با طراحی سیستم زهکشی آب های سطحی آشنا شوید
طراحى سیستم زهکشی آب هاى سطحى شامل روش هاى جمع آوری، انتقال و تخلیه آب هاى سطحى، طراحى ابنیه فنى و تسهیلات مربوطه می باشد. در طرح هندسی راه ها، تسهیلات تخلیه آب های سطح راه (شامل آب های سطح سواره رو، شانه و حریم) و هدایت آب های عبوری از عرض راه (هدایت آبراهه ها و رودخانه ها با تسهیلاتی مانند آبرو و پل) مد نظر می باشد. در این مقاله با طراحی سیستم زهکشی آب های سطحی آشنا خواهید شد، پس در ادامه با ایران عمران همراه شوید.
1- مطالعات هیدرولوژی و تعیین دبی سیلاب برای طراحی زهکشی آب های سطحی
1-1- مقدمه
ابنیه فنى و تسهیلات متداول براى زهکشی آب هاى سطحى عبارتند از: پل ها، آبروها، کانال ها، نهرهاى کنار راه، قنوهاى حاشیه و میانه راه، جدول ها، آماس ها، برم ها و ناودانى ها. طرح تخلیه آب های سطحی باید با رعایت معیارهای فنی و با توجه به پارامترهای متکی به آمار و مسائل ایمنی و اقتصادی تهیه شود.
در موردهایى که شدت بارندگى از ظرفیت نفوذ خاك بیشتر باشد، بخشى از آب حاصل از بارندگى در سطح حوزه آبگیر باقى مى ماند. این آب پس از پرکردن چاله هاى سطح زمین به صورت جریان صفحه اى در امتداد بزرگترین شیب به راه مى افتد و از طریق آبراهه اصلى از حوزه آبگیر خارج مى شود. این بخش از بارندگى را دبی سیلاب (رواناب سطحى) می نامند. معمولاً در صورتی که آبراهه اصلی با امتداد راه، تلاقی پیدا کند، از تسهیلاتی مانند پل و آبرو براي هدایت آب از عرض راه استفاده می شود.
در تخلیه آب های سطح راه، آب سطحی با شیب های عرضی و طولی به کانال هدایت شده و تخلیه می شوند. مطالعات هیدرولوژی در مهندسی راه شامل برآورد دبی سیلاب (رواناب سطحى) و کنترل آن است. کنترل دبی سیلاب شامل دور کردن دبی سیلاب از کف راه و تعیین ابعاد تسهیلات مربوطه مانند پل، آبرو و کانال می باشد. حجم دبی سیلاب به خصوصیات آب و هوایی مانند شدت بارندگی و خصوصیات حوزه آبگیر مانند وسعت حوزه آبگیر، زمان تمرکز، شیب منطقه، جنس اراضى و برخی از عوامل دیگر بستگى دارد. بنابراین تخمین صحیح دبی به شناخت صحیح از شرایط آب و هوایی و خصوصیات حوزه آبگیر وابسته است.
نکته: به آب هایى که به طور جانبى از درون خاك زیر سطح زمین، به طرف رودخانه یا کانال جریان پیدا مى کند، آب هاى زیرسطحى گفته مى شود که در مطالعات زهکشی آب های سطحی از آن صرف نظر مى شود.
2-1- خصوصیات آب و هوایی در طراحی زهکشی آب های سطحی
1-2-1- بارندگی
دبى سیلاب که از پارامترهای مهم طراحی سیستم زهکشی آب های سطحی می باشد، با توجه به خصوصیات مهم بارندگى که در ادامه آورده شده اند، تخمین زده مى شود:
- مدت بارندگى (فاصله زمانی بین شروع و خاتمه هر بارندگی)
- مقدار بارندگى (ارتفاع حاصل از بارندگی در طول مدت بارندگی)
- شدت بارندگى بر اساس دوام و دوره بازگشت
شدت بارندگى عبارت است از متوسط حجم باران در طول بارندگى بر واحد زمان بر واحد سطح که با توجه به مدت زمان بارندگى، متفاوت است و با آن نسبت معکوس دارد. یعنى هر چه زمان بارندگى بیشتر در نظر گرفته شود، شدت بارندگى کمتر خواهد بود. معمولاً تعیین شدت بارندگی برای یک دوره بازگشت معین انجام می شود. منظور از دوره بازگشت، تعداد سال هایی می باشد که به طور متوسط بین وقوع دو باران با شدت بارندگی مشابه وجود دارد. امروزه در علم هیدرولوژى، دوره بازگشت را با احتمال بازگشت نیز بیان مى کنند، به طورى که مدت بازگشت به سال و احتمال بازگشت (p) عکس یکدیگر می باشند، یعنى P=1/N، بنابراین یک دوره بازگشت 50 ساله را مى توان با احتمال بازگشت 2 درصد بیان کرد. جهت تعیین شدت بارندگی برای یک دوام مشخص با دوره بازگشت معین، استفاده از منحنی ها و یا روابط شدت-مدت-فراوانی (در صورت موجود بودن) توصیه می شود. در غیر این صورت می توان با استفاده از داده های خام ایستگاه های هواشناسی مربوط و به کارگیری روش های آماری مناسب، شدت بارندگی را براي یک دوام مشخص با دوره بازگشت معین، استخراج کرد. منحنی ها و یا روابط شدت-مدت-فراوانی بر اساس تجزیه و تحلیل داده های ایستگاه های باران نگاری به دست می آید که با داشتن مدت بارندگی، می توان مقدار شدت بارندگی را در دوره بازگشت مد نظر از روی این منحنی ها و یا روابط تعیین کرد.
نتایج آمار میزان و شدت بارندگى در مدت هاى کمتر از 30 دقیقه نسبت به بارندگى در مدت 30 دقیقه در جدول 1 آورده شده است. از این جدول براى مطالعاتى که آمار کامل تری وجود نداشته و لازم است تا شدت بارندگی در مدت بارندگی کمتر به دست آید (به ویژه در حوزه آبریزهای کوچک)، مى توان استفاده کرد.
جدول 1- رابطه نسبی متوسط میزان و شدت بارندگی برای مدت های تعیین شده به میزان و شدت بارندگی در 30 دقیقه
2-2-1- برف
در تخمین دبی سیلاب در ارتباط با بارش برف، به موارد زیر توجه شود. لازم به ذکر است که مى توان از افت ناشى از تبخیر و تعرّق در تخمین دبی سیلاب صرف نظر کرد.
