مبادئ التصميم لقناة المياه و Siphon Aqueduct

اقرأ هذه المقالة للتعرف على مبادئ تصميم قناة Aqueduct و Siphon Aqueduct.

مبادئ التصميم لقناة المياه:

(1) تقدير التصميم (الحد الأقصى) لتصريف الفيضان في البالوعة:

قد يكون المصرف المراد تجاوزه صغيرًا أو يشبه النهر. في جميع الحالات ، يجب الحصول على تقييم صحيح للفيضان الأقصى أو ذروة تدفق الصرف قبل ذلك.

(2) متطلبات الممر المائي لاستنزاف:

تعطي معادلة حدود نظام لايسي قاعدة جيدة لحساب المجرى المائي للصرف. المعادلة هي

P w = 4.825 Q 1/2

حيث P ، هو الممر المائي الذي سيتم توفيره لمياه الصرف في الموقع بالأمتار. س هو تصريف مياه الفيضان في م 3 / ثانية. وبما أن الأرصفة تقلل من الممر المائي الفعلي المتاح ، يمكن زيادة الطول بين الدعامات (P w ) بنسبة 20 في المائة. عندما يتم إصلاح الممر المائي من معادلة محيط نظام لاسي ، لا يتم إزعاج حالة النظام في المصرف من أعلى وأسفل الهيكل بشكل ملحوظ. ولتحديد مياه الصرف إلى دليل الممر المائي المطلوب ، يمكن بناء البنوك.

(3) سرعة التدفق من خلال برميل:

قد تتراوح سرعة التدفق من خلال البرميل من 1.8 م / ث إلى 3 م / ث ، والسبب في اختيار هذا النطاق هو أن السرعات الأقل قد تسبب الطمي في البراميل. في حين أن السرعة عندما تكون أعلى من 3 متر / ثانية قد يسبب حمل السرير التآكل في أرضية البرميل وبالتالي قد يتلف.

(4) ارتفاع الافتتاح:

مرة واحدة يتم إصلاح تصريف المجرى المائي والسرعة يمكن الحصول على عمق التدفق بسهولة. يجب أن يكون هناك ما يكفي من التقدّم أو التخليص بين HFL وأسفل قاع القناة. تكون إزالة ارتفاع 1 م أو نصف ارتفاع العبق ، أيهما أقل كافيًا. ومن ثم ، ارتفاع الافتتاح = عمق التدفق + التخليص أو التقدم.

(ت) عدد الفتحات:

بعد تحديد الطول الكلي لقناة مائية بين دعامات الامتدادات التي سيتم توفيرها ، يمكن تحديدها على أساس الاعتبرين التاليين:

أنا. القوة الهيكلية المطلوبة ، و

ثانيا. النظر الاقتصادي.

على سبيل المثال ، عندما يتم استخدام الأقواس ، قد يكون عدد الامتدادات المطلوب تقديمه أكبر. عندما تكون تكلفة البناء في الأساس مرتفعة إلى حد ما ، ينبغي اعتماد عدد قليل من الامتدادات ومن ثم يمكن استخدام حزم RCC.

(6) قناة القناة المائية:

تؤخذ نسبة الترشيح بشكل عام إلى 1/2. يتم اعتماد هذه النسبة م بحيث لا تتجاوز سرعة التدفق في الحوض أعلى حد السرعة الحرج. لا ينبغي أن تكون سرعة التدفق بشكل عام أكثر من 3 م / ث. يتم اتخاذ هذا الاحتياط لتجنب إمكانية تشكيل قفزة هيدروليكية. والسبب الواضح هو أنه عندما تتشكل القفزة الهيدروليكية فإنها تمتص الطاقة. في هذه العملية يتم فقدان رأس قيمة وضغوط كبيرة يتم إنتاجها في الهيكل.

(7) طول فترة الانكماش أو النهج:

وبمجرد تحديد الطول الثابت للحنجرة يمكن تحديد الانكماش بعد معرفة نسبة التقارب. عادة ما تؤخذ نسبة التقارب في شكل 2: 1 (أفقي: أفقي) ، أي لا تزيد درجة حرارتها عن 30 درجة.

