคานวณปรมาณนา ใชสมการตอไปน
HEBETE HBTWg2CQ =
คาตางๆ เหมอนกรณ การไหลแบบ Free flow ยกเวนคา H
H = ความแตกตางของระดบนาดานเหนอกบดานทายนา = Zu – ZD
12-40
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
• กรณทคา Submergence ratio: ZD/ZU สงจนเทากบหรอมากกวา 0.8 ถอเปนการไหลในลกษณะของ Submerged orifice ทสมบรณ จงใชสมการคานวณ
gH2CAQ =
เมอ A = พนทหนาตดการไหล = BW, (ม.2) H = Zu – ZD
C = 0.8
12.4.3 การไหลฝายระบายนากรณเปดบานระบายพนนา
ไมวาจะเปนฝายทควบคมดวยบานตรงหรอบานโคง เมอยกบานระบายพนนาแลว ตวฝายจะมลกษณะและคณสมบตทางชลศาสตรเปนฝายเปดดงเชนทไดนาเสนอไวแลวในบทท 8
12.5 Movable weir แบบ Long span leaf wheel gate
บานตรงแบบใหมทจะกลาวถงนเปนบานระบายทออกแบบใชกบเขอนทปดกนในแมนาหรอลานาขนาดใหญ (1) ทาหนาทปองกนนาทวมเมอสรางไวตอนบนหรอตอนกลางของลมนา และ(2) ใชเพอทาหนาทปองกนนาทะเลหนนและปองกนนาเคมเมอสรางไวตอนปลายของลมนา สวนการใชงานเพอการทดนาเปนเปาหมายรอง ซงในทนจะนาเสนอบานระบายทออกแบบในญปนทนามาสรางในประเทศไทย เชนทเขอนบางปะกง จงหวดปราจนบร บานระบายชนดนมลกษณะรปแบบและคณสมบตพเศษ คอ
1) บานระบายจะมลกษณะเปนบานตรงททาหนาทปดกนและรบแรงกระทาจากนา 2 ดานคอทงดานเหนอนาและทายนา รปแบบมาตรฐานทวไปบานมกมความกวางมาก (สวนใหญ 30 เมตรหรอมากกวา) จงเรยก Long span leaf wheel gate หรอ Leaf wheel gate ทประกอบขนมาจากโครงเหลกและแผนโลหะ จากการทบานรบแรง 2 ดานและมความกวางมากทาใหโครงเหลกทเปนคานของบานจงมขนาดใหญตวบานจงมรปรางทบคลายฝายทสวนบนจะมนโคงเพราะมกออกแบบใหนาไหลลนขามไปไดดวย
2) ทเขอนแหงเดยวกนจะมหลายชองประต มกออกแบบใหม Leaf wheel gate หลายรปแบบและหลายขนาดกได ขนกบวตถประสงคการใชงานและลกษณะทตองการควบคมนา ซงมกมรปแบบในชวงการเกบกกนาทยงไมยกบานใหนาไหลลอดออกไปดงน (1) แบบทมความสงของ
12-41
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
สนคงทเทาระดบนาสงสด (2) แบบทมระดบสนตาสดเทาระดบนาเกบกก (3) แบบทสามารถปรบใหมระดบใดๆ กได ระหวางระดบนาสงสดกบระดบทตากวาระดบเกบกก
3) Leaf wheel gate ทาหนาทเปนไดทงลกษณะฝายและบานระบาย นนคอสภาพปกตจะวางบนฐานคอนกรตเพอทาหนาทปดกนเกบกกนา เมอตองการพรองนาหรอระบายนาทาโดยยก
Leaf wheel gate ขนใหนาไหลลอดใตบานออกไป บางแบบอาจลดระดบสนใหตาลงเพอใหนาไหลขามออกไป
4) Leaf wheel gate ตามลกษณะยอยทกลาวขางตน อาจแบงเปน 2 กลมใหญ คอ
(4.1) Single leaf wheel gate เปนบานทจะมหนาตดขนาดเดยว (4.2) Multi leaf wheel gate เปนบานทจะมหลายขนาดหนาตดในบานเดยวกน
สวนใหญมกม 2 ขนาดซงเรยก Double leaf wheel gate
รปท 12-38 ตวอยางแปลนและรปดานทายนาของเขอนระบายนา ทควบคมดวย Long span leaf wheel gate (เขอนบางปะกง)
12-42
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 12-39 แบบลกษณะของ Single leaf wheel gate เปนบานทจะมหนาตดขนาดเดยว (เขอนบางปะกง)
รปท 12-40 แบบลกษณะของ Double leaf wheel gate เปนบานทจะมหนาตด 2 ขนาด (เขอนบางปะกง)
12-43
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รป ก. รป ข
รป ก. แสดงสนของบานทมลกษณะรปแบบของฝาย รป ข. แสดงลกษณะการไหลลอดของนาในรปแบบของบานระบาย
รป ค. รป ง. รป ค. แสดงลกษณะการไหลขามของนาในรปแบบของฝาย
รป ง. แสดงลกษณะการทาหนาทเกบกกนาในรปแบบของฝายหรอบานระบาย
รปท 12-41 แสดง Long span leaf wheel gate ของโครงการระบายนาในญปน โดยทอาคารแหงเดยวกนมบานระบายททาหนาทหลายรปแบบ
การคานวณปรมาณนาผานอาคารทควบคมดวย Leaf wheel gate
1) กรณนาไหลลนขามสนออกไป เปนการไหลลกษณะของฝายสนกวาง ทเปนการไหลแบบ Free flow เพราะสวนใหญระดบสนจะอยสงกวาระดบนาดานทายนา ทงนจะมบาน 2 ลกษณะคอ บานทมระดบสนคงททระดบนาเกบกกเมอระดบนาสงกวาระดบเกบกกกจะไหลขามออกไป กบบานทสามารถปรบลดระดบใหตากวาระดบ รนก. ได
12-44
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 12-42 แสดงการไหลขาม Long span leaf wheel gate
การคานวณปรมาณนาใชหลกการไหลผานฝาย
Q = CLH 3/2
เมอ Q = ปรมาณนาไหลขามสนฝาย ม.3/วนาท
C = สมประสทธในการระบายนาขามสนฝาย (ตองสอบเทยบหาคา C แตอาจใชคาโดยประมาณ 1.82) L = ความกวางของชองประต (ความยาวสนฝาย) ม. H = ความลกของนานงดานหนาฝายเหนอสนฝาย ม.
2) กรณยกใหนาไหลลอดบานออกไป เปนการไหลลกษณะของบานระบายแบบบานตรง
2.1) การไหลแบบ Free flow ดงรปท 12-43 ระดบนาดานทาย (1) 2.2) การไหลแบบ Submerged flow ดงรปท 12-43 ระดบนาดานทาย (2)
ระดบนาดานทาย (1) กรณ Free flow (2) กรณ Submerged flow
รปท 12-43 แสดงการไหลลอด Long span leaf wheel gate
12-45
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
* การคานวณอตราการไหล ดจากหวขอ 12.3.2 บานระบายชนดบานตรง (Vertical lift gate or Sluice gate) ขอยอย ก. กรณเปดบานระบายบางสวน (Partial gate
opening)
3) กรณยกบานพนนา เมอตองการใหมการระบายนาปรมาณมากทสด ซงระดบนาดานเหนอนากบดานทายนามกตางกนไมมาก
* การคานวณอตราการไหล ดจากหวขอ 12.3.2 บานระบายชนดบานตรง (Vertical lift gate or Sluice gate) ขอยอย ข. กรณเปดบานระบายพนนา (Fully gate
opening)
ตวอยางอาคาร Movable weir ในประเทศไทย ทมการควบคมดวย Leaf
wheel gate ไดแก เขอนบางปะกง จงหวดปราจนบร เปนโครงการทมรปแบบการบรหารจดการนาทนาสนใจ จงขอนาเสนอเปนขอมลสรปดงน
รปท 12-44 เขอนบางปะกง จงหวดปราจนบร
12-46
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Single leaf wheel gate มหนาตดขนาดเดยว
และ Double leaf wheel gate มหนาตด 2 ขนาด
รปท 12-45 ลกษณะบานระบายของเขอนบางปะกงเมอยกบานพนนา
12.6 ขอแนะนาในการควบคมและการคานวณปรมาณนา ของฝายระบายนา และประตระบายนา
12.6.1 ขอแนะนาในการควบคม
1) อาคารทมบานระบายหลายชอง ควรเปดบานแตละชองเทากน เพอใหเกดความสมดลในการทตอมอไดรบการถายแรงจากกระทาของนาผานตวบานระบาย หากตองการระบายนาเพยงเลกนอยโดยเปดบานบางชวงควรเปดบานชวงกลางของอาคาร
2) การเปดบานระบายตองเพมขนาดทละนอยเพอใหระดบนาดานทายไมเพมอยางรวดเรวเกนไป ซงจะทาใหลดการกดเซาะการพงทลายของลานาดานทายนาไดมาก และควรเปดบานชวงกลางกอน
12.6.2 ขอแนะนาในการคานวณปรมาณนา 1) กรณเกดการไหลในลกษณะฝายการคานวณความยาวของสนฝาย (L) ซงเปน
ชวงความกวางของชองประต ตองคดเปนความยาวประสทธผล (Le) หรอความยาวทหกคาการบบตวเนองจากอทธพลของตอมอ ทไดนาเสนอแลวในบทท 8 หวขอ 8.4.1 คาตวแปรสาคญทใชในการคานวณปรมาณนาไหลผานฝาย ( ) ]HKNK2LL[ ap
' +−=
2) กรณเกดการไหลในลกษณะของบานระบายใหคานวณการไหลของบานแตละชองแยกกนอยางอสระและไมตองคดการบบตวเหมอนกรณฝายขางตน เพราะไดคดไวแลวในรปแบบการไหลของ Orifice ขนาดใหญ
---------------------------------------------
บทท 13
อาคารชลศาสตรประเภททอ และระบบทอ
บทท 13
อาคารชลศาสตรประเภททอ และระบบทอ
ในบทนจะกลาวถงอาคารทโครงสรางมทอเปนองคประกอบส าคญ ซงไดแก ระบบทอปดทใชในระบบสงน าเพอการประปา, ชลประทานระบบทอ, ระบบระบายน า และกาลกน า เปนตน
กบอาคารชลศาสตรประเภททอทมกกอสรางไวเปนอาคารหลกของหวงาน และอาคารในระบบสงน าหรอระบบระบายน า 13.1 รปแบบของการไหลของนาไหลผานทอ
การไหลของน าผานทอม 2 รปแบบ คอ (1) การไหลแบบเตมทอหรอการไหลภายใตความดน (หวขอ 13.1.1) (2) การไหลแบบไมเตมทอ เปนการไหลภายใตแรงดงดดของโลก ทผวหนาของน าในทอจะสมผสกบความดนบรรยากาศ ซงเปนลกษณะการไหลในทางน าเปด (หวขอ 13.1.2)
13.1.1 การไหลแบบเตมทอหรอการไหลภายใตความดน
เปนการไหลเตมพนทหนาตดของทอและอยภายใตความดน การสงน าผานระบบทอมขอดทสามารถวางทอไปในแนวตรงแนวใดกได มการสญเสยจากการระเหยและรวซมนอย มการรบมลพษภายนอกเขามาในระบบนอยมาก เมอเทยบกบทางน าเปดทตองวางแนวไปความชนความสงของพนดน (Contour) มการสญเสยจากการระเหยและรวซมและมลพษสามารถเขาสระบบไดมาก
ระบบทอปดนนมกเปนระบบขนสงของไหล เชน ระบบสงน าเพอการประปา เพอการชลประทาน (ชลประทานระบบทอ) ระบบการล าเลยงแกสหรอน ามน ระบบทอในกระบวนการผลตในโรงงานอตสาหกรรม เปนตน กบระบบทอปดทมขนาดเลกหรอสนๆ ไดแก กาลกน า (Siphon/ Syphon), ทอรบน าหรอทอทงน า เปนตน
13.1.1.1 การแบงประเภทการไหลในทอ
ประเภทการไหลในทอนน Osborne Reynolds วศวกรชาวฝรงเศส ไดท าการทดลองพบวา การไหลในทอแบงได 3 ประเภท คอ
13-2
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1) การไหลแบบราบเรยบ (Laminar Flow) ความเรวของการไหลในทอชาๆ น าไหลราบเรยบ
2) การไหลแบบเปลยนแปลง (Transition Flow) ความเรวของน าเพมขน จนน าเรมมการกระเพอมเลกนอยเกดขน
3) การไหลแบบปนปวน (Turbulent Flow) น าไหลแรงมาก กระแสน าหมนวนปนปวน
นอกจากนการไหลในทอจะมความสมพนธกบ อตราสวนของแรงเฉอย (Inertia
Force) ตอแรงเนองจากความหนดของของไหล (Viscous Force) ซงเรยกอตราสวนนวา คาเรโนลดนมเบอร (Reynolds Number: NR หรอ Re)
ForceViscous
ForceInertiaNR
VDVDNR
เมอ V = ความเรวการไหลในทอ D = ขนาดเสนผาศนยกลางของทอ
* หากไมเปนทอกลม ใช D = 4R
= ความหนดเปรยบเทยบ
= ความหนดพลวต
= ความหนาแนนของของไหล
R = รศมชลศาสตร (Hydraulic Radius) = A/P
A = หนาตดการไหล
P = เสนขอบเปยก (Wetted Parameter)
ชนดของการไหลในทอ NR การไหลแบบราบเรยบ 2000NR
การไหลแบบเปลยนแปลง 4000N2000 R
การไหลแบบปนปวน 4000NR
13-3
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.1.1.2 ชลศาสตรของการไหลในทอกรณการไหลคงท
รปท 13-1 แสดงลกษณะชลศาสตรของการไหลในทอ
1
1P
Y และ 2
2P
Y
สมการการไหลตอเนอง 2211 VAVAQ
สมการพลงงาน 21 EE
f2
222
1
211 hZ
g2
VPZ
g2
VP
)ZZ(g2
)VV()PP(h 21
22
2121
f
ถาขนาดของทอคงท นนคอ V1 = V2
ดงนน )ZZ()PP(
h 2121
f
ถาทออยในแนวระดบ นนคอ Z1 = Z2 และขนาดของทอคงท
ดงนน
)PP(h 21
f
13-4
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.1.1.3 การสญเสยพลงงานในระบบทอ
ระบบทอนนจะประกอบดวยเสนทอ และอปกรณประกอบทอไดแก ขอตอ ของอ ประตน า ทางน าเขา ทางน าออก ฯลฯ การไหลในระบบทอจะเกดการสญเสย 2 ลกษณะ คอ
การสญเสยหลก (Major losses) หรอการสญเสยในเสนทอ เปนการสญเสยพลงงานจากแรงเสยดทานเนองจากความหนดของของไหล และแรงเสยดทานทเกดระหวางของไหลกบผนงทอ
การสญเสยรอง (Minor losses) เปนการสญเสยทเกดจากอปกรณประกอบทอ โดยจะมคานอยเมอเทยบกบการสญเสยในเสนทอ
การสญเสยในระบบทอทงหมด หรอ Total losses = Major losses + Minor losses
ก. การสญเสยหลก (Major losses) หรอการสญเสยในเสนทอวเคราะหไดจากสมการทวไปคอ
*** สมการของ Darcy – Weisbach
g2
V
D
Lfh
2
f
เมอ L = ความยาวทอ ม. D = เสนผาสญกลางภายในทอ ม. V = ความเรวของการไหลในทอ ม./วนาท f = แฟคเตอรความเสยดทาน NR หรอ Re = คาเรโนลนมเบอร
การหาคาแฟคเตอรความเสยดทาน : f
กรณการไหลแบบราบเรยบ เมอ 2000NR
RN
64f
กรณการไหลแบบปนปวน เมอ 4000NR
และ ϵ เปนคาความขรขระของผนงทอ
fN
51.2
D7.3log2
f
1
R
หากการไหลปนปวนอยางสมบรณ NR จะมคามาก ๆ ท าให
D7.3log2
f
1
13-5
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 13-1 คา ϵ ความขรขระของผนงทอ อาจดจากคมอจากบรษทผผลต
ชนดของทอ คาความขรขระของผนงทอ (ม.ม.)
ทอเหลกหมดย า 0.90 - 9.00
ทอคอนกรต 0.30 - 3.00
ทอไม 0.18 - 0.90
ทอเหลกหลอ 0.25
ทอเหลกอาบสงกะส 0.15
ทอเหลกฉาบยางมะตอย 0.12
ทอเหลกตลาด / ทอเหลกเหนยว 0.046
ทอเรยบ / ทอ PVC 0.0015
***สมการของ Manning กบการประยกตใชกบการไหลแบบปนปวน
2/13/2 SRn
1V
เมอ V = ความเรวเฉลย ม. /วนาท n = สมประสทธความขรขระของ Manning
R = รศมชลศาสตร = A/P = D/4 ม.
A = พนทหนาตดของการไหล = 2D
4
ม.2
P = เสนขอบเปยก = D ม.
S = ความลาดของเสนพลงงาน = L
hf
L = ความยาวทอทงหมด ม. (คดความยาวทงทอและอปกรณ ประกอบทอรวมกน เพราะถอวาอปกรณประกอบทอมความยาวนอยมากเมอเทยบกบความยาวทอ)
แทนคาได 2/1
f3/2
L
hR
n
1V
หรอ
L
h
n
RV f
2
3/42
3/4
22
fR
LVnh
13-6
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3/4
22
f
4
D
LVnh
3/4
22
fD
LVn35.6h
กรณทอยในเทอมของ Q
3/16
22
fD
LQn29.10h
ตารางท 13-2 สมประสทธความขรขระของ Manning : n
วสดทอ n
ทองเหลอง ทองแดง และแกว 0.009 - 0.013
ไม 0.011 - 0.013
คอนกรต ผวเรยบ 0.011 - 0.013
ผวขรขระ 0.013 - 0.017
ดนเหนยว 0.011 - 0.017
เหลกหลอ ผวเรยบและเคลอบผว 0.011 - 0.013
ผวเรยบและไมเคลอบผว 0.012 - 0.015
ผวขรขระ ไมเรยบ 0.015 - 0.035
อฐ (ซเมนต มอรตา) 0.012 - 0.017
เหลกเหนยว เหลกตลาด 0.012 - 0.017
เหลกหมดย า 0.013 - 0.017
โลหะลกฟก 0.020 - 0.024
***สมการของ Hazen – Williams
54.063.0H SRC85.0V
เมอ CH คอ สมประสทธของการไหล ขนกบชนดและอายการใชงานของทอ
R คอ รศมชลศาสตร (ทอกลม R=D/4)
S คอ ความลาดของเสนระดบพลงงาน
13-7
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 13-3 คา CH ส าหรบสมการ Hazen – Williams
ชนดของทอ CH
ซเมนตใยหน
ทองเหลอง อฐ
เหลกหลอ
ใหมไมฉาบผว
เกา 5 ป เกา 10 ป เกา 20 ป เกา 40 ป ฉาบคอนกรต
ฉาบ Bitumastic enamel
ฉาบน ามนดน
คอนกรต
ผวหยาบ
ใชเหลกท าแบบ
ใชไมท าแบบ
ใชแรงเหวยงในการผลต
ทองแดง ทอดบเพลง (ฉาบยาง) เหลกฉาบสงกะส แกว
ตะกว
พลาสตก
เหลก
ฉาบดวย Coal –Tar enamel
ทอใหมไมฉาบ
หมดย า ดบก
ดนเหนยวทท าใหกลายเปนแกว
140 130 – 140
100
130 120 110 100
65 – 80 130 – 140 140 - 150 115 – 135
130 140 120 135
130 – 140 135 120 140
130 – 140 140 – 150
145 – 150 140 – 150
110 130
100 - 140
13-8
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ข. การสญเสยรอง (Minor losses: hm)
เปนการสญเสยทเกดจากอปกรณประกอบทอ เชน ขอตอ ของอ ประตน า ขอลด ขอขยาย สามทาง ฯลฯ โดยการสญเสยในสวนเหลานจะมคานอยเมอเทยบกบการสญเสยทเกดในเสนทอ จงเรยก การสญเสยรอง (ในบางกรณหากทอมความยาวมากๆ อาจไมคดคาการสญเสยรองกได ซงตองพจารณาวเคราะหระบบทอใหด จากจ านวนอปกรณ และความเรวของน า)
คาการสญเสยทเกดจากอปกรณประกอบทอใดๆ จะเปนปฏภาคโดยตรงกบเฮดความเรว
g2
VKh
2
m
เมอ hm = ความสญเสยในอปกรณใดๆ
K = สมประสทธการสญเสยของอปกรณใด ๆ
13.1.1.4 อปกรณประกอบทอและคาสมประสทธการสญเสย (ไดรวบรวมไวเพอใหมขอมลเรองทอครบถวน)
1) ทางเขาทอ g2
VKh
2
m
1.1) ทางเขาขอบเหลยม
K = 0.5
1.2) ทางเขาขอบมน
r/D 0.08 0.16 0.20 ≥ 0.25
K 0.30 0.25 0.21 0.13
กรณทางเขาเปนแบบปากระฆง (Bell-mouth) ซงมรศมความโคงมากๆ K = 0.05
13-9
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1.3) ทางเขาลบมม
K = 0.25
1.4) ทางเขาทอเอยงท ามม
α 85o 75o 60o 45o
K 0.53 0.59 0.70 0.74
1.5) ทางเขาทอปกหรอปากทอยนออก
K = 1.00
1.6) ตะแกรงปดปากทางเขา ม 3 ลกษณะใหพจารณาตดสนใจ
1.6.1) มตะแกรงกนสวะหรอขยะดานหนาทอคดคาโดยประมาณ K t = 1.30
1.6.2) อาจคด 2
g
n
g
nt
a
a
a
a45.045.1K
เมอ an = พนทของชองวางระหวางตะแกรง ag = พนทรวมของตะแกรงทงหมด
1.6.3) ถาตะแกรงหางจากปากทอมาก ความเรวของกระแสน าทผานตะแกรง
คอ Vn จะมคานอยมากและเปนคนละคากบ V ทผานระบบทอ ดงนน g2
VKh
2n
tt จงอาจไม
ตองคดกได
13-10
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) ทางออก g2
VKh
2
m
ทางออกอาจมลกษณะเชนเดยวกบทางเขา โดยจะเปนแบบใดกตาม จะถอเสมอนวาเปนการเปลยนขนาดทนททนใด (Sudden Enlargement) โดยจะมคา K = 1.0
3) ขอตอ ของอ
3.1) ขอตอตรง ไมคดการสญเสยรอง (โดยจะคดเสมอนวาเปนตวทอ)
3.2) ของอ g2
VKh
2
m
3.2.1) ขอโคง คา K ขนกบ คาสดสวนของ รศมความโคงของทอ กบขนาดเสนผาศนยกลางของทอ: r/D และคามมโคงของทอ: α ตามตารางตอไปน
3.2.2) ของอ 45 องศา
3.2.3) ของอ 90 องศา
13-11
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3.3) ขอตอลดขนาด
3.3.1) ขอตอลดขนาดทนททนใด
g2
VKh
22
m
D2/D1 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
K 4.5 4.0 2.5 1.5 0.0
3.3.2) ขอตอคอยๆ ลดขนาด
13-12
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
g2
V
g2
VKh
21
22
m
α 10o 20o 30o 40o
K 0.20 0.28 0.32 0.35
α/D1 2.5 5 7.5 10 15 20 30
K 0.06 0.16 0.18 0.20 0.24 0.28 0.32
3.4) ขอตอขยายขนาด 3.4.1) ขอตอขยายขนาดทนททนใด
g2
VKh
21
m
22
2
1
D
D1K
3.4.2) ขอตอคอยๆ ขยายขนาด
g2
V
g2
VKh
22
21
m
α 10o 20o 30o 40o K 0.39 0.80 1.00 1.06
D2/D1 α 3 o 5 o 7.5 o 10 o 15 o 20 o
1.25 0.04 0.06 0.10 0.13 0.22 0.29 1.50 0.22 0.31 0.47 0.62 1.09 1.40 1.75 0.60 0.85 1.28 1.70 2.98 3.82
2.00 1.26 1.80 2.70 3.60 6.30 8.10 2.25 2.31 3.30 4.95 6.60 11.60 14.80
2.50 3.86 5.52 8.28 11.00 19.30 24.80 2.75 6.03 8.62 12.90 17.20 30.20 38.80
3.00 8.96 12.80 19.20 25.60 44.80 57.60
13-13
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3.5) ขอตอสามทาง
g2
VKh
21
m
3.5.1) ขอตอสามทางแบบเกลยว
กรณการไหลตามแนวเสนทอ(Line Flow) K = 0.9
กรณการไหลเขาทอแยก (Branch Flow) คา K ตามกราฟ
3.5.2) ขอตอสามทางแบบหนาแปลน
3.5.3) สามทางสาขารวม
13-14
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3.5.4) สามทางสาขาแยก
3.6) ขอโคงกลบ
3.7) ประตนา
g2
VKh
21
m
คา K พจารณาจากคมอของประตน านนๆ โดยแตละแบบแตละรนแตละบรษทคาจะแตกตางกน ซงหากเปนประตน าขนาดใหญจะมการสอบเทยบหาคา K เปนการเฉพาะของแตละตว ดงนนคาตางๆ ทรวบรวมมาตอไปน เพอใชเปนแนวทางเทานน คาทแทจรงควรตรวจสอบกบผผลต
3.7.1) Gate Valve โดยปกตแลวการตอ Gate Valve กบระบบปมสบน าจะใหท าหนาทเปดและปด จะไมใชเพอควบคมปรมาณน า โดยคา K กรณทมการเปดวาลวเตมทแสดงตามกราฟตอไปน
13-15
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
แตกรณการใช Gate Valve เพอควบคมปรมาณน า คา K จะขนกบอตราการเปดวาลว โดยวาลวขนาดใหญจะมการสอบเทยบหาคาเฉพาะของแตละตวจากโรงงาน ซงคาทวไปอาจแสดงตามตารางตอไปน
เมอ z = ระยะเปดวาลว และ D = ขนาดของวาลวทเปดเตมท
z / D 1.00 0.80 0.60 0.50 0.40 0.20 0.10
K 0.00 0.19 0.90 2.10 5.00 25.00 1.00
ตวอยางคณสมบตของ Gate Valve ขนาด เสนผาศนยกลาง 500 ม.ม. (จะมในคมอทมากบ Valve แตละตว)
Gate Valve 500 ม.ม. D = 500 ม.ม. ระยะยกขน 585 ม.ม. จ านวนรอบ ปด-เปดสด 90 รอบ ระยะตอรอบ 6.5 ม.ม.