- میزان بارش برف سالیانه
- میزان آب ناشى از برف ذوب شده
- شدت ذوب برف
3-1- خصوصیات حوضه آبگیر
خصوصیات حوضه آبگیر در طراحی سیستم زهکشی آب های سطحی اهمیت زیادی دارد. مهمترین خصوصیات حوضه آبگیر عبارتند از: مساحت، شکل، شیب، بهره ورى زمین، خاكشناسى و زمین شناسى اراضى، نگهداشت سطحى، ارتفاعات نقاط و موقعیت جغرافیایى حوزه آبگیر. بیشتر این خصوصیات در محاسبه زمان تمرکز برای تعیین دبی سیلاب مورد توجه قرار می گیرند.
حجم دبی سیلاب با مساحت حوضه آبگیر رابطه مستقیم دارد. مساحت حوضه آبگیر با واحد هکتار یا کیلومتر مربع گزارش مى شود که از روى نقشه هاى توپوگرافى یا عکس هاى هوایى محاسبه مى شود. شکل حوضه آبگیر در مقدار دبی سیلاب مؤثر است. حوضه آبگیر کشیده باریک معمولاً دبى اوج کمترى نسبت به حوضه آبگیر با مساحت مساوى ولى پهنای بیشتر دارد. شیب حوضه یکى از عوامل عمده مؤثر در زمان تمرکز است. در شیب هاى تند، سرعت جریان آب، بیشتر می باشد و در نتیجه دبى حاصل بیشتر است. متقابلاً در شیب هاى کم، سرعت جریان آب کمتر و در نتیجه دبى تخلیه کمترى حاصل مى شود.
تغییر بهره ورى زمین طبیعى مانند تبدیل اراضى کشاورزى یا بایر به مناطق مسکونى یا صنعتى موجب افزایش دبی سیلاب مى شود. در تخمین میزان دبی سیلاب، بهتر است به تغییرات احتمالى بهره ورى حوضه در آینده توجه شود. خاكشناسى و زمین شناسى اراضى حوضه آبگیر در تخمین میزان دبى سیلاب مورد توجه قرار مى گیرد. در تخمین میزان دبى سیلاب از اثر نگهداشت سطحى آب توسط رستنى ها و گودى هاى اراضى حوضه آبگیر صرف نظر مى شود. ارتفاع متوسط حوضه آبگیر، رقومى است که ارتفاع 50 درصد از نقاط اراضى حوزه آبگیر، بالاتر از آن باشد. در تخمین دبى سیلاب باید به اختلاف ارتفاع حوزه آبگیر به ویژه در نقاط برف گیر توجه شود.
در تخمین دبى رواناب سطحى به منظور طراحی سیستم زهکشی آب های سطحی باید به اثر گرمایش حاصل از تابش آفتاب در حوضه هاى آبگیرى که شیب عمومى آنها به طرف جنوب است، شامل تبخیر، تعرّق، نفوذ بیشتر آب در خاك، ذوب برف در تابستان و شدت ذوب و همچنین به جهت جریان سیلاب نسبت به جهت جریان رودخانه نیز توجه شود. آبراهه اصلی حوضه آبگیر، کانال اصلی طبیعی حوزه آبریز می باشد که آب از آبراهه های کوچک به آن وارد شده و از حوضه آبریز خارج می شود. طول حوضه آبریز، طول آبراهه اصلی از نقطه خروجی تا جایی است که رودخانه به طور مشخص روی نقشه وجود دارد.
1-3-1- زمان تمرکز
زمان تمرکز از مهمترین پارامترهاى فیزیکى حوضه است و عبارت است از حداکثر زمانى که طول می کشد تا آب از دورترین نقطه حوزه، مسیر هیدرولیکی خود را طى کرده و به نقطه تمرکز برسد. نقطه تمرکز، نقطه ای در حوضه آبریز است که دبی سیلاب به طور طبیعی به آن هدایت می شود که ممکن است دهانه آبرو یا پل باشد. در بعضی از روش های تخمین دبی سیلاب، مدت دوام بارش با شدت یکنواخت براى تمام حوضه برابر با زمان تمرکز (Tc) فرض مى شود. زمان تمرکز Tc، حاصل جمع سه زمان جریان آب هاى سطحى به شرح ذیر است:
- زمان حرکت ورقه ای آب روی زمین تا تشکیل آبراهه کوچک
- زمان جریان در آبراهه کوچک تا رسیدن به آبراهه اصلی (در سطوح رویه دار (بتن آسفالتی، بتن سیمانی و …)، جریان به صورت ورقه ای به کانال باز می رسد و این مرحله در نظر گرفته نمی شود).
- زمان جریان در آبراهه اصلی تا دهانه آبرو یا پل
حداقل زمان تمرکز برای حوضه های آبریز کوچک و ساده مانند زهکشی آب های سطحی سواره روها، برای سطوح رویه دار، 5 دقیقه و برای سطوح بدون رویه، 10 دقیقه در نظر گرفته می شود اما برای سطح کوچک بدون رویه که شیب سطح بیشتر از ده درصد است، زمان تمرکز 5 دقیقه در نظر گرفته می شود. علاوه بر روش های زیر برای تعیین زمان تمرکز، می توان متناسب با خصوصیات حوضه، از سایر روش های مراجع معتبر نیز استفاده کرد.
1-1-3-1- زمان حرکت ورقه ای آب روی زمین تا تشکیل آبراهه کوچک
پس از بارندگی، معمولاً جریان ورقه ای آب به ارتفاع حداکثر 2 تا 3 سانتیمتر شکل می گیرد. طول تشکیل جریان ورقه ای برای سطوح بدون رویه 20 تا 30 متر و برای سطوح رویه دار حداکثر 90 متر می باشد. زمان حرکت ورقه ای آب با رابطه موج سینماتیکی، رابطه 1 به دست می آید.
