คู่มือหลักการคำนวณปริมาณน้ำผ่านอาคารชลประทาน ฉบับแก้ไขหลังสุด

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


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



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



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



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



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



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



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



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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


(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


)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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


คาทเกดจรง

เมอ cvd CCC คอคาสมประสทธอตราการไหล (Coefficient of discharge)

ตารางท 2-1 ชนดและคาสมประสทธของรระบายชนดตางๆ

ทมา : หนงสอ ชลศาสตร (HYDRAULICS) โดย กรต ลวจนกล

gh2ACgh2ACCQ dcva

2-25


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


รปท 3-8 เครองวดระดบนาแบบ Wire weight gage รปแบบตางๆ

เครองวดระดบนาแบบนตอมาไดรบการพฒนาโดยการนาวสดประเภทตางๆ ทมคณสมบตทดยงขนมาใชแทนสายโลหะ เชน ใชเทปวดระยะโลหะ เทปวดระยะไฟเบอร ฯลฯ (จะเหนไดวาสอดคลองกบชนดของเครองมอวดระยะในสมยนนๆ) การทสามารถอานคาไดจากเทปโดยตรงทาใหการตรวจวดสะดวกไมตองทาเครองหมายเพอการเปรยบเทยบอกตอไป

3-9


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


แสดงการหยงวดระดบนา ตวอยางเครองวดทสายวดเปนเคเบลพเศษ

ทมสายสญญาณและพมพ Scale ทสาย

ตวอยางเครองวดทสายวดเปนเทปวดระยะทมสายสญญาณฝงในตว

รปท 3-10 แสดงเครองวดระดบนาแบบ Electric–tape gage และวธการตรวจวด

3-11


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


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


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


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


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


(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


(6) แบบหววด Radar

รปท 3-22 การใช Radar ตรวจวดระดบนา

รปท 3-23 เครองมอวดระดบนายคบกเบก

3-18


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


รปท 3-24 แสดงตวอยางของบอนานง และสถานวดระดบนา

3-20


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


รปท 5-13 รปรางลกษณะของ Head rod

รปท 5-14 แสดงการใช Head rod วดกระแสนาจดละ 2 ครง

เมอหนปลายสนคมไปทางดานเหนอนาและดานทายนา

5-23


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


ตารางท 5-6 แสดงตวอยางการวดคา และคานวณทตาแหนง A ของหนาตดทางนาตามรปท 5-15

การคาอานจาก Rod คาทอานได เมอหนดานสนคมไปทางดานเหนอนา (cm.)

คาทอานได เมอหนดานสนคมไปทางดานทายนา (cm.)

อานคาครงท 1



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


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


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


รปท 6-2 แสดงสวนประกอบของ Price type AA standard cup type current meters

6-4


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


3) การตรวจวดจากรมตลงโดยใชระบบสายเคเบล (Cable way)

จะใชระบบสายเคเบลทสามารถควบคมไดทงแนวราบเพอพาเครองตรวจวดไปยงตาแหนงหนาตดยอยของทางนาทตองการ และการควบคมในแนวดงเพอหยอนเครองมอวดลงไปในตาแหนงทตองการตรวจวด จากมเตอรแสดงระยะการปลอยสายเคเบลออกไป โดยตวผตรวจวดจะควบคมอปกรณและทาการตรวจวดจากบนตลง

รปท 6-23 แสดงการตรวจวดโดยใชระบบสายเคเบล

4) การตรวจวดจากรถกระเชา (Cable car)

เปนรปแบบการตรวจวดทใชรถกระเชาทตดตงกบระบบสายเคเบล เพอพาตวผตรวจวดไปวดในตาแหนงทตองการ ทาใหการตรวจวดทาไดสะดวกและรวดเรวเกดความผดพลาดไดนอยกวาการตรวจวดจากรมตลงโดยใชระบบสายเคเบล ในการตรวจวดจะตดตงเครองมอกบสายเคเบล

6-18


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


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


รปท 6-25 หลกการใชเชอกเปนตวกาหนดแนวและกาหนดตาแหนงตรวจวด หรอการให

ผสงเกตบนฝงคอยควบคมแนวของหนาตด คกบใชความยาวเชอกกาหนดระยะ

รปท 6-26 หลกการใชหลกการทางตรโกณมต ใชจด 3 จดเปนตวควบคม

รปท 6-27 การใชเครองมอสารวจ Sextant และหลกการทางตรโกณมตควบคมตาแหนงเรอ

6-21


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


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


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


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


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


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


ตารางท 6-2 แสดง Calibration table ของ Pigmy current meter (หนวย ฟต/วนาท)

