بناهای آبی

1. بناهای آبی جلسه اول

2. طراحی مجاری انتقال آب با سطح آزاد • طرح سازه‌ای • طرح هیدرولیکی • تعیین مسیر • شکل مقطع • سرعت : فرسایش پذیری بدنه سازه، شیب طولی • ظرفیت: نیازهای آبی پایین دست،طول مسیر،تلفات • نقطه‌نظرهای بهره‌برداری و نگهداری: رسوب گذاری، افزایش تلفات، سیل‌گیری، رانش زمین،جریان گل

3. معادلات پایه • معادله مانینگ • معادله پیوستگی Q: دبی عبوری جریان- ظرفیت مجرا V: سرعت سیال R:شعاع هیدرولیکی S: شیب خط انرژی n: ضریب زبری مصالح ادغام روابط مانینگ و پیوستگی:

4. تلفات • شامل تلفات تبخیر و تلفات نشت می‌باشد. • تلفات تبخیر بطور متوسط 2% تلفات نشت میباشد. • تلفات نشت بستگی به خصوصیات مکانیکی خاک و ضریب تراوایی دارد. • محاسبه تلفات نشت • قانون دارسی • معادله Mority • اطلاعات تجربی حاصل از دیگر پروژه‌ها

5. معادله دارسی K: ضریب تراوایی مصالح متخلخل بستر i: گرادیان هیدرولیکی A: سطح بستر محیط متخلخل جریان * معادله دارسی بدلیل دشواری‌های مرتبط با تعیین k نمیتواند نشت را با دقت بررسی کند.

6. معادلهMority B: ضریب تجربی که مقدار ان در سیستم انگلیسی 0/2 میباشد. C: ضریب تلفات است که مقدار آن در سیتم انگلیسی 0/34 تا 2/2 فوت مکعب در 24 ساعت از هر فوت مربع از سطح ترشده کانال است. Q: دبی عبوری از مجرا V: سرعت جریان

7. برآورد تلفات بر اساس نتایج تجربی پروژه‌ها

8. مجاری مستطیلی • سادگی محاسبات • فاقد اولویتهای اجرایی • عدم پایداری در طولانی مدت • اجرا در مصالح سنگی دارای مقاومت برشی بالا مانند بازالت و کنگلومرا و با استفاده از مواد منفجره با دامنه عمل محدود

9. مقاطع مثلثی شکل • در جمع آوری آبهای سطحی کاربرد دارند. • مشکل آنها ظرفیت پایین انتقال آنهاست.

10. تعیین شیب‌های جانبی شیب شیروانی بایستی به اندازه‌ای باشد که: • باعث گسیختگی خاک نگردد. • تبخیر را به حداقل رساند. شیبی که دو هدف بالا را برآورده سازد شیب بهینه خواهد بود.

11. شیب جانبی در کانالهایی که درون زمین تندتر از کانالهایی است که روی خاکریز حفر میشوند. • در کانالهای دارای ارتفاع آزاد شیب جانبی ناحیه زیر آب ممکن است از شیب جانبی ارتفاع آزاد کمتر باشد. • شیب جانبی زهکش ها بیشتر از کانالهای انتقال آب است. • شیب جانبی کانالهای پوشش‌دار تندتر از کانالهای بدون پوشش است.

12. شیب جانبی مناسب برای انواع مصالح بستر

13. ارتفاع آزاد ارتفاع آزاد بخشی از عمق مجراست که در بالاتر از تراز بیشینه آب در مجرا پیش‌بینی می‌شود.

14. تراز بیشینه ممکن است بدلایلی دارای نوساناتی باشد: • ورود آبهای اضافی مثل جریانهای سیلابی • کاهش عمق ناشی از رسوبگذاری • بوجود آمدن امواج در اثر باد • پس‌زدگی احتمالی ناشی از عملکرد برخی سازه‌های هیدرولیکی • بهره‌برداری موقت ناصحیح از کانال • پرش هیدرولیکی • افزایش عمق در نتیجه گذر از خمیدگی‌ها در سرعت‌های بالا • اثرات جذر و مد

15. روش‌های محاسبه ارتفاع آزاد • استفاده از رابطه TVR FB =0.3+ αy y : عمق جریان در مجرا ¼= α FB= ارتفاع آزاد • استفاده از رابطه لیسی FB =0.2+ βQ1/3 0/15= β Q : ظرفیت طراحی مجرا