(8) طول فترة الانتقال أو الانتقال المغادرة:

قد يتم تحديد طول التمدد على الجانب السفلي من القناة بعد معرفة نسبة التمدد. يتم أخذ نسبة التمدد بشكل عام في شكل 3: 1 (أفقي: أفقي) ، أي ليس أكثر حدة من 22.5 °. وللحفاظ على تدفق انسيابي وأيضا لتقليل فقدان الرأس ، فإن التحولات تتكون عمومًا من جدران الجناح المنحنية والمنهارة.

يمكن تصميم عملية الانتقال من خلال استخدام أي من الطرق الثلاث التالية:

أنا. طريقة هند

ثانيا. طريقة انتقال Mitra الزائدية ؛

ثالثا. طريقة انتقال شبه المكافئي في Chaturvedi.

وتجدر الإشارة إلى أنه في حين يمكن استخدام طريقة هند عند اختلاف عمق المياه في القسم العادي والحوض المتدفق أيضًا ، يمكن استخدام الطريقتين المتبقيتين فقط عندما يظل عمق المياه ثابتًا في قسم القناة العادية وكذلك قسم الحوض الصغير. .

(9) الاتصالات المصرفية:

تتطلب القناة المائية أربع مجموعات من جدار الجناح ، (اثنان للقناة واثنان للدراما (الشكل 19.24).

جدران الجناح القناة على الجانب المنبع والمصب من قناة حماية وحماية الأرض في البنوك القناة. لا ينبغي ترك أساس جدران جناح القناة في الأرض المزنية. يجب أن تستند جدران الجناح على أساس الصوت في الأرض الطبيعية. في المراحل الانتقالية ، تتشوه المنحدرات الجانبية للقسم الطبيعي (بشكل عام 11/2: 1) لتتوافق مع الشكل (العمودي عمومًا) من الحوض الصغير فوق المصرف.

يتم توفير جدران الجناح الصرف على المنبع والمصب من برميل لحماية والاحتفاظ بالجانبين الطبيعيين من الصرف. عندما ينظف فراش التصريف أثناء الفيضانات ، يجب أن توضع جدران الجناح في عمق الأساس أسفل عمق الدقيق الأقصى. وينبغي إعادة الجدران الجناح إلى أعلى بشكل كاف في الجزء العلوي من البنوك دليل. يجب تصميم جدران الجناح للسماح بالدخول والخروج السلس للتدفق في البالوعة.

طريقة هند لتصميم التحول:

تعتمد هذه الطريقة على فرضية وجود الحد الأدنى من فقدان الرأس ، ويتم تبسيط التدفق ، ويتم استعادة ظروف التدفق الطبيعي في القناة قبل مرور تصريفات القناة إلى القسم الأرضي فورًا بعد التحولات المنحنية والمنهارة.

في الشكل 19.25 ، يظهر انقباض الانقباض أو النهج ، وجزء الحنجرة والتوسع في الانتقال أو الانطلاق. ويمكن ملاحظة أن الأقسام 1-1 و2-2 و3-3 و4-4 تشير إلى بداية الانكماش ونهاية الانكماش وبدء التوسع ونهاية التوسع على التوالي.

وبالتالي ، فإن الانتقال أو الانقراض يكمن بين القسمين 1 و 2 ، الحلق بين القسمين 2 و 3 ، والتوسع في الانتقال أو الانطلاق بين القسمين 3 و 4. قسم Upto 1 وما بعد القسم 4 يتدفق القناة في ظروفها الطبيعية وبالتالي معلمات القناة في هاتان النقطتان متساويتان ومعرفتان بالفعل. كذلك فإن شروط التدفق ومعلمات القناة متشابهة بين الأقسام 2 إلى 3 التي تمثل الحنجرة أو الحوض الصغير.