6-28


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


รปท 7-13 การหยงวดโดยตรง

รปท 7-14 การหยงวดดวย Wading rod

2) การหยงวดโดยใชสายเคเบล เปนการตรวจวดในแนวดงทระดบความลกตาง ๆ

โดยอาจวดไดทงแบบวดเฉพาะจดทละชวงของหนาตดการไหลยอย หรอการลากวดแบบตอเนอง

ซงเครองวดตองออกแบบมาเพอการวดวธนโดยเฉพาะ มกมครบหางเพอบงคบทศทาง

7-13


รปท 7-15 การหยงวดโดยใชสายเคเบล

3) การตดตงทระดบความลกตาง ๆ เพอตรวจวดในแนวราบตลอดแนวหนาตด

การไหล โดยใชหววดแบบ 2-D ขนาดใหญ โดยยงมก าลงสงยงวดไดไกล

รปท 7-16 การตรวจวดในแนวราบ

7-14


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


(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


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


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


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


** 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


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


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


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


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


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


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


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


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


ฝายไมม Slope ดานหนา : n = 1.850

ฝายม Slope ดานหนา 3 : 1 : n = 0.836



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


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


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


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


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


รปท 8.5-7 กราฟทสมพนธกบผลกระทบจากพนดานทายนา และการเกด Submergence ดานทายนา

8-29


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


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


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


(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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


รปท 8.6-5 ตวปรบแกสมประสทธการไหลของฝายสนมนเนองจากความลาดเอยงของผวหนาฝาย

รปท 8.6-6 คา Factor ของการไหลทเกดจากผลกระทบ การเกด Submergence ดานทายนา H2/H1

8-43


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


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


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


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


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


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


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


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


รปท 8.7-7 Submergence factor

8-52


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


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


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


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


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


ตารางท 8.8-1 คาสมประสทธของการไหลในกรณ Free flow

ตารางท 8.8-2 คาปรบแกสมประสทธของการไหลในกรณ Submerged flow

8-58


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


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


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


รปท 8.9-2 แสดงรปตดของฝายยางในอดมคตและลกษณะการไหลลนของนาผานฝาย

รปท 8.9-3 แสดงรปตดของฝายยางทออกแบบใหมตวหกเหการไหลดานทาย (Deflector)

หรอเรยกวา FIN เพอแกปญหาการสนของตวฝาย

8-62


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


(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


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


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


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


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


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


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


L = ความยาวสนฝาย (ม.) H = Total head ของนาเหนอสนฝาย (ม.)

g = ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม./วนาท 2

8-80


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


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


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


L = ความยาวสนฝาย (ม.) H = ความลกของนาดานเหนอนาเหนอสนฝาย (ม.)

Kraatz และ Mahajan ไดนาเสนอคาสมประสทธของการไหลของฝายดงกลาว ดงแสดงในตารางท 8.11-1 แมวาคา Cd ทไดเปนคาเฉลยคาเดยว ไมสามารถใชประกอบการคานวณปรมาณนาไหลผานฝายใหครอบคลมชวงความลกของนาทระดบตางๆได แตกเพยงพอสาหรบการพจารณาออกแบบเบองตนฝายประเภทดงกลาวไดด และเปนทยอมรบเพราะเปนแนวคดใหมในการศกษาเชงเปรยบเทยบทครอบคลมฝายสนยาวทงหมด

8-83


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


รปท 8.12-3 รปแบบการไหล และกราฟ H-Q ของ Morning glory spillway

8-97


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


+ 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


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


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


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


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


ทมา : ปราโมทย ไมกลด-คมองานเขอนดนขนาดเลกและฝาย

รปท 8.13-2 แสดงรปแบบมตของ Crump weir แบบหนง

8-104


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


ตารางท 9-4 คาของ ω และ Φi ทขนอยกบคาของ c

1

d

h

5.2cie

5.2ce dCdg2

15

4CQ

9-32


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


Cv = คาสมประสทธของความเรวของกระแสนา หาไดจากกราฟในรปท 10-3 ซงเปน ความสมพนธของ

1

*

dA

AC เมอ A* เปนพนทหนาตดของชองฝาย และ A1 เปน

พนทหนาตดทางนาดานหนาฝาย


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


ตารางท 10-3 คาของ yc/H1 ซงเปนคาทสมพนธกบคาของ zc และ H1/bc สาหรบฝายสนกวางท มหนาตดรปสเหลยมคางหม

10-27


ตารางท 10 - 4 คาความสมพนธของอตราสวนของตวแปรทใชหาคาอตราการไหลของฝายสนกวาง และ Long-throated flume ทมหนาตดเปนรปวงกลม

10-28


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


รปท 10-23 แบบแสดงรปราง มตของ Romijn weir

10-30


รปท 10-24 แบบขยายของ Romijn weir

10-31


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


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


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


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


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


รปท 10-30 แสดงลกษณะรปแบบ Faiyum weir

รปท 10-31 แสดงแปลน และรปตดของ Faiyum weir มาตรฐาน

10-37


รปท 10-32 แสดงแปลน และรปตดของกลมของ Faiyum weir

รปท 10-33 กลมของ Faiyum weir ทใชในอยปต

10-38


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


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


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



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


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


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


(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


รปท 11-3 รปตดตามยาวของ Crump weir แสดงการไหลกรณ Free flow

11-4


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


*

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


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


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


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


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


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


รปท 11-11 แสดงการตดตง Piezometer ฝงไวในตวฝายบรเวณสนฝายเพอตรวจวด ระดบนาทสนฝาย (hp) เมอการไหลเปนแบบ Submerged flow

11.2.1 การคานวณปรมาณนาไหลผาน Triangular profile flat – V weir


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


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



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


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


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


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


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


*

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


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


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


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


ตารางท 11–2 คาความสมพนธของ ปรมาณนา (Q), หนาตดการไหลของนาในทางนาดานหนาฝาย (Wetted area : A1) ทความลกของการไหล (h1) ทกๆ 1 ฟต หรอ 0.305 ม.

