بناهای آبی

جلسه اول

طراحی مجاری انتقال آب با سطح آزاد

طرح سازه ای•

طرح هیدرولیکی• تعیین مسیر شکل مقطع

فرسایش پذیری بدنه سازه، شیب سرعت : طولی

نیازهای آبی پایین دست،طول ظرفیت :مسیر،تلفات

نقطه نظرهای بهره برداری و نگهداری :رسوب گذاری، افزایش تلفات، سیل گیری،

رانش زمین،جریان گل

معادالت پایه

معادله مانینگ•شعاع هیدرولیکی: R سرعت سیال:V دبی عبوری جریان- ظرفیت مجرا :Qمعادله پیوستگی• S:شیب خط انرژی n:ضریب زبری مصالح

:ادغام روابط مانینگ و پیوستگی

تلفاتشامل تلفات تبخیر و تلفات نشت می باشد.•% تلفات نشت 2تلفات تبخیر بطور متوسط •

میباشد.تلفات نشت بستگی به خصوصیات مکانیکی •

خاک و ضریب تراوایی دارد.محاسبه تلفات نشت•

قانون دارسی معادلهMorityاطالعات تجربی حاصل از دیگر پروژه ها

معادله دارسی

Kضریب تراوایی مصالح متخلخل بستر : iگرادیان هیدرولیکی :Aسطح بستر محیط متخلخل جریان :

* معادله دارسی بدلیل دشواری های مرتبط با نمیتواند نشت را با دقت بررسی کند.kتعیین

Morityمعادله

B ضریب تجربی که مقدار ان در سیستم : میباشد.0/2انگلیسی

C ضریب تلفات است که مقدار آن در سیتم : 24 فوت مکعب در 2/2 تا 0/34انگلیسی

ساعت از هر فوت مربع از سطح ترشده : سرعت جریانV: دبی عبوری از مجراQکانال است.

برآورد تلفات بر اساس نتایج تجربی پروژه ها

تلفات آب در هر یک میلیون متر مربع از

(m/s) شده سطح خیسنوع خاک بستر کانال

1/2- 0/9 رس های سیلتی غیر نفوذ پذیر

2/7-1/2 خاکهای سیلتی- رسهای سیلتی

3/6-2/7 سیلت ماسه ای و رس دار5/2-3/6 سیلتی- ماسه ای6/1-5/2 ماسه ای غیرچسبنده

7/8-7 شنی ماسه ای10/6-8/8 شنی متخلخل

مجاری مستطیلیسادگی محاسبات•فاقد اولویتهای اجرایی•عدم پایداری در طوالنی مدت•اجرا در مصالح سنگی دارای مقاومت برشی •

باال مانند بازالت و کنگلومرا و با استفاده از مواد منفجره با دامنه عمل محدود

مقاطع مثلثی شکل

در جمع آوری آبهای سطحی کاربرد دارند.•

مشکل آنها ظرفیت پایین انتقال آنهاست.•

تعیین شیب های جانبی

شیب شیروانی بایستی به اندازه ای باشد که:

باعث گسیختگی خاک نگردد.•تبخیر را به حداقل رساند.•

شیبی که دو هدف باال را برآورده سازد شیب بهینه خواهد بود.

شیcب جانبcی در کانالهایcی کcه درون زمیcن تندتر از •کانالهایی است که روی خاکریز حفر میشوند.

در کانالهای دارای ارتفاع آزاد شیcب جانبcی ناحیه •زیcر آcب ممکcن اسcت از شیcب جانبی ارتفاع آزاد

کمتر باشد.شیcب جانبcی زهکcش هcا بیشتر از کانالهای انتقال •

آب است.از • تندتر پوشش دار کانالهای جانبccی شیccب

پوشش باید به نحوی باشد که در کانالهای بدون پوشش است. مقابل فشار جانبی خاک مقاومت

کند.

S<=0/75

ضخامت پوشش میتواند یکنواخت درنظر گرفته شود.

S>0/75

کانال آب با پوشش بتنی S=1/5

شیب جانبی مناسب بcرای انواع مصالح بcسترافقی به یک

عمودینوع مصالح

1: 2/5-0 سنگی مقاوم1: 0/25 ورقه ورقه شده1: 0/75 سنگی با مالت سیمان

1: 1 رس متراکم1: 2 ماسه ای سست1: 3 بسیار سست

1: 1/5 لومی1: 1/25 شنی از نوع درشت1: 1/5 خاکی در کانالهایی

کوچک1: 1/5-1 بتنی در کانالهای

انتقال آب

ارتفاع آزادارتفاع آزاد بخشی از عمق مجراست که در باالتر از

تراز بیشینه آب در مجرا پیش بینی می شود.