يمكن توضيح إجراءات التصميم على النحو التالي:

دع D و F بالمقاسات المناسبة تشير إلى الأعماق والسرعات في أربعة أقسام كما أن مستويات القناة وأبعادها معروفة في القسم 4-4:

الخطوة 1: TEL في القسم 4-4 = ارتفاع سطح الماء + V 2 4 / 2g

حيث ارتفاع سطح الماء في ثانية. 4-4 = مستوى السرير + D 4

(تذكر أن TEL هي اختصار لخط مجموع الطاقة)

الخطوة 2: TEL في ثانية. 3-3 = (TEL في ثانية 4-4) + (فقدان الطاقة بين الربعين 3 و 4) يحدث فقدان الطاقة بين القسمين 3-3 و4-4 نتيجة لتوسيع خطوط الإنتاج وكذلك بسبب الاحتكاك. إهمال الخسارة بسبب الاحتكاك وهو صغير ويأخذ خسارة بسبب التوسع

الخطوة 5:

كما ذكر في الخطوات الأربع الأولى ، يمكن تحديد مستوى السرير ومستوى سطح الماء ومستوى خط الطاقة الإجمالي في الأقسام الأربعة.

يمكن رسم خط TE ، خط سطح الماء وخط السرير على النحو التالي:

(أ) يمكن الآن سحب خط الطاقة الكلي عن طريق ضم هذه النقاط في أربعة أقسام بخط مستقيم.

(ب) يمكن أيضًا رسم خط السرير كخطوط مستقيمة بين المقاطع المجاورة إذا كان سقوط أو ارتفاع مستوى السرير صغيرًا. يجب تقريب الزوايا. في حال كان الانخفاض في خط السرير أمرًا ملموسًا ، يجب ربط خطوط السرير بمنحنى عكسي تماسلي سلس.

(ج) من الواضح الآن أنه بين أي قسمين متتاليين قد ينجم انخفاض مستوى سطح الماء بسبب (1) انخفاض في خط TE بين القسمين ؛ (2) زيادة سرعة الرأس في الانكماش. و (3) انخفاض سرعة الرأس في التوسع.

يتم التفاوض على هذا الانخفاض في سطح الماء بواسطة منحني مكافئان. كما هو موضح في Figs. 19.26 و 19.27 للتقلص (انتقال النهج) والتوسع (انتقال المغادرة) يتحقق ذلك من خلال منحنى محدب صعوداً يليه منحنى صاعد مقعر في الانتقال السابق ومنحنى صاعد مقعر يتبعه منحنى محدب صعوداً في الانتقال الأخير.

يمكن أن ينظر إليه من Figs. 19.26 و 19.27

L = طول الانتقال (الانكماش أو المغادرة) = 2x 1 و

2y 1 = إجمالي الانخفاض أو الارتفاع في سطح الماء. النقطة m هي منتصف طول الفترة الانتقالية وهي تقع لتقسيم إجمالي الانخفاض وكذلك الطول بالتساوي.

أخذ سطح الماء عند نقطة القسم حيث يتم إعطاء المعادلة الأصلية للعنصر المكافئ بواسطة

y = cx 2

استبدال القيم المعروفة لـ y 1 و x 1

c = y 1 / x 2

مع هذه القيمة من ج يمكن أن يتم رسم منحنيات سطح الماء مكافئ بدءا من نقاط القسم التي تمثل المنشأ.

المعادلة التي سيتم استخدامها للتآمر الآن تقلص إلى

y = (y 1 / x 1 2 ). س 2

وهكذا ، يمكن رسم ملامح سطح الماء.

الخطوة 6: يمكن الحصول على السرعة ومساحة التدفق في نقاط مختلفة

(1) يتم إعطاء رأس السرعة عند أي نقطة بفارق بين TEL وسطح الماء.

السرعة الرأس h v = TEL - WS line

أيضا = h v = v 2 / 2g

لذا السرعة (V) عند كل نقطة = √2g.h v

(2) يمكن الآن الحصول على منطقة التدفق في أي نقطة باستخدام معادلة بسيطة

A = Q / V

مع القيم المعروفة من A و D يمكن حساب الأبعاد الأخرى للقناة شبه المنحرفة باستخدام الصيغة

A = BD + SD 2

حيث B هو عرض السرير و S: 1 ، أي ، (H: V) هو المنحدر الجانبي.

في حالة جدران الجناح المشتعلة ، يتم إحضار المنحدرات الجانبية تدريجياً إلى الوضع الرأسي من منحدر أولي. يمكن تقريب قيمة المنحدر الجانبي في أي مقطع وسيط في طول الانتقال بالتناسب مع طول الفترة الانتقالية التي تم تحقيقها حتى هذه النقطة.