رابطه 1
هر یک از پارامترهای رابطه فوق به شرح زیر می باشند:
- Tt: زمان حرکت ورقه ای آب با واحد دقیقه
- L: طول مسیر جریان با واحد متر
- S: شیب مسیر جریان با واحد متر بر متر
- n: ضریب زبری برای جریان ورقه ای (طبق جدول 2)
- i: شدت بارندگی برای دوره بازگشت مشخص با دوام Tt (میلی متر در ساعت)
چنانچه برای تعیین شدت بارندگی از منحنی ها و یا روابط شدت- مدت- فراوانی استفاده شود، نیاز به فرآیند تکراری است. بدین ترتیب که ابتدا با فرض مقدار اولیه برای Tt به عنوان مدت بارندگی، شدت بارندگی از روی منحنی ها و یا روابط شدت- مدت- فراوانی محاسبه شده و سپس با استفاده از شدت بارندگی به دست آمده و رابطه معادله موج سینماتیکی، Tt به دست می آید. این روند تکرار می شود تا Tt در دو مرحله یکسان شود. چنانچه حداکثر میزان بارندگی 24 ساعت برای دوره بازگشت 2 سال موجود باشد، به جای استفاده از رابطه موج سینماتیکی، می توان از رابطه 2 استفاده کرد.
رابطه 2
هر یک از پارامترهای رابطه فوق به شرح زیر می باشند:
- Tt: زمان حرکت ورقه ای آب با واحد دقیقه
- L: طول مسیر جریان با واحد متر
- S: شیب مسیر جریان با واحد متر بر متر
- n: ضریب زبری برای جریان ورقه ای (طبق جدول 2)
- P2: حداکثر میزان بارندگی 24 ساعت برای دوره بازگشت 2 سال با واحد میلی متر
جدول 2- ضریب زبری براي جریان ورقه ای
2-1-3-1- زمان جریان در آبراهه کوچک تا رسیدن به کانال اصلی
جریان ورقه ای بعد از طی مسیری کوتاه، تبدیل به یک آبراهه کوچک با ارتفاع آب 4 تا 10 سانتی متر می شود. برای محاسبه سرعت جریان در آبراهه کوچک، از روش آپلند استفاده می شود. متوسط سرعت در روش آپلند را می توان از شکل 1 و یا از رابطه 3 به دست آورد.
رابطه 3
هر یک از پارامترهای رابطه فوق به شرح زیر می باشند:
- V: سرعت با واحد متر بر ثانیه
- S: شیب با واحد متر بر متر
- K: ضریبی که به پوشش زمین بستگی دارد. واحد این ضریب متر بر ثانیه است و از جدول 3 می توان آن را به دست آورد.
پس از محاسبه سرعت، زمان حرکت آب را (با واحد دقیقه) می توان با رابطه 4 تعیین کرد. در این رابطه، L، طول مسیر جریان می باشد و واحد آن، متر است.
رابطه 4
اگر در استفاده از رابطه موج سینماتیکی برای تعیین زمان حرکت ورقه ای آب، تشخیص دقیق طول آبراهه کوچک ممکن نباشد، می توان از روش آپلند برای تعیین مجموع زمان حرکت آب به صورت ورقه ای و زمان حرکت آب در آبراهه کوچک تا رسیدن به آبراهه اصلی استفاده کرد.
جدول 3- ضریب پوشش زمین برای جریان در آبراهه کوچک
شکل 1- روش آپلند برای تعیین زمان حرکت آب در آبراهه کوچک تا رسیدن به کانال باز یا مجموع زمان حرکت آب به صورت ورقه ای و زمان حرکت آب در آبراهه کوچک تا رسیدن به کانال باز
3-1-3-1- زمان جریان در آبراهه اصلی تا دهانه آبرو یا پل
در موردهایى که خصوصیات کانال و ابعاد هندسى آن معلوم باشد، تخمین زمان جریان در آبراهه اصلی از تقسیم طول آبراهه اصلی به سرعت جریان در آن به دست مى آید. سرعت جریان در این حالت از رابطه مانینگ که در همین مقاله آورده شده، محاسبه می شود.
4-1- دبی سیلاب طرح برای طراحی زهکشی آب های سطحی
دبى سیلاب طرح (دبى اوج) که از پارامترهای مهم طراحی سیستم زهکشی آب های سطحی می باشد، حداکثر میزان جریان دبی سیلاب گذرنده از یک مقطع در حین بارندگى یا پس از آن، با یک دوره بازگشت معین است. واحد اندازه گیرى کمى آن، متر مکعب بر ثانیه است. ابنیه فنی باید بتوانند آب تخمینى از دبى سیلاب در دوره تناوب برگشت مد نظر را به طور مناسب و ایمن هدایت کنند. ارتفاع آزاد زیر عرشه پل ها و آبروها و تسهیلات تخلیه آب هاى سطحى بر اساس دبى سیلاب طرح، طراحى مى شوند. اهمیت ابنیه فنى، مقدار خطرپذیری، میزان خرابى راه، خسارت مالى وارد به املاك و خسارت احتمالى جانى باید در انتخاب دبی سیلاب طرح مورد توجه قرار گیرد. خصوصیات آب و هوایی، خصوصیات حوزه آبگیر (به ویژه زمان تمرکز) و دوره بازگشت، مهمترین عوامل موثر بر دبی سیلاب می باشند.
1-4-1- روش های اندازه گیری دبی سیلاب طرح برای طراحی سیستم زهکشی آب های سطحی
اندازه گیری مستمر و صحیح دبی سیلاب در یک حوزه، امکان تخمین منطقی دبی سیلاب طرح را فراهم می کند. اندازه گیری دبی سیلاب در آبراهه اصلی حوزه به دو روش مستقیم و غیر مستقیم می تواند انجام شود. در اندازهگیری مستقیم در زمان جاری شدن سیلاب در چندین نقطه از آبراهه اصلی حوزه، تغییرات ارتفاع آب و سرعت آن ثبت و متوسط نتایج حاصل از آن به عنوان دبی سیلاب تعیین می شود. روش غیر مستقیم معمولاً بعد از وقوع سیل به کار گرفته می شود. در این روش با توجه به آثار باقیمانده، ارتفاع سطح آب، تعیین و با استفاده از مشخصات هندسی مقطع آبراهه اصلی حوزه، شیب کانال و ضریب مانینگ و با به کارگیری روابط هیدرولیکی مانند رابطه مانینگ یا اصل بقای انرژی، دبی سیلاب تعیین می شود.