เปด 25% หมน 22.5 รอบ ระยะยกขน 146.25 ม.ม. K = 24.00
เปด 50% หมน 45 รอบ ระยะยกขน 292.50 ม.ม. K = 5.60
เปด 75% หมน 67.5 รอบ ระยะยกขน 438.75 ม.ม. K = 1.15
เปด 100% หมน 90 รอบ ระยะยกขน 146.25 ม.ม. K = 0.19
13-16
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3.7.2) Globe Valve
3.7.3) Check Valve
Check Valve แบบหนาจาน K = 2.0 ทกขนาด
3.7.4) Angle Valve
3.7.5) Butterfly Valve K = 0.15
13-17
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3.7.6) Ball Valve คา K ขนกบมมการหมนของ ลก Ball
α 0 o 10 o 20 o 30 o 40 o 50 o 60 o 70 o 80 o K 0.05 0.29 1.56 5.47 17.30 25.60 206.00 485.00 ∞
3.7.7) Foot Valve และ Strainer bucket ใชตดตงททางเขาทอของระบบปมสบน า โดย Foot Valve ท าหนาทปดกนไมใหน าไหลออกจากทอดดของปมเมอปดปมสบน า สวนหวกะโหลกกรองน า (Strainer bucket) จะดกไมใหขยะเขาไปในระบบ
(1) กรณเปน Foot valve ไมมหวดกขยะ ใช K = 0.8 ทกขนาดทอ
(2) กรณเปนหวกะโหลกกรองน าอยางเดยว ไมม Foot Valve คา K
ขนกบรปราง ขนาดของหวและชองตะแกรงทน าไหลผาน (2.1) หวกะโหลกแบบยาวเรยว
(2.2) หวกะโหลกใหญ สน ใช K = 5.5
(3) กรณ Foot Valve และ Strainer bucket ประกอบดวยกน ใช K = 10
13-18
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.1.2 ระบบทอทมการไหลไมเตมทอ (Partial Flow)
เปนการไหลทน าไหลไมเตมทอภายใตแรงดงดดของโลกในลกษณะของการไหล
ในทางน าเปด มกไดแก ระบบระบายนา (รวมทงระบบทอปดทกลาวขางตนทมการไหลไมเตมทอดวย) การออกแบบระบบทอมกออกแบบใหระบบสามารถรองรบการไหลสงสดทมลกษณะการไหลเตมทอเสมอ การเกดการไหลไมเตมทอถาเกดในระบบระบายน ากถอวาเปนเรองปกตเพราะเกดจากปรมาณน านอย แตถาเกดในระบบสงน ายอมแสดงถงการมปญหาเกดในระบบ
ในสภาวะปกตทวไปสวนใหญจะไมมการวดปรมาณน าของระบบทอทมการไหลไมเตมทอ แตหากมความจ าเปนตองตรวจวดปรมาณน า กสามารถท าไดโดยการค านวณโดยวธ Slope-area method การใชเครองมอวดน าทเหมาะสม เชน ใช Flume ฝายวดน า เครองมอวดน าเชงกลหรอแบบอเลคทรอนคส เปนตน
การคานวณการระบายนาทไหลในทอคอนกรตไมเตมทอ
(โดยวธ Slope-area method)
วธการใชกราฟ 1) หาคา R จากคา d/D ซายมอลากเสนไปตดกราฟ RD=β แลวลากเสนจากจดตด ไปหาคา β จากแกนราบดานลาง แทนคา β และ D ใน R = β /D
2) หาคา A จากคา d/D ซายมอลากเสนไปตดกราฟ A/D2=ɣ แลวลากเสนจากจดตด ไปหาคา ɣ จากแกนราบดานบน แทนคา ɣ และ D ใน A = ɣ D2
รปท 13-2 กราฟใชหาคา A, R ของทอกลมเมอการไหลไมเตมทอ
13-19
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ค านวณความเรวการไหลโดยวธ Slope-area method โดยใชสมการของ
Manning
2/13/2 SRn
1V
Q = VA
2/13/2 SRn
AQ
จากกราฟใน รปท 13-2 A = D2 และ R = βD
แทนคาของ A และ R ในสมการ Q จะได
2/13/22
S)D(n
DQ
n
SDQ
2/13/83/2
แต 3/2
ดงนน n
SDQ
2/13/8
จากกราฟใน รปท 13-2 คาของ , β และ δ หาไดตาม Ratio ของความลกของน าทไหลในทอตอความยาวของเสนผาศนยกลางของทอระบายนน จนถง Ratio เทากบ1.0 คอเมอมน าไหลเตมทอ
เพอความสะดวกและความรวดเรวในการค านวณ จงไดมการค านวณคาของ n
SD
2/13/8
เมอ n = 0.017 (ทอคอนกรตมรอยตอทอแตละทอน) และ D เปนขนาดทอ สวนคาของ S มตงแต 1:100 จนถง 1:5,000 ดงปรากฏในตารางท 13-4
ตารางท 13-4 คาของ n
SD
2/13/8
ส าหรบทอคอนกรต เมอ คา n = 0.017
ทอ คาของ S ตาง ๆ
(ซ.ม.) 1/100 1/500 1/1000 1/2000 1/3000 1/4000 1/5000
30 0.2373 0.1061 0.0750 0.0531 0.0433 0.0375 0.0336 40 0.9264 0.4143 0.2930 0.2072 0.1691 0.1465 0.1310 60 1.5064 0.6737 0.4764 0.3369 0.2750 0.2382 0.2130 80 3.2443 1.4509 1.0259 0.7255 0.5923 0.5130 0.4588 100 5.8824 2.6307 1.8602 1.3153 1.0740 0.9301 0.8319 120 9.5654 4.2778 3.0248 2.1389 1.7464 1.5124 1.3527 150 17.3431 7.7561 5.4844 3.8780 3.1664 2.7422 2.4527
13-20
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตวอยาง หาอตราการไหลของน าระบายผานทอระบายน าคอนกรตขนาด 100 ซ.ม. น าไหลในทอไมเตมทอ มสวนลกของน าในทอ 40 ซ.ม. ระดบน าหนาทอและทายทอตางกน 3.0 ซ.ม. ทอมความลาด 1: 5,000
จากกราฟใน รปท 13-2 เมอ d/D = 0.40 จะไดคาของ δ = 0.105 และ ɑ = 0.2934
ฉะนน n
SDQ
2/13/8
017.0
1
1500
30.1105.0
2/13/8
017.0
10447.0105.0
= 0.105 x 2.6294
= 0.276 ม3. / วนาท
V = Q/A
A = D2 = 0.2934 x (1)2
= 0.2934 ม.2 V = 0.276 /0.2934
= 0.941 ม. / วนาท
ถาค านวณโดยใชคาตาง ๆ จาก ตารางท 13-4
เมอ D = 1.0 ม. (100 ซ.ม.) ; S = 3 / 1500 = 1: 500
6294.2n
SD
2/13/8
; δ = 0.105
ดงนน n
SDQ
2/13/8
= 2.6294 x 0.105 = 0.276 ม3. / วนาท
13-21
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.2 การตรวจวดคานวณปรมาณนาในระบบทอ
การตรวจวดค านวณปรมาณทเกยวของกบทอในงานชลประทานทจะน าเสนอในทนจะ ประกอบดวย 2 สวน คอ การตรวจวดในระบบทอปด ซงใชในระบบทอของระบบประปา และการชลประทานระบบทอ กบการตรวจวดปรมาณน าผานอาคารชลศาสตรประเภททอ
13.2.1 หลกการตรวจวดปรมาณนาในระบบทอปด
ในระบบทอปดทใชส าหรบล าเลยงของไหล ควรมมาตรส าหรบวดอตราการไหลตดตงไวดวยเสมอ ซงการวดอตราการไหลมประโยชนส าคญ 2 ประการดวยกน คอ (1) ชวยในการตรวจสอบการท างานของระบบทอและใชควบคมการไหลในระบบ (2) ชวยใหสามารถเกบสถตปรมาณการไหลในชวงระยะเวลาตางๆ โดยในทางปฏบตการตรวจวดในระบบทอปดนนจะตรวจวด 2 ลกษณะ คอ
ก. การวดปรมาณการใชน าของจดใชน าใดๆ โดยการตดตงมาตรหรอมเตอรวดนาเพอใหทราบวาผใชน าของจดใชน านนไดใชน าไปเปนจ านวนเทาใด (เปนลตรหรอลกบาศกเมตร) เพอทจะไดคดคาใชจายไดถกตอง
ข. การตรวจวดในระบบทอ เพอใหรวาระบบสามารถท างานมประสทธภาพสงสดหรอถกตองตรงตามคาทไดออกแบบไวหรอไม นอกจากนท าใหรวามทอหรออปกรณในระบบสวนใดเกดการแตกหกช ารดเสยหายหรอไม การตรวจวดจะใชมาตรวดอตราการไหลในระบบทอทแบงตามหลกการท างานไดเปนประเภทตาง ๆ ดงน
1) มาตรประเภทเทยบอตราการไหลกบผลตางของความดน (Differential
Head Meters) เปนมาตรทมราคาถก ตดตงไดกบระบบทอทกขนาด ระบบสงน าเพอการประปา และการชลประทานระบบทอ มกตดตงมาตรประเภทน ซงไดแก
1.1) มาตรคอคอด (Constriction Meters) ลกษณะส าคญ คอ จะมบรเวณทมลกษณะเปนคอคอดหรอรใหน าไหลลอดผานดวยความเรวสง ไดแก Venturi meter,
Nozzle meter และ Orifice meter
1.2) มาตรของอ (Elbow meter or Bend meter)
1.3) พโตมเตอร (Pitometer) หรอ Pitot tube
2) มาตรประเภทเทยบอตราการไหลกบต าแหนงของทนลอย (Rotameter)
3) มาตรประเภทเทยบอตราการไหลกบการเคลอนท เชงกล (Mechanical
meters)
13-22
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
4) มาตรประเภทอเลคทรอนคส เชน Vortex flow meter, Magnetic flow
meter, Ultrasonic flow meter 5) มาตรประเภทอนๆ
หลกการตรวจวดและขอมลของมาตรดงกลาวจะอธบายในหวขอถดไป โดยจะน าเสนอขอมลทเปนรายละเอยดเฉพาะมาตรทนยมใชในระบบชลประทานระบบทอเทานน
13.2.2 มาตรคอคอด (Constriction Meter)
เปนมาตรประเภทเทยบอตราการไหลกบผลตางของความดน เมอมการไหลผานสวนแคบในทอจะท าใหเกดความเรวเพมขนในขณะทความดนจะลดลง ผลตางของความดนทลดลงระหวางความดนในทอหนาตดปกตทไมถกรบกวนกบความดนในสวนแคบจะมความสมพนธกบอตราการไหลผานทอ มาตรวดในลกษณะนไดแก Venturi meter, Nozzle meter และ Orifice meter
D หรอ D1 d หรอ D2
รปท 13-3 Venturi meter
รปท 13-4 Nozzle meter
รปท 13-5 Orifice meter
13-23
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
จากรปท 13-3, รปท 13-4 และ รปท 13-5 หนาตด (1) เปนหนาตดปกตของทอ และหนาตด (2) เปนหนาตดคอคอด การวดความดนทต าแหนงหนาตด (1) และ (2) อาจใช มาโนมเตอร (Manometer) ทวดความแตกตางความดนจากระดบปรอท หรอใชมาตรวดความดน (Pressure gage) กได
การประยกตใชสมการพลงงานของ Bernoulli ระหวางหนาตด (1) และ (2) โดยไมคดการสญเสยพลงงาน และเมอเปลยนความเรว V ใหอยในเทอมของอตราการไหล Q จะได
2/12
21
12/1212
2ทฤษฏ
Pz
Pzg2.
A/A1
AQ
การไหลในสภาพจรงมการสญเสยพลงงานเกดขน จงตองปรบดวยคาสมประสทธการไหล Cd เปนอตราการไหลจรง Q คอ
2/12
21
12/1212
2d Pz
Pzg2.
A/A1
ACQ
หรอ
2/12
21
12/1212
2d Pz
Pzg2.
D/D1
ACQ
เมอ Cd คอ คาสมประสทธการไหลของมาตรคอคอดตวนน
P1 คอ ความดนทหนาตดปกตของทอ [หนาตด (1)] …… (Pa หรอ N/m2)
P2 คอ ความดนทหนาตดคอคอด [หนาตด (2)] …… (Pa หรอ N/m2)
A2 คอ พนทหนาตดคอคอด [หนาตด (2)] …… (m2)
ɣ = ρg (ρ = 1000 kg/m3 g = 9.81 m/s2)
z1 และ z2 คอต าแหนงตรวจวด P1 และ P2
แนวของการตดตงมาตรคอคอดนน จะพจารณาจากความสะดวกในการทจะอานคาจากมาตรวดความดน ซงจะมผลตอการตรวจวดดวย โดยถาตดตงแนวราบ ผลตางของ z1 และ z2 จะเทากบศนย แตถาตดตงแนวตง ผลตางของ z1 และ z2 จะเทากบระยะหางของจดวดความดน
P1 และ P2 เพอใหการวดมความละเอยดถกตอง ควรใหมความยาวของชวงตรงอยางนอย 6 ถง
10 เทาของเสนผานศนยกลางทออยกอนถงตวมาตร และ 3 ถง 5 เทาของเสนผานศนยกลางทออยหลงตวมาตร
13-24
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.2.3 มาตรของอ (Elbow meter or Bend meter)
รปท 13-6 มาตรของอ (Elbow meter or Bend meter)
อตราการไหลจรง Q คอ
2/1d hg2ACQ
เมอ ∆h คอ ผลตางของ Head ระหวางโคงดานนอกและดานในของของอ Cd คอ คาสมประสทธการไหลของมาตรของอ
D2
RCd
ส าหรบของอ 90° A คอ พนทหนาตดของทอ
D คอ เสนผาศนยกลางภายในของทอหรอของอ R คอ รศมทวดถงกงกลางของของอ (R จะตองมคานอยกวา 1.5 D)
13.2.4 พโตมเตอร (Pitometer)
Pitometer เปนมาตรวดทใชตรวจวดความเรวการไหลทจดใด ๆ ในระบบทอ (หลกการของ Pitot tube ไดเสนอแลวในบทท 5 หวขอท 5.5) มาตรวดชนดนจะมลกษณะของเครองมอ 3 รปแบบ ดงแสดงในรปท 13-7 คอ
1) Pitot-static tube 2) Pitometer 3) Cole pitometer
รปท 13-7 พโตมเตอร (Pitometer)
13-25
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
สมการหาความเรวของกระแสน าทวดโดยการใชพโตมเตอร คอ
2/1s
1'ppg2
CV
เมอ C1 คอ คาสมประสทธความเรวของมาตรพโตมเตอร
Pitot-static tube ≈ 0.98 Pitometer ≈ 0.98 Cole pitometer ≈ 0.95
ps คอ ความดนทปากของมาตรพโตมเตอรทตานการไหล p’ คอ ความดนทวไปในทอ
13.2.5 มาตรประเภททนลอย (Rotameter)
โรตามเตอร (Rotameter) ประกอบดวยหลอดแกวรปกรวยตด ปลายลางสอบเขาหากน ตงอยในแนวดง ภายในจะมทนเปนตวตรวจวด นยมใชในระบบทอขนาดเลกในระบบอตสาหกรรม ตวอยางแบบหนงดงแสดงตามรปท 13-8 มวาลวควบคมปรบอตราการไหล
หลกการท างานของ Rotameter ขณะทของไหลไหลผานทนจะมแรงปะทะและแรงฉดลาก (Drag Force) ดนใหทนลอยตวขน ขณะทไหลผานทนจะมพนทหนาตดเปนรปวงแหวน ขณะททนลอยตวสงขนพนทวงแหวนจะใหญขนดวย ขนาดของแรงทของเหลวปะทะและลากทนจะแปรผนตามพนทของวงแหวนน เมอทนถกดนลอยขนถงระดบหนง แรงดนททนขนจะสมดลกบน าหนกของทนพอด ท าใหทนรกษาระดบคงทอยไดเมอเปลยนอตราไหลระดบนกจะเปลยนไป
รปท 13-8 ตวอยางมาตรประเภททนลอย (Rotameter)
13-26
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
โดยทวไปจะท าขดบอกคาอตราการไหลตดตงไวทขางหลอดแกว โดยปกตแลวจะใชไดเฉพาะของไหลชนดทระบไว และชวงอณหภมทก าหนดไวเทานน แตถาน าไปใชในอณหภมทตางกน หรอของไหลตางชนดกน จะตองปรบแกคาทอานไดโดยใชสมการ
a
cCA QQ
โดย QA คอ อตราการไหลของของไหลทไหลผานมาตรจรง QC คอ อตราการไหลทอานไดจากขดขางหลอด
ɣa คอ คาน าหนกจ าเพาะของของไหลทไหลผานมาตรจรง
ɣc คอ คาน าหนกจ าเพาะของของไหลทใชเปนมาตรฐานของขดระดบ
13.2.6 มาตรประเภทการเคลอนทเชงกล (Mechanical meters)
เปนการพฒนาเครองมอวดกระแสน าเชงกลในทางน าเปดแบบตาง ๆ มาใชวดในระบบทอ โดยใชหลกการของโมเมนตมเชงมมในการวดการไหล ประกอบดวยกระบอกและใบพดวางอยในแนวการไหล เมอของเหลวไหลผานใบพดท าใหใบพดหมนซงไดสดสวนกบอตราการไหล แลวอานคาจ านวนรอบการหมนทสมพนธกบอตราการไหลดวย Sensor แบบตาง ๆ เชน ใชแมเหลกหรอคอยลในการวดอตราการหมนของใบพดและสงสญญาณพลสออกไปเพอวเคราะหหรออานคาตอไป ซงไดแก แบบใบพด (Propeller flow meters), แบบกงหน (Turbine flow
meters) ฯลฯ
Propeller flow meters Turbine flow meters
รปท 13-9 ตวอยางมาตรประเภทการเคลอนทเชงกล
13-27
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.2.7 มาตรประเภทอเลคทรอนคส
1) Vortex-Shedding หรอ Vortex flow meters ใชหลกการของกลศาสตรของไหลโดยเมอวตถขวางการไหลจะเกดกระแสวนแอดดขน จ านวนวงของกระแสวนจะขนอยกบอตราเรวของของไหลในระบบเครองจะท าการวดจ านวนกระแสแอดดและสงสญญาณพลสออกมาเพอท าการวเคราะหตอไป
รปท 13-10 ลกษณะการท างาน และตวอยางของ Vortex flow meters
2) Electromagnetic flow meters
หลกการท างานของเครองมอวดอตราการไหลแบบแมเหลกไฟฟาจะอาศยกฎของฟาราเดยเปนหลกในการท างาน กลาวคอการวดความเรวการไหลจะเปนการวดความตางศกยไฟฟาเหนยวน าทเกดขนเมอมของเหลวไหลผานสนามแมเหลกกจะเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าขนในแนวตงฉากกบทศทางการไหลและสนามแมเหลก
เครองมอวดแบบนมขอไดเปรยบกวาเครองมอวดอตราการไหลแบบอนๆ คอ ขณะใชวดอตราการไหลจะไมเกดการสญเสยความดนเลย สามารถใชวดของไหลทมสงแขวนลอยปะปนมาหรอทเปนสารกดกรอนได ผลของการวดไมขนกบคาความหนด ความหนาแนน ความดน อณหภม หรอสภาพการไหลทงแบบราบเรยบหรอแบบปนปวนเลย มความแมนย าในการวดสง
รปท 13-11 ลกษณะของ Electromagnetic flow meters แบบหนง
13-28
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3) Ultrasonic flow meter
3.1) Counterpropagating (Transit time model)
ใชหลกความแตกตางของความเรวในการเดนทางของคลนความถเหนอเสยงความเรวจะมากขนเมอทศทางการไหลและทศทางของคลนความถเปนไปในทศทางเดยวกน และจะลดลงเมอทศทางการไหลและทศทางของคลนความถไหลกลบกน
3.2) Doppler
ใชหลกการสะทอนกลบของคลนความถเหนอสยงเมอสงไปกระทบกบอนภาคของสารทปะปนมากบของเหลว คาความถเหนอสยงแปรผนตรงกบคาความเรวในการไหล อาจใช ทรานสดวเซอรตวเดยวท าหนาททงรบและสงคลนความถกได
รปท 13-12 ลกษณะการท างานของ Ultrasonic Doppler flow meters
รปท 13-13 ลกษณะการท างานของ Counterpropagating (Transit time model)
13.2.8 มาตรประเภทอนๆ
1) Coriolis mass flow meters เปนมาตรวดอตราการไหลทใชหลกการเกดการสนหรอบดตวของทอออนเมอมน าไหลผานโดยอตราการสนหรอบดตวจะสมพนธกบอตราการไหล
2) มาตรวดน าแบบจานหมน (Nutating disk flow meters) มาตรชนดนคอมาตรทใชวดปรมาณน าประปา หรอทเรยกกนวา “มเตอรวดน า” นนเอง
13-29
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.3 อาคารชลศาสตรประเภททอ
ในทนหมายถงอาคารชลศาสตรทมทอความยาวสนๆ เปนสวนประกอบหลก ทมกกอสรางไวเปนอาคารหลกของหวงาน และอาคารในระบบสงน าหรอระบบระบายน า
ก. อาคารหลกทหวงาน เปนอาคารทท าหนาทในการระบายน าทเกบกกไวออกไปจากหวงาน (อางเกบน า เขอน ฝายทดน า ประตระบายน า) สวนจะเปนอาคารชนดหรอประเภทใดขนกบประเภทหวงาน ซงแบงกลมอาคารตามวตถประสงคในการระบายน าไดเปน 2 กลม คอ
1) ระบายน าเพอทงลงล าน าดานทาย ไดแก ทางระบายน าลนแบบไซฟอน
(Siphon/Syphon Spillway), ทางระบายน าลนแบบอโมงคผนน า (Tunnel Spillway), ทางระบายน าลนแบบทอลอด (Culvert spillway), อาคารทงน าหรออาคารสงน าจากเขอน (Outlet
work), อาคารรบน า (Intakes structure), Bottom drain ทประกอบอยกบทางระบายน าลนแบบ Morning glory ฯลฯ การระบายน าผานอาคารเหลานน เพอการพรองน าลดระดบและปรมาณน า หรอเพอรกษาระบบนเวศนดานทายน า
2) ระบายน าเพอสงเขาระบบสงน าหรอคลองสงน า ไดแก ทอระบายน าปากคลองสงน าสายใหญ (Head regulators), อาคารทางเขา (Inlet structure)
ข. อาคารในระบบสงนาหรอระบบระบายนา ซงอาจแบงยอยตามหนาทของอาคารไดเปน 4 กลม ไดแก
1) อาคารควบคม 1.1) ทอระบายน าปากคลอง (Head regulators) (รวมถงทอระบายน าปาก
คลองสงน าสายใหญทเปนอาคารหลกของหวงานดวย) 1.2) ทอสงน าเขานา (Farm turnout: FTO หรอ Farm intake)
1.3) ทอระบายน าปลายคลอง (Tail regulators) ฯลฯ 2) อาคารล าเลยงน า
2.1) ทอลอดถนน/ทางรถไฟ (Road Crossing)
2.2) ทอเชอม (Inverted Syphon)
2.3) อาคารน าตกแบบทอ (Pipe drop) ฯลฯ
3) อาคารปองกน ไดแก ทอลอดคลอง (Culvert) ฯลฯ
4) อาคารวดน า ไดแก Constant Head Orifice (CHO) ฯลฯ
13-30
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
อาคารชลศาสตรประเภททอนนแมอาคารทกชนดจะสามารถค านวณปรมาณน าไหลผานได แตในทางปฏบตจะมการค านวณปรมาณน าไหลผานอาคารเฉพาะอาคารหลกทหวงาน อาคารควบคมและอาคารวดนาเทานน (ซงจะน าเสนอในล าดบถดไป) สวนอาคารล าเลยงน าและอาคารปองกนจะไมมการค านวณปรมาณน า เพราะไมมความจ าเปนตองคดปรมาณน าไหลผาน เพราะเปนอาคารทมไวเพอใหปรมาณน าสงสดตามทออกแบบไวผานไปเทานน
13.3.1 หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลศาสตรประเภททอ
การค านวณปรมาณน าจะพจารณาจากลกษณะการไหลของน าในทอ และการควบคม ซงจะไดแก
(1) การไหลในระบบทอมกออกแบบใหเปนการไหลเตมทอเสมอ ค านวณโดยหลกการไหลในทอปดภายใตแรงดน ซงไดอธบายมากอนหนานแลว
(2) กรณการไหลไมเตมทอ จะค านวณโดยหลกการค านวณการไหลในทางน าเปด (3)ถามการควบคมอตราการไหลดวยบานระบายจะค านวณโดยหลกการ
Submerged Orifice Flow
อนง ในกรณการค านวณปรมาณน าทไหลเตมทอผานอาคารทถอวามขนาดทอใหญเมอเทยบกบความยาวทอสน ๆ นอกจากค านวณโดยหลกการของทอปดภายใตแรงดนแลวอาจค านวณโดยหลกการ Submerged Orifice Flow ซงจะเปรยบเทยบใหเหนดงตวอยางตอไปน
ตวอยาง ตามรปท 13-14 ทอคอนกรตระบายน าลอดใตถนนขนาด 100 ซ.ม. ยาวทงหมด 15.0 ม. และมระดบน าความดนตางกน 1.5 ม. อยากทราบวาทอคอนกรตดงกลาวจะท าการระบายน าไดในอตราเทาใด
รปท 13-14 ตวอยางลกษณะการไหลผานทอลอด
ก. การค านวณกรณการไหลในทอปด
H = 1.5 ม. เปนความแตกตางของระดบน าดานเหนอน ากบดานทายน า (น าทวมทายทอ) แตถาทายทอน าไมทวมหลงทอใหคดทกงกลางปลายทอ
13-31
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ทอคอนกรต ตามปกตใช n = 0.014 แตถามรอยตอทอทกๆ เมตรใหใช n = 0.017
การสญเสยในระบบ = การสญเสยทปากทางเขา+การสญเสยในทอ+การสญเสยททางออก
g2
VKH
g2
VKH
2
fl
2
eL
g2
V0.1
D
LVn35.6
g2
V78.0
2
3/4
222
7.19
V
1
LVn35.6
7.19
V78.0 2
3/4
222
= 0.0397 V2 + 0.0274 V2+0.0507 V2
= 0.1178 V2
58.375.121178.0
5.1V
ม. /วนาท
82.22
4
58.3VAQ
2
ม.3 /วนาท
ข. การใชสตร Submerged Orifice ทอมความยาวสนๆและมเสนผาศนยกลางโต
gH2CAQ
โดยให C สมประสทธของการไหลเทากบ 0.65
5.181.9x214
x65.0Q2
= 0.65 x 0.785 x 5.42
= 2.77 ม.3 /วนาท ใกลเคยง 2.82 ม.3 /วนาท
13.3.2 ทางระบายนาลนแบบไซฟอน (Siphon/Syphon Spillway)
13.3.2.1 ลกษณะรปแบบทวไปของ Siphon spillway
Siphon spillway นนสามารถออกแบบใหมลกษณะรปแบบไดหลายแบบ แตรปแบบทนยมสรางมากทสดเปนแบบ Saddle siphon และรองลงไปเปน Siphon volute ดงแสดงรปแบบทวไปใน รปท13-15
13-32
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Saddle siphon spillway
Siphon volute spillway
รปท 13-15 แสดงรปแบบทวไปของ Saddle siphon spillway และSiphon volute spillway
Siphon spillway ทกแบบจะมลกษณะโครงสรางทส าคญ 4 สวน ไดแก
1) ปากทางเขา 2) ชองอากาศ หรอทออากาศ หรองวงอากาศ คดตงไวทระดบสงสดของทอ ท าหนาทควบคมสภาวะการท างานของไซฟอนโดยจะเกดสภาวะการไหลเตมทอแบบไซฟอน อยางสมบรณเมอระดบเหนอน าทวมชองอากาศดงกลาว 3) ทอล าเลยงน า
4) ทางน าออก อาจปลอยปลายอสระหรอมองคประกอบของอาคารสลายพลงงาน
13-33
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.3.2.2 หลกการทางานของ Siphon spillway
รปท 13-16 แสดงหลกการท างานของทางระบายน าลนแบบไซฟอน
พจารณารปท 13-16 ทางระบายน าลนแบบไซฟอนมหลกการท างานคอ ดานบน
ของทอไซฟอนจะตดตงทอหรองวงอากาศ (หรออาจตดตงเปนวาลวลกลอยแบบพเศษ)
รป ก. ระดบทองทอแนวราบจะเทากบระดบเกบกกของอางเกบน าหรอเขอน ระดบน าทต ากวาระดบนลงไปน าจะไมไหล
รป ข. เมอระดบน าสงกวาระดบ รนก. จะเรมเกดการไหลของน าผานทอ
รป ค. และเมอระดบน าเพมขนถงระดบหลงทอ แตยงไมถงปากงวงอากาศ จะเกดการไหลแบบเตมทอ
จากการไหลทง 2 ลกษณะขางตนเปนการไหลภายใตแรงดงดดของโลก
รป ง. หากระดบน าสงทวมปลายงวงระบายอากาศเมอใด จะเกดการไหลแบบไซฟอนซงเปนการไหลภายใตแรงดนโดยน าจะถกดดผานทงทอและงวงออกไป
ในทางกลบกนเมอระดบน าลดลงต ากวาปลายงวง อากาศกจะเขาไปในทอสภาพการเปนไซฟอนกจะหมดไป เมอการระบายน ายงคงเกดตอไปจนระดบน าเทากบระดบทองทอแนวราบน ากจะหยดไหล ในประเทศไทยไมนยมสรางทางระบายน าลนแบบน โดยสวนใหญจะสรางเปนลกษณะฝายเปดมากกวา
13-34
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.3.2.3 การคานวณปรมาณนาผาน Saddle siphon spillway
รปท 13-17 ลกษณะการไหลผาน Siphon spillway
พจารณา รปท 13-17 ลกษณะการไหลผาน Siphon spillway จะม 3 ลกษณะคอ
1) การไหลลกษณะ Gravity spillway flow เมอระดบน าสงกวาโคงดานในของทอน าแตยงไมสงถงระดบหลงทอดานในจะไหลตกออกไปอยางอสระดวยแรงดงดดของโลกคลายฝายระบายน าหรอทางระบายน าลน สวนใหญจะมการศกษาการไหลจากแบบจ าลอง เพราะมกจะมลกษณะรปแบบโครงสรางเฉพาะตว และตองสอบเทยบเปนกรณพเศษ 2) การไหลแบบ Aerated flow เมอระดบน าสงขนจนเรมมแรงดดโดยอาศยความดนเกดขนบาง โดยจะมการดดเอาอากาศจากปากทางเขา หรอจากทอหรองวงอากาศ ปนเขาไปจ านวนมาก การไหลลกษณะนจะเกดในชวงเวลาสนๆ เทานน จงไมใหความส าคญมากนก 3) การไหลในทอปดภายใตแรงดน (Pipe flow) เปนการไหลทน าไหลเตมทออยางสมบรณ ซงค านวณเหมอนทอปดทวไป โดยคดการสญเสยท ปากทางเขา+ทอโคงงอสวนบน +ทผวตวทอ+ทอโคงงอสวนลาง+ปากทางออก ตามทไดกลาวมาแลว สภาวะทเกดการไหลแบบเตมทอนเรยก Black water condition เพราะการเกดสภาวะ Aerated flow กอนหนานสของน าทปนฟองอากาศทเหนเปนสขาวหมดไป น าจงดเปนสเขม
ดงนนการค านวณปรมาณน าไหลผาน Saddle siphon spillway จงค านวณตามลกษณะการไหลทเกดขนขางตน ทตองใชระดบน าดานหนาอาคารเปนตวก าหนดลกษณะการไหล
13-35
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท13-18 แสดงชวงคอของ Saddle siphon spillway
พจารณาสวนคอของ Saddle siphon spillway จากรปท13-15 และรปท13-18
2211 RVRVVR
เมอ V = ความเรวของน า R = รศม
ตวหอย 1 แทนต าแหนงสนของคอ และ 2 แทนต าแหนงจดสงสดของคอ
R
RVV 1
1
ปรมาณน าไหลผานหนาตด dA ของสวนตด dR เมอคอมความกวาง b
dRb
R
RVdA
R
RVQ 1
11
1A
1
211
2R
1R
11
2R
1R
11
R
RlnbRV
R
dRbRVdRb
R
RVQ
ก าหนดใหคา V1 สงสดส าหรบ Saddle siphon spillway เทากบ 12 ม. /วนาท
1
21max
R
RlnbR12Q
1
2
12
1
1
2
12
1a
R
Rln
RR
R12
R
Rln
bRR
bR12
A
QV
(Eq.1)
(Eq.1 ใชในการค านวณหาคาความเรวเฉลยในกรณน าไหลไมเตมทอ)
13-36
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
เมอขนาดของทอเทากนตลอดความเรวทเกดขนในทกหนาตดจะมคาเทากน
เมอเกดการไหลเตมทอ ความเรวการไหลจะเกดจากอทธพลของ head H ซงเปนความแตกตางระดบน าในเขอนหรออางเกบน ากบระดบบนสดของปลายทอ ใชหลกการไหลในทอปดภานใตแรงดนในการค านวณ โดยไดแปลงรปสมการเปน
gH2V
(Eq.2)
เมอ μ = siphon coefficient ทคดจากคาการสญเสยตาง ๆ ในระบบทอ ไดแก ทางเขา (ki), แนวทอโคง (kb), เสนทอ (kf), ทางออก (ko = 1) ฯลฯ
ถาทอมขนาดเดยวกนตลอดจะไดวา
...fbi kkk1
1
k
1
(Eq.3)
คาการสญเสยรวมในระบบ และให VO เปนความเรวททางออกคา ko = 1
...fbi
2a
2o kkk
g2
V
g2
VH
(Eq.4)
(Eq.4 แสดงใหเหนรปแบบสมการทแทจรงของสมการ(Eq.2) ซงกคอ
สมการค านวณการสญเสยในระบบทอปดทวไปนนเอง โดยสมการนใชในการค านวณหาคา H
สงสดในการออกแบบอาคาร)
...kkk
V
gH2
A
V
AV
V
QA
fbi2a
0
a
00
(Eq.5)
(Eq.5 ใชในการค านวณหาคา A0 พนทหนาตดทเหมาะสมในการออกแบบอาคาร ซงกคอสมการค านวณการสญเสยในระบบทอปดทวไปนนเอง)
สรปการค านวณปรมาณน าไหลผาน Saddle siphon spillway
1) กรณน าไหลไมเตมทอ ค านวณความเรวการไหล Va ซงเปนคาเฉลยโดยสมการ (Eq.1)
13-37
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) กรณน าไหลเตมทอ ค านวณความเรวการไหลโดยใชหลกการไหลในทอปดภายใตแรงดนทวไป ทคดจากคาการสญเสยในระบบ โดยใชสมการ (Eq.2) ทมการแปลงรปใหม
3) ค านวณอตราการไหลจาก Q = AV
gH2.AV.AQ
เมอ A = พนทหนาตดของทอไซฟอน ม.2
...fbi kkk1
1
k
1
k = คาการสญเสยตาง ๆ ในระบบทอ ไดแก ทางเขา (ki), แนวทอโคง (kb),
เสนทอ (kf), ….. (จากสมการคดคา ko = 1 ททางออกแลว) H = ระดบน าในอางเกบน า – ระดบขอบบนของปลายทอ ม.
g = 9.81 ม. /วนาท 2
13.3.2.4 การคานวณปรมาณนาผาน Siphon volute spillway
รปท 13-19 สวนยอดของ Siphon volute spillway
พจารณาสวนยอดหรอโดมของ Siphon volute spillway จากรปท 13-15 และรปท 13-19 ดวยหลกการเดยวกบ Saddle siphon spillway ขางตน
13-38
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1) ค านวณอตราการไหลจากคาความเรวเฉลยจากสมการตอไปน
12
1
211
dRR
R
RelogRV
.a.CQ
เมอ Cd = Coefficient of discharge ≈ 0.7 a = พนทหนาตดวงแหวนชองทางทน าเขากาลกน า ม.2 R1 = รศมขอบลางของการไหล ม. R2 = รศมขอบบนของการไหล ม.
