دانشگاه تهراندانشگاه تهراندانشكدة كشاورزيدانشكدة كشاورزيگروه آبياري و آبادنيگروه آبياري و آبادني

تاسيسات آبياريتاسيسات آبياري

سمينار هيدروليك مجاري روبازسمينار هيدروليك مجاري روباز

H.ChansonH.Chansonنويسنده : نويسنده :

استاد : دكتر صالح كوچك زادهاستاد : دكتر صالح كوچك زادهدانشجو : احسان روشنيدانشجو : احسان روشني

طراحي كالورتها به روش حداقل افت طراحي كالورتها به روش حداقل افت انرژيانرژي

Minmum Energy LossMinmum Energy LossInIn

Culvert DesignCulvert Design

قس�متهاي اص�لي ك�الورت قس�متهاي اص�لي ك�الورت ::

Inletورودي

Barrel گلو Outlet خروجي

روش طراحي ساده :روش طراحي ساده :

)(3/2( 1max

min inletZHg

QB

2/301max ))(3/2( zZHgq inlet

)(3/2( 01max

min zZHg

QB inlet

)(3/2 01 zZHd inletc

2/31max ))(3/2( inletZHgq

)(3/2 1 inletc ZHd

مالحظات طراحي :مالحظات طراحي :

بها بايد حداقل باشد .- 1 فرورفتگي جريان ترجيحا بايد كم - 2

Δzباشد محافظت پايين دست سازه زماني - 3

كه پرش هيدروليكي در نزديكي پايين دست سازه ايجاد شود الزم مي باشد.

ابعاد گلو فرض مي شود .(1 ف�رض مي ك�نيم ك�الورت ب�ا كن�ترل ورودي عم�ل مي (2

كند Qdes( ه�د كلي باالدس�ت را محاس�به مي ك�نيم ك�ه ب�ا 1-2

متشابه است با فرض كنترل ورودي ، از فرمولهاي داده شدة استفاده مي كنيم .

را آنق�در تك�رار كني�د ت�ا )ب�ا س�ايز ه�اي 2-1( مرحل�ة 2-2HIمختلف (

ic رضايت بخش باشد يعني HI)ic(=Hdes

( فرض كنيد كنترل در قسمت خروجي باشد3( ب�ا اس�تفاده از دياگرامه�اي افت كلي از ورودي ت�ا 1-3

خروجي را براي دبي طراحي محاسبه كنيد .2-3 )HI

oc) .هد كلي پايين دست را محاسبه كنيد HI

)oc(=Htw+ H( نت�ايج فرض�هاي كن�ترل ورودي و خ�روجي را مقايس�ه 4

كنيد.

محاسبات اندازة گلو به ترتيب زير محاسبات اندازة گلو به ترتيب زير انجام مي شوندانجام مي شوند

)(1

)(1

ocicdes HHH

طراحي كالورتها به روش حداقل افت طراحي كالورتها به روش حداقل افت MELMELانرژي انرژي

اصول طراحياصول طراحي

ب<ا اين اص<ل ط<راحي MEL كالورته<اي ب<ا مي ش<<<وند ك<<<ه افت ان<<<رژي در س<<<ازه ح<داقل باش<د . خط<وط جري<ان در ورودي ك<<الورت بص<<ورتي ب<<ه هم نزدي<<ك و در خ<روجي بص<ورتي از هم دور ش<وند ك<ه ب<ه آرامي ب<<ا ح<<داقل افت ممكن ب<<ه جري<<ان

پايين دست بپيوندد

By C.j ApeltBy C.j Apelt روش طراحي سادهروش طراحي ساده

: اين متد براي طراحي مقدماتي نكته است براي محاسبات كامل بايد از معادالت برگشت آب در محاسبه پروفيل سطح آزاد

استفاده كرد . اين روش براين فرض استوار است كه جريان در طول سازه )ورودي -

گلو - خروجي ( بصورت بحراني است .