2-4-1- روش های تخمین دبى سیلاب طرح
طراحى هیدرولیکى ابنیه فنى برای زهکشی آب های سطحی پس از تعیین دبى سیلاب طرح انجام مى شود. برآورد رواناب سطحى حداکثر با دوره هاى بازگشت مختلف، مهمترین قسمت طراحى است. براى تخمین دبى سیلاب طرح، متناسب با داده ها و محدویت های موجود می توان از روش هاى تجربی یا سایر روش ها استفاده کرد. مجموعه ای از این روش ها به همراه داده های مورد نیاز و فرضیات استفاده شده در این روش ها، در جدول 4 آورده شده است. در به کارگیری هر یک از این روش ها، فرضیات و محدودیت های هر روش باید مورد توجه قرار گیرد تا نتایج قابل قبولى براى برآورد حداکثر دبى رواناب سطحى به دست آید. براي جزئیات بیشتر می توان به مراجع معتبر در این زمینه مراجعه کرد. همچنین می توان از سایر روش های مراجع معتبر با توجه به فرضیات و محدودیت های هر روش استفاده کرد. باید توجه داشت که در صورت استفاده از چندین روش برای تعیین دبی سیلاب طرح، نباید از متوسط نتایج استفاده کرد.
جدول 4- داده های اصلی مورد نیاز و فرضیات روش های متداول تعیین دبی سیلاب طرح
3-4-1- روش استدلالی
روش استدلالى یکى از ساده ترین روش هاى تجربى متداول در برآورد دبى سیلاب طرح برای طراحی سیستم زهکشی آب های سطحی می باشد. تخمین دبى سیلاب طرح زهکشى راه ها به جز در حوزه های آبریز بزرگ، با استفاده از روش استدلالى قابل انجام است. براى استفاده از این روش، اطلاعات مربوط به شدت، دوام و دوره بازگشت دبی سیلاب طرح، براى محل پروژه، مورد نیاز است. در این روش دبى سیلاب طرح از رابطه 5 محاسبه مى شود.
رابطه 5
هر یک از پارامترهای رابطه فوق به شرح زیر می باشند:
- Q: دبی طرح با واحد متر مکعب بر ثانیه
- C: ضریب رواناب سطحی
- I: متوسط شدت بارندگى در دوره بازگشت مد نظر (با دوام بارندگى بزرگتر یا مساوی زمان تمرکز (با واحد میلی متر در ساعت))
- A: مساحت حوزه آبریز با واحد کیلومتر مربع
در روش استدلالى، دوره بازگشت سیلاب طرح با دوره بازگشت بارندگى برابر است و همچنین شدت بارندگى یکنواخت براى تمام سطح حوزه آبریز فرض شده است. این فرض آخر، کاربرد روش استدلالى را محدود مى سازد، لذا بهتر است روش استدلالى را فقط براى حوزه هاى آبریز کوچک و ساده و ترجیحاً کوچکتر از 1/3 کیلومتر مربع یا 130 هکتار به کار گرفت. در موردهایى که حوزه آبریز نسبتاً کوچک بوده و جریان آبراهه اصلى از چند انشعاب تغذیه می شود، بهتر است روش استدلالى را براى هر یک از انشعاب ها جداگانه به کار گرفت و سپس جریان آبراهه اصلى را از جمع جریان آب انشعاب ها به دست آورد.
براى به دست آوردن نتایج معقول از روش استدلالى، باید دقت زیاد و قضاوت صحیحى در به کار بردن فرضیات و پارامترهاى رابطه روش استدلالى اعمال شود. ضریب رواناب (C)، نسبت رواناب سطحى به کل نزولات جوى است. بخشى از نزولات جوى به صورت نفوذ در خاك، تبخیر، تعرق و جمع شدن در گودال هاى سطح حوزه آبریز تلف مى شود. مقادیر ضرایب رواناب (C) را مى توان از جداول 5 و 6 به دست آورد. مقادیر ضرایب رواناب برای مناطق ساخته نشده با توجه به چهار مشخصه زیر تنظیم شده است:
- پستى و بلندى اراضى حوزه (میزان شیب)
- جنس اراضى (میزان نفوذپذیرى)
- میزان پوشش گیاهى حوزه (ممانعت از جریان آب)
- میزان چاله در حوزه (تأخیر در جریان آب)
جدول 5- ضریب رواناب برای مناطق ساخته شده
جدول 6- ضریب رواناب برای مناطق ساخته نشده
در موردهایى که حوزه آبریز مورد نظر به لحاظ پوشش سطحى از بخش هاى مختلف تشکیل شده باشد، ضریب رواناب را مى توان از رابطه 6 به دست آورد.
رابطه 6
در رابطه فوق، هر یک از پارامترها به شرح زیر می باشند:
- C: ضریب متوسط رواناب براى کل حوزه آبریز
- Ai: مساحت هر بخش از حوزه آبریز
- Ci: ضریب رواناب هر بخش از حوزه آبریز
ضرایب رواناب در جدول هاى 5 و 6 براى دوره هاى بازگشت حداکثر 10 ساله ارائه شده است. براى دوره هاى بازگشت بیشتر می توان از ضرایب تبدیل جدول 7 به همراه جدول هاى 5 و 6 استفاده کرد. لازم به ذکر است که حاصل ضرب C در ضریب تبدیل Cf از 1 بیشتر نمی شود.
جدول 7- ضرایب تبدیل
2- ابنیه فنى جمع آورى و هدایت آب
هدایت دبی سیلاب (رواناب سطحى) ناشى از نزولات جوى از یک طرف حریم راه به طرف دیگر (به منظور طراحی سیستم زهکشی آب های سطحی راه)، نیازمند ساخت ابنیه فنى مناسب و متناسب مانند پل ها و آبروها می باشد. برای مطالعات هیدرولیکی تکمیلی پل ها، علاوه بر رعایت نکات این بخش، به “دستورالعمل مطالعات هیدرولیکی و آبشستگی پل- نشریه 302” رجوع شود.
1-2- پل ها و آبروها
طبق تعریف، ابنیه فنى با دهانه بزرگتر از 6 متر را پل و ابنیه فنى با دهانه 6 متر و کمتر را، آبرو مى نامند. همچنین ابنیه فنی چند دهانه که مجموع طول آنها بیشتر از 6 متر باشد اما فاصله هر دو دهانه، کمتر از 1/5 برابر قطر هر دهانه باشد، پل نامیده می شود. وجه تمایز پل ها و آبروها عمدتاً در خاکریزى روى اکثر آبروهاست که روى پل ها، خاکریزى موجب اضافه هزینه مى شود و ضرورتى ندارد. از طراحى پل ها با عرشه مستغرق، حتى المقدور اجتناب مى شود، ولى طراحى آبروها در شرایط مناسب می تواند با ورودی (مدخل) مستغرق در زمان سیلاب انجام گیرد. در آبرو با دهانه یا ورودی مستغرق، ارتفاع جریان آب از کف آبرو از ارتفاع ورودی بیشتر شده و آب پشته می کند. در انتخاب پل یا آبرو به هزینه ساخت و نگهداری، پذیرش خطر خرابی و خسارات به املاك مجاور، ایمنی ترافیک و نکات زیست محیطی و معماری توجه می شود. پیش از طراحى هیدرولیکى پل ها و آبروها، باید دبى سیلاب طرح بر حسب متر مکعب بر ثانیه تخمین زده شود. بهتر است تخمین دبى سیلاب طرح براى آبروهاى با حوزه آبگیر بزرگتر از 130 هکتار به دو روش انجام شود تا از مقایسه آن دو، نتیجه اطمینان بخش ترى حاصل شود.