طريقة انتقال Mitra الزائدية :

تعتمد هذه الطريقة على مبدأ :

أنا. جنبا إلى جنب مع تصريف عمق التدفق في القناة هو أيضا ثابت. و

ثانيا. معدل تغير السرعة لكل وحدة طول الانتقال ثابت طوال طول الفترة الانتقالية.

من الشكل 19.25 ، يمكن ملاحظة ما يلي:

B 0 = عرض السرير العادي للقناة ؛

B t = عرض السرير في الحلق أو الحوض ؛

B x = العرض عند أي مسافة x من طرف الحوض ؛

و L = إجمالي طول الفترة الانتقالية.

طريقة التحول شبه المكعبية في Chaturvedi:

تنص على أن (راجع الشكل 19.25 للتدوينات)

مبادئ التصميم لقناة سيفون:

من الواضح أن قنوات سحب المياه تختلف بشكل أساسي عن قنوات المياه العادية. بما أن مثل هذه المعايير لتصميم قنوات المياه لا تكفي في تصميم قنوات سحب المياه (siphon aqueducts).

بالإضافة إلى الاعتبارات المذكورة أعلاه ، ينبغي اعتماد المعايير التالية أثناء تصميم قنوات سحب المياه (siphon aqueducts):

(1) التفريغ عبر سيفون باريل:

يمكن الحصول على الرأس الذي يسبب التدفق (كما أنه يمثل فقدان الرأس في برميل) من خلال برميل السيفون المعكوس من صيغة Unwin s

حيث h هو الرأس المتسبب في التدفق ، وهو أيضاً فقدان الرأس في البرميل في m.

L هو طول برميل في م.

R هو نصف قطر الوسط الهيدروليكي للبرميل في m.

V هو سرعة التدفق خلال برميل في م / ثانية.

V a سرعة النهج في م / ثانية ، فإنه يهمل عموما.

و f 1 هو معامل لفقدان الرأس عند الدخول ويتم أخذه عمومًا كـ 0.505.

و f 2 هو المعامل الذي يمثل الاحتكاك في برميل.

حيث a و b هي ثوابت.

الجدول التالي 19.2 يعطي قيم a و b للأسطح المختلفة:

سرعة التدفق من خلال برميل في حدود محدودة عادة إلى 2 إلى 3 م / ثانية.

وهكذا ، لأن جميع القيم معروفة فقدان الرأس في برميل أو رأس يمكن أن تسبب التدفق المسبب. هذه القيمة عند إضافتها إلى مستوى الفيضان العالي (HFL) على د / ث للقنوات المائية تعطي U / s HFL.

إضافة لوحة مجانية إلى u / s HFL يمكننا الحصول على أعلى أعمال حماية النهر مثل سلال التوجيه والسداد الهامشية.

(ii) ضغط رفع على سقف البرميل:

بينما يمتلئ البرميل بالكامل أثناء الفيضانات ، يوجد ضغط إيجابي في البرميل. بسبب الضغط الإيجابي في البرميل ، يتعرض السطح لضغط الرفع. قد يتم رسم مخطط الضغط العلوي للسقف مع معرفة رأس الضغط على جانب الشاسيه و / أو د / ث.

يساوي رأس الضغط على الجانب d / s للبرميل ارتفاع مستوى الماء فوق قاع السقف. يمكن الحصول على رأس الضغط على الجانب u / s بإضافة فقدان الرأس في البرميل إلى رأس الضغط على جانب د / ث. يمكن الحصول على فقدان الرأس من صيغة Unwin. يوضح الشكل 19.28 المظهر الجانبي لخط التدرج الهيدروليكي الذي قد يوجد. يمكن ملاحظة أن الحد الأقصى لضغط الارتفاعات يحدث عند نهاية السقف.

عند تصميم الحوض ، من الضروري النظر في اثنين من الظروف القاسية ، وهما:

أنا. يمتد البرميل بشكل كامل خلال الفيضان الأقصى وليس هناك ماء في حوض القناة. هذا الشرط يعطي الحد الأقصى لضغط رفع يعمل على الحوض.