16. استفاده از گرافهای استاندارد USBR مشابه حالات تعیین عمق • استفاده از رابطه برگرفته شده از مراجع هندی Y: عمق طراحی جریان FB: ارتفاع آزاد جریان اگر Q=0.6 باشد c = 0.26 اگر Q=85باشد c = 0.76

17. هرگاه جریان از انحناء عبور کند رقوم سطح آب در کناره خارجی انحناء افزایش میابد. • در این حالت با فرض جریان با سرعت متوسط مقدار افزایش ارتفاع از رابطه زیر بدست می آید. ∆h: تغییرات رقوم آب در عرض کانال b : عرض کانال R : شعاع انحناء از محور کانال g : شتاب گرانش

18. تعیین شکل مقطع • با بیشینه کردن شعاع هیدرولیکی و استفاده از رابطه مانینگ امکان بهره‌گیری از مجرا با حداکثر ظرفیت ممکن بوجود می‌آید. • در این راستا شکل مقطع به سمت دایره‌ای میل میکند. • بدلیل برتری مقاطع دایره‌ای مقاطع نیم‌دایره(نیم لوله) در کانالها کاربرد یافته است که در این صورت کانال برای پایداری بایستی بتن یا بتن مسلح باشد. • سهولت اجرا و بهره‌برداری و نگهداری کانالهای ذوزنقه‌ای موجب شده تا این شکل مقطع متداولترین شکل در طراحی کانالها باشند. • گامهای بهینه سازی شکل مقطع: تعیین شیبهای شیروانی با توجه به محدودیت‌های پایداری مصالح در اجرا، تعیین عمق و عرض مجرا

19. تعیین عمق و عرض مجرا • استفاده از جداول تجربی • استفاده از روابط ریاضی اگر دبی عبوری کمتر از 15 مترمکعب بر ثانیه باشد از رابطه زیر استفاده میشود.

20. استفاده از گرافهای استاندارد USBR در این نمودارها تغییرات عمق جریان برحسب ظرفیت عبوری نشان داده شده است. تغییرات ظرفیت از 10 تا 4000 فوت مکعب بر ثانیه و تغییرات عمق از 0 تا 5 فوت است.

21. سرعت جریان در کانال • تعیین سرعت مناسب بجهت تاثیر آن برهندسه بناهای آبی یکی از ضرورتهای اولیه طراحی میباشد. • بدلیل پیامدهای انتخاب سرعتهای نا مناسب از قبیل رسوبگذاری و فرسایش شناخت فرآیندهایی که منجر به چنین پیامدهایی میشوند لازم است. • اگرچه وجود مواد رسوبی و برخی ویژگیها با استفاده از آزمایش روی نمونه ها قابل بررسی است ولی در عمل شرایط و پیامدهای مختلف گاهی قابل کنترل نیست. • انتخاب سرعت بهینه با توجه به بار رسوبی، نوع مصالح انتخابی و تحت تاثیر غیر مستقیم مسایل اقتصادی صورت میگیرد. • سرعت بهینه یا سرعت مجاز طبق تعریف سرعتی است که نه موجب رسوبگذاری و فرسایش گردد و همچنین هزینه های سرمایه‌گذاری در اجرا و بهره‌برداری با انتخاب آن کمینه باشد.

22. انتخاب اول سیستم های انتقال آب طولانی استفاده از مصالح طبیعی است زیرا در اثر برقراری سرعت بهینه تغییر نکرده و اقتصادی نیز هستند. • انتخاب دوم احداث پوشش‌های با ویژگی سازه‌ای نه‌چندان قوی • انتخاب سوم احداث پوشش‌های گران‌قیمت و قابل اعتماد در کلیه شرایط بارگذاری ساده‌ترین رابطه برای تعیین سرعت بهینه V: سرعت بهینه جریان y: عمق جریان در مجرا c: ضریبی که تحت اثر ویژگی‌های بستر مجراست X: معرف وضعیت جریان بجهت وجود مواد معلق در آب است. آبهای گل آلود x=0.64 آبهای زلال x=0.5 V=cyx

23. مقادیر پیشنهادی برای ضریب c بر حسب نوع 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