2-2- انتخاب دوره بازگشت سیلاب
براى انتخاب دوره بازگشت مى توان یکى از دو روش زیر یا هر دو را در طراحى هیدرولیکى پل ها و آبروها مورد استفاده قرار داد:
- روش معمول: استفاده از دوره بازگشتِ از قبل انتخاب شده
- تجزیه و تحلیل: استفاده از دوره بازگشتى که با صرفه ترین هزینه را در بر دارد و با شرایط محلى و خطرات مربوط، به بهترین وجه سازگار است.
در انتخاب دوره بازگشت و فاصله آزاد قائم پل هاى کوچک و آبروها، باید به نکات زیر توجه شود:
1-2-2- پل ها
- دوره بازگشت سیلاب با توجه به جدول 8 یا بزرگترین دوره بازگشت سیلاب ثبت شده (هر کدام که بزرگتر باشد)، در نظر گرفته شود.
- برای فاصله آزاد قائم (فاصله بین ارتفاع پایین ترین قسمت سازه عرشه پل و ارتفاع سطح آب سیلاب طرح) دوره بازگشت سیلاب صد ساله (به علت نداشتن آمار) انتخاب شود. فاصله آزاد قائم براى طراحى مقدماتى پل ها، 0/6 متر فرض شود.
- اثر میزان ته نشست هاى متحرك و توده نخاله ها لحاظ شود.
جدول 8- راهنمای انتخاب دوره بازگشت برای پل ها
2-2-2- آبروها
مى توان یکى از معیارهاى زیر را براى انتخاب دوره بازگشت سیلاب در طراحى هیدرولیکى آبروها در نظر گرفت:
- در صورتى که طراحى آبرو با دهانه بدون ورودى مستغرق باشد، دوره بازگشت سیلاب مطابق جدول 9 یا بزرگترین دوره بازگشت سیلاب ثبت شده (هر کدام بزرگتر باشد) در نظر گرفته شود.
- در صورتى که طراحى آبرو با دهانه ورودى مستغرق باشد (پشته کردن فراز آب و سرعت خروجى بیش از اندازه آب)، دوره بازگشت سیلاب صد ساله یا بزرگترین سیلاب ثبت شده در محل در نظر گرفته شود.
در طراحى آبروهاى آزادراه ها، بزرگراه ها و راه هاى اصلى باید حداقل دوره بازگشت سیلاب، 25 سال در نظر گرفته شود. طراح باید در استفاده از معیارهای فوق برای شرایط و پروژه های خاص، احتیاط کند.
جدول 9- راهنمای انتخاب دوره بازگشت برای آبروها
3-2- فرازآب و پایاب
فرازآب به ارتفاع جریان آب بالادست از کف آبرو گفته مى شود. باید از انتخاب فرازآبى که موجب تشکیل حوضچه آب غیر قابل قبول و یا سرعت خروجى بیش از اندازه به علت شیب تند زمین شود، اجتناب کرد. در انتخاب فرازآب ورودى آبرو، به موردهاى زیر توجه شود:
- ارتفاع خاکریزی
- هزینه خسارت وارده به تسهیلات راه
- هزینه خسارت وارده به املاك بالادست در اثر تشکیل حوضچه آب
- سرعت فرساینده کف آبرو و پایین دست آن
پایاب به عمق جریان آب در پایین دست آبرو مى گویند. این عمق به شیب و وضعیت پستى و بلندى پایین دست بستگى دارد. عمق زیاد ممکن است سبب غوطه ورشدن خروجى آبرو شود.
4-2- کنترل توده نخاله در طراحى آبرو
از دو روش زیر مى توان براى کنترل توده نخاله در طراحى آبروها استفاده کرد:
1- عبور توده نخاله از آبرو: با رعایت جنبه اقتصادى، بهتر است طراحى دهانه آبروها با امکان عبور نخاله انجام شود. این نوع طراحى، سبب افزایش هزینه های ساخت می شود.
2- جلوگیری از عبور توده نخاله از آبرو: اگر طراحى دهانه آبروها با درنظر گرفتن عبور نخاله، اقتصادى نباشد، ابنیه کنترل توده نخاله در بالادست آبرو ایجاد خواهد شد. استفاده از این ابنیه ها، سبب افزایش هزینه نگهداری می شود. در این حالت براى جمع آورى نخاله ها، باید راه دسترسى ساخته شود.
5-2- امتداد شیب طولی آبروها
به طور کلى مسیر آبرو، بهتر است مستقیم و با شیب طولى ثابت باشد. در صورت عدم فرسایش مسیر آبرو، از امتداد شکسته (زاویه دار) مى توان استفاده کرد. در غیر این صورت، محل شکستگى گرد مى شود. در موردهایى که استفاده از مسیر با امتداد شکسته اجتناب ناپذیر است، باید محل آن به منظور بازدید و نگهدارى قابل دسترسى باشد. نیمرخ طولی بستر آبرو معمولاً بر نیمرخ طولی بستر جریان آب منطبق است. استثناء از این قاعده به ترتیب زیر امکانپذیر است:
الف- در شیب هاى ملایم که احتمال ته نشین شدن رسوبات وجود دارد، مى توان ورودى آبرو را بالاتر از نیمرخ طولی بستر جریان در نظر گرفت. میزان بالاتر بودن ورودی آبرو، به اندازه و طول آبرو و مقدار رسوب بستگى دارد. به این ترتیب رسوبات قبل از ورودی آبرو ته نشین مى شوند که باید در فرصت هاى مناسب تخلیه شوند.