2) กรณทน าไหลเตมชองโดม
gH2A.CQ od
เมอ Cd = Coefficient of discharge ≈ 0.7 Ao = พนทหนาตดททางออก ม.2 H = ระดบน าในอางเกบน า – ระดบขอบบนของปลายทอ ม.
g = 9.81 ม. /วนาท 2
13.3.3 ทางระบายนาลนแบบอโมงคผนนา (Tunnel Spillway)
Tunnel Spillway เปนอาคารระบายน าขนาดใหญ สรางในกรณทหวงานตงอยในบรเวณชองเขาทพนทมความลาดชนมาก สภาพพนทไมคอยมความมนคง มโอกาสเกดดนถลมหรอมตะกอนไหลลงมากบน าปามาก ซงสงเหลานเปนอปสรรคตอการสรางอาคารทมลกษณะเปนทางน าเปด จงตองแกปญหาโดยการสรางอาคารระบายน าทใชทอหรออโมงคเพอผนน าทระบายออกจากหวงานใหไปลงสล าน าทอยตอนลางตอไป
13-39
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
สวนประกอบโครงสรางของ Tunnel Spillway ประกอบดวย 2 สวนคอ
1) ฝายหรอทางระบายน าลน ซงจะมลกษณะรปแบบใดรปแบบหนงกไดขนกบความเหมาะสม แบงยอยเปน 2 รปแบบ คอ
1.1) ไมมการควบคม ระดบสนฝายจงอยทระดบน าเกบกกของเขอนหรออางเกบน า 1.2) มการควบคมดวยบานระบาย ระดบสนฝายจะอยต าลงไปกวาระดบน าเกบกกเพราะมบานระบายปดกนอยบนฝาย
2) ทอหรออโมงคผนน า ท าหนาทล าเลยงน าทระบายผานฝายออกไปทงยงล าน าทอยดานลาง ซงปลายทอหรออโมงคมกมระดบต ากวาระดบทปากมาก
รปท 13-20 ตวอยางรปตดของ Tunnel Spillway บางแบบ
รปท 13-21 ตวอยางแปลนและรปตดของ Tunnel Spillway บางแบบ
13-40
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การคานวณปรมาณนาไหลผาน Tunnel Spillway
จากลกษณะรปแบบของ Tunnel Spillway นนตวทอหรออโมงคท าหนาทล าเลยงน าทระบายผานฝายออกไปทงลงล าน าดานทายเทานน ดงนนการค านวณปรมาณน าจงค านวณจากการไหลผานฝายหรอทางระบายน าลนตามวธการของฝายหรอทางระบายน าลนชนดนน ทน าเสนอใน บทท 8
13.3.4 ทางระบายนาลนแบบทอลอด (Culvert spillway)
จากปญหาในเรองลกษณะภมประเทศทมขอจ ากดเชนเดยวกบกรณของการสราง Tunnel Spillway จงตองพจารณาผนน าโดยใชทอ แต Culvert spillway จะตางจาก Tunnel
Spillway ตรงท ระดบปากทอจะอยทระดบใดๆ ทเหมาะสมไมตองมระดบใกลเคยงกบระดบน าเกบกก และระดบปากทอกบระดบทายทอจะไมแตกตางกนมาก การควบคมใชประตระบายหรอประตน าทตดตงทต าแหนงตอนกลางหรอดานทายของตวเขอนหรอท านบดน โดยมกใหท าหนาทเปดปดเทานน (เปดหมด ปดหมด)
รปท 13-22 ตวอยางรปแบบของ Culvert spillway
การคานวณปรมาณนาไหลผาน Culvert Spillway
การค านวณปรมาณน าผาน Culvert Spillway ใชหลกการค านวณปรมาณน าในระบบทอปด โดยเปดบานระบายหรอประตน าจนสดเสมอ
13-41
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.3.5 อาคารสงนาจากเขอน (Outlet work)
และอาคารรบนา (Intake structure)
เปนกลมอาคารทใชระบายน าทงออกไปลงล าน าดานทายเขอนหรออางเกบน า โดยทวไปแลวจะเรยกอาคารกลมนตามวตถประสงคในการระบายน าวา อาคารทงนา หรออาคารสงนาจากเขอน หรอ Outlet แตอาจเรยกชอเปน อาคารรบนา (Intake structure) เนองจากอาคารมมลกษณะรปแบบทแตกตางออกไปโดยมจดเดนทมโครงสรางอาคารท าหนาทรบน า (Intake) อยดานหนา Outlet work ซงจะไดอธบายในล าดบตอไป
13.3.5.1 อาคารทงนาหรออาคารสงนาจากเขอน (Outlet work)
ดานหนาจะมอาคารรบน า (Intake) หรอเปนTransition มตะแกรงกนสวะปดเตมปากทาง (ตองมตะกอนและขยะหรอวชพชไหลมากบน านอย) เพอรบน าผานเขาทอไปทงออกสล าน าดานทาย จะม ชดวาลวควบคม (Control valve) ทประกอบดวย Butterfly valve และ Gate valve เพอควบคมปรมาณน า เปนอาคารทระบายน าปรมาณไมสงมากใชทอไมใหญนก เพราะขนาดของวาลวทมการผลตจ าหนายจะเปนตวควบคมขนาดทอ (1) ตดตง Control valve ไวทตอนกลางของท านบดนหรอเขอน คลายดงแสดงในรปท 13-23 หรอ (2) ตดตง Control
valve ไวทดานทายตอนปลายท านบดน คลายดงแสดงในรปท 13-24 มกสรางถนนขนานไปกบตนลาดทายเขอนหรอท านบดนเพอใหสะดวกในการปฏบตงานดวยเสมอ ในประเทศไทยนยมสรางให
Control valve อยดานทายตอนปลายท านบดน เพราะจะสรางและบ ารงรกษางายกวา
เหตผลการทไมควบคมปรมาณน าดานหนาทอดวยอาคารรบน าทใชบานระบาย เปนตวควบคมเปนเพราะ ถาทต าแหนงของอาคารมท านบดนสงมระดบน าดานเหนอน าสง ปากทออยหางจากแนวศนยกลางท านบดนมาก ไมสะดวกในการปฏบตงาน ตองสรางโครงยกสง ตองมกานเครองกวานยาวจนยากทจะควบคม และการดแลรกษาในอนาคตท าไดยาก
รปท 13-23 ทอระบายน าทควบคมดวยประตน าบรเวณกลางท านบดน
13-42
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 13-24 ทอระบายน าปากคลองทควบคมดวยประตน าททายทอ
การคานวณปรมาณนาผาน Outlet work
1) กรณควบคมดวย Control valve (Butterfly valve และ Gate valve) ตามทแสดง รปท 13-23 และ รปท 13-24 ซงจะค านวณโดยหลกการไหลในทอปดภายใตแรงดน
1.1) ผลตางของ Head losses คดจากความแตกตางของระดบน าดานเหนอน ากบระดบน าดานทายน า ถาดานทายน าน าไมทวมปลายทอคดระดบน าดานทายทระดบกงกลางปลายทอ
1.2) Losses ในระบบทอคดจาก ทตะแกรงหนาทอ + ปากทอ + ในตวทอ + ท Control valve + ทตวปากทางออก (เมอเปด Butterfly valve เตมท และควบคม Gate
valve เปดทคามาตรฐาน 25, 50, 75 และ 100 เปอรเซนต)
1.3) ตวอยางคณสมบตของ Gate Valve ขนาด เสนผาศนยกลาง 500 ม.ม. (มในคมอทใหมากบ Valve แตละตว)
Gate Valve 500 ม.ม., D = 500 ม.ม. ระยะยกขน 585 ม.ม. จ านวนรอบ ปด-เปดสด 90 รอบ ระยะตอรอบ 6.50 ม.ม.
เปด 25% หมน 22.5 รอบ ระยะยกขน 146.25 ม.ม. Kg = 24.00
เปด 50% หมน 45 รอบ ระยะยกขน 292.50 ม.ม. Kg = 5.60
เปด 75% หมน 67.5 รอบ ระยะยกขน 438.75 ม.ม. Kg = 1.15
เปด 100% หมน 90 รอบ ระยะยกขน 146.25 ม.ม. Kg = 0.19
13-43
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1.4) สวนใหญแลวจะมการค านวณปรมาณน าทไหลผานอาคารออกไปทระยะเปด
Gate valve คามาตรฐาน 25, 50, 75 และ 100 เปอรเซนตดงกลาว ทระดบน าดานเหนอน าระดบตาง แลวสรางเปน Rating Curve ก าหนดไวในแบบกอสรางไวให ดงตวอยางในรปท 13-25
รปท 13-25 ตวอยาง Rating Curve แสดงความสมพนธของระดบน าในอางเกบน า และปรมาณน าทระบายออก เมอเปดบานประตน าทขนาดตางๆกน
2) อาคาร Outlet ทควบคมดวย Fixed cone valve
Fixed cone valve เปนวาลวควบคมอตราการไหลของน าทใชในระบบทอรปแบบใหม ตวอยางดงแสดงรปท13-26 มลกษณะเปนชนสวนโลหะ 2 ชนประกอบกน ชนแรกมลกษณะเปนทอทมกรวยอยตอนปลายโดยทอและกรวย (Cone) เชอมตดกนดวยแผนโลหะลกษณะหนาตดรป X หรอ Y โดยสวนของแผนโลหะหนาตดรป X หรอ Y จะมลกษณะเปนชองวาง ชนสวนอกชนมลกษณะเปนปลอกทอทเคลอนทไดระหวางแผนโลหะหนาตดรป X หรอ Y กบสวนทเปนทอดานหว ซงปลอกทอดงกลาวเปนชนสวนทใชเลอนเปดปด ปรบขนาดชองทจะใหน าไหลพงผานออกไปปะทะกบตวกรวยเพอใหน าแตกกระจายออกเปนการลดพลงงานไปในตว (นอกจากนอาจมรปแบบอนๆทใหสวนของกรวยเปนตวเคลอนทเพอเปดปดและปรบอตราการไหล เรยก Cone valve) โดยใชตดตงไวทปลายทอเพอควบคมปรมาณน าใหไหลออกจากทอออกไป
13-44
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตามทตองการ ซงในกรณอาคารOutlet จะตดตงเพอควบคมการระบายน าลงสล าน าโดยตรง ในปจจบนโครงการชลประทานทสรางใหม ๆ มกจะสรางอาคารทงน าหรอ Outlet แบบน โดยลกษณะรปแบบทวไปของอาคารทควบคมดวย Fixed cone valve แสดงใน รปท 13-27
รปท 13-26 ลกษณะรปแบบของ Fixed cone valve แบบหนง
รปท 13-27 แสดงตวอยางของอาคารOutlet ทควบคมดวย Fixed cone valve
13-45
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การคานวณปรมาณนาผาน Fixed cone valve
การค านวณการไหลส าหรบอาคาร Outlet ทมการควบคมการไหลดวย Fixed
cone valve ใชหลกการค านวณ Orifice flow
gH2ACQ d
เมอ Q = ปรมาณน าทไหลผาน Fixed cone valve, ลกบาศกเมตร/วนาท A = พนทหนาตดการไหล ทเปนหนาตดวงแหวนเมอเปดวาลวทต าแหนงปลายทรงกระบอกของปลอกทอทเคลอนทได ถงผวกรวยของวาลว, ตารางเมตร
g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 เมตร/ วนาท2
H = ความแตกตางของระดบน าดานเหนอน ากบระดบกงกลางวาลว, เมตร Cd = คาสมประสทธการไหล มคา 0.85
13.3.5.2 อาคารรบนา (Intake structure)
จดเปนอาคาร Outlet ทมลกษณะรปแบบทแตกตางออกไปจากอาคาร Outlet ตามทกลาวขางตน มปรมาณน าทตองระบายออกไปคอนขางมาก ขนาดทอมขนาดใหญ อาจแบงเปน 2 ลกษณะ คอ 1) อาคารทางเขาเปนหอหรอปลองรบน า และ 2) อาคารทางเขาแบบจม
1) อาคารทางเขาเปนหอหรอปลองรบนา (Intake tower) ซงท าหนาทเปนอาคารรบน าและเปนตวควบคมปรมาณน ากอนเขาสทอ อาจแบงตามลกษณะของหอหรอปลองรบน าเปน 2 ประเภทยอย คอ
1.1) อาคารทางเขาแบบเปยก (Wet intake tower) เปนอาคารทางเขาทประกอบดวยปลองคอนกรต 2 ชน ปลองชนนอกจะมชองใหน าไหลทควบคมปรมาณน าดวยบานระบายกอนสงเขาสปลองชนใน ชองวางระหวางปลองดงกลาวจะท าหนาทลดระดบน าดานเหนอน าหนาปลองชนในลง กอนทจะมจะระบายน าผานชองระบายทควบคมดวยบานระบาย ใหน าไหลผานทอแลวไหลออกไปดานทายน าตอไป
1.2) อาคารทางเขาแบบแหง (Dry intake tower) มลกษณะเปนปลองหรอหอถงเชนเดยวกบอาคารทางเขาแบบเปยก แตจะเปนปลองเพยงชนเดยว กลาวคอจากก าแพงหอถงจะมชองรบน าทควบคมดวยบานระบาย เพอรบน าลงสทอดานลางแลวไหลออกไปดานทายน า ลกษณะรปแบบพนฐานทวไปของ Intake tower ทง 2 แบบ ดงแสดงใน รปท 13-28
13-46
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 13-28 ลกษณะรปแบบพนฐานทวไปของ Intake tower
(a) Wet intake tower (b) Dry intake tower
1.3) การก าหนดรปแบบอาคารระบายน าเปนอาคารลกษณะ Intake tower
นนสบเนองมาจากสาเหตตอไปน
1.3.1) มสงไหลลอยปนมากบน ามาก เชน ขยะ วชพช ซากพช ฯลฯ ทจะเปนสาเหตใหเกดการอดตนในทอ หรอในเมองหนาวชวงฤดหนาวผวน าเปนน าแขง หอหรอปลองสงจงท าหนาทปองกนไมใหสงเหลานนปดกนหรออดตนตวทอทงน าได เพราะสงเหลานนลอยอยดานบนในขณะทชองระบายน าอยต าลงไป มเวลาใหก าจดออกไปควบคไปกบการระบายน าได
1.3.2) ระดบธรณทออยต ากวาระดบผวน ามาก ท าใหม Head การไหลทสงมาก การใชหอหรอปลองสงเปนตวรบน าและควบคมระดบน าในกรณของ Wet intake
tower จะชวยลดระดบ Head การไหลลง ท าใหความเรวการไหลลดลง ท าใหไมความรนแรงลง
ตวอยางอาคาร Wet intake tower ในประเทศไทยไดแก อาคารระบายน าทเขอนล าตะคอง จงหวดนครราชสมา ภานรนทร ภาณพนท หวหนาฝายจดสรรน าและปรบปรงระบบชลประทาน โครงการสงน าและบ ารงรกษาล าตะคอง ไดใหขอมลเกยวกบอาคาร Intake
structure ของเขอนล าตะคอง รวมทงวธการค านวณและขนตอนในการใชงานอาคารดงกลาว ดงรายละเอยดตอไปน
13-47
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
อาคาร Intake structure ของเขอนล าตะคอง ดงแสดงใน รปท 13-29 และแปลนสงเขปใน รปท 13-30, รปท 13-31 และ รปท 13-32 มลกษณะเปนหอถงรปหกเหลยมยาวดานละ 6 เมตร สง 22 เมตร มก าแพงแบงกนแนวกลางหอถง ท าใหมลกษณะคลายปลองสเหลยมคางหม 2 ปลองประกบกน มชองรบน าทตดตงบานระบายเพอควบคมขนาด 1.75 x 1.75 เมตร โดยมชองรบน าทก าแพงของหอถงปลองหนาดานละ 1 บาน(ทระดบตางกน) รวม 3 บาน (เปนบานทเปดปดใหน าเขามาในหอถง) และตดตงทก าแพงแบงกนแนวกลางหอถง 1 บาน (เปนบานทใชควบคมปรมาณน า) แลวระบายน าผานทอคอนกรตเรมเหลกรปเกอกมา ขนาดเสนผาศนยกลาง 3.50 เมตร ยาว 99 เมตร ระบายน าไดสงสด 20 ลกบาศกเมตรตอวนาท
รปท 13-29 อาคาร Outlet work ของเขอนล าตะคอง จงหวดนครราชสมา ทมอาคารทางเขาแบบเปยก (Wet intake tower)
รปท 13-30 รปตดตามยาวอาคาร Outlet work ของเขอนล าตะคอง จงหวดนครราชสมา
13-48
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปดานหนาอาคาร Intake outlet ของเขอนล าตะคอง มชองรบน าทก าแพงหอถงดานหนา 3 ดานๆ ละ 1 ชอง ควบคมดวยบานระบาย
Outlet tower เปนรปหกเหลยมมก าแพงแบงกนแนวกลาง (Skimming wall)
ท าใหแบงปลองเปนสเหลยมคางหมดานหนาและดานใน 2 ปลองประกบกน มชองรบน าทก าแพงสวนหนา 3 ดาน ๆ ละชอง ก าแพงกลางปลองมชองระบายน า 1 ชอง
รปท 13-31 รปดานหนา แปลน และรปตดอาคาร Outlet work ของเขอนล าตะคอง
13-49
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1.4) การคานวณปรมาณนาผานอาคารทางเขาเปน Intake tower
ตวอยางกรณเขอนลาตะคอง
อาคารประเภทนจรง ๆ แลวตวทอท าหนาทเพยงเปนตวล าเลยงน าออกไปดานทายน าเทานน สวนของอาคารทมบทบาทส าคญในการควบคมปรมาณน านนคอชองรบน าของหอถงหรอปลองทควบคมดวยบานระบาย ดงนนการค านวณปรมาณน าผานอาคารรบน าจงตองค านวณปรมาณผานบานระบายทตวหอถง กรณ Wet intake ตองควบคมโดยบานทง 2 ชน และกรณ Dry intake ควบคมโดยบานใด ๆนนเอง
การระบายน าของ Wet intake นน บานระบายของปลองใน (ดานหนาทอ) จะใชเปนตวควบคมอตราการไหลของน าทจะระบายทงออกดานทายน า สวนบานระบายของปลองดานนอกหรอดานหนาใชควบคมปรมาณน าจากเขอนหรออางเกบน าใหผานเขามาในปลองชนในอยางเหมาะสม
ขนตอนสาคญในการระบายนาออกจาก Wet intake
1) ก าหนดอตราการระบายน าผานอาคารออกไป Q ม.3 /วนาท 2) ค านวณระยะเปดบานระบายจากชองระบายน าทปลองดานใน เพอให
ปรมาณน า Q ม.3 /วนาท ถกระบายออกไป โดยใหมระดบน าดานหนาชองระบายน าคงท ทระดบก าหนด สมมตเปน El.B
3) ค านวณระยะเปดบานระบายจากชองระบายน าทปลองด านนอก เพอใหปรมาณน าจากเขอนหรออางเกบน าทสมมตมระดบน า El.A ผานเขามาสชองวางหนาปลองดานใน ดวยอตราการไหล Q ม.3 /วนาท โดยใหมระดบน าดานทายชองระบายน าดานหนาคงททระดบ El.B (ระดบสนของ Skimming wall กรณ Wet intake ของเขอนล าตะคอง)
4) จาก ขอ 2) และ 3) อาจกลาวไดวาควบคมใหปรมาณน าผานปลองดานนอกเขา และระบายออกจากปลองดานในอตราทเทากน (น าไหลเขาเทากบน าไหลออก) จงท าใหมระดบน าระหวางปลองคงทตลอดเวลา
5) การควบคมปรมาณน าดวยบานระบายดงกลาว ถาปลองแตละชนมบานระบายหลายบานใหพจารณาควบคมบานแตละบานตามความเหมาะสม โดยใหเปนไปตามขอก าหนดในขอ 4)
13-50
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 13-32 แสดงการไหลผาน Intake tower ของเขอนล าตะคอง
พจารณา รปท 13-32
ก. การควบคมปรมาณนาจากบานระบายของปลองใน(ท Skimming wall)
การค านวณการไหลผานชองรบน าทควบคมดวยบานระบาย ของ Intake tower ทปลองใน (ท Skimming wall) ใชหลกการค านวณ Free orifice flow
gH2ACQ d
เมอ Q = ปรมาณน าทไหลผานชองรบน าทควบคมดวยบานระบาย, ม.3 /วนาท A = พนทหนาตดการไหล = B x Gi , ม.2 B = ความกวางของชองระบาย (1.75 ม.) Gi = ระยะยกบานระบายตวใน, ม.
g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 เมตร/ วนาท2
H = ระยะจากระดบน าดานหนาบานระบาย (Hi) ถงกงกลางชองเปด (Gi), ม.
[ H = Hi – Gi /2 ]
Cd = คาสมประสทธการไหล มคา 0.70
13-51
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ข. การควบคมปรมาณนาจากบานระบายของปลองนอก
การค านวณการไหลผานชองรบน าทควบคมดวยบานระบาย ของ Intake tower ทปลองนอก ใชหลกการค านวณ Submerged orifice flow ซงกรณของเขอนล าตะคองมชองรบน า 3 ชองทก าแพงหอถงดานหนา 3 ดานโดยแตละชองมระดบธรณไมเทากน การระบายน าอาจเลอกบานเดยวหรอหลายบานกได แตตองใหเปนไปตามขอก าหนดคอ อตราการการไหลรวมตามทตองการ และระดบน าดานทายตองไมเกนระดบสน Skimming wall
gH2ACQ d
เมอ Q = ปรมาณน าทไหลผานชองรบน าทควบคมดวยบานระบาย, ม.3 /วนาท A = พนทหนาตดการไหล = B x Go , ม.2 B = ความกวางของชองระบาย (1.75 ม.) Go = ระยะยกบานระบายตวนอก, ม.
g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 เมตร/ วนาท2
H = ความแตกตางระดบน าดานหนาบานระบาย (Ho) กบทายบานระบาย (Hi), ม.