تراز بیشینه ممکن است بدالیلی دارای نوساناتی باشد:ورود آبهای اضافی مثل جریانهای سیالبی•کاهش عمق ناشی از رسوبگذاری•بوجود آمدن امواج در اثر باد•پس زدگی احتمالی ناشی از عملکرد برخی سازه های •

هیدرولیکیبهره برداری موقت ناصحیح از کانال•پرش هیدرولیکی•افزایش عمق در نتیجه گذر از خمیدگی ها در •

سرعت های باالاثرات جذر و مد•

روش های محاسبه ارتفاع آزادTVRاستفاده از رابطه •

FB =0.3+ αyy : عمق جریان در مجرا

¼ =αFB =ارتفاع آزاد FBاستفاده از رابطه لیسی •

=0.2+ βQ1/3

0/15 =β

Q :ظرفیت طراحی مجرا

مشابه USBRاستفاده از گرافهای استاندارد •حاالت تعیین عمق

استفاده از رابطه برگرفته شده از مراجع هندی•

Yعمق طراحی جریان :FBارتفاع آزاد جریان :

c = 0.26 باشد Q=0.6اگر c = 0.76 باشد Q=85اگر

هرگاه جریان از انحناءc عبور کند رقوم سطح •آب در کناره خارجی انحناء افزایش میابد.

در این حالت با فرض جریان با سرعت •متوسط مقدار افزایش ارتفاع از رابطه زیر

بدست می آید.

∆ hتغییرات رقوم آب در عرض کانال :bعرض کانال : Rشعاع انحناء از محور کانال : gشتاب گرانش :

تعیین شکل مقطعبcا بیشینcه کردن شعاع هیدرولیکcی و اسcتفاده از رابطcه مانینگ •

بوجود ممکن ظرفیcت حداکثcر بcا مجرا از بهره گیری امکان می آید.

در این راستا شکل مقطع به سمت دایره ای میل میکند.•در • لوله( نیم دایره)نیcم مقاطcع دایره ای مقاطcع برتری بدلیcل

کانالهcا کاربرد یافتcه اسcت کcه در ایcن صورت کانال برای پایداری بایستی بتن یا بتن مسلح باشد.

نگهداری • و بهره برداری و اجرا ذوزنقه ای سccهولت کانالهای موجcب شده تcا ایcن شکcل مقطcع متداولتریcن شکcل در طراحی

کانالها باشند.با • تعییcن شیبهای شیروانcی بهینcه سcازی شکcل مقطcع: گامهای

پایداری مصcالح در اجرا، تعییcن عمق و بcه محدودیت های توجcه عرض مجرا

تعیین عمق و عرض مجرااستفاده از جداول تجربی•

استفاده از روابط ریاضی• مترمکعب بر ثانیه 15اگر دبی عبوری کمتر از

باشد از رابطه زیر استفاده میشود.

Q(m3/s) 15 30 85 150 300

Y(m) 1.7 1.85 2.3 2.6 3

USBR استفاده از گرافهای استاندارد•در این نمودارها تغییرات عمق جریان برحسب ظرفیت

عبوری نشان داده شده است. فوت مکعب بر ثانیه و 4000 تا 10تغییرات ظرفیت از فوت است.5 تا 0تغییرات عمق از

سرعت جریان در کانالتعییcن سcرعت مناسcب بجهcت تاثیcر آcن برهندسه بناهای •

آبی یکی از ضرورتهای اولیه طراحی میباشد.بدلیcل پیامدهای انتخاب سcرعتهای نcا مناسcب از قبیل •

رسcوبگذاری و فرسcایش شناخcت فرآیندهایcی کcه منجر به چنین پیامدهایی میشوند الزم است.

اگرچcه وجود مواد رسcوبی و برخcی ویژگیهcا بcا استفاده •از آزمایcش روی نمونcه هcا قابcل بررسcی اسcت ولی در کنترل قابل گاهcی پیامدهای مختلcف و عمcل شرایcط

نیست.نوع • رسوبی، بار بcه توجcه بcا بهینcه سcرعت انتخاب

مسایل مسcتقیم غیcر تاثیcر تحcت و انتخابcی مصcالح اقتصادی صورت میگیرد.

یcا سcرعت مجاز طبcق تعریcف سرعتی • بهینcه سcرعت اسcت کcه نcه موجcب رسcوبگذاری و فرسایش گردد و و اجرا در سرمایه گذاری های هزینccه همچنیccن

بهره برداری با انتخاب آن کمینه باشد.

از • استفاده طوالنcی آcب انتقال های سcیستم اول انتخاب مصcالح طبیعcی اسcت زیرا در اثcر برقراری سcرعت بهینcه تغییر

نکرده و اقتصادی نیز هستند.نه چندان • بcا ویژگcی سازه ای احداث پوشش های انتخاب دوم

قویاعتماد • قابل و گران قیمcت پوشش های احداث انتخاب سcوم

در کلیه شرایط بارگذاری سرعت بهینه جریان: Vساده ترین رابطه برای تعیین سرعت بهینه y :عمق جریان در مجرا c :ضریبی که تحت اثر ویژگی های بستر مجراست X :.معرف وضعیت جریان بجهت وجود مواد معلق در آب است

x=0.5 آبهای زالل x=0.64آبهای گل آلود

V=cyx

بر حسب نوع cمقادیر پیشنهادی برای ضریب •مصالح

دو روش دیگر برای برآورد سرعت بهینه عبارتند از:

تعیین سرعت جریان بر اساس بهترین مقطع •هیدرولیکی

تعیین سرعت جریان بر اساس مقطع •پایدارهیدرولیکی

C=0.56 خاکهای بسیار چسبنده و کلوئبدی

C=0.84 خاکهای نسبتا چسبندهC=0.92 خاکهای ماسه ای نسبتا

درشتC=1.01 خاکهای ماسه ای سیلتیC=1.09 خاکهای اصطکاکی- چسبنده

یا آبرفتی