ب- در بسترهاى با شیب تند، مى توان شیب آبرو را ملایم تر از شیب بستر در نظر گرفت. تأمین سرعت لازم براى حمل مواد ته نشین شونده در شیب مورد نظر ضرورى است. در پایین دست، تمهیدات لازم براى هدایت آب و حفظ بستر به عمل مى آید. استفاده از این روش، صرفه جویى قابل ملاحظه اى در بر دارد. براى جلوگیرى از شسته شدن خروجى آبرو، تدابیرى مانند سرریز در خروجى آبرو در نظر گرفته مى شود.
6-2- انواع آبروها
انواع آبرو به شرح زیر می باشد:
- دالى
- دایره ای
- طاقی
- جعبه ای
- بیضوى یا شبه بیضوى
در صورت استفاده از آبروهاى لوله اى چند دهانه اى، فاصله بین سطوح خارجى لوله ها برابر نصف قطر اسمى یا حداقل 0/6 متر در نظر گرفته مى شود.
7-3- طراحی هیدرولیکی آبروها
هدف از طراحى هیدرولیکى آبروها، تأمین ظرفیت لازم در آبروها برای انتقال دبى سیلاب طرح تخمینی می باشد. تحلیل دقیق هیدرولیکی بسیار پیچیده می باشد و در عمل از روش هایی با دقت 10± درصد برای تخمین دبی سیلاب طرح استفاده می شود. معمولاً براى طراحى هیدرولیکى آبروها یکی از دو حالت کنترل دهانه ورودى آبرو یا کنترل دهانه خروجى آبرو در نظر گرفته مى شود. بیشتر آبروها بر اساس کنترل دهانه ورودی آبرو عمل می کنند. در این حالت ظرفیت انتقال آبرو بیشتر از ظرفیت ورودی دهانه آبرو می باشد. در روش طراحى کنترل جریان آب در ورودى، براى افزایش ظرفیت آبرو، بدون افزایش فرازآب ورودى، از دیوارهاى بالى شکل مستقیم (دیوار برگشتی) (با توجه به مسیر بستر طبیعى مجاور آبرو یا دیوار بالى شکل) استفاده مى شود. در حالت کنترل دهانه خروجی آبرو، ظرفیت انتقال آبرو کمتر از ظرفیت ورودی دهانه آبرو است. در طراحی با کنترل دهانه ورودى آبرو، مقطع عرضی آبرو، ارتفاع فرازآب و هندسه دهانه ورودی مهمترین داده های اولیه طرح می باشند. در طراحی با کنترل دهانه خروجی آبرو، داده های اولیه شامل ارتفاع پایاب، شیب، طول و ضریب زبری آبرو نیز می باشد. در هر یک از دو حالت با توجه به عوامل مختلف و رابطه هاى مختلفی که براى تعیین و توجیه وضعیت هیدرولیکى آبرو وجود دارد و با استفاده از نمودارهاى مربوطه یا برنامه هاى کامپیوترى، اندازه مقطع آبرو تعیین مى شود.
8-3- طراحی ورودی و خروجی آبروها
منظور از طراحى ورودى و خروجی آبروها (به منظور طراحی سیستم زهکشی آب های سطحی راه)، تعیین سطح مقطع و نوع ساختمان لبه ورودى و خروجی آبروها است. سطح مقطع و ساختمان لبه ورودى آبروها از عوامل تعیین کننده سطح حوضچه تشکیل شده در ورودى آبروها است.
براى افزایش ظرفیت آبرو و اقتصادى بودن آن و ثابت نگهداشتن سرعت ورودى، از ورودى گرد، اریب و پهن استفاده مى شود. در موارد زیر از آبروهاى با ورودى داراى دیوار پیشانى و دیوار بالى شکل مى توان استفاده کرد:
- افزایش ظرفیت هیدرولیکی
- حفاظت خاکریزى و کاهش فرسایش شیروانى ها
- افزایش پایدارى سازه اى در انتهاى آبروها
در مواردی که کانال با مقطع ذوزنقه کم عمق منتهى به آبرو باشد، از دیوارهاى بالى شکل استفاده می شود. بهتر است به لحاظ اقتصادى، ایمنى و زیباسازى طرح، در صورت امکان از ورودى و پایانه پیش ساخته برای دیوار پیشانى استفاده کرد. براى آبروهاى دایره اى با قطر 1/5 متر یا بیشتر و لوله اى با قطر معادل دایره اى، مى توان از ورودى قیفى شکل یا دیوار پیشانى استفاده کرد.
انتخاب زاویه دیوار بالى براي جلوگیرى از شسته شدن خاکریزى در انتهاى دیوارهاى بالى در اثر گرداب، انجام می شود. براى افزایش ظرفیت هیدرولیکی آبرو، از دیوار بالى شکل، با زاویه 30 تا 75 درجه که رقوم بالاى آن، برابر رقوم بالاى دیوار پیشانى است، استفاده می شود. در موردهایى که کانال با مقطع منظم و شیب هاى جانبى تند منتهى به آبرو باشد، بهتر است از دیوار بالى شکل مستقیم (دیوار برگشتی) استفاده شود.
طراحى دهانه خروجی آبروها بر اساس حداکثر سرعت جریان آب انجام می شود. در موردهایى که سرعت زیاد ممکن است موجب شسته شدن بستر و شیب هاى کانال پایین دست شود، مى توان با تغییر شیب آبرو از سرعت خروجی کاست. در مواردی که سرعت خروجى را نتوان با تغییر شیب، کاهش قابل توجهى داد، از انواع حفاظ های دهانه یا از مستهلک کننده انرژى در دهانه استفاده مى شود. در بررسى راه حل هاى جلوگیرى از فرسایش ناشی از سرعت زیاد در دهانه خروجی، به ارزیابى اثرات آن در املاك پایین دست توجه شود.
9-2- قطر و طول آبروهای لوله ای
حداقل قطر و طول لوله از نظر نگهدارى و پاکسازى داخل آبروها بر اساس موارد زیر تعیین مى شود:
حداقل قطر براى آبروهاى عرضی زیر راه 45 سانتی متر است و اگر فاصله بین دهانه ورودی و خروجی بیش از 30 متر باشد، حداقل قطر لوله به 60 سانتی متر افزایش می یابد. در انتخاب طول آبروى لوله ای به موارد زیر باید توجه شود و از نزدیکترین طول تجاری بزرگتر یا مساوی با طول به دست آمده استفاده می شود.
الف- با توجه به شرایط انتهایى آبرو و براى خاکریزى 4 متر یا کمتر، طول نظرى (طول محاسبه شده بر مبنای شیب) اعمال شود.