[ H = Ho – Hi ]
Cd = คาสมประสทธการไหล มคา 0.60 ขอควรปฏบต
1) ในการเปดบานระบายนนจะเปดบานระบายของปลองไหนกอนกได แตหากเปดบานระบายของปลองนอกกอน คอยๆ ปลอยน าเขาไปในชองวางระหวางปลอง (หนา Skimming wall) น ากจะไมกระแทกบานระบายระบายตวในใหเสยหายได 2) กรณระดบน าในอางเกบน ามระดบต ากวาสน Skimming wall อาจเปดบานระบายของปลองหนาทงหมดเพราะไมมความจ าเปนตองลด Head การไหลกอนเขาบานชนในแลว การควบคมจะใชเฉพาะบานชนใน และขณะนนอาคารมสภาพเปน Dry intake outlet ไปโดยปรยาย
ในกรณตองระบายน าปรมาณมากกวาทบานระบายชนในจะสามารถระบายได กใหปรบการระบายน าผานบานระบายดานหนาเพมขน เพราะน าสวนเกนจะลนขามสน Skimming
wall ออกไปลงสทอ แตทงนตองพจารณาความสามารถรองรบน าของล าน าดานทายทจะไมท าใหเกดการลนตลงไหลบาทวมพนทดานทายน าดวย
13-52
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) อาคารทางเขาแบบจม (Submerged outlet work)
อาคารชนดนในปจจบนเปลยนรปแบบเปนอาคารสงน าจากเขอน (Outlet
work) ทไดน าเสนอแลวในหวขอ 13.3.1 โดยใชเปนอาคารระบายน าของอางเกบน าขนาดเลก ทมอตราการระบายน าไมมาก และไมมสงไหลปนมากบน า เชน ตะกอน ขยะ วชพช ฯลฯ ทจะเปนสาเหตใหเกดการอดตนในทอ ระดบของพนทดานทายมกลาดต า จงตองวางทอต า รปแบบอาคารรบน า (Intake) ทออกแบบในชวงแรกๆ ดงแสดงใน รปท 13-33 และรปท 13-34โดยจะมบานระบายท าหนาทปดเปดตดตงไวตอนทายอาคาร (การใชงานจะเปดบานจนหมด)
รปท 13-33 รปแบบอาคารรบน า (Intake) ทออกแบบในชวงแรก ๆ บางแบบ
รปท 13-34 ตวอยางอาคารรบน าทออกแบบใหม Intake อยท 3 ระดบ
การคานวณปรมาณนาผานอาคารทางเขาแบบจม
มวธการค านวณเชนเดยวกบการค านวณการไหลในทอปดภายใตแรงดน ตามทไดอธบายแลวในตอนตน
13-53
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.3.6 ทอระบายนาปากคลองสงนา (Head regulator) และอาคารทางเขา (Inlet structure)
อาคารทอระบายน าปากคลองสงน า และอาคารทางเขา จะเปนทอวางลอดท านบดนมอาคาร Transition ทดานหนารบน าเขาทอและทดานทายเชอมตอกบคลองสงน าเพอน าน าเขาสคลองสงน าดงกลาว มอปกรณควบคมไดแกบานระบาย หรอประตนาเปนตวควบคมปรมาณน า เพอใหปรมาณน าทไหลผานออกไปเขาสคลองสงน าตามปรมาณทเราตองการ โดยคลองสงน าจะมขนาดไมใหญมาก ทอของอาคารนจะออกแบบใหมรปรางหนาตดเปนรปทรงใดกได แตสวนใหญมกนยมใชทอกลม
13.3.6.1 ทอระบายนาปากคลองสงนา (Head regulator)
ลกษณะการไหลของทอระบายน าปากคลองจะมได 3 รปแบบ คอ การไหลผานบานระบายแบบ Orifice flow, การไหลในระบบทอปดภายใตแรงดน และการไหลแบบทางน าเปดเมอน าไหลไมเตมทอ โดยลกษณะการควบคมปรมาณน าของอาคารทอระบายน าดวยบานระบายแบบบานตรง แบงได 3 ลกษณะคอ
1) การควบคมดานเหนอนาหรอหนาทอ เปนลกษณะรปแบบทนยมใชมาก ถาท านบดนไมสง ฐานไมกวาง โครงยกเตย แกนบานสน การค านวณปรมาณน าใชหลกการของน าไหลผาน Orifice หรอ บานระบาย อนง ในคลองสายเดยวกน ถามอาคารทอระบายนาปลายคลอง (Tail regulator) กมกสรางใหมลกษณะรปแบบ และมคณสมบตทางชลศาสตรเหมอนอาคารปากคลองดงกลาวนดวย
รปท 13-35 ทอระบายน าทควบคมดวยบานระบายดานเหนอน าหรอหนาทอ
13-54
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) การควบคมกลางทอ จะใชในกรณทตวเขอนหรอท านบดนสงมากท าใหฐานมความกวางมากการควบคมทดานหนาหรอดานทายท าไดไมสะดวก ในประเทศไทยไมนยมสรางอาคารลกษณะนเพราะ จะมความยงยากในการสรางและการบ ารงรกษา การค านวณปรมาณน าใชหลกการของน าไหลผาน Orifice หรอ บานระบาย
รปท 13-36 ทอระบายน าทควบคมดวยบานระบายทกลางทอ
3) การควบคมดานทายนาหรอทายทอ การออกแบบลกษณะนเนองจากตวเขอนหรอท านบดนสงและมฐานทกวางมาก มกสรางถนนขนานไปกบตนลาดทายเขอนหรอท านบดนเพอใหสะดวกในการปฏบตงาน ในประเทศไทยไมนยมสรางอาคารลกษณะน (จะสรางเปนอาคารทางเขา หรอ Inlet structure แทน) การค านวณปรมาณน าใชหลกการของน าไหลผาน Orifice
หรอ บานระบาย
รปท 13-37 ทอระบายน าทควบคมดวยบานระบายทดานทายทอ
13-55
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.3.6.2 การคานวณปรมาณนาไหลผานทอระบายนาปากคลองสงนา
จะน าเสนอเฉพาะทอระบายน าปากคลองสงน าทมลกษณะรปแบบทนยมสรางใชงานในประเทศไทยซงไดแก ทอระบายน าปากคลองสงน าทควบคมปรมาณน าดวยบานระบายดานหนาอาคารเทานน
ทอระบายนาปากคลองทควบคมปรมาณนาดวยบานระบายดานหนาอาคาร
ลกษณะรปแบบทวไปของทอระบายน าปากคลองประเภทนแสดงตาม รปท 13– 38 การควบคมอตราการไหลจะใชบานระบายชนดบานตรง เนองจากสวนประกอบของอาคารเปนทอสน ๆ และเมอเทยบขนาดทอกบความยาวทอแลวถอไดวาเปนอาคารทมคณสมบตของทอขนาดใหญ ดงนนจงใชหลกการ Submerged orifice flow ในการค านวณอตราการไหล
รปท 13–38 แสดงลกษณะรปแบบทวไปของทอระบายน าปากคลอง
1.1) ลกษณะการไหลแบบ Submerged orifice flow ส าหรบอาคารชลศาสตรประเภททอเมอมการควบคมอตราการไหลดวยบานระบาย ทระดบน าดานทายน าทวมทายทอ
hg2ACQ d
เมอ Q = ปรมาณน าทไหลผานอาคาร, ม.3 /วนาท A = พนทหนาตดการไหล (ขนาดของชองเปดของทอ), ม.2
คา A ของทอกลม เมอยกบานระบาย d ของทอทมเสนผาศนยกลาง D
หาไดจากกราฟใน รปท 13-2 หรอหาจาก ตารางท 13-5
g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม. / วนาท2
∆h = ความแตกตางของระดบน าดานเหนอน า(ในอางเกบน าหรอฝายทดน า) กบดานทายน า(ในคลองสงน าน า)
Cd = คาสมประสทธการไหล มคาระหวาง 0.61 ถง 0.71 อาจใชคาเฉลย 0.65
13-56
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1.2) ลกษณะการไหลแบบอน
นอกจากการไหลแบบ Submerged orifice ซงเปนรปแบบมาตรฐานในการ
ท างานตามปกตของอาคารชนดนแลว ยงมลกษณะการไหลรปแบบอนๆ ไดแก การไหลแบบ Free
orifice flow ทระดบน าดานทายน าไมทวมทายทอ กบการยกบานระบายพนน าแลวน าไหลไมเตมทอ ซงจะไมใหความส าคญมากนก เพราะจะเกดเมออยในสภาวะทไมปกต คอระดบน าดานเหนอน าในแหลงเกบกกน า เชน อางเกบน า ฝายทดน า ฯลฯ อยต า
13.3.6.3 อาคารทางเขา (Inlet structure)
เปนอาคารทท าหนาทรบน าจากเขอนหรออางเกบน าเขาสคลองสงน า อาจเรยกไดหลายอยาง เชน อาคารทางเขา อาคารทอสงน า ทอระบายน าปากคลองสงน า ฯลฯ ลกษณะรปแบบและคณสมบตทางชลศาสตรเหมอนอาคารทงน าหรออาคารสงน าจากเขอน (Outlet work) ทไดน าเสนอในหวขอ 13.4.5.1 ทกประการ ตางกนทวตถประสงคการใชงานระบายน าออกไป โดยอาคาร Inlet จะระบายน าเขาคลองสงน า แตอาคาร Outlet จะระบายน าทงลงล าน าดานทาย
*** ดงนนจงใหไปดรายละเอยดในหวขอ 13.3.5.1
13-57
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 13-5 พนทหนาตดการไหลของทอกลมเทยบกบระยะทยกบานระบาย
หมายเหต ในการสงน านนจะก าหนดระยะเปดบานระบายเพอควบคมอตราการไหลเปนคาจ านวนเตมทเปนคาสดสวนของ 0.05 เมตรซงเปนคาต าสดทจะเปดบานเสมอ สวนจะใหได ปรมาณน าเทาใดกก าหนดจากระยะเวลาทตองใชในการสงน า
13-58
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.3.7 Bottom drain หรอ Bottom outlet
เปนอาคารทอาจสรางไวเปนสวนหนงของทางระบายน าลนแบบ Morning Glory
Spillway โดยสรางไวทฐานดานหนาในระดบเดยวกบทอทงน าแนวราบออกสดานทายของทางระบายน าลน มลกษณะเปนอาคารรบน าทควบคมดวยบานระบายชนดบานตรงน าน าผานทอไปเชอมตอกบทอทงน าแนวราบของตวทางระบายน าลน มหนาทใชระบายน าลงสล าน าดานทายน าเมอระดบน าในอางเกบน าอยต ากวาสนทางระบายน าลน
รปท 13-39 ลกษณะรปแบบทวไปของ Bottom drain
สรางไวเปนอาคารประกอบดานหนา Morning Glory Spillway
การคานวณปรมาณนาไหลผาน Bottom drain
ลกษณะการไหลเปนแบบ Submerged orifice flow ค านวณโดยสมการ
gY2ACQ d
เมอ Q = ปรมาณน าทไหลผานอาคาร, ม.3/วนาท A = พนทหนาตดการไหล (ขนาดของชองเปดของทอ), ตารางเมตร
คา A เมอระยะยกบาน d ทอมเสนผาศนยกลาง D หาไดจาก ตารางท 13-5
g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม. / วนาท2
Y = ระยะระหวางระดบน าดานเหนอน าในอางเกบน ากบระดบ Centroid ของ ชองเปดทปากทอจากการยกบานระบาย (อนโลมใหใชทกงกลางระยะยกบาน)
Cd = คาสมประสทธการไหล ใชคาเฉลย 0.65
13-59
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.3.8 ทอสงนาเขานา (Farm turnout: FTO หรอ Farm intake)
เปนอาคารรบน าจากคลองสงน าเขาคสงน า ขนาดของทอสงน าเขานาก าหนดจากขนาดของทอทใช ทมกใชทอกลมขนาด 0.20 ถง 0.50 เมตร การควบคมปรมาณน า อาจควบคมดวยใชฝาทอเพอปดเปดซงนยมใชกบทอขนาด 0.20 เมตร และการควบคมดวยบานระบาย ส าหรบทอขนาดใหญ ความยาวของทอขนกบความกวางของคนคลองสงน า
โดยปกตแลวในการออกแบบทอสงน า เขานาถาคน าดานทายเปนคดนจะก าหนดใหมความเรวของน าผานทอไมเกน 1.0 เมตร/วนาท แตถาเปนคดาดคอนกรตและความลาดเทของพนทเหมาะสมอาจออกแบบใหมความเรวของน าผานทอสงสดไดถงไมเกน 1.5 เมตร/วนาท (ใชเปนขอมลทใชประกอบการตรวจสอบการค านวณปรมาณน า)
การคานวณปรมาณนาผานทอสงนาเขานา
1) กรณทอขนาดเลกทใชฝาทอทาหนาทเปดปด
เปนทอสงน าเขานาขนาดเลกทมลกษณะรปแบบงาย ๆ ใชฝาทอทเปนแผนเหลกมมอจบท าดวยเหลกเสนเชอมตดไว เพอท าหนาทเปดปดปากทอ มการไหลผานทอเตมพนทหนาตดของทอ จงใชคาการออกแบบอตราการไหลสงสดของทอนนมาใชไดเลย เพราะในการออกแบบทอสงน าเขานานนจะใชหลกการไหลในทอปดภายใตแรงดน มาออกแบบอตราการไหลสงสดเมอน าไหลผานทอเตมพนทหนาตดของทอ (ปากทอเปนอสระเปดเตมทไมมสงใดมาควบคมปดกน) ซงค านวณไดจากการคดการสญเสยในระบบจากทปากทางเขา ในทอ และททางออก โดยก าหนดใหระดบน าดานเหนอน าในคลองสงน า และระดบน าดานทายน าในคน า อยทระดบ Full supply ของคลองสงน าและคน าดงกลาว
รปท 13–40 ทอสงน าเขานาขนาดเลกทใชฝาทอท าหนาทเปดปด
13-60
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) ทอสงน า เข านาท ควบคมอตราการไหลดวยบานระบาย ใชหลกการ Submerged orifice flow ส าหรบเมอมการควบคมอตราการไหลของทอสงน าเขานาดวยบานระบาย ดงแสดงใน รปท 13-41
รปท 13-41 แสดงรปตดอาคารทอสงน าเขานารปแบบหนงทใชบานระบายควบคมปรมาณน า
การค านวณอตราการไหล โดยใชสมการ Submerged orifice flow
hg2ACQ d
เมอ Q = ปรมาณน าทไหลผานอาคาร, ลกบาศกเมตร/วนาท A = พนทหนาตดการไหล (ขนาดของชองเปดของทอ), ตารางเมตร
กรณทอสเหลยม A = L.d
L = ความกวางของทอสเหลยม, เมตร d หรอ Go = ระยะยกบานระบาย, เมตร
กรณทอกลมคา A หาไดจากกราฟใน รปท 13-2 หรอ ตารางท 13-5
g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 เมตร/ วนาท2
∆h = ความแตกตางของระดบน าดานเหนอน าในคลองสงน ากบดานทายน าในคน า
Cd = คาสมประสทธของการไหล = 0.65
13-61
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.3.9 Constant Head Orifice (CHO)
Constant Head Orifice หรอ CHO เปนอาคารชลศาสตรทพฒนาโดย United
States Bureau of Reclamation (USBR) เพอท าหนาทใชควบคมปรมาณน าและวดปรมาณน าไปพรอมกน โดยใชเปนอาคารควบคมทปากคลอง หรอใชเปนทอสงน าเขานา (Turnout)
ลกษณะเดนคอมบานระบายแบบบานตรง 2 ชนหรอ 2 บาน คอบานดานหนาเปน Orifice gate
(ชอง Orifice เปนชองสเหลยม) บานดานในเปน Turnout gate (ชอง Turnout ขนกบรปรางของทอ)โดยระหวางบานทงสองจะเปนเปนบอน านง (Stilling basin) หลกการท างานใหน าไหลผานอาคารเปนแบบ Submerged Orifice ทก าหนดใหมความแตกตางของระดบน า (∆h) ระหวางดานเหนอหนา Orifice gate กบน าระดบน าดานทายน าใน Stilling basin เปนคาคงทก าหนดใหมคามาตรฐานเทากบ 6 เซนตเมตร ลกษณะรปแบบของ CHO ดงแสดงใน รปท 13-42
ในสงน าผาน CHO ใดๆ จะน าคาความตองการใชน าทงหมดของพนททตองรบน าผานจาก CHO นนมาค านวณหาขนาดของชองรบน า ซงเปนระยะยกบานของ Orifice gate กลาวคอเมอท าการสงน า Orifice gate จะเปนตวปรบควบคมปรมาณน าตามปรมาณทเราตองการ สวน Turnout gate จะเปนตวปรบใหระดบน าใน Stilling basin มความแตกตางกบระดบน าหนา Orifice gate ใหคงทอยท 6 เซนตเมตร
PLAN
SECTION A-A
รปท 13-42 ตวอยาง แปลนและรปตดตามยาวของ CHO
13-62
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การคานวณปรมาณนาผาน CHO
ใชสมการพนฐานของ Submerged orifice flow
hg2ACQ d
เมอ Q = ปรมาณน าทไหลผานอาคาร, ลกบาศกเมตร/วนาท A = L.Yo = พนทหนาตดของชองเปด Orifice gate, ตารางเมตร L = ความกวางของชองเปด, เมตร
Yo หรอ Go =ระยะเปดบานระบาย, เมตร
g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 เมตร/ วนาท2
∆h = 0.06 เมตร ความแตกตางของระดบน าดานหนาและทาย Orifice Gate
Cd = คาสมประสทธของการไหล (ตามรายละเอยดในล าดบถดไป)
คา Cd ของ CHO
Cd จะขนอยกบคาของ Y1 /Y0 เมอ Y1 คอระดบน าดานหนาอาคารและY0 เปนระยะยกบานระบาย ซงไดจากการทดลองดงน
0.4Y
Y
0
1 จะไดคา Cd = 0.65
5.2Y
Y
0
1 จะไดคา Cd = 0.75
อาจใชคาโดย Cd เฉลย = 0.7
ปญหาและความผดพลาดในการสงนาผาน CHO
1) คา ∆h ทตองควบคมใหคงท เปนคาชวงแคบ ๆ คอ 0.06 เมตร หากคาดงกลาวผดพลาดเพยงเลกนอย จากการอานคาระดบน าจาก Staff gage ผดกจะท าใหอตราการไหลผดพลาดไดมาก ตวอยางเชน หากอานคาจาก Staff gage ผดไปเพยง 0.5 ซ.ม. ท าใหความผดพลาดโดยรวมผดไป 1 ซ.ม. ซงคดเปน 16% ของ ∆h ทงหมด ซงจะท าใหอตราการไหลผดพลาด 8% สวนการปรบเพมคา ∆h แมท าใหความผดพลาดของอตราการไหลลดลง แตจะท าใหการไหลรนแรง ท าใหเกดผลกระทบตอดานทายน าไดมาก
13-63
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) การคดปรมาณความตองการใชน าของพนทเพาะปลกหรออน ๆ ไมถกตอง เมอสงน าผาน CHO ท าใหปรมาณน าทสงกบปรมาณน าทใชไมสอดคลองกน ไมสามารถควบคมใหคา ∆h คงทท 0.06 เมตรได
3) การค านวณระยะเปดบาน Orifice gate ผดพลาดท าใหปรมาณน าทสงกบปรมาณน าทใชไมสอดคลองกน ไมสามารถควบคมใหคา ∆h คงทได
4) การไมรและไมเขาใจหลกการท างานของ CHO แลวสงน าโดยไมตรวจสอบความตองการใชน า หรอไมค านวณระยะเปดบาน Orifice gate แตพยายามปรบบานทง Orifice gate และ Turnout gate เพอใหไดคา ∆h คงทท 0.06 เมตรใหได ซงยากทจะท าได
5) จากการทการสงน าผาน CHO นนคอนขางมความละเอยดออนและมปญหามากตามทกลาวขางตน ท าใหผใชงานสวนใหญเหนวาอาคาร CHO นนท างานไมไดผลตามหลกการทก าหนด จงมกแกปญหาโดยการยกบาน Orifice gate พนน าหรอถอดออก แลวควบคมอตราการไหลโดยใช Turnout gate เพยงบานเดยว ท าใหอาคารดงกลาวกลายสภาพเปน Farm turnout
ไปโดยปรยาย
13.4 การวดปรมาณนาไหลผานทอขนาดเลกความยาวสนๆ
การวดปรมาณน าผานทอขนาดเลกทจะกลาวในหวขอน ประกอบดวยทอ 2 ประเภทคอ ทอขนาดเลกทรบน าจากคน าเขาแปลงเพาะปลก กบการวดปรมาณน าทออกจากปลายทอเปดทใชปลอยน าจากระบบทอออกไปใช
13.4.1 ทอขนาดเลกทรบนาจากคนาเขาแปลงเพาะปลก
โดยปกตแลวจะไมมการค านวณปรมาณน าจากทอรบน าจากคน าเขาแปลงนา เพราะพนทแตละแปลงมกก าหนดใหมทอ ขนาดและจ านวนทเหมาะสมกบขนาดของแปลงอยแลว ส าหรบการวดปรมาณน าเขานนแปลงมกท าในกรณศกษาการใชน าของพช การศกษาประสทธภาพการสงน าในแปลง หรอตรวจสอบความเพยงพอทแปลงไดรบน าเหมาะสมกบระยะเวลาหรอรอบเวรการสงน า เปนตน ซงอาจใชเครองมอวดน า เชน Flume หรอฝายวดน า วดปรมาณน าจากทายทอแลว อาจค านวณหรอเทยบหาคาจากกราฟไดโดยตรงเมอรคา Head ของการไหลผานทอนน
รปแบบการไหลของทอรบน าจากคน าเขาแปลงนา แสดงในรปท 13-43 ซงรป ก. ฝงทอไวสงน าดานทายทอไมทวมหลงทอจงมการไหลแบบ Free flow ซง Head ของการไหลจะคดจากผลตางของระดบน าหนาทอกบระดบกงกลางของทายทอ สวนรป ข.ฝงทอไวต าน าดานทาย
13-64
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ทอทวมหลงทอจงมการไหลแบบ Submerged flow ซง Head ของการไหลจะคดจากผลตางของระดบน าหนาทอกบระดบน าดานทายทอ
ก. มการไหลแบบ Free flow
ข. มการไหลแบบ Submerged flow
รปท 13-43 ทอรบน าจากคน าเขาแปลงนา
การคานวณผานทอขนาดเลกโดยหลกการไหลในทอปด (คาโดยประมาณ)
g2
VKh
2
,
2/12
pK
hg2D
4Q
+ ทอขนาดเลก pD
Lf9.1K
Dp = เสนผาศนยกลางภายในของปากทอ ม. K = คาสมประสทธการสญเสยเนองจากแรงเสยดทาน ถาความยาวทอ 1.00 ม. หรอ 1.50 ม. เฉลย 1.25 ม. จะได
pD
f25.19.1K
เมอ f = friction loss coefficient of Darcy-Weissbach
RN
64f
เมอ NR หรอ Re = Reynolds number
ϵ หรอ k คาความขรขระของผนงทอ k = 5 x 10-5 ม.
Re > 105 , k = 5 x 10
-5 ม. , 300 < Dp/k < 1200
0.028 > f > 0.019
+ ทอขนาดใหญ K = 2.1
13-65
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
กราฟอตราการไหลผานทอผวเรยบขนาดเลก และไซฟอน
ส าหรบทอทมความยาวในชวง 1.0 - 1.5 ม. ตามหลกการค านวณขางตน ไดสรปอตราการไหลของทอขนาด 0.015 ม. (1/2”), 0.020 ม. (3/4”), 0.025 ม. (1”), 0.030 ม.(1-1/4”), 0.040 ม.(1-1/2”), 0.050 ม.(2”) และ 0.060 ม.(2-1/2”) ท ∆h ตางๆ เปนกราฟดงแสดงในรปท 13-44 ทใชไดกบทอไซฟอนขนาดเลกดวย
กราฟอตราการไหลผานทอผวเรยบขนาดใหญ และไซฟอน
ส าหรบทอทมความยาวในชวง 6Dp < L < 20Dp ตามหลกการค านวณขางตน ไดสรปอตราการไหลของทอขนาด 0.030 ม. (1-1/4”), 0.040 ม. (1-1/2”), 0.050 ม. (2”), 0.060 ม.(2-1/4”), 0.0750 ม.(3”), 0.100 ม.(4”), 0.125 ม.(5”), 0.150 ม.(6”) , 0.200 ม.(8”) , 0.250 ม.(10”) , 0.300 ม.(12”) และ
0.350 ม.(13-3/4”) ท ∆h ตางๆ เปนกราฟดงแสดงในรปท 13-45 ทใชไดกบทอไซฟอนดวย (หนวย ลตร/วนาท)
รปท 13-44 อตราการไหลผานทอขนาดเลกผวเรยบ และไซฟอน (หนวย ลตร/วนาท)
13-66
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 13-45 อตราการไหลผานทอขนาดใหญผวเรยบ และไซฟอน(ทอเลก)
13.4.2 การวดปรมาณนาทออกจากปลายทอเปด
เปนกรณทน าจากระบบทอถกปลอยออกไปใชโดยผานปลายทอเปด ซงสามารถค านวณอตราการไหลออกจากทอไดจากลกษณะของล าของน าทไหลพงออกไปจากปลายทอดงกลาว ซงอาจตรวจวดได 2 ลกษณะคอการไหลออกจากทอขนไปในแนวดง และการไหลออกจากทอในแนวราบ
13.4.2.1 การวดการไหลทออกจากทอขนไปในแนวดง
Lawrence และ Braunworth (1906) ไดศกษาการไหลออกจากทอทตดตงใหปลายทอตงขนในแนวดง พบวาอตราการไหลจะสมพนธกบความสงของน าพเหนอปากทอ วธการดงกลาวมกใชเพอตรวจสอบการท างานของปมน า และตรวจวดอตราการไหลทน าจากระบบทอออกสบอพกน า ชวงปลายของทอตองมขนาดเดยวกนมความยาวไมนอยกวา 6 เทาของเสนผาศนยกลางภายในทอ และปลายทอตองเปนขอบเรยบดงแสดงใน รปท 13-46
13-67
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1) Weir flow 2) Jet flow
รปท 13-46 การวดการไหลออกจากทอขนไปในแนวดง
การค านวณอตราการไหลทออกจากทอขนไปในแนวดงซงแบงรปแบบการไหลไดเปน 2 รปแบบดงน (เมอ D หรอ Dp เปนเสนผาศนยกลางภายในของปากทอ และH หรอ hs
เปนความสงของน าพเหนอปากทอ)
1) Weir flow ในกรณท hs ≤ 0.37D จะมลกษณะการไหลผานปลายทอแบบฝายสนคม อตราการไหลค านวณไดจากสมการตอไปน
35.1s
25.1p hD47.5Q
เมอ Q = อตราการไหล (m3/s)
D หรอ Dp = เสนผาศนยกลางภายในของปากทอ (m)
H หรอ hs = ความสงของน าพเหนอปากทอ (m)
2) Jet flow ในกรณท hs ≥ 1.4D จะมลกษณะการไหลผานปลายทอเปนล า Jet
อตราการไหลค านวณไดจากสมการตอไปน
53.0s
99.1p hD15.3Q
เมอ Q = อตราการไหล (m3/s)
D หรอ Dp = เสนผาศนยกลางภายในของปากทอ (m)
H หรอ hs = ความสงของน าพเหนอปากทอ (m)
Lawrence และ Braunworth ไดสรปผลการศกษาสรางเปนกราฟความ สมพนธของ Q, Dp และ hs ของทอขนาดตางๆ ดงแสดงในรปท 13-47
13-68
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 13-47 กราฟ ความสมพนธของ Q, Dp และ hs ของทอขนาดตาง ๆ
ทวดการไหลออกจากทอขนไปในแนวดง
13.4.2.2 การวดการไหลทออกจากปลายทอในแนวราบ
มผลการศกษาการวดการไหลทออกจากทอขนไปในแนวราบทเปนทยอมรบอยาง
กวางขวาง คอ 1) California pipe method และ 2) Trajectory method
1) California pipe method เปนการศกษาโดย Van Leer ในป 1922 ซงมรายละเอยดคอ เปนการศกษาจากทอขนาด 2 – 6 นว ทวางในแนวราบ การไหลออกจากปลายทอเปนการไหลแบบไมเตมหนาตดของทอทเปนการไหลตกออกไปอยางอสระ และมความยาวทอในชวงน าไหลไมเตมทอจากปลายทอทจะปลอยน าออกไปไมนอยกวา 6 เทาของเสนผาศนยกลางทอ
13-69
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 13-48 ลกษณะการไหลไมเตมทอออกจากปลายทอของ California pipe method
เมอ yc = ความลกของน าทปลายทอ (คาสงสด 0.56Dp) Dp = ขนาดเสนผาศนยกลางภายในทอ Y = ความสงของชองอากาศเหนอระดบน าทปลายทอ
ทต าแหนงปลายทอ X = 0 ; yc ≤ 0.56Dp ; Y = Dp - yc
2) Trajectory method เปนการศกษาโดย Greve ในป 1928 ท Purdue University บางครงจงอาจเรยก Purdue method
รปท 13-49 ลกษณะการไหลเตมทอออกจากปลายทอของ Trajectory method
13-70
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การคานวณอตราการไหล
1) กรณการไหลไมเตมทอ (California pipe method) ค านวณไดจากสมการ
)A/a.(YXD017.0Q 2
เมอ Q คอ ปรมาณการไหลของน า เปน ลตร / วนาท D คอ เสนผานศนยกลางภายในทอ เปน ซ.ม. X, Y คอ ระยะวดในแนวราบ และแนวดง เปน ซ.ม. a คอ พนทหนาตดล าน าทพงออกจากทอ เปน ซ.ม.2 A คอ พนทหนาตดของทอ เปน ซ.ม.2
2) กรณการไหลเตมทอ (Trajectory method) ค านวณไดจากสมการ
YXD017.0Q 2
เมอ Q คอ ปรมาณการไหลของน า เปน ลตร / วนาท D คอ เสนผานศนยกลางภายในทอ เปน ซ.ม. X,Y คอ ระยะวดในแนวราบ และแนวดง เปน ซ.ม.