ثانيا. إن أنبوب القناة يحمل التفريغ الكامل ولكن البرميل لا يعمل بشكل كامل وبالتالي لا يوجد ارتفاع على سطح البرميل.

من أجل الحد من سماكة الحوض ، من المستحسن توفير سقف من الخرسانة المسلحة مع تقوية في القاع لتحمل شحنة من حوض القناة والتعزيز في الأعلى لمقاومة ضغط الرفع عن طريق الانحناء.

(ثالثا) الضغط على رفع سقف البرميل:

بخلاف الهياكل الهيدروليكية الأخرى ، تخضع قنوات المياه لنوعين مختلفين من ضغوط الارتفاعات من مصدرين مختلفين. هم ما يلي:

(أ) ضغط رفع ثابت بسبب الارتفاع في جدول المياه:

ترتفع منسوب المياه الجوفية عدة مرات إلى مستوى السرير في البالوعة. وبشكل خاص في حالة قناة السيفون التي يكون سريرها السفلي منخفضًا تحت سرير الصرف ، فإن ضغط رفع ثابت يعمل على السرير الأرضي. ضغط الارتفاع يساوي اختلاف مستوى السرير في البالوعة ومستوى سطح البرميل.

(ب) ضغط الرفع بسبب تسرب مياه القناة إلى المصرف:

بما أن هناك اختلاف في المستوى بين مستوى مياه القناة وتدفقات تسرب مياه الصرف يتم ذلك عندما تكون الظروف مواتية. يبلغ رأس التسرب هذا الحد الأقصى عند تشغيل القناة بكامل طاقتها ولا يوجد تدفق في البالوعات بالأسفل. كما هو موضح في الشكل 19.29 ، فإن تدفق المخلفات في هذه الحالة ليس بسيطًا ، ولكن نمط التدفق ثلاثي الأبعاد في كل مكان. يبدأ تدفق التسرب من جانبي قاع حوض القاع المنبوذ ويظهر مرة أخرى على جانبي أرضية البرميل غير المكشوفة في البالوعة.

بما أنه لا يوجد تقريب لتدفق ثنائي الأبعاد فمن الممكن عدم تطبيق نظرية خوسلا بصرامة. الحل باستخدام "طريقة الاسترخاء" المعقدة أمر ممكن ولكنه عملي للغاية. لأغراض التصميم ، يمكن تطبيق مبدأ نظرية زحف بليغ الذي تم شرحه أدناه. لكن ، بالنسبة للأعمال الرئيسية ، من الضروري التحقق من نتائج التصميم الأولي الذي حصلت عليه الدراسات النموذجية.

في اشارة الى الشكل 19.29.

أخذ حالة البرميل الأول حيث يكون أقصى انسياب ، إجمالي طول الزحف - (طول الزحف أب) + (طول الزحف قبل الميلاد)

L = L 1 + L 2

رأس التسرب الكلي = مستوى القفص FSL - d / s من الصرف = H s

رأس التسرب المتبقي عند b = -H s / L x L 2

يمكن اعتبار رأس التسرب المتبقي الكلي عند b لتصميم سمك الطابق بأكمله من جميع البراميل.

إن سُمك أرضية البرميل هو في الواقع مُصمم لضغط إجمالي الرفع الناتج عن حالة الرفع الثابت وتدفق تسرب القناة المذكور أعلاه.

من أجل الحد من سماكة الأرضية ، يمكن تبني البناء RCC لأن الجزء السفلي من الضغط يقاوم وزن الأرض ويبقى بقوة الانحناء للأرضية. في مثل هذا الترتيب ينقل الضغط إلى الأرصفة ويقاومه الوزن الكلي للبنية الفوقية.

عندما يُلاحظ أن ارتفاع الضغط مرتفع جدًا ، يمكن تقليله من خلال توفير حراس آمن مناسبين.

هم انهم:

(أ) زيادة طول الأرضية المنبوذة في فراش القناة بحيث يزداد طول الزحف ؛

(ب) توفير ثقوب تصريف أو ثقوب إغاثة في أرضية البرميل بالاقتران مع مرشح مقلوب تحت الأرض. لتجنب الاختناق من ثقوب الإغاثة وتصفية تحت عتبة استنزاف ينبغي توفير ثقوب الإغاثة مع صمامات رفرف.