ب- براى خاکریزى هاى بیش از 4 متر براى هر 3 متر افزایش خاك، 0/3 متر و حداکثر 2 متر به طول نظری اضافه شود. در مواردی که خاکریزى بلند، پله اى باشد، افزایش طول آبرو بر اساس ارتفاع پایین ترین پله خواهد بود.
3- زهکشی آب های سطحی راه
زهکشی آب های سطحی راه، شامل جمع آورى، هدایت و تخلیه آب از سواره رو، شانه ها و حریم راه است. موردهایى که در طرح تخلیه آب هاى سطحی راه به آن توجه مى شود، عبارت است از: نوع روسازى، قبول یا عدم قبول احتمال سیلابى شدن سطح راه، میزان نفوذ آب، شیب هاى طولى و عرضى راه، نحوه تخلیه آب به نهرهاى طرفین (از طریق ناودانى ها و سطح شیروانى ها)، ایمنى و هزینه تسهیلات.
در تخلیه آب های عبوری از سطح راه، معمولاً آب سطحی از طریق شیب های عرضی و طولی به کانال مجاور هدایت شده و تخلیه می شود. براى تعیین دوره مطلوب بازگشت دبی سیلاب طرح و امکان پخش آب در سطح راه مى توان از جدول 10 استفاده کرد.
جدول 10- راهنمای انتخاب دوره بازگشت مطلوب زهکشی آب های سطحی راه
1-3- تخلیه آب های کف راه
تخلیه آب هاى کف راه براى یک دوره بازگشت سیلاب طرح و با توجه به امکان پخش آب در کف راه، طراحى مى شود. میزان پخش آب طرح، متناسب با نوع راه است. میزان پخش آب طرح، به عوامل زیر بستگى دارد:
- شیب عرضى
- شیب طولى
- تعداد خط عبور
- عرض شانه ها
- وجود آماس
طرح تخلیه آب هاى کف راه طورى تهیه مى شود که از تجمع دبی سیلاب (رواناب سطحى) به شکل جریان رواناب صفحه اى بیش از 3 لیتر در ثانیه اجتناب شود.
2-3- تخلیه آب های میانه
حداقل شیب طولى مطلوب براى نهرهاى خاکى مثلثى شکل و پوشش دار میانه به ترتیب برابر 0/25 درصد و 0/12 درصد در نظر گرفته مى شود. براى جلوگیرى از آبشستگى نهرهاى خاکى میانه، باید سرعت متناسب انتخاب شود. نهر میانه را در صورت لزوم مى توان با استفاده از خاك تثبیت شده با سیمان یا آهک با حداقل ضخامت 15 سانتیمتر، طراحى کرد. به لحاظ عدم تأمین ایمنى وسایل نقلیه منحرف شده، بهتر است از پوشش نهرهاى میانه با قلوه سنگ اجتناب شود. موقعیت مناسب دریچه هاى ورودى براى هدایت رواناب سطحى به آبروها یا سیستم جمع آورى رواناب سطحى، با توجه به عوامل اقتصادى انتخاب مى شود. انتخاب محل هاى گود براى ورودى ها موجب افزایش ظرفیت می شود.
3-3- تخلیه آب های ورودی به حریم راه
تخلیه آب هایى که وارد حریم مى شوند به دو روش انجام می شود:
1- تخلیه آب های بالا دست: براى تخلیه آب هایى که از اراضى بالادست خاکبردارى به طرف حریم سرازیر مى شوند، از نهرهاى بالاى شیروانى استفاده مى شود. نهرهاى قطع کننده بالاى شیب هاى جانبى (تقاطع شیروانى خاکبردارى با زمین طبیعى) را نهرهاى بالاى شیروانى مى نامند. نهرهاى با شیب تند که در آنها خطر آبشستگى وجود دارد، بهتر است پوشش دار باشند. براى نهرهاى با شیب تندتر از 1:4 مى توان از پوشش هاى پیش ساخته استفاده کرد. بهتر است در محل هاى مناسب، رواناب سطحى جمع آورى شده توسط نهرهاى بالاى شیروانی به وسیله شوت ها به کانال هاى مربوطه هدایت و تخلیه شوند.
2- تخلیه آب های پایین دست: آب هاى کف راه که از روى خاکریزى ها به طرف حریم تخلیه مى شوند، باید توسط شوت هاى پوشش دار به کانال هاى مربوطه هدایت شوند. این شوت ها به اشکال لوله اى و ناودانى و مجارى پوشش دار طراحى مى شوند. تعیین فواصل شوت ها و محل آنها به شکل زمین، پروفیل طولی راه، مقدار جریان آب و حدود مطلوب پخش آب، بستگى دارد. محل شوت ها در قسمت هاى پست در نظر گرفته مى شود. مى توان از شوت هاى لوله اى فلزى براى هر نوع شیب جانبى (شیب شیروانی) استفاده کرد. از شوت هاى لوله اى فلزى در شیبهاى جانبى 1:4 یا تندتر استفاده مى شود. در شوت هاى فلزى طولانى با ظرفیت بیش از حجم رواناب سطحى، مى توان از ورودى با مقطع باریک شونده استفاده کرد. حداقل قطر لوله براى شوت هاى فلزى لوله اى، 200 میلى متر است. از شوت هاى ناودانى با مقطع مستطیل شکل موج دار با ورودى باریک شونده مى توان در شیبهاى 1:2 و یا ملایم تر استفاده کرد. در موردهایى که شیب جانبى 1:1/5 یا بیشتر و طول شوت بیش از 20 متر باشد، از به کارگیرى شوت هاى ناودانى اجتناب مى شود. در طرح شوت ها بهتر است از ایجاد تغییر ناگهانى در مسیر و شیب طولى اجتناب شود.
4- کانال ها
کانال، یک مسیر هدایت آب با سطح آزاد است. طراحى و اجراى نهرهاى طبیعى و نهرهاى ترمیم شده، جوى حاشیه جاده و جوى حاشیه جدول، طبق ضوابط این بخش انجام مى شود. براى هدایت دبی سیلاب توسط آبروها و لوله هاى با مقاطع غیر پر نیز ضوابط این بخش باید رعایت شود.