3) ผลการศกษาทอขนาดเลก 2 – 6 นว การวเคราะหการไหลออกจากปลายทอโดยอาศยหลกการเคลอนทแบบ Projectile จากผลการศกษาไดสมการอตราการไหลเมอออกจากทอ ดงตอไปน
X = v0t ; Y = ½ gt2
Y2
XgD
4
1CQ
22pd
Q คอ ปรมาณการไหลของน า เปน ม.3 / วนาท
Cd คอ คาสมประสทธการไหลออกจากปลายทอ ≈ 1.10 Dp คอ เสนผานศนยกลางภายในทอ เปน ม. X, Y คอ ระยะวดในแนวราบ และแนวดง เปน ม. g คอ 9.81 ม. /วนาท 2
13-71
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
นอกจากนสรางเปนกราฟความสมพนธของ Y, Q, ขนาดทอ ท X คาตาง ๆ California pipe method เมอ X = 0 ม.ในรปท 13-50 และ Trajectory method เมอ X =
0.152 ม. ในรปท 13-51, X = 0.305 ม.ในรปท 13-52 และ X = 0.457 ม. ในรปท 13-53
รปท 13-50 กราฟความสมพนธของ Y , Q , ขนาดทอ ท X = 0 ม. (California pipe method ของทอ 2 – 6 นว)
รปท 13-51 กราฟความสมพนธของ Y, Q, ขนาดทอ ท X = 0.152 ม. (Trajectory method ของทอ 2 – 6 นว)
13-72
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 13-52 กราฟความสมพนธของ Y, Q, ขนาดทอ ท X = 0.305 ม. (Trajectory method ของทอ 2 – 6 นว)
รปท 13-53 กราฟความสมพนธของ Y, Q , ขนาดทอ ท X = 0.457 ม. (Trajectory method ของทอ 2 – 6 นว)
13-73
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
13.5 การวดปรมาณนาไหลผานกาลกนาหรอไซฟอนขนาดเลก
เมอกลาวถงกาลกน า สวนใหญจะนกถงการใชสายยางถายน าจากตปลาหรอการถายน ามนจากถงน ามนส ารองเตมใสรถยนต ซงเปนสวนหนงของการน าหลกการการไหลของน าในทอภายใตแรงดนมาใชประโยชนในชวตประจ าวน ซงในทางวศวกรรมชลประทานนนไดใหนยามของกาลกน าหรอไซฟอนไวดงน
Siphon : ทอเชอม: อาคารทเปนทอน าน าในคลองไหลผานลอดสงกดขวาง เชน ถนน ทางรถไฟ ทางน า โดยออกแบบใหน าไหลผานแบบเตมทอภายใตแรงดน มลกษณะเฉพาะตวคอตวทอจะวางเปนแนวโคงลอดสงกดขวางออกไปดานทาย ค าเตมเรยก Inverted siphon
รปท 13-54 แสดงรปตดตามยาวของ Inverted siphon
Siphon : กาลกน า : ทอเลก ๆ ทน าน าจากแหลงน าหรอทางน าไหลผานสงกดขวาง เชน คนกนน า ถนน ลงสอกดานหนงทมระดบต ากวา โดยวางพาดขามสงกดขวางนนไป และปลายทอตองมระดบต ากวาน าดานเหนอน า โดยเปนการไหลเตมทอภายใตแรงดน
13.5.1 การใชประโยชนกาลกนาหรอไซฟอนขนาดเลกในงานชลประทาน
1) การใชทอกาลกน าขนาดเลกเพอการน าน าจากคลองหรอคสงน าปลอยใหแกพนทเพาะปลกในจดทไมมทอสงน า โดยนยมใชกบการใหน าแบบรองค
รปท 13-55 การใชทอกาลกน าขนาดเลกเพอการน าน าจากคลองหรอคสงน าใหแกพนทเพาะปลก
13-74
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) การพรองน าออกจากเขอนหรออางเกบน าและฝายทดน าทหวงานไมมอาคารระบายน าทสามารถควบคมระดบน าได เชน ประตระบายน า ประตระบายทราย และฝายระบายน า เปนตน ดงนนเมอระดบน าต ากวาสนฝายหรอสนทางระบายน าลน การจะลดระดบน าทหวงานลงอก อาจเพอวตถประสงคใหเกดความมนคงปลอดภยตอตวอาคารหวงาน หรอเพอการซอมแซมบ ารงรกษาหรอปรบปรงอาคารหวงานกตาม ในการแกปญหาอาจท าไดโดยวธตอไปน
(1) การใชเครองสบน า ซงจะมคาใชจายเปนคาสบน า (2) การระบายน าผานระบบสงน าแลวระบายทงลงทางน าธรรมชาต แตมกไม
นยมท ากนเพราะระบายไดปรมาณไมมากตองใชระยะเวลานาน และถาควบคมไมดจะท าใหเกดความเสยหายทอระบบสงน า หรอความเสยหาตอพนทเพาะปลกในชวงเวลานน
(3) หากเปนกรณสดวสยอาจตองเจาะตวเขอนหรอท านบดนในต าแหนงทเหมาะสม ซงจะไมสามารถควบคม ปรมาณน า, การกดเซาะทชองเจาะ และน าทระบายออกไปทดานทายน าทอาจยอนมากดเซาะตวท านบดน หรอถาน าทถกลดระดบลงเรวเกนไป (Sudden
drawdown) อาจท าใหตวเขอนดนหรอท านบดนพงทลายได (4) ใชกาลกน าระบายน าซงเสยคาใชจายนอยเปนคาขนยายทอและคาตดตง
เทานน กรณตวอยางเชน การพรองน าจากเขอนมลบน จงหวดนครราชสมา ในเดอนตลาคม พ.ศ. 2533 หรอการพรองน าจากอางเกบน าแมมาน จงหวดแพร เมอ พฤษภาคม พ.ศ. 2549 โดยตดตงกาลกน าททางระบายน าลน เปนตน
3) การพรองน าออกจากเขอนหรออางเกบน าและฝายทดน าในกรณทอาคารระบายน าทมทงหมดไมสามารถระบายน าไดทน วธการแกปญหาอาจท าไดดงเชนกรณขอ 2) แตการใชกาลกน าจะเสยคาใชจายนอยทสดเปนคาขนยายทอและคาตดตงเทานน กรณตวอยางเชน การพรองน าจากอางเกบน าล าตะโคง จงหวดบรรมย โดยตดตงกาลกน าทตวท านบดนและไดปองกนการกดเซาะดานทายน าเปนอยางด
รปท 13-56 การตดตงกาลกน าททางระบายน าลนอางเกบน าแมมาน จงหวดแพร
13-75
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 13-57 การตดตงกาลกน าทท านบดนเพอพรองน า
จากอางเกบน าล าตะโคง จงหวดบรรมย
13.5.2 ตวอยางวธการตดตงไซฟอน (1 แถว) ททานบดน
รปท 13-58 ตวอยางลกษณะการตดตงกาลกน าทท านบดน
1) ใชทอเหลกและอปกรณขนาดเสนผาศนยกลาง 0.20 หรอ 0.30 ม. 2) การตดตงทอทลาดดานเหนอน า (ในอางเกบน า) มกตดตงใหแนวทอเปน
แนวตงฉากกบแนวท านบดนใหราบไปกบตามแนวลาดท านบดน ซงการหกมมทอดานหนาจะใชของอ 45 องศา 2 ตวเปนตวปรบ
3) การตดตงทอทลาดดานทายท านบดน ถาใหมลกษณะเหมอนดานหนากใชของอ 45 องศา 2 ตวเปนตวปรบ แตหากใช 1 ตวจะก าหนดลกษณะได 2 ลกษณะคอ แนวทอเปน
13-76
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
แนวตงฉากกบแนวท านบดนแตจะไมราบไปกบลาดท านบดน กบปรบใหแนวทอราบไปกบลาดท านบดนแตแนวทอเอยงไปจากแนวตงกบแนวท านบดน
4) ใชสามทางตดตงในแนวทอบนหลงท านบดนส าหรบกรอกน าเขาทอ 1 ตว การกรอกน าใชแผนไมปดปลายทอทง 2 ขางแลวกรอกน าเขาทอผานสามทางจนน าลนออกทสามทาง จงผนกสามทางใหสนทดวยแผนยางกนรวและปดแผนเหลกทบอกชน ขนดวยนอตจนแนน เมอเอาแผนไมทอดปลายทอทงสองขางออกทอไซฟอนกจะท างาน
5) พนดนดานทายทอตองมการปองกนการกดเซาะไวดวยเสมอ และปลายทอตองตดตงของอเพอใหน าทไหลออกไปพงขนเพอลดการกดเซาะดนดานทายไดระดบหนง
6) ตองปองกนไมใหมสวะ ขยะหรอวชพชมาตดอยดานหนาทอ เพราะจะท าใหเกดการอดตน
13.5.3 หลกการคานวณปรมาณนาไหลผานกาลกนา
13.5.3.1 สวนประกอบของทอกาลกน า
กาลกน าหรอไซฟอนทกขนาดทกแบบจะใชหลกการทเหมอนกนคอ การไหลแบบเตมทอในทอปดหรอการไหลภายใตแรงดน แลวมการเกดการสญเสยพลงงานจากการตานทานการไหลในระบบทอ (Head Losses)
g2
V.KH
2
L
โดย HL = การเสยเฮดเนองจากอปกรณในระบบทอ (เมตร)
K = คาสมประสทธของความตานทานการไหล V = ความเรวของการไหล (เมตร /วนาท)
g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 (เมตร/วนาท2)
การตานทานการไหลทคดในระบบทอนนอาจประกอบดวย 4 สวน คอ ททางเขา จากอปกรณประกอบทอ จากตวทอ และททางออก
1) การตานทานการไหลททางเขา (Entrance Losses)
ทอ 0.20 ม. และ 0.30 ม. คดสมประสทธททางเขา หรอ Ke = 0.80
2) การตานทานการไหลจากอปกรณประกอบทอ ไดแก ขอตอ ของอ วาลว ตาง ๆ
13-77
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ก าหนดคาสมประสทธของความตานทานการไหลจากอปกรณประกอบทอ ขนาด 0.20 ม. ขนไป ทมกใชเพอประกอบเปนกาลกน าดงน
ประตน า (Gate Valve) คา Kg
= 0.19 เมอเปดประตน าเตมท = 1.15 เมอเปดประตน า 75 %ของพนทหนาตด
= 5.60 เมอเปดประตน า 50 %ของพนทหนาตด
= 24.00 เมอเปดประตน า 25 %ของพนทหนาตด
กรณประตน าแบบ Butterfly Valve Kg = 0.15
คา K ของอ ขอตอ 3 ทาง
รปท 13-59 คา K ของของอ ขอตอ 3 ทาง
3) การตานทานการไหลทเกดในตวทอ
3/4
22
FD
LVn35.6H
โดย HF = การเสยเฮดในทอ (เมตร)
13-78
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
n = คาสมประสทธ ความขรขระของผวทอ ทอเหลกใช 0.012
V = ความเรวของการไหล (ม. /วนาท)
L = ความยาวทอ (เมตร)
D = เสนผาศนยกลางทอ (เมตร)
4) การตานทานการไหลททางออก (Exit Losses)
ทอ 0.20 ม. และ 0.30 ม. คดสมประสทธททางออก หรอ Kex = 1.00
13.5.3.2 แนวทางค านวณปรมาณน าผานทอไซฟอนทใชพรองน าจากอางเกบน า
ถา El.w = ระดบน า ในอางเกบน า หรอฝายทดน า El.t = ระดบน าทวมทายทอกาลกน า หรอระดบกงกลางทายทอถาน าไม ทวมทายทอ
El.w - El.t = การสญเสยเฮดรวมทงหมดในระบบทอ (Total Losses: HT)
El.w - El.t = การสญเสยเฮดททางเขา + การสญเสยเฮดจากอปกรณประกอบ + การสญเสยเฮดในเสนทอ+ การสญเสยเฮดททางออก
g2
V.K
D
LVn35.6
g2
V.KK
g2
V.Kt.Elw.El
2
ex3/4
222
gb
2
e
g2
V.K
g2
g2.
D
LVn35.6
g2
V.KK
g2
V.Kt.Elw.El
2
ex3/4
222
gb
2
e
g2
V.K
D
)g2(Ln35.6KKKt.Elw.El
2
ex3/4
2
gbe
g2
V.K
D
Lng70.12KKKt.Elw.El
2
ex3/4
2
gbe
*** เมอแทนคาตางๆ แลว ใหหาคา V ออกมา
*** หาคา Q จาก Q = AV
13-79
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตวอยางการคานวณ กาลกน าตดตงทท านบดนเพอชวยระบายน าออกจากอางเกบน าเมอคดจาก 1 แถวโดยใชทอเหลกและอปกรณขนาดเสนผาศนยกลาง 0.20 ม. หกมมทอดานหนาและทายท านบดนใชของอ 45 องศาดานละ 2 ตว ตดตงขอตอ 3 ทางเพอกรอกน า 1ตว ปลายทอดานทายตดตงของอ 45 องศา 1 ตว ความยาวรวมระหวางปลายทอทง 2 ขางยาว 30 เมตร ระดบน าดานทายไมทวมทายทอ ระดบน าในอางเกบน ากบระดบกงกลางปลายทอดานทายตางกน 10 เมตร
El.w - El.t = การสญเสยเฮดททางเขา + การสญเสยเฮดจากอปกรณประกอบ + การสญเสยเฮดในเสนทอ+ การสญเสยเฮดททางออก
g2
V.K
D
Lng70.12KKt.Elw.El
2
ex3/4
2
be
El.w - El.t = 10 ม.
การสญเสยเฮดททางเขา Ke = 0.80
การสญเสยเฮดจากอปกรณประกอบ
ของอ 45 องศา 5 ตว, สามทางตดตงในแนวการไหล 1 ตว
∑Kb = (0.15x5) + 0.07 = 0.82
การสญเสยเฮดในเสนทอ
เมอ g = 9.81 ม. /วนาท2 , n = 0.012, L = 30 ม.
3/4
2
3/4
2
20.0
30x012.0x81.9x70.12
D
Lng70.12 4.602
การสญเสยเฮดททางออก Kex = 1.00
แทนคาในสมการ 10 = (0.80+0.82+4.602+1.00) v2/ (2x9.81)
V2 = 10x2x9.81/ (0.80+0.82+4.602+1.00) = 27.167
V = (27.167)0.5 = 5.212 ม. /วนาท
A = ¶D2/4 = ¶ (0.22/4) = 0.0314 ม.2
13-80
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Q = AV
Q = 0.0314 x 5.212 = 0.164 ม.3 /วนาท
จะเหนไดวาการใชทอ Siphon ขนาด 8 นว เพยงแถวเดยวสามารถระบายน าได 0.164 ม.3 /วนาท หรอ 590 ม.3/ชวโมง
13.5.3.3 ปรมาณน าผานทอไซฟอนขนาดเลกทใชปลอยน าใหแกแปลงเพาะปลก
ทอไซฟอนทใชงานลกษณะนมกใชทอพลาสตกออน สวนขนาดทใชขนกบปรมาณน าททอสามารถปลอยออกไปได สวนใหญใชทอขนาด 1 – 4 นว โดยหากทอยงมขนาดใหญการใชงานกจะยงยาก การหาคา Head การไหลหรอความแตกตางของระดบน าดานเหนอน ากบทายน าท าไดในลกษณะเดยวกบการใชสายยางวดระดบกลโดยการยกปลายขนถาทอใสสงเกตจากระดบน าในทอนง ถาทอทบใหปรบระดบปลายทอจนระดบน าในทอปรมปลายทอพอด แลวจงวดความแตกตางกบระดบน าในแปลงหรอคดานทาย
การตดตงทอ Siphon ขนาดเลก
วธการตรวจวด Head การไหล (∆h)
รปท 13-60 การตดตงทอ Siphon ขนาดเลกและการตรวจวด Head การไหล
การหาอตราการไหลผานทอไซฟอนขนาดเลก
1) ค านวณโดยใชหลกการไหลในทอปด ทคดการสญเสยเฮดททางเขา(ปากทอ) ในเสนทอและททางออก (ปลายทอ) สวน Head การไหล (∆h) คดจากความแตกตางของระดบน า
13-81
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ดานเหนอน าหรอเหนอปากทอกบดานทายน าเหนอปลายทอ หรอกงกลางปลายทอกรณทน าดานทายไมทวมปลายทอ
วธการค านวณ และการใชกราฟ เหมอนทไดน าเสนอในหวขอ 13.4.1 ทอขนาดเลกทรบน าจากคน าเขาแปลงเพาะปลกทกประการ
2) การหาอตราการไหลดวยวธตวงวดเทยบกบเวลา
----------------------------------------------
บทท 14
การวดปรมาณนาดวยรางวดนา (Flume)
บทท 14
การวดปรมาณนาดวยรางวดนา (Flume)
14.1 หลกการเบองตนของรางวดนา
รางวดนา หรอ Flume เปนอาคารวดนาหรออปกรณทสรางขนหรอตดตงเพอวดปรมาณนาทไหลผานทางนา ตงแตคขนาดเลกไปจนถงคลองขนาดใหญ การออกแบบ Flume เปนอาคารวดนานนสบเนองจากการวดนาโดยใชฝายวดนามการเกด Head loss สงมาก เพราะระดบสนฝายจะตองสงจากพนของทางนาตามเกณฑทกาหนด ทาใหระดบนาดานทายฝายวดนาลดตาลงมาก ดงนนในการออกแบบ Flume จงตองการให (1)เกดการสญเสยพลงงานนอยทสดซงจะทาใหระดบนาดานทายเปลยนแปลงไมมาก นนคอตว Flume ตองมขนาดหนาตดการไหลทใกลเคยงและกลมกลนกบหนาตดของทางนา โดยทแนวศนยกลางตามยาวของ Flume กบของทางนาจะทบเปนแนวเดยวกน ระดบพน Flume กบระดบกนทางนาตองใกลเคยงกน จากลกษณะดงกลาวจง (2)ไมเกดผลกระทบจาก Approach velocity และ(3)ไมทาใหเกดการตกจมของตะกอนทางดานเหนอนาและดานทายนา
หลกการพนฐานทางชลศาสตรของ Flume โดยทวไปนน คอการทาใหความเรวปกตของนาในทางนาทมการไหลเปนแบบ Sub-critical flow มการเพมความเรวขนเมอผานเขามาในราง ใหเกดเปนการไหลแบบ Super-critical flow โดยการบบลดขนาดหนาตดของรางใหเลกลง จะโดยการบบดานขางใหแคบเขาหรอการยกระดบพนรางขนมาอยางใดอยางหนงหรอทงสองอยาง และจะเกด Critical flow ทบรเวณสวนทแคบทสดของราง ทาใหเกด Critical depth ทตาแหนงดงกลาว แลวผายออกเพอใหการไหลเปนปกตอกครง จากนนนาคณสมบตของ Critical depth ไปคานวณอตราการไหลไดดงเชนกรณอาคารวดนาประเภทฝายตามทกลาวแลว
จากคณสมบตของ Critical flow หากพจารณาความสมพนธจาก Specific energy
curve ระหวางคาความลก (y) และคาพลงงานจาเพาะ (E) ของการไหลทอธบายในบทท 2 (หวขอ 2.3) จะพบวาท Critical depth (yc) จะมพลงงานจาเพาะนอยทสด (ทตาแหนงจดยอดของกราฟ) นนคอ dE/dy = 0
14-2
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
เมอ g2
VyE
2
และ c
3c
2c
T
A
g
Q
3c
3c gyBQgyq
เมอ B คอความกวางของทางนารปสเหลยมผนผา
และจากท yc/2 = vc2/(2g) , yc=2/3E
2/3c
2/32/3
Eg2B385.0QE3
2gBQ
ถาไมคด Approach velocity และ H = y จะไดอตราการไหลในทางทฤษฏคอ
2/3lTheoretica Hg2B385.0Q
แตการไหลทเกดขนจรง Q จะมคานอยกวาคาในทางทฤษฏเสมอ เพราะยอมม Approach
velocity เกดขนเสมอไมมากกนอย คาอตราการไหลทเปนจรงจงขนกบคาสมประสทธของการไหล C
lTheoreticaQ
QC
ดงนน จะไดสมการพนฐานของ Flume คอ 2/3Hg2CB385.0Q
ทงนสามารถจดรปแบบสมการในการคานวณอตราการไหลไดเปน nKHQ
เมอ Q = ปรมาณนาทไหลผาน Flume แบบ Free flow
H = ความลกของนาดานเหนอ K = สมประสทธการไหลผาน Flume ตามขนาดมตเฉพาะตว
n = คาตวแปร ทสมพนธกบขนาดมตเฉพาะตวของ Flume
14.2 ชนดของ Flume
นบตงแต Flume ตวแรกไดถกสรางขนมา ดวยเหตผลหลายประการ เชน เพอการพฒนาแกปญหาทม เพอลดขอจากด หรอเพอเพมประสทธภาพในการใชงานของ Flume ทมการออกแบบไวเดมแลว การสรางนวตกรรมใหมกเปนเหตผลสาคญ ทาใหนกชลศาสตรไดพฒนาออกแบบ Flume หลายรปแบบหรอหลายชนดขนมา ซงจะไดนาเสนอตามลาดบตอไป
14-3
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
อาจแบงประเภทของ Flume เปน 2 กลม คอ Long-throat flume และ Short- throat
flume 1) Long-throat flume เปนอาคารวดปรมาณนาทพฒนาขนมาโดยการ
ปรบปรงฝายวดนาสนกวาง (broad crested weir) ดวยการเพมลาดดานหนาเพอลดการปะทะตานการไหลของนา จงอาจเรยกวา Ramp flume (บางแบบอาจเพมลาดดานทายดวย) ซงจะทาให Head loss ลดลง แตอาคารทไดพฒนาปรบปรงใหมนมลกษณะการไหลทตางไปจากฝายวดนาสนกวาง คอแนวเสนการไหลจะขนานไปตลอดแนวหนาตดแตละชวง ม Head loss ทนอยกวามาก สวนทเปนคอของ Flume ชนดนคอนขางยาว จงเรยก Long-throat flume ตอมามการปรบปรงพฒนาใหมหลายรปแบบตดตงในทางนาทกรปรางหนาตดทางนาและมการบบดานขางเปนคอทชดเจนขนดวย สาหรบหลกการทางชลศาสตรของ Long-throat flume เปนลกษณะเดยวกบฝายสนกวางทไดอธบายไวแลวในบทท 10 สวนรายละเอยดของรางวดนาชนดนจะอธบายในลาดบถดไป
2) Short- throat flume เปนกลมของรางวดนาทมชวงคอของรางสนเมอเทยบ
กบ Long-throat flume ทงนอาจกลาวไดวารางวดนาชนดอน ๆ ลวนอยในกลม Short- throat
flume ทงสน แมวาบางแบบจะมคณสมบตของ Long-throat flume แตมลกษณะรปรางทเปนลกษณะพเศษเฉพาะตว ไดแก
(1) Venturi flume (2) Parshall flume
(3) Cut-throat flume (4) H-flume
(5) WSC flume (6) RBC flume
(7) Palmer-Bowles flume (8) S-M flume
(9) Circular flume ฯลฯ
รางวดนาชนดตาง ๆ อาจสรางขนใชเอง หรอใชรางวดนาสาเรจรปทมผผลตในเชงการคาทมมากมาย ซงสวนใหญจะตองสรางใหไดตามขนาดมตของรางทไดกาหนดไวแนนอนตายตว การใชงานจะใชตารางความสมพนธของความลกและอตราการไหล (Flow rate หรอCalibration table) ทเปนตารางมาตรฐานทมการสอบเทยบจนไดคาทถกตองแนนอน รางวดนาทไมมนใจวาสรางไดถกตองทกประการตามขอกาหนด หรอหากเปนรางวดนามาตรฐานท ไดมการใชงานมานาน จะตองมการสอบเทยบใหครอบคลมตลอดยานความลกทรางวดนาจะวดไ ด เพอนามาสราง Calibration table, Calibration Curve หรอ กาหนดเปนสมการการคานวณใหมเพอการใชงานทถกตองตอไป
14-4
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.3 Long-throat flume
ในป 1991 John A. Replogle และคณะ ไดนาเสนอผลงานการพฒนา Long-throat
flume รปแบบพนฐานขนใชงานโดยการปรบปรงฝายวดนาสนกวาง (Broad crested weir) ดวยการเพมลาดดานหนา 3:1 (H:V) เพอลดการปะทะตานการไหลของนา โดยสรางเปนอาคารวดนาในทางนารปสเหลยมคางหม ดงแสดงในรปท 14-1 อาคารวดนาดงกลาวมชอเรยกวา Ramp
flume ตามลกษณะลาดดานหนา 3:1, Replogle flume ตามชอผพฒนา และ Trapezoidal-
throated flume ตามหนาตดทางนารปสเหลยมคางหม ตอมาเมอมการแบงกลมของ Flume ตามลกษณะของคอของรางวดนาจงเรยก Long-throat flume
นอกจากสรางในทางนารปสเหลยมคางหมแลว Long-throat flume สามารถสรางไดในทางนาทกรปแบบหนาตด เชน สเหลยมผนผา พาราโบลา สวนของวงกลม ฯลฯ ลกษณะของ
Long-throat flume ทปรบปรงจาก Replogle flume รปแบบพนฐานใหมลาดดานทายเปน 6:1 (H:V) เพอทาให Submergence ratio มคาเพมสงขน แสดงในรปท 14-2 สวนรปแบบและมตทวไปของ Long-throat flume แสดงในรปท 14-3
รปท 14-1 รปแบบพนฐานของ Replogle flume
14-5
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-2 ลกษณะของ Long-throat flume ทปรบปรง Replogle flume
รปแบบพนฐานใหมลาดดานทายเปน 6 : 1 (H:V)
รปท 14-3 รปแบบและมตทวไปของ Long-throat flume
รปแบบและมตทวไปของ Long-throat flume ในรปท 14-3 เปนรปแบบทไดมการปรบปรงพฒนาจากรปแบบมาตรฐานใหเปนรปแบบใหมๆ โดยทสวนทเปนพนราบตอจากลาดดานหนา 1:3 ออกแบบใหมการบบดานขาง 2 ดาน กลายสภาพเปนคอคอด (Throat) ดงนนสวนของลาดดานหนาจงเปน Converging transition ปรบหนาตดของทางนาดานหนาผายเขาสสวนคอ (Transition แนวตรงหรอแนวโคงกได) และสวนทายถดจากคอออกไปเปน Diverging
transition (Transition แนวตรง) ทปรบหนาตดจากคอใหผายออกไปรบกบหนาตดทางนาดานทาย ทงน Diverging transition อาจสรางเปนลาด 6:1 ตวอยางรปแบบของ Long-throat
flume รปแบบอน ๆ แสดงในรปท 14-4, รปท 14-5, รปท 14-6 และ รปท 14-7
14-6
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-4 รป Plan และรปตดของTrapezoidal long-throat flume
รปท 14-5 ลกษณะของTrapezoidal long-throat flume
14-7
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-6 รป Plan และรปตดของ Rectangular long-throat flume (ตวอยางขนาด 0.30 x 0.80 ม.)