11-20


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


ฝายพบ แบบ Flap gates

ฝายพบ แบบ Wicket Gates

รปท 12-2 ฝายพบ

รปท 12-3 Miter gate

12-3


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


รปท 12-17 กราฟหาคา Cd ทจะแปรผนไปตามคาของ Y1, Go, a และ r

ทงกรณ Free flow และ Submerged flow

12-14


รปท12-18 กราฟหาคา C1 และ C2 การไหลแบบ Free flow เมอ a/R = 0.1

12-15



12-16



12-17


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


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


รปท 12-22 กราฟหาคา CS สมประสทธการไหลผานบานระบาย กรณ Submerged flow

เมอใชสมการของ USACE ใชไดกบอาคารอน ๆ ทควบคมดวยบานระบายไดอก เชน ประตระบายบานตรง, ไซฟอน และทอระบายนา

12-20


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


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


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


[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


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


[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



(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


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


(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



(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



(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


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.)


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


[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


[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


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


⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −=

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


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


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


(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



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


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


2) การไหลแบบ Submerged flow เปนกรณทระดบนาดานทายทวมขอบลางของบานระบาย หรอระดบดานทายเปนระดบ (2) ในรปท 12-36 คานวณอตราการไหลโดยสตร Submerged orifice ดงน

gh2CLQ =

เมอ Q = ปรมาณนาไหลผานชองบานระบายของฝายระบาย (ม.3/วนาท) C = คาสมประสทธของการไหล



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


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


• 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


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


รปท 12-39 แบบลกษณะของ Single leaf wheel gate เปนบานทจะมหนาตดขนาดเดยว (เขอนบางปะกง)

รปท 12-40 แบบลกษณะของ Double leaf wheel gate เปนบานทจะมหนาตด 2 ขนาด (เขอนบางปะกง)

12-43


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


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


* 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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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.


H = ระยะจากระดบน าดานหนาบานระบาย (Hi) ถงกงกลางชองเปด (Gi), ม.

[ H = Hi – Gi /2 ]

Cd = คาสมประสทธการไหล มคา 0.70

13-51


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.


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


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


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


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


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


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


ตารางท 13-5 พนทหนาตดการไหลของทอกลมเทยบกบระยะทยกบานระบาย

หมายเหต ในการสงน านนจะก าหนดระยะเปดบานระบายเพอควบคมอตราการไหลเปนคาจ านวนเตมทเปนคาสดสวนของ 0.05 เมตรซงเปนคาต าสดทจะเปดบานเสมอ สวนจะใหได ปรมาณน าเทาใดกก าหนดจากระยะเวลาทตองใชในการสงน า

13-58


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


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


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


∆h = ความแตกตางของระดบน าดานเหนอน าในคลองสงน ากบดานทายน าในคน า

Cd = คาสมประสทธของการไหล = 0.65

13-61


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


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


∆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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


รปท 14-4 รป Plan และรปตดของTrapezoidal long-throat flume

รปท 14-5 ลกษณะของTrapezoidal long-throat flume

14-7


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


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


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


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


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


14-13


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


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


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




14-17




14-18


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


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


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



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


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


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


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


Well opening เปนตาแหนงวดระดบนา ha โดยตดตงไมบรรทดทผนงดานขาง

รปท 14-22 ลกษณะรปแบบมตของ HS-Flume, H-Flume และ HL-Flume

14-25


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


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


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


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


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


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




14-32




14-33



14-34



14-35



14-36


ตารางท 14-16 (ตอ) ปรมาณนาทไหลผาน H-Flume ขนาด 4.5 ฟต, หนวย ลตร/วนาท

14-37


ตารางท 14-17 ปรมาณนาทไหลผาน HL-Flume ขนาด 4.5 ฟต, หนวย ลตร/วนาท

14-38


ตารางท 14-17 (ตอ) ปรมาณนาทไหลผาน HL-Flume ขนาด 3.5 ฟต หนวย ลตร/วนาท

14-39


ตารางท 14-18 ปรมาณนาทไหลผาน HL-Flume ขนาด 4.0 ฟต หนวย ลตร/วนาท

14-40


ตารางท 14-18 (ตอ) ปรมาณนาทไหลผาน HL-Flume ขนาด 4.0 ฟต หนวย ลตร/วนาท

14-41


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


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


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


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


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


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


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


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


(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


(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


(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


(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


(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



(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


(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


(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


(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


(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


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


รปท 14-39 รปแบบ มต ของ RBC flume

14-52


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


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


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


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


ตารางท 14-22 Calibration table ของ Circular flume ทอ PVC ขนาด 12 x 4 นว


14-57



14-58


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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



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


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

Documents

คู่มือหลักการคำนวณปริมาณน้ำผ่านอาคารชลประทาน ฉบับแก้ไขหลังสุด