مراحل طراحي : مراحل طراحي :

دبي ط<<راحي و خ<<ط ان<<رژي مربوط<<ه را مع<<يين (1كني<د . خ<ط ان<رژي ك<ل ب<ا ف<رض جري<ان يكن<واخت در

سيالب معيين مي شود.(a.از افتهاي انرژي صرف نظر كنيد

گل<و و ارتف<اع Min خصوص<يات آبگ<ذر ) ع<رض (1-2ك<ف گل<و ( را ب<دون در نظ<ر گ<رفتن افت ه<ا محاس<به

كنيد. ع<رض لب<ه و ارتف<اع بس<تر ط<بيعي را ب<ا ف<رض (2-2

Max ع<رض Δz0=0جري<ان بح<راني محاس<به نمايي<د. لب<ه در ط<ول عم<ود ب<ر خط<وط جري<ان بدس<ت مي

آيد.

شكل ورودي و خروجي ها، ديوارها و پروفيل (1-3كف را مشخص كنيد .

شكل هندسي ورودي و خروجي را براي (2-3ارضاي فرض جريان بحراني در هر كجا محاسبه

كنيد. طرح هاي خروجي و ورودي كالورت با توجه در طول عمود بر خطوط جريان Bبه عرض

محاسبه مي شوند. و مطابق با ارتفاع بستر براي و فاصلة طولي از لبه محاسبه مي Fr=1محاسبة

شوند .در مراحل مياني مي توان عرض گلو را انتخاب

را محاسبه كرد و Δz0كرده و سپس ارتفاع دراپ برعكس.

b.افتهاي انرژي را در نظر مي گيريم )

پروفيل بستر آبگذر را آنقدر تعديل كنيد تا افت (4انرژي ها به حساب بيايد و افت كلي را محاسبه كنيد.

تمامي افتها )اصطكاكي و سازه اي ( را مشخص كنيد . ) ورودي - گلو - خروجي ( براي گلوهاي

طوالني شيب گلو به عنوان شيب بحراني در نظر گرفته مي شود.

و كمتر از Qdes طراحي ها را براي دبي بزرگتر از (5 آن چك كنيد.

توجه :توجه :در روش س<<ادة ط<<راحي ع<<رض لب<<ة ورودي و - 1

خروجي با هم برابر است.2 -Bmin. در تمام طول گلو ثابت است

توضيح :توضيح :

عمق جريان بحراني از 2-1 2-2 3-1 3-2 در مراحل فرمول زير محاسبه مي شود.

انرژي مخصوص است .Eكه Bmax ( 2-2 از شرط جريان بحراني در لبة ورودي ) مرحلة

بدست مي آيد در لبة ورودي انرژي مخصوص از رابطة زير بدست مي آيد.

E1=H1-Zinlet

و بهرحال عمق جريان بحراني از رابطة زير بدست مي آيد :d1=dc=2/3 E1

از معادلة پيوستگي محاسبه مي شود. Bmaxو Qdes=VcdcBmax

13

2Ed c 3

02 gdq

افت هاي انرژي :افت هاي انرژي : در يك طراحي صحيح بايد موارد زير رعايت شود.

( Dropافت ان<رژي ك<ل قاب<ل دس<ترس براب<ر اختالف ارتف<اع )-ط<بيعي در ط<ول ك<الورت ب<ه اض<افة فروافت<ادگي قاب<ل قب<ول

مي باشد. كه فروافتادگي معموال برابر صفر است . افت خ<<روجي معم<<وال غ<<ير قاب<<ل اغم<<اض اس<<ت در نتيج<<ه -

عمق جريان در خروجي واقعا برابر عمق بحراني است .افت خروجي از سرعت خروجي محاسبه مي شود .-

طراحي ب<ه روش س<اده زم<اني خ<وب عم<ل مي كن<د ك<ه تقريب<ا - افت قابل دسترس كل باشد.1/3افت خروجي برابر با

g

V

g

VH

exit

exit 220

22

براي وروديطول بهين<ة ورودي ب<راي ش<رايط جري<ان تقريب<ا دو بع<دي در ح<التي ك<ه ش<يب س<طح آب اريب غ<ير قاب<ل قب<ول نيس<ت در

ك<ه ب<رروي Bmax براب<ر 0.5عم<ل باي<د ط<ول ح<داقل ورودي از خطوط كنتور عمود برجريان رسم شده است بزرگتر باشد .