รปท 14-7 ลกษณะของ Rectangular long-throat flume (ตดตามแนวศนยกลาง)
14-8
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.3.1 การคานวณอตราการไหลผาน Long-throat flume
ความสาคญของ Long-throat flume นนอยทสวนคอหรอสวนทเสมอนเปนฝายสนกวางนนเอง การคานวณปรมาณนาจงคานวณในสวนทผานคอออกไปซงมคณสมบตคลายฝายสนกวางทมรปรางหนาตดตามหนาตดการไหลสวนคอ ซงจะเกด Critical Area: Ac และCritical
depth: yc เหนอสวนคอดงกลาว
การคานวณใชสมการและคาสมประสทธตาง ๆ เชนเดยวกบ ฝายสนกวางทพฒนาจากฝายสนคม ในบทท 10 หวขอ 10.5 ยกตวอยางรางวดนาทนยมสรางตอไปน
กรณหนาตดการไหลเหนอสวนคอเปนรปสเหลยมผนผา (ดจากหวขอ 10.5.1)
50.11cvd hbg
3
2
3
2CCQ
กรณหนาตดการไหลเหนอสวนคอเปนรปสเหลยมคางหม (ดจากหวขอ 10.5.5)
c12
ccccd yHg2yzybCQ
คา Cd ทสมพนธกบคาของ H1/L สาหรบฝายสนกวางและ Long-throated
flume ทกรปรางทกขนาด หาไดจากกราฟ รปท 10-14
Cv คาสมประสทธของความเรวของกระแสนา หาไดจากกราฟ รปท 10-3
คาของ yc/H1 ซงเปนคาทสมพนธกบคาของ zc และ H1/bc สาหรบฝายสนกวางทมหนาตดรปสเหลยมคางหม หาไดจาก ตารางท 10-3
14.3.2 โปรแกรมคอมพวเตอร Winflume
Winflume เปนโปรแกรมคอมพวเตอรทพฒนาขนมาโดยทมงานของ Replogle ทพฒนา Long-throated flume เพอใชในการชวยออกแบบ Long-throated flume รวมทงใชศกษาคณสมบตทางชลศาสตร ใชสอบเทยบเบองตน เปนฟรโปรแกรมททางานบน Windows
สามารถดาวนโหลดไดทเวบไซตของ USBR โดยเปนโปรแกรมทใชงานไดงาย ชวยใหเขาใจการทางานของ Long-throated flume ไดดขน
14-9
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.4 Venturi Flume
ในป 1791 J. B. Venturi วศวกรชาวอตาลไดคนพบและอธบายปรากฏการณทของไหลคอของเหลวและกาซทไหลในระบบทอปดทมการเปลยนแปลงขนาดในลกษณะคอคอดวา ทหนาตดสวนทแคบหรอคอคอด Velocity head จะเพมขน แต Pressure head จะลดลง ซงตอมาการคนพบนนาไปสการพฒนาเปน Venturi meter โดย Clemens Herschel ในป 1887 และตอมาในป 1917 V.M.Cone ไดนาหลกการดงกลาวมาพฒนาสรางเปนรางวดนา ท Fort Collins
Hydraulic Laboratory หนวยงานของ Colorado Agriculture Experiment Station และเรยกวา Venturi flume
Venturi flume นสามารถสรางใหกลมกลนกบหนาตดทางนารปสเหลยมผนผา และหนาตดสเหลยมคางหม เปนRectangular venturi flume และ Trapezoidal venturi flume
นอกจากนไดพฒนาเปน V-notch venturi flume เพอใชวดอตราการไหลนอย ๆ ซงรางวดนาทง 3 รปแบบ แสดงในรปท 14-8, รปท 14-9 และ รปท 14-10
รปท 14-8 แสดงแปลน และรปตดของ Rectangular venturi flume
รปท 14-9 แสดงแปลน และรปตดของ Trapezoidal venturi flume
14-10
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-10 แสดงแปลน และรปตดของ V-notch flume
Venturi flume ประกอบดวย 3 สวน คอ ทางผายเขา สวนคอ และทางผายออก (สวนคอมความสาคญทสด ทางผายเขาและทางผายออกเปน Transition ของสวนคอ) มคณสมบตสาคญคอ เกด Head loss นอย ลกษณะการไหลผานรางเปนแบบ Submerged flow อตราการไหลผานรางวดนาชนดนจะสมพนธกบ ความเรวการไหล และ เสนขอบเปยกของหนาตดการไหล สองตาแหนง คอทระยะ 2/3 ของความยาวปากทางเขา และทกงกลางคอของราง (ตาแหนง Critical
depth) และเนองจากสมการการคานวณปรมาณนาผานรางชนดนมความยงยากซบซอนมาก จงใชอตราการไหลจากผลจากการสอบเทยบมาสรางเปนตารางสาเรจรปใหใชงาน ในเวลาตอมา Venturi flume ของ Coneไดรบการปรบปรงแกขอบกพรองตาง ๆ โดย Ralph L. Parshall
แลวจงหนมาใชรางวดนาของ Parshall แทน
14.5 Parshall flume
Parshall flume พฒนาขนมาโดย Ralph L. Parshall ในชวงป 1922 ท U.S. Soil
Conservation Service เปนการปรบปรง Venturi flume ของ V.M.Cone ทพบวามความบกพรองหลายประการ ทสาคญคอ Parshall พบวาคณสมบตทางชลศาสตรของ Venturi flume นนมลกษณะของฝายดวย โดยในชวงแรกเรยกรางวดนารปแบบใหมวา The improved Venturi
flume ตอมาจงเรยก Parshall flume
14-11
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Parshall flume นไดออกแบบใหมขนาดคอคอดตงแต 1 นวไปจนถง 50 ฟต จานวน 22 ขนาด โดยจะมรปแบบทกาหนดมตทเปนสดสวนทสมพนธกนไวเปนคามาตรฐาน รปแบบลกษณะของ Parshall flume แสดงใน รปท 14-11 สวนมตหรอสดสวนมาตรฐานและชวงของอตราการไหลทรางแตละขนาดจะวดได แสดงใน ตารางท 14-1
รปแปลน
รปดานขาง
รปตด N-N
รปท 14-11 รปแบบลกษณะของ Parshall flume
14-12
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14-13
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
จากรปแบบลกษณะทแสดงใน รปท14-11 Parshall flume มลกษณะทวไปประกอบดวย
1) ทางผายเขา Converging section) เปนผนงแนวดงทเรมบบตวจากกาแพงปกทกางเตมความกวางของทางนาใหแคบเขา 2) สวนคอ (Throat section) เปนสวนแคบทสดของรางโดยความสวนคอนจะเทากนตลอดแตพนรางสวนนจะลาดตาลง ความกวางของสวนนใชเรยกขนาดของ Flume
3) ทางผายออก (Diverging section) เปนสวนทผายออกจากคอไปพบกาแพงปกดานทายนาซงสวนปลายสดจะมความกวางเทากบทางนา
จากความสาคญของขนาดมตทวดจากดานในของราง ทาใหสามารถสราง Parshall
flume ไดดวยวสดหลากหลาย โดยอาจสรางดวยคอนกรตตายตวในพนท หรอสรางดวยเหลก พลาสตก ไม หรอวสดอนๆ แลวเอาไปตดตงกได
14.5.1 อตราการไหลผาน Parshall flume
การไหลผาน Parshall flume จะม 2 ลกษณะคอ การไหลแบบ Free flow และการไหลแบบ Submerged flow โดยลกษณะของผวนาของการไหลแสดงไวในรปท 14-11 โดยทอตราการไหลจะขนอยกบ Head หรอความลกของนาในราง ซงวดจากบอนานง (Stilling well) ทตาแหนงทางผายเขา และทสวนคอ ซงแทนดวย Ha และ Hb
14.5.1.1 กรณการไหลแบบ Free flow
กรณนอตราการไหลจะขนกบขนาดของคอและความลกการไหล Ha เทานน Hb ไมมผลกระทบกบการไหล เมออตราสวน Hb/ Ha หรอ Submergence ratio: S มคาไมเกนทกาหนดตาม ตารางท 14-2
ตารางท 14-2 การไหลแบบ Free flow เมออตราสวน Hb/ Ha มคาไมเกนทกาหนด
ขนาดของราง Hb/ Ha
1 ถง 3 นว 0.50
6 และ 9 นว 0.60
1 ถง 8 ฟต 0.70
10 ถง 50 ฟต 0.80
14-14
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
จากการทดลองพบวา Parshall flume ทมขนาดและมตทแตกตางกนแมเพยงเลกนอยจะมคณสมบตทางชลศาสตรทตางกนอยางมาก จงไมสามารถกาหนดสมการในการคานวณอตราการไหลใหมคาสมประสทธการไหล และคาตวแปร (คายกกาลง) ใหครอบคลมใชไดทวไปแบบอาคารอนๆ เชนฝายได
การคานวณอตราการไหลใชสตร naKHQ โดยชวงการวดและคาสมประสทธ
การไหล K กบคาตวแปลยกกาลง n แสดงไวใน ตารางท 14-3
ตารางท 14-3 คาคงท K และ n สาหรบการคานวณปรมาณนาผาน
Parshall Flume กรณการไหลแบบ Free flow
สตรการคานวณ naKHQ คา H เปน ม. คา Q เปน ม.3/วนาท
ทมา : U.S. EPA, Recommended Practice for the use of Parshall Flumes and
Palmer-Bowlus Flumes in Wastewater Treatment Plants, EPA600/2-84-180,1984
14-15
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.5.1.2 กรณการไหลแบบ Submerged flow
การไหลผาน Parshall flume จะมลกษณะเปนแบบ Submerged flow เมออตราสวน Hb/ Ha มคามากกวาทกาหนดตาม ตารางท 14-2 โดยการไหลกรณ Submerged flow
น ระดบนาดานทายทยกตวสงจะตานการไหลทาใหอตราการไหลลดลงจากการไหลทคานวณโดยสมการ Free flow ดงนนอตราการไหลจะคานวณไดจาก
QS = QF – QE
เมอ QS = อตราการไหลทเปน Submerged flow
QF = อตราการไหลทคานวณโดยสมการ Free flow
QE = คาปรบแกอตราการไหลทเปนผลจาก Submerged flow
QE : คาปรบแกอตราการไหลทเปนผลจาก Submerged flow
1) กรณ Parshall flume ขนาด 1 นว ถง 9 นว คาปรบแก QE หาไดจากกราฟความสมพนธของ Ha, QE และ อตราสวน
Hb/ Ha ซงแสดงไวใน รปท 14-12 ถง รปท 14-16
รปท 14-12 คาปรบแกการไหลเนองจาก Submerged flow ของ Parshall flume 1 นว
14-16
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-13 คาปรบแกการไหลเนองจาก Submerged flow ของ Parshall flume 2 นว
รปท 14-14 คาปรบแกการไหลเนองจาก Submerged flow ของ Parshall flume 3 นว
14-17
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-15 คาปรบแกการไหลเนองจาก Submerged flow ของ Parshall flume 6 นว
รปท 14-16 คาปรบแกการไหลเนองจาก Submerged flow ของ Parshall flume 9 นว
14-18
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2) กรณ Parshall flume ขนาด 1 ฟต ถง 50 ฟต
2.1) Parshall flume ขนาด 1 ฟต ถง 8 ฟต
QS = QF – QE ม.3/วนาท
S284.9123.2a
6E eMH10/738.3Q
M เปนคาทสมพนธกบขนาดของ Flume มคาดงน
ขนาดของราง (ฟต) M
1 1.5 2 3 4 5 6 7 8
1.0 1.4 4.8 2.4 3.1 3.7 4.3 4.9 5.4
Ha ความลกของนา หนวย ม. e คอ Napier's constant = 2.71828
S หรอ Submergence ratio คอคาอตราสวนของ Hb/ Ha (มคามากกวา 0.7)
2.2) Parshall flume ขนาด 10 ฟต ถง 50 ฟต
QS = QF + QE ม.3/วนาท
223E SlnS19.20364.33048.0048.3/WQ
W ขนาดของราง หนวย ฟต
S คอคาอตราสวนของ Hb/ Ha (มคามากกวา 0.8)
14-19
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.6 Cut-throat flume: รางวดนาแบบไมมคอ
เปนรางวดนาทพฒนาโดย Skogerboe, Hyatt, Anderson และ Eggleston ในป 1967 โดยดดแปลง Parshall flume ดวยการตดสวนคอของรางออกและทาใหพนรางเรยบเสมอกน รปรางลกษณะและขนาดมตของ Cut-throat flume แสดงในรปท 14-17
รปท 14-17 รปรางลกษณะและขนาดมตของ Cut-throat flume
14-20
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
จากลกษณะของ Cut-throat flume ดงแสดงในรปท 14-17 มสวนประกอบ 2 สวนคอ ทางผายเขาทผนงรางจะบบทางนาใหแคบเขาดวยอตราสวน 1 : 3 เมอสดทางทระยะ L/3 ของความยาวทงหมด ซงเปนสวนแคบทสดของราง แลวจะเปนทางผายออกทมอตราสวนการผายออก 1 : 6 และมความยาวเปน 2 เทาของทางผายเขา ขนาดของ Cut-throat flume จะบอกดวยความกวางแคบทสด กบ ความยาวของราง ยกตวอยางเชน ขนาด 0.50 x 1.50 เมตร หมายถงรางทมสวนแคบสด 0.50 เมตร และรางยาว 1.50 เมตร
รปแบบของ Cut-throat flume นนไมซบซอนทาใหสรางงายไมวาสรางดวยวสดใด มราคาถกกวา Parshall flume เมอขนาดเทากน ตดตงงายสามารถวางบนพนคลองคอนกรตไดเลย
14.6.1 อตราการไหลผาน Cut-throat flume
ลกษณะการไหลผาน Cut-throat flume แสดงในรปท 14-18 ซงจะม 3 รปแบบคอ การไหลแบบอสระ (Free flow) การไหลใตผวนา (Submerged flow) และมลกษณะการไหลแบบ Transition submergence ซงเปนชวงการไหลทเปลยนระหวางการไหลทงสองแบบดงกลาว
ในการคานวณอตราการไหลจะวดระดบนาจากบอนานง 2 ตาแหนง คอททางผายเขาวด Ha และททางผายออกวด Hb
รปท 14-18 ลกษณะการไหลผาน Cut-throat flume 3 ลกษณะ
14-21
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ก. กรณการไหลแบบ Free flow
อตราการไหลทเปนการไหลแบบอสระจะขนกบ Head ของทางผายเขา Ha อยางเดยว ซงสามารถคานวณโดยสมการ
40.0L
H;CHQ a1n
a
025.1KWC
เมอ Q = อตราการไหล (ลบ.ม./วนาท) Ha = ความลกของนาในทางผายเขา (ม.) L = ความยาวของราง (ม.) C = สมประสทธของการไหลแบบอสระ
n1 = สมประสทธขนอยกบความยาวของราง***
W = ขนาดความกวาง (สวนแคบทสด) ของราง (ม.) K = สมประสทธขนอยกบความยาวของราง***
***คา C, n1, K หาไดจากกราฟในรปท 14-19 การคานวณมความละเอยดถกตองเมอ Ha/L≤0.40
ข. กรณการไหลแบบ Submerged flow
เปนการไหลเมอความลกของนาทางดานผายออก Hb มคาสงจนทาใหเกดความลกในรางสงกวา Critical depth โดยความลกของนาดานทายนามผลกระทบตอการไหลในสภาพ Free
flow นนเอง การคานวณอตราการไหลจงตองพจารณาทงความลก Ha และ Hb ดงสมการตอไปน
40.0L
H;
Slog
HHCQ a
2n
1n
ba1
025.111 WKC
เมอ Q = อตราการไหล (ม3./วนาท) Ha = ความลกของนาในทางผายเขา (ม.) Hb = ความลกของนาในทางผายออก (ม.) L = ความยาวของราง (ม.) C1 = สมประสทธของการไหลแบบใตผวนา*** n1, n2, K1 = สมประสทธขนอยกบความยาวของราง***
W = ขนาดความกวาง (สวนแคบทสด) ของราง (ม.)
***คา C1, n1, n2, K1 หาไดจากกราฟในรปท 14-20 การคานวณมความถกตอง เมอ Ha/L ≤0.40
14-22
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.6.2 การพจารณาลกษณะการไหลของ Cut-throat flume
การไหลเปนแบบ Free flow ถา S หรอ Hb/ Ha นอยกวา St ***
การไหลเปนแบบ Submerged flow ถา S หรอ Hb/ Ha มากกวา St
การไหลเปนแบบ Transition submergence ถา S หรอ Hb/ Ha เทากบ St
ซงเปนการไหลทอยระหวาง Free flow กบ Submerged flow จะใชการคานวณแบบใดกไดผลลพธทเทากน
**** St คา % Transition submergence ทขนกบความยาวของรางหาไดจากกราฟในรปท 14-21
รปท 14-21 กราฟใชหาคา n1, n2, K, K1 และ St ทสมพนธกบความยาวราง
สาหรบใชคานวณอตราการไหลของ Cut-throat flume
14-23
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.7 H- Flume
H-Flume นนพฒนาขนมาท Agricultural Research Service (ARS) โดย
Holtan, Minshall และ Harrold สวนทเรยกชอวา H-Flume นนเพราะเปน Flume ทกาหนดขนาดตามความสงดานทางเขาของราง (H มาจาก Height) ในการพฒนานนใชหนวยในระบบองกฤษทงหมด ตอมาในป 1976 Bos ไดแปลงหนวยอตราการไหลเปนระบบ SI
H- Flume นกาหนดใหใชวดปรมาณนาทมการไหลเปนแบบ Free flow เปนหลก ไดแกการตรวจวดในระดบแปลงนา ในระบบระบายนาขนาดเลก เปนตน จากรปรางลกษณะพเศษของรางวดนาชนดจงมคณสมบตของฝายกบรางวดนาผสมกน นนคอมพนแบนราบระดบเดยวกบทางนา แตมทางนาออกคลายฝายสนคมรปตวว ตอมา U.S. Soil Conservation Service ไดพฒนารางวดนาชนดนเปน 3 ลกษณะรปแบบตามขนาดและอตราการไหล ไดแก
1) HS-Flume : (H Small-Flume) เปนรางนาขนาดเลก มขนาดความสง D
มากสด 0.305 ม. (1 ฟต) ทสามารวดอตราการไหลไดสงสด 0.022 ลบ.ม./วนาท
HS-Flume ทไดออกแบบไวเดมนนจะม 3 ขนาด คอ 0.4 ฟต (0.122 ม.), 0.6 ฟต (0.183 ม.), 0.8 ฟต (0.122 ม.) และ 1.0 ฟต (0.305 ม.)
2) H-Flume เปนรางขนาดกลางมขนาดความสง D มากสด 1.37 ม. (4.5 ฟต) ทสามารวดอตราการไหลไดสงสด 2.36 ลบ.ม./วนาท H-Flume ทไดออกแบบไวเดมนนจะม 8 ขนาด คอ 0.5 ฟต (0.152 ม.), 0.75 ฟต (0.229 ม.), 1.0 ฟต (0.305 ม.), 1.5 ฟต (0.457 ม.), 2.0 ฟต (0.610 ม.), 2.5 ฟต (0.762 ม.), 3.0 ฟต (0.914 ม.) และ 4.5 ฟต (1.370 ม.),
3) HL-Flume: (H Large-Flume) เปนรางนาขนาดใหญ ทมความสงเทากบ
H-Flume แตมความกวางมากกวา โดยมขนาดความสง D มากสด 1.37 ม. (4.5 ฟต) ทสามารวดอตราการไหลไดสงสด 3.32 ลบ.ม./วนาท HL-Flume ทไดออกแบบไวเดมนนจะม 2 ขนาด คอ 3.5 ฟต (1.07 ม.) และ 4.0 ฟต (0.183 ม.)
ลกษณะรปแบบมตของทง 3 รปแบบแสดงในรปท 14-22, รปท 14-23 และ รปท 14-24
[ ในทนในการนาเสนอเมอเรยก H-Flume ใหหมายรวมถง Flume ทง 3 ลกษณะ ]
14-24
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
Well opening เปนตาแหนงวดระดบนา ha โดยตดตงไมบรรทดทผนงดานขาง
รปท 14-22 ลกษณะรปแบบมตของ HS-Flume, H-Flume และ HL-Flume
14-25
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-23 เปรยบเทยบลกษณะของ HS-Flume, H-Flume และ HL-Flume
รปท 14-24 แสดงการตดตง H-Flume ทว ๆไป
H-Flume ทกแบบทกขนาดนนจะมการกาหนดขนาดมตไวแนนอน อตราการไหลทระดบความลกตาง ๆ จงเปนคาทแนนอนตายตวทไดจากการทดลองมาโดยตรง การตดตงนนในสวนของทางนาทเปนทางนาเขาและทางนาออกตองเปนรปสเหลยมผนผาขนาดกวางเทาทางรบนาของ Flume เสมอ โดยความยาวตาสดของทางนาเขาและออกจาก Flume เทากบ 2D สวนตว Flume
นนอาจสรางดวยแผนเหลกหรอวสดอน ๆ แตปากทางเขาและทางออกอาจสรางดวยคอนกรตหรอหนกอหรอกอดวยอฐกได และเพอปองกนการตกตะกอนพนทางนาหรอปากทางเขาอาจเปนลาดไมเกน 2% กได
14-26
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.7.1 ขดจากดของการตรวจวดดวย H-Flume
จากการทดลองพบวาการไหลแบบ Submerged flow จะสงผลทาใหการตรวจวดมความผดพลาด กลาวคอ Submergence ratio: hb/ha (เมอ hb คอความลกของนาดานทายนา และ ha
คอความลกของนาดานเหนอนา ทวดจากพนราง) จะมอทธพลตอการทาใหระดบนาดานเหนอนาเพมขนทาใหคา ha เพมขน โดยกราฟในรปท 14-25 แสดงอทธพลของ Submergence ratio:
hb/ha ทมผลตอการเพมของความลกของนา ha (%) กราฟ a กรณ HS และ H Flume กราฟ b
กรณ HL Flume
H-Flume นนเหมาะกบการตรวจวดในกรณ Free flow ทงนยอมใหมลกษณะการไหลเปนแบบ Submerged flow ไดไมมากนก ใหคาความผดพลาดจากอทธพลของ Submerged
flow นนไมเกน 1 % โดยคา Submergence ratio: hb/ha ไมเกน 0.25 สาหรบ HS และ H Flume และคา Submergence ratio: hb/ha ไมเกน 0.30 สาหรบ HL-Flume
รปท 14-25 กราฟแสดงอทธพลจาก Submergence ratio: hb/ha
ทมผลตอการเพมของความลกของนา ha (%) การปรบลาดพนของ H-Flume
14-27
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ในกรณทมสงทไหลปนมากบนาและมโอกาสทจะตกจมในตวรางไดมาก เชน หน กรวด ทราย ฯลฯ ซงหากมการตกจมกจะทาใหการวดคาความลกของนาผดพลาด กรณนยอมใหแกปญหาโดยการตดตงใหพนรางมความลาด 1 : 8 ซงจะสงผลใหอตราการไหลของนามการเปลยนแปลงไปจากกรณทพนรางวางแนวราบ โดยกราฟในรปท 14-26 จะแสดงความสมพนธของอตราการไหลกรณ Free flow ทมการเปลยนแปลง (∆Q %) เมอเทยบกบคา ha ของนา (หนวย ฟต)
รปท 14-26 แสดงการเปลยนแปลงอตราการไหลกรณ Free flow (∆Q %) เทยบกบคา ha ของนา (หนวย ฟต) เมอพนรางตดตงใหมความลาดเอยง
14.7.2 อตราการไหลของนาผาน H-Flume นอกจากรปแบบมตของ H-Flume ทกแบบทกขนาดจะมการกาหนดไวแนนอนตายตวแลว อตราการไหลผาน H-Flume ในกรณ Free flow ทจะสมพนธกบความลกของนาดานเหนอนาทวดจากตาแหนงทกาหนดนน จะไดมาจากการทดลองหรอการสอบเทยบ แลวทาเปนตารางดงแสดงในตารางท 14-5 ถง ตารางท 14-18 หรอนามาสรางเปนกราฟ H-Q ทพลอตใน Log scale
คลายทแสดงในรปท 14-27
14-28
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-27 ตวอยางกราฟแสดงอตราการไหลผาน H-Flume ชนดและขนาดตาง ๆ ทสมพนธกบความลกของนาดานเหนอนา (ha)
จากเสนกราฟ H-Q สามารถสรปในรปสมการไดเปน
2ahlogCahlogBAQlog
คา A,B และ C แสดงใน ตารางท 14-4
ตารางท 14-4 แสดงรายละเอยดคาตวแปรเพอใชคานวณอตราการไหลของ H-Flume แบบตางๆ
14-29
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-5 ปรมาณนาทไหลผาน HS-Flume ขนาด 0.4 ฟต หนวย ลตร/วนาท
หมายเหต : ตวเลขแถวบนสด .000 .001 .002 ..... เปนคาทศนยมตวท 3 ของ ha ตวอยาง Q ท ha เทากบ 0.025 มคา 0.077 ลตร/วนาท (คาทตาแหนง 0.02 ตดกบ .005)
ตารางท 14-6 ปรมาณนาทไหลผาน HS-Flume ขนาด 0.6 ฟต, หนวย ลตร/วนาท
ตารางท 14-7 ปรมาณนาทไหลผาน HS-Flume ขนาด 0.8 ฟต หนวย ลตร/วนาท
14-30
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-8 ปรมาณนาทไหลผาน HS-Flume ขนาด 1.0 ฟต, หนวย ลตร/วนาท
ตารางท 14-9 ปรมาณนาทไหลผาน H-Flume ขนาด 0.5 ฟต, หนวย ลตร/วนาท
14-31
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-10 ปรมาณนาทไหลผาน H-Flume ขนาด 0.75 ฟต, หนวย ลตร/วนาท
ตารางท 14-11 ปรมาณนาทไหลผาน H-Flume ขนาด 1.0 ฟต, หนวย ลตร/วนาท
14-32
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-12 ปรมาณนาทไหลผาน H-Flume ขนาด 1.5 ฟต, หนวย ลตร/วนาท
ตารางท 14-13 ปรมาณนาทไหลผาน H-Flume ขนาด 2.0 ฟต, หนวย ลตร/วนาท
14-33
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-14 ปรมาณนาทไหลผาน H-Flume ขนาด 2.5 ฟต, หนวย ลตร/วนาท
14-34
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-15 ปรมาณนาทไหลผาน H-Flume ขนาด 3.0 ฟต, หนวย ลตร/วนาท
14-35
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-16 ปรมาณนาทไหลผาน H-Flume ขนาด 4.5 ฟต, หนวย ลตร/วนาท
14-36
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-16 (ตอ) ปรมาณนาทไหลผาน H-Flume ขนาด 4.5 ฟต, หนวย ลตร/วนาท
14-37
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-17 ปรมาณนาทไหลผาน HL-Flume ขนาด 4.5 ฟต, หนวย ลตร/วนาท
14-38
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-17 (ตอ) ปรมาณนาทไหลผาน HL-Flume ขนาด 3.5 ฟต หนวย ลตร/วนาท
14-39
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-18 ปรมาณนาทไหลผาน HL-Flume ขนาด 4.0 ฟต หนวย ลตร/วนาท
14-40
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-18 (ตอ) ปรมาณนาทไหลผาน HL-Flume ขนาด 4.0 ฟต หนวย ลตร/วนาท
14-41
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.8 Washington State College flume หรอ WSC flume
เปน Flume ทออกแบบโดย Washington State College มลกษณะคลาย Parshall
flume นยมใชเพอการวดนาในทางนาขนาดเลกทไมมการดาด ซงมอตราการไหลไมมาก เชน ลาธาร คนา ฯลฯ เปนรางสาเรจรปทนาไปตดตงสะดวก ลกษณะรปแบบมตของ WSC flume ดงแสดงในรปท 14-28
รปท 14-28 ลกษณะรปแบบมตของ WSC flume
14-42
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-29 WSC flume สาเรจรป
อตราการไหลผาน WSC flume
การใชงาน WSC flume จะใชคาจากทไดจากการสอบเทยบ WSC flume แตละตวมาสรางเปน Calibration table ตวอยางแสดงใน ตารางท 14-19 หรอสรางเปน Calibration curve ตวอยางแสดงใน รปท 14-30
ตารางท 14-19 ตวอยาง Calibration table ของ WSC flume ตวหนง
รปท 14-30 ตวอยาง Calibration curve ของ WSC flume ตวหนง
ความลกการไหล (mm) 30 40 50 60 70 80 90
อตราการไหล (l/s) 0.10 0.20 0.33 0.50 0.75 1.07 1.43
14-43
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.9 S-M Flume
S-M Flume นนไดออกแบบพฒนาขนมาโดย Zohrab Samani และ Henry
Magallanez ท New Mexico State University ในป 2000 เพอแกปญหารางวดนาแบบอน ๆทมขอจากดในเรองความไมยดหยนในเรองรปแบบ ขนาด มต สรางยาก มราคาแพงใหหมดไป รางวดนาแบบใหมมรปแบบเรยบงาย แตมความถกตองในการใชงานอยในเกณฑทยอมรบได (มความผดพลาดในการวด 5%) เหมาะกบการใชตรวจวดในทางนาทมหนาตดรปสเหลยมผนผา
รปแบบของ S-M Flume ดงแสดงในรปท 14-31 และรปท 14-32 มสวนประกอบ 2 สวน
คอ สวนทเปนรางหนาตดรปสเหลยมผนผา และสวนทเปนทรงกระบอกครงซกตดผนง 2 ขาง ทอาจสรางดวยวสดไดหลายอยาง เชน ไม แผนโลหะ พลาสตก คอนกรต อฐกอ ฯลฯ โดยเฉพาะอยางยงสวนทเปนทรงกระบอกครงซกอาจใชทอทาจากเหลก PVC ใยหน หรอคอนกรต ทมขนาดตรงตามกาหนดมาสราง ซงทาใหการสรางสะดวกยงขน
รปท 14-31 รปแปลนของ S-M Flume
รปท 14-32 รปตดตามยาวในแนวศนยกลางของ S-M Flume
14-44
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-33 แสดง S-M Flume ทตดตงเพอวดนาในคนา
14.9.1 ขนาดและมตของ S-M Flume
1) Flume ชนดนตองพจารณาขนาดของทอทจะนามาผาครงสรางเปนสวนคอเปนหลก เพอเทยบกบมตขอกาหนดอน ๆ
2) Bc/B มคาระหวาง 0.4 ถง 0.6 เมอ B คอความกวางของราง และ Bc คอความกวางของคอราง
3) L=1.5H , L up = (2/3)L , L down = (1/3)L
เมอ L คอความยาวนอยทสดของราง H คอความสงของรางทเทากบ ความลกนาสงสด hmaxบวกระยะ Free board อยางนอย
2 นว L up และ L down คอ ตาแหนงตดตงทอผาครงทเปนคอของราง
14-45
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.9.2 การคานวณปรมาณนาผาน S-M Flume
ความสมพนธของอตราการไหลแบบ Free flow กบความลกของการไหลผานรางทวดจากตาแหนงดานหนาทรงกระบอกครงซกเปนตามสมการตอไปน (มคาความผดพลาด 5%)
59.191.0c hBg701.0Q
เมอ Q = อตราการไหล (ลบ.ม./วนาท) h = ความลกของนาดานทางเขาวดทขอบทรงกระบอกครงซก (ม.) Bc = ความกวางชวงคอของราง (ม.) g = ความเรงจากแรงดงดดของโลก = 9.81 (ม./ วนาท2)
14.9.3 ขอพจารณาในการออกแบบ S-M Flume
การออกแบบขนาดรางตองพจารณาความลกของนาในทางนา และชวงของอตราการไหลผานราง ตวอยางเชน ตามตารางท 14-20 (ทหนวยอตราการไหลเปน ลบ.ฟต/วนาท ขนาดระยะความยาวเปนฟต) แสดงชวงอตราการไหล สาหรบรางท Bc/B มคาระหวาง 0.4 ถง 0.6 เมอ B เปนความกวางรางระหวาง 1 ถง 6 ฟต และม H = 2 ฟต
ตารางท 14-20 ตวอยางแสดงชวงอตราการไหล (ลบ.ฟต/วนาท) สาหรบรางท Bc/B มคาระหวาง 0.4 ถง 0.6 เมอ B เปนความกวางรางระหวาง 1 ถง 6 ฟต และม H = 2 ฟต เพอใชประกอบการพจารณาออกแบบ
14.9.4 ขอกาหนดของ S-M Flume
1) พนของ S-M Flume และพนทางนา ทงสองดานตองไดระดบ 2) ตองซลเพอไมใหมนาไหลรวซมผานขอบดานขางและขอบลางของรางออกไป 3) การไหลผาน S-M Flume จะมความถกตองเมอเปนแบบ Free flow นนคอ เกด
Critical depth ทบรเวณคอของราง และเกด Hydraulic jump ทตาแหนงเลยขอบทรงกระบอกครงซกคอรางออกไปเสมอ
14-46
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.10 Palmer - Bowlus flumes
Palmer - Bowlus flumes เปนรางวดนาทพฒนาขนมาในป 1930 โดย Harold
Palmer และ Fred Bowlus ท The Los Angeles County Sanitation Department มวตถประสงคเพอการวดนาในระบบระบายนาทสวนใหญเปนระบบทอ จงออกแบบใหเปนรางลกษณะทอกลม หรอรางรปตว U ทมการบบตวดานลางเปนยกพนและบบตวดานขาง คณสมบตทางชลศาสตรของ Palmer - Bowlus flumes เปนลกษณะคลายฝายสนกวางเหมอนรางวดนาอนๆ สาหรบตวอยางรปแบบและมตของ Palmer - Bowlus flumes นนแสดงใน รปท 14-34
รปท 14-34 รปแบบและมตมาตรฐานของ Palmer - Bowlus flumes
รปท 14-35 End view ของ Palmer - Bowlus flumes
ทมหนาตดรป U-Shape และ วงกลม
14-47
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-36 ลกษณะของ Palmer – Bowlus
Palmer - Bowlus flumes มทงเปนรางสาเรจรปมหลายขนาด ตามขนาดของศนยกลางทอ มหนวยเปนนว ไดแก 4, 6, 8, 10, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 36, 42, 48, 60, 72
นว จนถงขนาดใหญทกอสรางไวในระบบระบายนาขนาดใหญ
14.10.1 การคานวณปรมาณนาผาน Palmer - Bowlus flumes
ปรมาณนาหรออตราการไหลผาน Palmer - Bowlus flumes ทมขนาดและมตตรงตามมาตรฐานทกาหนดนน นอกจากการใชคาจาก Calibration table หรอ Calibration curve ของรางแตละขนาดแลว อาจใชสมการในการคานวณอตราการไหลซงเปนสมการทเปนผลสรปทไดจากผลการ Calibrate รางขนาดตางๆ ซงสมการอตราการไหลดงกลาวในรางแตละขนาดอาจกาหนดสมการได 2 สมการ คอ สมการ (a) เปนสมการทมความเบยงแบนเลกนอยในชวงของอตราการไหลใกลเคยงชวงตาสดและชวงสงสด และ สมการ (b) เปนสมการทมความแมนยาครอบคลมตลอดชวงของการวด ซงสมการการคานวณสาหรบ Palmer - Bowlus flumes ทมขนาดและมตตามมาตรฐาน ไดแกตอไปน
เมอ H = Head หนวย ฟต, Q = อตราการไหล หนวย ลกบาศกฟตตอวนาท
4” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 1.73 x (H + .00588)1.9573 หรอ
(b) Q = -0.000491374 + 0.052219H + 1.815283H2 - 3.352818H3 + 7.682511H4 + 79.0388H5 +113.3232H6 - 2711.151H7 +5131.661H8
6” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 2.071 x (H + .005421)1.9025 หรอ
(b) Q = -0.000252012 + 0.051932H + 2.872653H2 - 5.988129H3 + 5.207215H4 + 69.2287H5 -89.3457H6 - 348.922H7 + 572.806H8
14-48
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
8” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 2.537 x (H + .0 1456)1.9724 หรอ
(b) Q = -0.002211174 + 0.144056H + 2.644594H2 - 2.468403H3 + 1.537941H4 + 18.920840H5+4.9486H6 - 123.611H7 + 119.943H8
10” Palmer-Bowlus: (a) Q = 2.843 x (H + .01610)1.9530 or (b) Q = -0.002568036 + 0.157007H + 3.717063H2 - 7.279155H3 +
12.957680H4+10.044620H5 - 30.7575H6 - 3.989H7 + 20.724H8 12” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 3.142 x (H + .017)1.9362 หรอ
(b) Q = +0.001285249 + 0.160814H + 4.074878H2 - 4.868885H3 + 5.194802H4 + 5.391436H5 - 2.3493H6 - 15.932H7 + 11.682H8
15” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 3.574 x (H + .01682)1.9062 หรอ
(b) Q= -0.005446241 + 0.321892H + 3.703519H2 - 1.430430H3 + 2.165814H4-10.406070H5 + 32.1713H6 - 36.007H7 + 13.225H8
18” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 3.988 x (H + .01875)1.8977 หรอ
(b) Q = +0.010862620 + 0.005188H + 6.702144H2 - 7.621502H3 + 5.159058H4 + 3.082969H5 -1.4116H6 - 3.676H7 +1.957H8
21” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 4.223 x (H + .039)1.9619 หรอ
(b) Q = -0.027504770 + 0.689056H + 4.144363H2 - 1.761823H3 + 1.672703H4 - 0.342789H5 + 1.6492H6 - 2.110H7 + 0.656H8
24” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 4.574 x (H + .0408)1.9497 หรอ
(b) Q = - 0.002225281 + 0.420895H + 5.930978H2 - 3.470244H3 + 0.746696H4 + 3.182714H5 - 2.1110H6 + 0.058H7 + 0.141H8
27” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 4.97 x (H + .038) 1.9269 หรอ
(b) Q = - 0.009705140 + 0.354086H + 6.791781H2 - 3.986792H3+ 1.071059H4+ 2.255546H5 - 1.3530H6 - 0.005H7 + 0.084H8
30” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 5.022 x (H + .0625)1.9663 หรอ
(b) Q = -0.200116800 + 2.238534H + 2.207354H2 + 1.185735H3 + 0.374370H4-0.386049H5 + 0.2800H6 - 0.168H7 + 0.033H8
14-49
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
36” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 5.462 x (H + .08)1.991 หรอ
(b) Q = -0.084205270 + 1.359937H + 5.845147H2 - 1.647873H3 + 0.509795H4 + 0.413952H5 - 0.0570H6 - 0.105H7 + 0.0261H8
42” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 6.12 x (H + .078)1.9628 หรอ
(b) Q = - 0.083333500 + 1.431028H + 7.047561H2 - 2.475667H3 + 1.037684H4+0.102303H5 - 0.0446H6 - 0.035H7 + 0.008H8
48” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 6.626 x (H + .085)1.9586 หรอ
(b) Q = - 0.053395340 + 1.441452H + 7.813287H2 - 2.012471H3 + 0.265820H4+0.384576H5 - 0.0875H6 - 0.020H7 + 0.005H8
60” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 7.183 x (H + .126)1.9833 หรอ
(b) Q = -0.614242800 + 4.007510H + 6.591763H2 - 1.186873H3 + 0.318855H4 + 0.215911H5 - 0.0987H6 + 0.012H7 - 0.000H8
72” Palmer-Bowlus:
(a) Q = 7.839 x (H + .155)1.9871 หรอ
(b) Q = - 0.358481400 + 3.418848H + 8.675141H2 - 1.269805H3 + 0.156454H4+0.085580H5 - 0.0048H6 - 0.005H7 + 0.001H8
14.10.2 การพฒนาปรบปรงดดแปลง Palmer - Bowlus flumes
Leopold-Lagco Flume เปนรางวดนาทปรบปรงสวนบบตวดานขางของ Palmer -
Bowlus flumes จากเปนลาด 2:1 เปนกาแพงแนวตง ดงแสดงใน รปท 14-37
รปท 14-37 แสดงรปแบบและมตของ Leopold-Lagco Flume
14-50
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.11 RBC Flume
RBC Flume นนไดพฒนาขนมาในป 1980 โดย Marinus Bos (International
Institute for Land Reclamation and Improvements), John Repolge และ Albert
Clemmens (U.S. Water Conservation Laboratory) สาหรบวดอตราการไหลนอย ๆ ในรองค และทางนาเลก ๆ ทมความลาดเทนอยกวา 1% โดยไดใชลกษณะรปแบบของ Trapezoidal
long-throat flume กบ Palmer-Bowlus flume มาเปนรปแบบ มการกาหนดขนาดโดยความกวางของชวงคอ ทมขนาดระหวาง 50 ม.ม. ถง 200 ม.ม. มมตของแตละขนาดกาหนดไวเปนมาตรฐาน
รปท 14-38 แสดง RBC Flume สาเรจรปแบบหนง สวนรปท 14-39 แสดงรปแบบและ
มตของ RBC Flume
รปท 14-38 RBC flume ทผลตเชงการคาแบบหนง
14-51
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-39 รปแบบ มต ของ RBC flume
14-52
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
การวดอตราการไหลผาน RBC flume
RBC flume กเหมอนรางวดนาประเภทอนๆ ทการคดอตราการไหลจะใชคาทไดจากการCalibration มาสรางเปน Calibration table หรอ Calibration Curve หรอสรางสมการการคานวณอตราการไหล ของรางแตละขนาดหรอแตละตว โดยลกษณะการไหลใน RBC flume แสดงในรปท 14-40
รปท 14-40 ลกษณะการไหลใน RBC flume
ตวอยาง RBC flume รน 13.17.02 หรอ 13.17.02 RBC flume ทผลตโดยEijkelkamp Agrisearch Equipment ขนาดคอกวาง 10 ซ.ม. มมตตามมาตรฐาน RBC
flume ม Calibration Curve ดงแสดงใน รปท 14-41
รปท 14-41 Calibration Curve ของ13.17.02 RBC flume
14-53
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตวอยางสมการการคานวณปรมาณนาไหลผาน 13.17.02 RBC flume
0665.0SH01569.0SH000626.0SH07E7Q 12
13
1
เมอ Q = อตราการไหล (ลตร/วนาท) SH1 = Head ดานเหนอนาทวดจากผวนาถงสนของฝายหรอยกพน (ม.ม.)
14.12 รางวดนาแบบทอกลม (Circular flume)
เปนรางวดนาทมรปแบบงาย ๆ สรางไดเองในราคาทถกมาก ๆ ออกแบบโดย Zohrab
Samani (ผรวมออกแบบ S-M flume) ลกษณะรปแบบดงแสดงในรปท 14-42 ซงประกอบดวยทอ 2 ทอน 2 ขนาดมาประกอบกน ทอทอนใหญเปนตวราง ทอทอนเลกตดตงขวางกลางรางในแนวดงเพอทาหนาทบบหนาตดการไหล ทาใหลกษณะการไหลเปนดงรปท 14-43 โดยทอทอนใหญมขนาดเสนผาศนยกลางภายในเปน 3 เทาของทอทอนเลก (หรอเทยบสดสวนเสนผาศนยกลางภายในทอใหญ กบเสนผาศนยกลางภายนอกทอเลก ระหวาง 0.25 ถง 0.32) เรยกขนาดของรางวดนาตามขนาดของทอทง 2 ขนาด ความยาวของทอทอนใหญทเปนรางกบทอทอนเลกขนกบขนาดของราง ทอทอนใหญทเปนรางจะเปดชองดานบนเพอใหสามารถอานระดบนาจาก Gauge ทตดไวทดานทายนาของทอทอนเลกได รางวดนาชนดนเรยกวา รางวดนาแบบทอกลม (Circular flume) เหมาะกบการใชวดปรมาณนาในรองนาและคนา
รปท 14-42 ลกษณะของ Circular flume มองจากดานหนาหรอดานเหนอนา
14-54
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-43 ลกษณะการไหลใน Circular flume
ในเบองตนไดออกแบบ Circular flume ไว 4 ขนาด การเรยกขนาดของรางวดนาชนดนเรยกตามขนาดของทอทง 2 ขนาดทอาจใชทอ PVC ทอเหลก หรอใชเหลกแผนมาขนรป ไดแก 6x2 นว, 12x4 นว, 18x6 นว และ32x12 นว ซงแบงไดเปน 2 กลม คอ
1) ใชกบรองคขนาดเลกมอตราการไหลนอยกวา 100 แกลลอนตอนาท (GPM)
ใชรางขนาด 6x2 นว โดยใชทอ PVC 6 นวเปนรางยาว 2 ฟต และใชทอ PVC 2 นวทอแกนตงภายในรางยาว 2 ฟต ตดตงทอเลกโดยเจาะทอใหญดานหนงทระยะ 1.5 ฟต โดยใหดานทยาวกวานเปนดานเหนอนา ตดตงทอเลกกบทอใหญใหอยในแนวศนยกลางทอใหญและไดฉากใน 2 แกน มนปลายทอเลกใหรบกบสวนโคงดานในของทอใหญพอดตดกาวใหแนน และเปดชองดานบนของทอใหญดานทยาวกวาจากทอเลกเพอใหสามารถอานระดบนาจาก Gauge ทตดกบทอเลกไดสะดวก ตดตง Gauge (ไมบรรทดขนาดเลก) ความยาวเปนนว ใหระยะ 0 อยทผวดานในของทอใหญพอด
2) ใชกบรองคทมอตราการไหลมากกวา 100 GPM
ใชรางขนาดทใหญกวาคอ 12x4 นว, 18x6 นว และ32x12 นว สวนจะใชขนาดใดอาจพจารณาจากขนาดของคและอตราการไหลสงสดทรางแตละขนาดจะตรวจวดไดจาก Calibration
table จาก ตารางท 14-22 ตารางท 14-23 และ ตารางท 14-24 โดยใชทอใหญยาว 4 ฟต ทอเลกใหยาวกวาขนาดเสนผาศนยกลางทอใหญพอสมควร เจาะทอใหญเพอตดตงทอเลกแนวตงทระยะ 3 ฟตของทอใหญทดานยาวจะเปนดานเหนอนา การตดตง การเจาะชองเหนอทอใหญการตดตงบรรทดวดระดบนาทาเหมอนกรณแรกทกลาวแลวทกประการ ทงนกรณทอขนาดใหญอาจใชแผนโลหะมาขนรปใหไดขนาดตามตองการกได
14-55
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.12.1 การตรวจวดอตราการไหล
นาเครองมอไปตดตงในรองคใหอยในตาแหนงแนวเหนอนาทายนาใหถกตอง
โดยตดตงใหทอใหญวางไดแนวระดบ
การตรวจวดใหอานคาความลกของนาจากบรรทดไมทตดไวกบทอเลกซงเปนระดบนาดานเหนอนาในทอ แลวไปเทยบอตราการไหลจาก Calibration table
จาก ตารางท 14-21 ตารางท 14-22 ตารางท 14-23 และ ตารางท 14-24 ใหตรงกบขนาดของราง คาจากตาราง ความลกของนาเปน นว อตราการไหลเปน แกลลอนตอนาท (เพอความสะดวกอาขดดแปลงคาอตราการไหลในตารางใหเปนหนวย SI)
[ 1 GPM = 0.0630 ลตร/วนาท = 0.000063 ลบ.ม./วนาท] 14.12.2 Submergence ratio
รางวดนาแบบทอกลม (Circular flume) นสามารถวดอตราการไหลในยาน Free flow
โดยมคา Submergence ratio (ระดบนาดานทายนา:ระดบนาดานเหนอนา) ไดไมเกน 0.85
ตารางท 14-21 Calibration table ของ Circular flume ทอ PVC ขนาด 6x 2 นว
14-56
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-22 Calibration table ของ Circular flume ทอ PVC ขนาด 12 x 4 นว
ตารางท 14-23 Calibration table ของ Circular flume ทอ PVC ขนาด 18x 6 นว
14-57
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
ตารางท 14-24 Calibration table ของ Circular flume ทอ PVC ขนาด 36x 12 นว
14-58
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
14.13 รางวดนาทพฒนาจากการดดแปลงปรบปรงรางวดนาอนๆ
14.13.1 Montana Parshall flume
เปนการพฒนาดดแปลง Parshall flume เพอใหมความเหมาะสมในการใชงานใหเหมาะกบลกษณะของทางนา โดยตดทางผายออก (Diverging section) ทอยทายสวนคอออก ใชวดปรมาณนาของการไหลทเปน Free flow เรยก Montana Parshall flume
รปท 14-44 แสดงรปแบบและมตของ Montana Parshall flume
คอ Parshall flume ตด Diverging section ออก
14.13.2 Montana cutthroat flume
เปนการดดแปลง Cutthroat flume โดยตดทางผายออก (Diverging
section) ทอยทายสวนคอคอดออก ใชวดปรมาณนาของการไหลทเปน Free flow เรยกวา
Montana cutthroat flume
รปท 14-45 แสดงการตดตงใชงาน Montana Cutthroat flume
14-59
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปท 14-46 แสดงรปแบบและมตของ Montana Cutthroat flume
นอกจากนยงมรางวดนาอกหลายแบบทพฒนาขนมาใหมทไมไดนามานาเสนอในทน แตสวนใหญจะมคณสมบตทางชลศาสตรทไมตางไปจากรางวดนาตนแบบ แตมความเหมาะสมในการใชงานมากขนกวาของเดม อาจประหยดคาใชจายในการสราง การตดตงหรอการตรวจวดทาไดงายขน ซงทกแบบมกจะมคา Calibration table หรอ Calibration curve หรอสมการการคานวณโดยเฉพาะของแตละตวเสมอ
---------------------------------------------
บทท 15
การสอบเทยบ (Calibration) อาคารชลศาสตร และเครองมอตรวจวดปรมาณนา
บทท 15
การสอบเทยบ (Calibration)
อาคารชลศาสตร และเครองมอตรวจวดปรมาณนา
• การไหลของนานนเปนการไหลใน 2 ระบบใหญๆ คอ
1) การไหลในระบบทางนาเปด กรณแรกเกดจากนาผวดนเพมปรมาณรวมตวกนแลวไหลจากทางนาขนาดเลกไปสทางนาทใหญขน ทงทเปนทางนาทเกดขนเองตามธรรมชาตและทมนษยสรางขนไดแก รองนา คนา คลอง ลาธาร หวย แมนา กรณทสองเปนการไหลออกจากแหลงกกเกบนาทไดสรางขน ไดแก ทานบ อางเกบนา เขอน ฝายทดนา ประตระบายนา ทมทงระบายลงสทางนาผานทางอาคารควบคมชนดตาง ๆ ทเปนอาคารหลกของหวงาน คอ ฝาย ประตระบาย ทอระบายนา ฯลฯ และการไหลหรอการระบายในระบบสงนาและระบบระบายนา
2) การไหลในระบบทอ
• การตรวจวดคานวณอตราการไหลหรอปรมาณนา เพอใหรวามนาไหลผานจดทตรวจวดในระบบดงกลาวนนเปนปรมาณเทาใดทาไดหลายวธ
1) ในระบบทอปดทเปนการไหลภายใตแรงดน นอกจากการคานวณโดยใชหลกการชลศาสตรการไหลในระบบทอทเกยวของกบแรงเสยดทานแลว อาจใชเครองมอตรวจวดเปนการเฉพาะไดแก Venturi meter, Nozzle meter, Orifice meter, Pitometer (Pitot
tube และ Prandtl tube), Rotameter, เครองมอวดอเลคทรอนคส, มาตรวดนา ฯลฯ
2) ในระบบทางนาเปด มการตรวจวดหลายรปแบบไดแก 2.1) การคานวณวธ Slope-Area method โดยอาศยหลกการทางชล
ศาสตรของการไหลในทางนาโดยตรง หรอการใชสมการ Q = (1/n) A R 2/3 S ½
2.2) การใชอปกรณและเครองมอตรวจวดอตราการไหล ซงมทงเครองมอวดกระแสนาเชงกล เครองมอวดกระแสนาอเลคทรอนคส ฝายวดนา รางวดนา การตวง ทนลอย ฯลฯ
ทงนจะรวมถงอปกรณและเครองมอตรวจวดระดบนาซงจะสมพนธกบการวดอตราการไหลดวย 2.3) การตรวจวดโดยวธพเศษ ไดแก การใชส สารเคม ฯลฯ
15-2
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
2.4) การคานวณการไหลผานอาคารควบคม ไดแก ฝายหรอทางระบายนาลน ประตระบาย ทอระบายนา ฯลฯ
• เมอพจารณาในสวนของการตรวจวดดวยเครองมออปกรณ และอาคารควบคม ซงจะมองคประกอบสาคญของแตละสงไดแก ตวเครองมออปกรณและอาคารควบคม ทประกอบดวย รปรางรปทรงหรอขนาดมต วสดทใชสราง คณสมบตเฉพาะ (Specification) ในการใชตรวจวด ไดแก (ก) คาสอบเทยบอตราการไหลทอาจเปนตารางหรอกราฟหรอสมการของอปกรณเครองมอ
(ข) คาสมประสทธของการไหล สมการใชในการคานวณ ตารางหรอกราฟอตราการไหลของอาคารควบคม การควบคม ทประกอบดวย หลกเกณฑ, วธการขนตอน, คามาตรฐานและสภาพแวดลอม ทกาหนดไวจาเพาะเจาะจงเฉพาะตว
ถาไมคานงถงตวผตรวจวด องคประกอบดงกลาวจะมความเกยวเนองสมพนธกน หากองคประกอบหนงองคประกอบใดเปลยนแปลงไปจากเดม จะสงผลกระทบตอองคประกอบอนๆ ดวย ทงนหากองคประกอบทกอยางไมครบถวนสมบรณมสวนหนงสวนใดชารดบกพรองหรอมการเปลยนแปลงไปจากเดม การตรวจวดกจะไมถกตองมความผดพลาดเกดขน การแกปญหาความผดพลาดทเกดขนดงกลาวทาไดโดยการปรบปรงคาความสมพนธระหวางองคประกอบตางๆ เหลานนขนมาเปนคาใหม เพอใหการตรวจวดปรมาณนาถกตองดงเดม กระบวนการในการตรวจสอบความถกตอง ดวยการเปรยบเทยบกบคาจรงทถกตองของสงทถกวดเรยกวา การสอบเทยบ (Calibration) นอกจากนอาจเรยกอยางอน เชน การปรบเทยบ การเปรยบเทยบ การสอบวด
15.1 การสอบเทยบอปกรณและเครองมอตรวจวดอตราการไหล
อปกรณและเครองมอวดตางๆ นนอาจเกดการชารดบกพรองขนได ดวยสาเหตตอไปน
1) ขาดการดแลบารงรกษาหรอดแลบารงรกษาไมถกตองตามขอแนะนา 2) การเสอมสภาพจากการใชงาน เกดการชารดสกหรอของชนสวนอปกรณตามปกต 3) การชารดจากการตก การกระแทก 4) การเสอมสภาพตามอาย ไดแก การเสอมสภาพของวสดทใชผลต , เครองมออเลคทรอนคสทอปกรณภายในบางอยางจะเสอมสภาพตามระยะเวลาแมไมคอยไดใชงานเครองมอนนกตาม 5) การถอดชนสวนอปกรณเครองมอแลวประกอบกลบไมถกตองครบถวนไดดงเดม
6) เครองมออเลคทรอนคสตกนา
15-3
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
อปกรณและเครองมอวดตางๆ นนจะมการสอบเทยบ เมอไดใชงานไปถงระยะเวลาทกาหนดไว หรอเมอไดพบวาเกดการชารด หรอสงสยวาอาจเกดการชารดเสยหายกบอปกรณ เครองมอ เชน กรณทาตกหรอกระแทก แลวแตกหก บดงอ หรอพบวามคณลกษณะบางอยางตางไปจากเดม
การซอมแซมและการสอบเทยบอปกรณเครองมอวดควรทาโดยผมความชานาญ โดยการสอบเทยบอปกรณและเครองมอตางๆ นนมกตองทาในหองปฏบตการทางชลศาสตรทตองใชอปกรณและเครองมอทมความถกตองแมนยามาตรวจวดเพอเปรยบเทยบ ตองใชเวลามาก จงควรสงไปซอมแซมหรอสอบเทยบกบหนวยงานทมบรการดานนหรอสงผผลตโดยตรง 15.2 การสอบเทยบอาคารชลศาสตร
อาคารชลศาสตรทกชนดทกประเภทสามารถตรวจวดคานวณอตราการไหลผานตวอาคารนนได เพราะในการออกแบบตองใชหลกการทางชลศาสตรเพอกาหนดขนาดมตอาคารใหเหมาะสมกบปรมาณนาสงสดทจะไหลผานไปไดเพยงพอ โดยไมทาใหเกดผลกระทบตอสวนอน ๆ ของระบบนน ๆ แตในทางปฏบตจะมการตรวจวดคานวณเฉพาะจากอาคารทใชควบคมปรมาณนา อาคารททาหนาทวดปรมาณนา และอาคารทมความสาคญทกาหนดใหตองมการตรวจวดปรมาณนาไหลผานเทานน อาคารชลศาสตรทมการตรวจวดปรมาณนาไดแก
1) ในทางนา เชน คลอง หวย แมนา 2) ฝาย หรอทางระบายนาลน
3) ประตระบายนา 4) ทอระบายนา ทใชควบคมปรมาณนาในระบบสงนาและระบบระบายนา 5) อาคารวดปรมาณนา เชน ฝายวดนา รางวดนา (Flume)
การสอบเทยบอาคารชลศาสตรในเบองตนทาใหทราบวาอาคารมคณสมบตทางชลศาสตร ไดแกคาสมประสทธของการไหลเปลยนไปจากคาทใชในการออกแบบหรอไม ถาพบวาเปลยนแปลงกตองทาการสอบเทยบอยางเปนระบบเพอใหไดคาสมประสทธของการไหลทถกตองมาใชในการคานวณปรมาณนา ซงทาใหสามารถวางแผนและตดตามผลการสงนาหรอระบายนาไดอยางถกตอง ซงถาคาสมประสทธของการไหลเปลยนแปลงลดตาลงมาก ๆ ซงจะสงผลกระทบตอการใชงานอาคารนน กจะไดพจารณากาหนดแนวทางในการซอมแซมปรบปรงแกไขอาคารนนตอไป หรออาจกลาวไดวา การสอบเทยบเปนดชนตรวจวดวาถงเวลาปรบปรง ซอมแซมโครงการแลวหรอยง
15-4
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
15.2.1 สาเหตสาคญททาใหตองสอบเทยบอาคารชลศาสตร
1) การกอสรางทตางไปจากการออกแบบ
การออกแบบเพอกาหนดรปแบบ ขนาด มตของอาคารชลศาสตรชนดตาง ๆ ตลอดจนการคานวณอตราการไหลผานอาคารชลศาสตรนน สวนใหญเปนผลทไดจากการศกษาทดลองในหองปฏบตการชลศาสตรโดยการใชแบบจาลอง แลวนาผลการศกษาทเชอถอไดนนมากาหนดเปนคามาตรฐานตาง ๆ ทใชในการออกแบบ และกาหนดสมการ คาตวแปรทเกยวของ เชนคาสมประสทธของการไหล เปนตน เพอใชคานวณอตราการไหลของอาคารนน
ในการกอสรางถาสามารถกอสรางไดถกตองครบถวนสมบรณตามรปแบบ ขนาด มต ทกาหนดไวในมาตรฐานขอกาหนดทกประการ การคานวณอตราการไหลกสามารถใชคาตวแปรตาง ๆ ตามมาตรฐานกาหนดมาใชคานวณไดเลย แตในทางปฏบตอาจไมสามารถสรางไดเหมอนดงทกลาวขางตน ดงนนถานาคาตวแปรตามคามาตรฐานมาใชในการคานวณกจะมความผดพลาดเกดขนไดมาก จงมความจาเปนตองสอบเทยบเพอหาคาตวแปรทเปนคาจรงทถกตองซงเปนคาเฉพาะตวของอาคารนนมาใช
2) สภาพแวดลอมทางภมศาสตรของอาคาร
2.1) กรณอาคารชลศาสตรทกอสรางใหม จะเหนไดวาผลการศกษาและขอกาหนดทเปนมาตรฐานในการออกแบบและการคานวณอตราการไหลตามทกลาวในขอ 1) จะทาในหองปฏบตการทางชลศาสตรโดยใชแบบจาลอง ถาเปนผลการศกษาทดลองในรางนาทไมไดจาลองสภาพแวดลอมของพนทจรงดวย กยอมมความแตกตางผดพลาดจากสภาพจรงอยางแนนอนจงมความจาเปนอยางยงตองทาการสอบเทยบอาคารนนกอนเสมอ หรอถาศกษาทดลองภายใตการสรางสภาพแวดลอมทางภมศาสตรจาลองของพนทจรง ผลทไดแมจะยอมรบกนวามความผดพลาดอยในเกณฑทยอมรบได กยงคงตองสมสอบเทยบเพอยนยนความถกตอง 2.2) กรณอาคารชลศาสตรทไดมการสอบเทยบแลว หากเวลาลวงเลยไปถาสภาพแวดลอมทางภมศาสตรในบรเวณของอาคารมการเปลยนแปลงไปมาก เชน เกดการตกจมของตะกอน กรวด ทราย, ทางนาหรอพนทเกดการกดเซาะ, มตนไมขนปกคลม, มการกอสรางอาคาร สงปลกสราง ฯลฯ กมความจาเปนตองสอบเทยบอาคารนน
3) การเปลยนแปลง เสอมสภาพ ชารดเสยหายของตวอาคาร
เมอใชงานอาคารไปนานๆ ยอมเกดการเสอมสภาพของวสดทใชกอสราง,โครงสรางชารดเสยหาย, เกดการทรดตว หรอมการซอมแซมปรบปรงททาใหสภาพของอาคารตางไปจากเดม ยอมมความจาเปนตองสอบเทยบอาคารนนเพอใหทราบคาสมประสทธการไหลทถกตอง
15-5
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
15.2.2 หลกการสอบเทยบอาคารชลศาสตร
การหาอตราการไหลผานอาคารชลศาสตรนน จะวดความลกของนาดานเหนอนาของอาคารในตาแหนงทกาหนดแลวนามาหาคา ซงทาได 2 รปแบบคอ (1) การคานวณโดยใชสมการและคาสมประสทธการไหลของอาคารนน ๆ (2) การนาคาระดบนามาเทยบหาอตราการไหลจาก H-Q table หรอ Calibration table ทเปนผลจากการสอบเทยบทไดจดทาเอาไวกอนหนา ดงนนการสอบเทยบจงตองพจารณาจาก 2 รปแบบดงกลาว
1) สอบเทยบคาสมประสทธการไหลของอาคาร เปนการเปรยบเทยบคาอตราการไหลทไดจากการคานวณของอาคารนน (ดวยสมการ ทใชคาสมประสทธของการไหลซงเปนคาทใชในการออกแบบ หรอคาทไดจากการสอบเทยบในครงกอน) กบอตราการไหลผานอาคารทตรวจวดไดจรง (ดวยการใชเครองมออปกรณและวธการทเหมาะสมตรวจวดดานทายนาของอาคารนน) วามความแตกตางกนหรอไมอยางไร แลวนาผลการเปรยบเทยบดงกลาวมากาหนดหรอปรบคาสมประสทธการไหลใหเปนคาทถกตองเพอใชในการคานวณตอไป
2) การสอบเทยบผลจากการ Calibrate เดม เปนการตรวจสอบเปรยบเทยบอตราการไหลจาก H-Q table หรอ Calibration table (อาจนาไปทาเปน Rating curve หรอ H-Q curve หรอ Calibration curve แลวแตจะเรยก) ทไดจากการตรวจวดหรอสอบเทยบกอนหนาน กบคาอตราการไหลทไดจากการตรวจวดจรงในครงน 15.2.3 ขนตอนการสอบเทยบอาคารชลศาสตร
1) ตรวจสอบขอมลคณสมบตพนฐานของอาคารนน
อาคารนนใชมาตรฐานใดมาออกแบบ การคานวณอตราการไหลใชสมการและคาสมประสทธการไหลอยางไร รวมทงม Calibration table หรอ Rating curve หรอไมโดยขอมลขางตนอาจระบไวในแบบกอสราง หรออาจดไดจากรายการคานวณในการออกแบบ ทงนเพราะจะสามารถนามาใชเปรยบเทยบกบผลการสอบเทยบไดถกตอง และทาใหการสอบเทยบทาไดรวดเรว
2) การเลอกวธการสอบเทยบ
2.1) การสอบเทยบในพนทจรง 2.2) การสอบเทยบในหองปฏบตการโดยการใชแบบจาลองอาคาร ทอาจตอง
พจารณาวาตองจาลองสภาพทางภมศาสตรของอาคารดวยหรอไม วธนจะใชกรณทการสอบเทยบจรงในพนททาไมได
15-6
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
3) การกาหนดชวงหรอยานของการสอบเทยบ และจานวนการตรวจวดซา ชวงหรอยานของการสอบเทยบในทนหมายถงขอบเขตทจะตรวจวดอตราการ
ไหล ไดแก ชวงของระดบนาสงสดถงตาสดเปนเทาใด ระยะการเปดบานระบายเทาใดบาง ฯลฯ สวนจานวนการตรวจวดซาหมายถงจานวนครงทตองตรวจวดคาใด ๆ ทมคาตวแปรเหมอนกน เพอเปนการตรวจยนยนวาการตรวจวดมความถกตองเชอถอได
การสอบเทยบนนอาจไมจาเปนตองดาเนนการใหคลมตลอดชวงหรอยานของการใชงานอาคารนน เพราะหากผลการสอบเทยบสามารถยนยนไดวา คาสมประสทธของการไหล หรอคาอตราการไหลทตรวจวดไดจรงนน เมอเทยบกบคาทใชอยเดมมการเปลยนแปลงเพมขนหรอลดลงเปนสดสวนทคอนขางแนนอน กสามารถนามาพจารณาใชปรบปรงเปนคาใหมไดตลอดยานการใชงานโดยไมตองตรวจวดครบทงหมด
4) การเลอกเครองมออปกรณมาตรฐานทเหมาะสมเพอใชในการสอบเทยบ
ตองพจารณาเครองมออปกรณทมวา มความเชอถอได มความเหมาะสม มจานวนเพยงพอกบปรมาณงานทจะใชปฏบตงานครงนนหรอไม ทงนรวมถงมเจาหนาททมความชานาญเพยงพอดวย
กรณการสอบเทยบอาคารคอนขางใหญจะมปรมาณงานในการตรวจวดมาก จงตองเลอกชนดของเครองมอตรวจวดทเหมาะสม และมจานวนทเพยงพอซงรวมถงเจาหนาทดวย ยงถาจดทตรวจวดมอตราการเปลยนแปลงระดบนาเรวอาจตองใชเครองมอแบบอเลคทรอนคสทสามารถตรวจวดอตราการไหลไดโดยตรงททางานไดอยางรวดเรว
5) ทาการสอบเทยบตามวธทไดเลอกไว ในชวงหรอยานของการสอบเทยบทกาหนดไวตามมาตรฐาน หรอตามทไดวางแผนไว
6) รายงานผลการสอบเทยบ
การสอบเทยบเปนงานหรอกจกรรมทตองมการวางแผนลวงหนาโดยใชขอมลปจจยทเกยวของทกดานทอาจมการเปลยนแปลงหรอไมตรงตามทกาหนดหรอคาดหวงไวมาประกอบกน ผรบผดชอบตองมความมงมนทจะดาเนนการ
ในบางประเทศ เชน อเมรกา องกฤษ จะมมาตรฐานสาหรบการสอบเทยบอาคารชลศาสตรแตละชนดกาหนดเอาไวใหปฏบตวา จะตองสอบเทยบเมอใด ดวยขนตอนวธการอยางไร ซงสวนใหญจะวาจางบรษทหรอหนวยงานทมความเชยวชาญ (Outsource) มาดาเนนการสอบเทยบอาคารชลศาสตรตาง ๆ ทมจานวนมาก
15-7
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
15.3 การสอบเทยบอาคารชลศาสตรแตละชนด
รายละเอยดวธการขนตอนการสอบเทยบอาคารชลศาสตรแตละชนดนนมมาก จงขอแนะนาใหศกษาจากหนงสอ เอกสาร คมอ บทความ ทเกยวของโดยตรง ไดแก
1) คมอคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทานทสรางเสรจแลว. กรมชลประทาน. 2523. โดย ฉลอง เกดพทกษ และชยวฒน ขยนการนาว
2) เอกสารการฝกอบรมทใชในหลกสตรการคานวณปรมาณนา กรมชลประทาน เรยบเรยงโดย บญยง ปยะศรนนท ทประกอบดวย คมอทางดานเทคนคแบบเปรยบเทยบอาคาร, เอกสารการพฒนาสตรการปรบเทยบอาคาร, คมอแบบฟอรมสารวจนา, บทความสตรการหาพนทหนาตดชองเปดของทอแบบตางๆ ฯลฯ
3) การจดการนาในลมนาของประเทศไทย โดย ฉลอง เกดพทกษ
4) รายงานการสอบวดอาคารควบคมนาโครงการศกษาการจดการในลมนาเจาพระยา.