5.0max

B

Linlet

براي خروجي :دس<تيابي ب<ه ي<ك ب<از ش<دگي تن<د ي<ا ي<ك نس<بت ب<زرگ ب<از ش<دگي در خ<روجي و ن<يز همين نس<بت در ورودي بس<يار

مشكل است .

طراحي خروجي :طراحي خروجي : عم<ل خ<روجي ك<اهش ش<تاب)تن<دي( جري<ان ب<ا منبس<ط ك<ردن آن قب<ل از پيوس<تن دوب<ارة جري<ان

به سيالب طبيعي است Aplet 1983 نش<ان داد ك<ه اختالف اص<لي خ<روجي

و ورودي ب<ر س<ر رفت<ار الي<ة م<رزي آنه<ا اس<ت . در ورودي الي<ة م<رزي ن<ازك اس<ت و تس<ريع در تح<دب جري<ان ب<اعث ب<اقي مان<دن الي<ة م<رزي ب<ه ص<ورت

نازك مي شود . در خ<روجي جري<ان ب<از ش<ده در مع<رض گرادي<ان فش<<ار معك<<وس ق<<رار مي گ<<يرد. و الي<<ة م<<رزي س<<ريعا رش<<د مي كن<<د در ي<<ك مح<<دوده كوت<<اه ج<دايش جري<ان ممكن اس<ت اتف<اق بيفت<د در نتيج<ه جري<<ان نمي توان<<د در ط<<ول دي<<واره ه<<ا ه<<دايت

شود.

بايد به خاطر داشته باشند كه در موقع طراحان و ونتوري MELطراحي بين خروجي كالورت هاي

متر ها شباهت وجود دارد پس در عمل بايد خروجي بلندتر از ورودي باشد.

واگرايي خروجي :براي ونت<وري م<تر ه<ايي ك<ه در لول<ه ه<اي بس<ته اس<تفاده

مي شوند زاوية انحراف بهينه در حدود زير است.

طول گلو : طول گلو به عوامل مختلفي بستگي دارد )سازه - هندسه ( گلو بايد تا حد امكان كوتاه باشد مقدمتا

طول كالورت بايد آنقدر باشد كه از زير خاكريز گذشته و شيب ها را نيز رد كند .

94

1 1/

1/*43.0

inletoutlet

inletoutlet

AA

AAf

سودمنديهاي آبگ��ذر ه��ا و ك��الورت سودمنديهاي آبگ��ذر ه��ا و ك��الورت MELMELهاي هاي

يع<ني : افت ان<رژي كوچ<ك اس<ت در MELآبگ<ذر نتيج<<ه ك<<اهش و اف<<زايش بس<<يار كمي در س<<طح س<يالب وج<ود دارد بن<ابراين ع<رض گل<و ح<داقل اس<ت . بيش<تر اوق<ات جري<ان در ك<الورت بص<ورت الي<ه اي اس<ت و ي<ا تالطم كمي را نش<ان مي ده<د در نتيج<ه فرس<ايش ك<اهش مي ياب<د يع<ني مي ت<وان دهان<<<ه ه<<<ا را از خ<<<اك پوش<<<يده ش<<<ده از گي<<<اه

ساخت .براي كالورته<اي ب<ا فروافت<ادگي ص<فر ابع<اد ورودي

بس<<<يار كوچك<<<تر از MELو خ<<<روجي و گل<<<و در كالورتهاي استاندارد است ) با دبي يكسان (

Furthe Hee 1969 نشان داد كه براي كالورتهاي خيلي بلند طراحي

بسيار اقتصادي تر است.MELبه روش براي مالحظات بيشتر ضريب اطمينان بزرگتري در مقابل عبور دبي سيالب بيش از دبي طراحي

را در نظر مي گيرند.و بخاطر اين ضريب اطمينان بزرگتر ، مدلها و

مشاهدات اوليه قاطعانه نشان دادند كه دبي هاي با اختالف زياد از دبي MELكالورتهاي

طراحي را نيز با ضريب اطمينان خوبي عبور مي دهند كه براي كالورتهاي استاندارد اينچنين نيست.