กรมชลประทาน. 2540. ฯลฯ
ในทนจะนาเสนอในสวนของประเดนทไมมการกลาวในหนงสอตาง ๆ ทสวนหนงเปนขอมลไดจากผมประสบการณในการสอบเทยบอาคารชลศาสตร ตอไปน 15.3.1 ทางนาธรรมชาต
โดยทวไปแลวทางนาธรรมชาตสายทสาคญไมวาจะเปนลาหวยหรอแมนา จะมการตดตงสถานวดปรมาณนาในตาแหนงทเหมาะสม ซงจะมการตรวจวดหลายรปแบบ ไดแก 1) สถานทมการสารวจเกบขอมลอตราการไหลเอาไวแลวสรางเปน H-Q table หรอ Rating curve เพอใชเทยบหาอตราการไหลจากคาระดบนาทตรวจวดโดยเจาหนาท
2) สถานลกษณะรปแบบแรก แตตรวจวดระดบนาโดยเครองมออตโนมตทรายงานขอมลผานระบบการสอสารทางไกลแทนเจาหนาท
3) สถานทตดตงเครองมอตรวจวดระดบนาและตรวจวดอตราการไหลตลอดจนตรวจวดขอมลอนๆ เชน คณภาพนา แลวรายงานขอมลผานระบบการสอสารทางไกล การตรวจวดอาจเปนแบบตามเวลาทกาหนด หรอตรวจวดตอเนองตลอดเวลา (Real time)
15-8
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
สงทตองคอยตดตามตรวจสอบ
1) การเปลยนแปลงสภาพแวดลอมทางภมศาสตร ไดแก เกดการกดเซาะพงทลาย เกดตะกอนตกจม ทาใหพนทหนาตดการไหลเปลยนแปลง จะเกดปญหากบสถานทใช H-Q table หรอ Rating curve เทยบหาอตราการไหล กรณเชนนตองสอบเทยบหาคาอตราการไหลใหม 2) การมสงปลกสรางปดขวางทางนา เชน การสรางทานบหรอฝายในตาแหนงทมอทธพลตอการตรวจวดของสถานวดนา กจะทาใหการตรวจวดผดพลาด ทพบบอยคอการสรางฝายปดกนดานทายนาของสถานตรวจวด ทาใหระดบนาถกทดขนสง การเทยบอตราการไหลจาก H-Q
table หรอ Rating curve จงมความผดพลาดมาก (ฤดแลงทไมมการไหลแลวแตระดบนายงอยสง) กรณนตองใชอตราการไหลทผานฝายแทน หรอยายจดตรวจวดใหพนจากอทธพลจากฝายดงกลาวออกไป
3) กรณใชการคานวณโดยตรงโดยใชสมการ Q = (1/n) A R 2/3 S ½ ตามวธ Slope-Area method ทคาตวแปร A คอพนทหนาตดการไหลของทางนา S คอลาดของทองทางนา และ n เปนคาสมประสทธความขรขระของทางนา มโอกาสเปลยนไปเนองจากการเปลยนแปลงสภาพทางภมศาสตรของพนททจดตรวจวด คาเหลานจงตองคอยตรวจสอบอยเสมอ
15.3.2 ประตระบายนา ฝายระบายนาทควบคมดวยบานระบาย (อาคารใหญทหวงาน)
การสอบเทยบในพนทจรงนนจะตองมการวางแผนในการดาเนนการไวลวงหนามาอยางดเพราะมตวแปรตาง ๆ มาเกยวของมากมาย ผสอบเทยบตองแกปญหาใหสอดคลองกบสถานการณและผลกระทบทจะเกดขนในขณะนน ซงอาคารหลกขนาดใหญทหวงานไดแก ประตระบายนา หรอฝายระบายนาทควบคมดวยบานระบาย จะเปนตวอยางไดเปนอยางดทจะนามาอธบาย ดงน
1) อาคารทควบคมดวยบานระบายจะมตวแปรสาคญทตองพจารณาซงจะมความสมพนธเกยวของกน ไดแก
1.1) ระดบนาดานเหนอนา ซงจะเกยวเนองกบความเพยงพอของปรมาณนาทเกบกกเอาไวดวย ตองคานงวาการระบายนาออกไปนน ตองมเหตมผลอนสมควร และตองไมกระทบตอปจจยอน ๆ ทจะกลาวถงตอไปดวย สวนการสอบเทยบเปนผลพลอยไดจากการระบายนาในชวงเวลานน เพราะการสอบเทยบอาคารขนาดใหญจะใชเวลาคอนขางมากซงตองมนาถกระบายออกไปจานวนมาก
15-9
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
1.2) ฤดกาลและความจาเปนในการระบายนา ในฤดฝนกอนชวงนาหลากมกมการพรองนา และมกการระบายนาสวนเกนในชวงนาหลาก หรอตองระบายนาเพอรกษาระบบนเวศนของทางนาหรอลมนา กรณเหลานลวนเปนระยะเวลาทเหมาะแกการสอบเทยบ 1.3) สภาพพนทดานทายนา ตองไมทาใหเกดผลกระทบไปทวมพนทดานทายจนเสยหาย หรอเกดนาทวมจนไมสามารถปฏบตงานสอบเทยบได 1.4) ชวงหรอยานการตรวจวดสอบเทยบ ไดแก ชวงของระดบนาดานเหนอนา กบชวงของระยะการเปดบานระบาย ตองกาหนดใหสอดคลองกบวตถประสงคและปจจยอนๆ เชน การระบายนาเพอสอบเทยบตองไมมากเกนกวาความจาเปนทตองระบายออกไป และทาใหเกดนาทวมพนทดานทายนา
2) การสอบเทยบไมจาเปนตองทาใหเสรจสมบรณตลอดชวงหรอยานการตรวจวดในคราวเดยว ตองพจารณาความเหมาะสมในดานตางๆ จากตวแปรตามขอ 1) ทกลาวแลว และไมจาเปนตองสอบเทยบใหคลมตลอดยานของระดบนาและทกระยะการเปดบาน เพราะในทางปฏบตแลวจะมการใชงานอาคารผานการควบคมในบางชวงหรอบางยานเทานน เชน การพรองนาลวงหนาและระบายนาออกเพอใหเกดความปลอดภยตอหวงานในชวงฤดฝนเมอมระดบนาอยในขอบเขตของชวงระหวางระดบนาเกบกกกบระดบนาสงสด และระยะเปดบานสงสดตองไมมากเกนไปจนทาใหเกดนาทวมพนทดานทายนา
15.3.3 ประตระบายนา ทอระบายนา (ในระบบสงนาและระบบระบายนา)
การสอบเทยบอาคารควบคมในระบบสงนาและระบบระบายนา ถาไมมปญหาเรองปรมาณนาทเกบกกไวจะสอบเทยบเมอไรกได แตมกดาเนนการเมอมการสงนา จะไดไมสญเสยนาไปโดยไมเกดประโยชน สามารถปรบระยะเปดบานคลมตลอดชวงหรอยานการสอบเทยบได ทงนตองไมเกดผลกระทบตอพนทเพาะปลกดวย
กรณทระบบสงนาและระบบระบายนาเปนคลองดาดคอนกรตไมใหญมาก การตรวจวดปรมาณนาอาจตรวจวดปรมาตรเทยบกบเวลา แทนการใชเครองมอวดนากได พจารณา รปท 15-1 โดยการใชกระสอบทรายปดกนเปนทานบในคลองดานทายอาคารเปนชวงๆ (ทานบ A,
B และ C) หางกนพอสมควรใหระดบหลงทานบตากวาระดบ Free board ของคลองประมาณ 5-10 ซ.ม. แตละชวงคอ A-B และ B-C จะใชวดปรมาตรของนา การตรวจวดใหวดระดบนาในแตละชวงกอน ชวง A-B วดระดบนากอนเปน d1 (ถายงไมมนา d1 = 0) จากนนเปดนาผานอาคารออกมา เรมจบเวลาเปน t1 เมอนาเรมลนขามทานบ A ออกไป เมอนาเขามาในชวง A-B พอสมควร
15-10
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
รปดานขาง
รปขยาย ชวง A-B
รปท 15-1 การตรวจวดอตราการไหลโดยการตรวจวดปรมาตรเทยบกบเวลา
แลว วดความลกเปน d2 พรอมกนกบอานเวลาเปน t2 เมอนาเพมระดบขนอกพอสมควรแลว วดความลกเปน d3 พรอมกนกบอานเวลาเปน t3 ทาลกษณะนจนระดบนาในชวง A-B ใกลถงระดบหลงทานบ A หรอ B จากนนไปตรวจวดในชวง B-C แบบเดยวกบทวดในชวง A-B ทกลาวขางตน
เมอระบายนาทขงอยออกไปกสามารถตรวจวดไดอก วธการตรวจวดนสามารถใชตรวจสอบอตราการสบนาของเครองสบนาไดเปนอยางด
เมอ Vd1 = ปรมาตรของนาคดจากความลก d1
Vd2 = ปรมาตรของนาคดจากความลก d2
Vd3 = ปรมาตรของนาคดจากความลก d3
t1 = เวลาทปรมาตรนาเปน Vd1
t2 = เวลาทปรมาตรนาเปน Vd2
t3 = เวลาทปรมาตรนาเปน Vd3
Q1-2 = อตราการไหลในชวงเวลา t1 - t2 Q2-3 = อตราการไหลในชวงเวลา t2 – t3
ดงนน Q1-2 = (Vd2 - Vd1)/( t2 - t1)
Q2-3 = (Vd3 - Vd2)/( t3 – t2)
หรอ [ Qn-(n+1) = (Vd(n+1) - Vdn)/( t(n+1) – tn) ]
15-11
หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8
15.3.4 ฝายระบายนาหรอทางระบายนาลน (ไมมบานควบคม)
ฝายระบายนาหรอทางระบายนาลน จะตรวจวดสอบเทยบเมอมนาลนขามสนออกไปโดยมสงทตองพจารณาคอ ทดานทายนาเกดนาทวมหรอมกระแสนารนแรงจนตรวจวดไมไดหรอไม โดยมชวงหรอยานการตรวจวดคอระดบนาเหนอระดบสนฝายสนฝาย ทงนปจจยสาคญททาใหอตราการไหลเกดการเปลยนแปลงไป คอ การตกจมของตะกอนหนาอาคาร และการมวชพชมาตดคางปกคลมพนดานเหนอนาและดานทายนาของอาคาร 15.3.5 อาคารวดนา ฝายวดนา และรางวดนา
กรณทางนามขนาดใหญอาคารวดนามขนาดใหญ อาจตรวจวดเมอมการสงนาจะไดไมเสยนาไปโดยเปลาประโยชน แตมขอควรพจารณาในกรณอตราการไหลนอย ๆ เครองมอวดกระแสนาทมอยสามารถตรวจวดไดหรอไม การสอบเทยบอาคารชลศาสตรนนจะเปนสงยากลาบากสาหรบผทเรมดาเนนการในครงแรก ๆ ดงนนจงตองเหนความสาคญในการสอบเทยบ มความมงมนตงใจทจะทาใหสาเรจ และสงทสาคญคอตองมผมประสบการณมความเชยวชาญคอยสนบสนนใหคาแนะนา ผบงคบบญชาตองใหความสาคญสนบสนนการอบรมใหความร สนบสนนเครองมอททนสมยททางานไดอยางมประสทธภาพ การดาเนนการจงจะประสบความสาเรจดวยด
-----------------------------------------------------------------------
บรรณานกรม
บรรณานกรม
กรมชลประทาน. 2553. อภธานศพทเทคนค ดานการชลประทานและการระบายนา ฉบบปรบปรง
พทธศกราช 2553. พมพครงท 2. กรงเทพมหานคร. บรษท อมรนทรพรนตงแอนดพบ ลชง จากด (มหาชน).
กญญา อนเกลยง, ปรญญา กมลสนธ และสมเกยรต อภพฒนวศว. 2539. การศกษาฝายสนกวางรป
ตวว (The V-Shaped Broad Crested Weir). กลมงานชลศาสตร สวนวจยและ
พฒนาดานวศวกรรม สานกวจยและพฒนา กรมชลประทาน. นนทบร.
กรต ลวจนกล. 2534. ชลศาสตร (Hydraulics). ภาควชาวศวกรรมโยธา คณะวศวกรรม
เทคโนโลยสถาบนเทคโนโลยราชมงคล วทยาเขตเทเวศร. กรงเทพฯบรษท ซเอดยเคชน จากด.
กรต ลวจนกล. 2539. วศวกรรมชลศาสตร Hydraulic Engineering เลมท 1. ภาควชา วศวกรรมโยธา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยรงสต. กรงเทพฯ. โรงพมพ มหาวทยาลยรงสต.
กรต ลวจนกล. 2539. วศวกรรมชลศาสตร Hydraulic Engineering เลมท 2. ภาควชา วศวกรรมโยธา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยรงสต. กรงเทพฯ. โรงพมพ มหาวทยาลยรงสต.
คณะทางานการศกษาศกยภาพเบองตน โครงการพฒนาฝายยาง. 2547. รายงานการศกษา
ศกยภาพเบองตนโครงการพฒนาฝายยาง. กรมทรพยากรนา กระทรวง
ทรพยากรธรรมชาตและสงแวดลอม. กรงเทพมหานคร.
ฉลอง เกดพทกษ และชยวฒน ขยนการนาว. การสอบเทยบปรมาณนาผานอาคารชลศาสตรใน
โครงการชลประทานนาอน. ภาควชาวศวกรรมทรพยากรนา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. กรงเทพมหานคร.
ชยวฒน ขยนการนาว. 2545. วศวกรรมชลศาสตร Hydraulic Engineering. ภาควชา วศวกรรมทรพยากรนา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. กรงเทพมหานคร.
ชนวฒน พรหมมาณพ, นพคณ โสมสน และพยอม รตนมณ. 2551. การคานวณปรมาณนาผาน
ประตระบายนาเขอนปตตาน Calibration of Pattani Gated Spillway. บทความ. การประชมวชาการทางวศวกรรมศาสตรมหาวทยาลยสงขลานครนทร ครงท 6, 8-9
พฤษภาคม 2551.
บ-2
ชเกยรต ทรพยไพศาล. 2527. การไหลในทางนาเปด. ภาควชาวศวกรรมทรพยากรนา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. กรงเทพฯ, ฟสกสเซนเตอรการพมพ.
เชษฐพงศ นนททรรภ. การศกษาชลศาสตรการไหลดวยแบบจาลองทางกายภาพของฝายแลบบรนธ
แมรองนอย จงหวดลาพน. วทยานพนธ. ภาควชาวศวกรรมทรพยากรนา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. กรงเทพมหานคร
นพคณ โสมสน และ พเชษฐ วรณโชตกล. การคานวณปรมาณนาผานประตระบายนา เขอนปาสก
ชลสทธ Calibration of Pasak Gated Spillway. สานกอทกวทยาและบรหารนา, กรมชลประทาน. กรงเทพมหานคร.
ปราโมทย ไมกลด. 2524. คมองานเขอนดนขนาดเลกและฝาย. สมาคมศษยเกาวศวกรรม
ชลประทาน. นนทบร.
พงษศกด เสรมสาธนสวสด และ ประมาณ เสรมสาธนสวสด. กลศาสตรของของไหล FLUID
MECHANICS. โครงการตาราเรยนฟสกสเซนเตอร. กรงเทพฯ. สานกพมพฟสกส เซนเตอร.
วบลย บญยธกล. 2526. หลกการชลประทาน. ภาควชาวศวกรรมชลประทาน.หาวทยาลย
เกษตรศาสตร. กรงเทพฯ. โรงพมพเอเชย.
ศราวธ ฉนทวบลชย. คณลกษณะสาหรบทอคอนกรตเสรมเหลก และคอนกรตไมเสรมเหลก
(Specifications for Reinforced and Plain Concrete Pipe). บทความ
วชาการ. บรษท เจรญกจ เออาร จากด. นครสวรรค.
สนต ทองพานก. 2534. การไหลในทางนาเปด (Flow in Open Channel). ภาควชา วศวกรรมชลประทาน คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขต
กาแพงแสน. นครปฐม.
สรพล ชณหะวต. การออกแบบชลศาสตรฝายหยก (Hydraulic Design of Labyrinth Weir).
บทความวชาการ.
สวฒนา จตตลดากร. 2544. อาคารชลศาสตร เลม 2/2. ภาควชาวศวกรรมทรพยากรนา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. กรงเทพมหานคร.
บ-3
A. J. Aisenbrey, Jr. , R. B. Hayes, H. J. Warren, D. L. Winsett and R. B.
Young. 1978. Design of Small Canal Structures. United States
Department of The Interior, Bureau of Reclamation. Denver. Colorado.
A. J. Clemmens, T.L. Wahl, M.G. Bos and J.A. Replogle. 2001. Water Measurement with Flumes and Weirs. Publication 58. International Institute for Land Reclamation and Improvement / ILRI. The Netherlands.
A.D. Ghare, V.A. Mhaisalkar and P.D. Porey, An Approach to Optimal Design of Trapezoidal Labyrinth Weirs, World Applied Sciences Journal 3, IDOSI Publications, 2008.
D. B. Kraatz and I. K. Mahajan. 1982. Small Hydraulic structures, Irrigation and Drainage Paper 26/1. Second Printing. Water Resources Development and Management Service. Land and Water Development Division. Food and Agriculture Organization of The United Nations. ROME. BJÖRN MARGEIRSSON. 2007. Computational Modeling of Flow over a Spillway In Vatnsfellsstífla Dam in Iceland. Department of Applied Mechanics. CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY. Gothenburg. Sweden. D. B. Kraatz and I. K. Mahajan. 1982. Small Hydraulic structures. Irrigation and Drainage Paper 26/2, Second Printing. Water Resources Development and Management Service. Land and Water Development Division. Food and Agriculture Organization of The United Nations.
ROME.
Department of the Army. U.S. Army Corps of Engineers. 1992. HYDRAULIC DESIGN OF SPILLWAYS. Engineer Manual 1110-2-1603. Washington.DC.
Food and Agriculture Organization of The United Nations. 2001. Small dams and weirs in earth and gabion materials. ROME.
G. Peter. 1996. The discharge and run off calculation of weirs under the consideration of dynamic flows. Fachhochschule Magdeburg. Fachbereich Wasserwirtschaft Virchowstraße 24, 39104 Magdeburg. Fed. Rep. of Germany,
Gary P. Merkley. 2004. Irrigation Conveyance & Control: Flow Measurement & Structure Design, Lecture Notes BIE 5300/6300. Biological & Irrigation Engineering Department Utah State University. Logan. Utah.
H. Chanson. 1997. A Review of the Overflow of Inflatable Flexible Membrane Dams. Vol. CE39. No.2 and 3. Department of Civil Engineering. The University of Queensland. Australia.
H. Chanson. 1998. HYDRAULICS OF RUBBER DAM OVERFLOW : A SIMPLE DESIGN APPROACH. (Paper). Department of Civil
บ-4
Engineering. The University of Queensland. AUSTRALIA.
IRRIGATION TRAINING AND RESEARCH CENTER. ITRC Weir Stick. ITRC Report No. R 03-008. California Polytechnic State University. San Luis Obispo. California.
James R. Villemonte. 1947. Submerged-Weir Discharge Studies, Engineering News-Record. December 25, 1947.
Larry W. Mays, HYDRAULIC DESIGN HANDBOOK, McGraw-Hill, USA, 1999.
M. Hanif Chaudhry. 1981. Open-Channel Flow. New Jersey. Prentice-Hall. Inc.
M.G. Bos. 1989. Discharge measurement structures. Publication 20. Third revised edition. International Institute for Land Reclamation and Improvement/ILRI. The Netherlands.
Mahonri Lee Williams, J. Mohan Reddy and Victor Hasfurther. 1993. Calibration of Long Crested Weir Discharge Coefficient. Wyoming Water Resources Center. University of Wyoming. Laramie. Wyoming.
Mark Peterson and C.F. Cromwell, Jr.. 1993. Measuring Irrigation Water in a Ditch, Stream or Reservoir. Department of Agricultural Engineering. University of Missouri. MINISTÈRE DU DÉVELOPPEMENT DURABLE, DE L’ENVIRONNEMENT ET DES PARCS DU QUÉBEC. 2007. Sampling Guide for Environmental Analysis: Booklet 7 - FLOW MEASUREMENT METHODS IN OPEN CHANNELS. Centre d’expertise en analyse environnementale du Québec.
Ministry of Environment. Lands & Parks. Resources Inventory Branch. 1998. Manual of Standard Operating Procedures for Hydrometric Surveys in British Columbia, Version 1.1. Aquatic Inventory Task Force. Resources Inventory Committee. British Columbia.
Ministry of Environment, Science and Information Branch. 2009. Manual of British Columbia Hydrometric Standards. Version 1.0. Resources Information Standards Committee. British Columbia.
P. Novak, A.I.B. Moffat, C. Nalluri and R. Narayanan. 2004. Hydraulic Structures. Third Edition. Taylor & Francis e-Library.
Paulo C.F. Erbisti. 2004. Design of Hydraulic Gates. Krips The Print Force. Meppel. Netherland.
R. M. Khatsuria. 2005. Hydraulics of Spillways and Energy Dissipators. Marcel Dekker. New York. USA.
Redahegn (Redi) Sileshi. 2009. Flow Over a Crump Weir, (Paper). Water Resources Engineering Laboratory. Department of Civil Construction and Environmental Engineering.The University of Alabama. USA.
Rigo Philippe at al.. 2006. Design of Movable Weirs and Storm Surge Barriers. The PIANC- INCOM WG26. Brussels.
บ-5
S. E. RANTZ and others. 1983. Measurement and Computation of Streamflow : Volume 1. Measurement of Stage and Discharge. Second printing. Geological Survey Water-Supply Paper 2175. WASHINGTON. United States GovernmentT Printing Office.
S. E. RANTZ and others. 1983. Measurement and Computation of Streamflow : Volume 2. Measurement of Discharge. Second printing. Geological Survey Water-Supply Paper 2175. WASHINGTON. United States GovernmentT Printing Office
Science Applications International Corporation Environment and Health Sciences Group Idaho Falls, ID 8340. 2001. Performing Quality Flow Measurements at Mine Sites. Sustainable Technology Division. National Risk Management Research Laboratory. Cincinnati. Ohio.
Texas Department of Transportation. 2004. Hydraulic Design Manual. The
Design Division (DES). Texas.
Tricoli Dario. 2004. USE OF GABIONS IN SMALL HYDRAULIC WORKS. www.tricardi.it. ITALY.
U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center. 2002. HEC-RAS River Analysis System. Hydraulic Reference Manual Version 3.1. USA.
United States Department of The Interior, Bureau of Reclamation. 1987. Design of Small Dams. Third Edition. A Water Resources Technical Publication. USA.
United States Department of The Interior, Bureau of Reclamation. 2001. WATER MEASUREMENT MANUAL. Third Edition 1997 Revised Reprinted 2001. A Water Resources Technical Publication. USA.
Ven Te Chow. 1959. Open-Channel Hydraulics. USA. McGraw-Hill Inc.
Water, Air and Climate Change Branch Ministry of Water, Land and Air Protection Province of British Columbia. 2003. British Columbia Field Sampling Manual.
Zohrab Samani and Esteban Herrera. 1996. A Low-Cost Water Measuring Device. Guide M-226 PH-4-205. Department of Civil, Agricultural and Geological Engineering. College of Engineering. New Maxico State University.
Zohrab Samani, Henry Magallanez, Rhonda and Skaggs. 2006. A Simple Flow Measuring Device for Farms. New Mexico State University.
ภาคผนวก
ภาคผนวก
คาสงสานกชลประทานท 8 ท 10 /2554 วนท 25 กมภาพนธ 2554 ผ-1 เรอง แตงตงผบรหารการจดการความร (Chief Knowledge Officer หรอ CKO) และทมงานจดการความร (Knowledge Management Team หรอ KM Team) ของสานกชลประทานท 8 บนทกสวนวศวกรรมบรหาร สชป.8 ท วศบ.48/2554 วนท 24 มนาคม2554 ผ-3 เรองขออนมตแผนการจดการความรของสานกชลประทานท 8 ประจาป งบประมาณ พ.ศ. 2554 คาสงสานกชลประทานท 8 ท 18 /2554 วนท 26 เมษายน 2554 ผ-5 เรอง แตงตงคณะทางานสรางความรตามแผนการจดการความรของสานก ชลประทานท 8 ประจาปงบประมาณ พ.ศ. 2554 คาสงสานกชลประทานท 8 ท 28 /2554 วนท 6 มถนายน 2554 ผ-8 เรอง แตงตงคณะทางานดานพฒนาคลงความรของสานกชลประทานท 8 คาสงสานกชลประทานท 8 ท 29 /2554 วนท 6 มถนายน 2554 ผ-10 เรอง แตงตงคณะทางานดานการกลนกรองความรและตดตามการเผยแพร ความร คาสงสานกชลประทานท 8 ท 30/2554 วนท 6 มถนายน 2554 ผ-12 เรอง แตงตงคณะทางานดานคนหาความร
ผ-1
ผ-2
ผ-3
ผ-4
ผ-5
ผ-6
ผ-7
ผ-8
ผ-9
ผ-10
ผ-11
ผ-12
ผ-13