در طراحى کانال هاى باز علاوه بر اصول هیدرولیکى، اقتصادى بودن طرح، ملاحظات ایمنى براى وسایل نقلیه منحرف شده از سواره رو، منظرآرایى و هدایت آب هاى سطحى، بدون خسارت رساندن به راه ها و املاك مجاور و با حداقل آسیب رسانى به محیط زیست در نظر گرفته مى شود. میزان مطالعات هیدرولوژیکى و هیدرولیکى، به نوع راه، ابنیه فنى، قیمت تمام شده، ضریب اطمینان و محیط زیست بستگى دارد.
1-4- ملاحظات طراحی کانال ها به منظور طراحی سیستم زهکشی آب های سطحی
معیارهاى تخمین دبى سیلاب طرح براى کانال های مربوط به عبور دبی سیلاب طرح از عرض راه، مانند معیارهاى بخش آبروها و پل ها و برای جمع آوری و تخلیه دبی سیلاب طرح از سطح راه (رواناب سطحی طرح) مانند آبهای سطحی است.
در طراحى کانال ها باید به ایمنى ترافیک توجه ویژه اى داشت. به منظور ایمنى وسایل نقلیه منحرف شده از سواره رو، باید از کانال هاى باز با شیب هاى جانبى ملایم و کف قوسى استفاده شود یا از شبکه های مشبک فلزی براي پوشش آنها استفاده کرد. براي اطلاعات بیشتر به آیین نامه ایمنی راه ها- نشریه 267 مراجعه شود.
مسیر و شیب طولى با توجه به شرایط محل، طورى طرح مى شود که اهداف پیش بینى شده را به بهترین وجه تأمین کند. در طراحى مسیر و شیب طولى کانال، در صورت امکان از تغییرهاى ناگهانى اجتناب مى شود. در محل تغییر ناگهانى مسیر کانال، موقعیت مناسبى براى حمله جریان آب فراهم مى شود. در محل هایى که شیب طولى کانال به طور ناگهانى افزایش می یابد، شرایط مناسبى براى شسته شدن کف و حاشیه کانال فراهم مى شود. در محل هایى که شیب طولى کانال به طور ناگهانى کاهش می یابد، شرایط مناسبى براى ته نشینى مواد حمل شده به وجود مى آید. سرعت مناسب آب در یک کانال، امکان شسته شدن و ته نشینى مواد را از بین مى برد.
سرعت مناسب آب به عوامل زیر بستگى دارد:
- ابعاد و شیب طولى کانال
- مقدار جریان آب هاى سطحى (دبى)
- پوشش کانال
- زبرى بستر آب
- مواد رسوبى حمل شده توسط آب
سرعت هاى مجاز یا مناسب جریان آب براى کانال هاى بدون پوشش را مى توان از جدول 11 به دست آورد.
جدول 11- سرعت مجاز در کانال های بدون پوشش
شکل مقطع یک کانال عموماً با توجه به هدف طرح، نوع زمین طبیعى، سرعت و مقدار جریان تعیین مى شود. کانال مثلثى یا V شکل، عمدتاً براى مقدار جریان کم از قبیل جوى هاى حاشیه میانه راه و نهرهاى کنار راه طرح مى شود. نهرهاى V شکل، مستعد فرسایش می باشند و در موردهایى که سرعت جریان از سرعت هاى مجاز جریان در جدول 11 تجاوز کند، مقطع کانال احتیاج به پوشش خواهد داشت.
معمولى ترین شکل کانال براى آب هاى سطحى با دبى زیاد، مقطع ذوزنقه اى شکل است. کانال هاى ذوزنقه اى به آسانى به وسیله ماشین آلات راهسازى ساخته مى شوند و غالباً اقتصادى ترین مقطع می باشند. در موردهایى که کانال عریض لازم است، مى توان با گردکردن تمام زوایاى مقطع عرضى کانال، ایمنى و منظرآرایى آن را بهبود بخشید. طول تقریبى این گردکردن (خم) با رابطه 7 تعیین مى شود. در این رابطه، L، طول خم (با واحد متر) و X، کتانژانت شیب جانبى مقطع عرضى کانال می باشد.
رابطه 7
در مواردی که مقطع عرضى کانال تنگ باشد، طول (L) محدود به عرض کف کانال مى شود. در مواردی که دبى آب هاى سطحى زیاد باشد، حداقل عرض کف کانال، به لحاظ اجرا و نگهدارى، 4 متر و حداقل عمق جریان آب 30 سانتی متر در نظر گرفته می شود.
مى توان در غالب موردهایى که محدودیت حریم راه وجود دارد، کانال هاى مستطیل شکل را براى هدایت جریان آب هاى سطحى با دبى زیاد در نظر گرفت. ممکن است در بعضى موردها بین سواره رو و کانال، حفاظ فلزى یا بتنى به کار برد. قسمتى از اضافه هزینه تمام شده کانال هاى با مقطع مستطیل شکل، با کاهش حریم راه و حجم خاکبردارى کانال جبران مى شود.
2-4- طرح هیدرولیکی کانال
طرح هیدرولیکى یک کانال، شامل تعیین ظرفیت هیدرولیکى براى هدایت دبى سیلاب و تعیین نوع پوشش کانال براى جلوگیرى از فرسایش آن است. ظرفیت هیدرولیکى یک کانال باز، به ابعاد، شکل، شیب طولى، پوشش و زبرى آن بستگى دارد. طرح هیدرولیکى کانال ها به دلیل آنکه با اکثر ابنیه فنى تخلیه آب هاى سطحى راه، ارتباط متقابل دارد، از اهمیت ویژه اى برخوردار است. در طراحی هیدرولیکى جریان کانال ها فرض بر آن است که جریان یکنواخت و پایدار است. در جریان هاى پایدار یکنواخت، عمق و دبى جریان بر حسب زمان ثابت است، در نتیجه در طراحى کانال ها، شکل، ابعاد، شیب طولى و زبرى پوشش مقطع کانال ثابت است. در طراحی هیدرولیکی کانال ها می توان از روابط مانینگ، پیوستگی، برنولی، انرژی، جریان بحرانی، انتقال، عدد فرود و یا سایر روابط متداول و معتبر استفاده کرد.
1-2-4- رابطه مانینگ
رابطه مانینگ، روش تجربى بر اساس یکنواخت بودن جریان آب هاى سطحى است. روابط تجربى زیادى براى محاسبه سرعت متوسط کانال هاى باز به دست آمده که رابطه مانینگ یکى از این معادلات است. سرعت متوسط جریان آب هاى سطحى براى یک کانال باز طبق رابطه مانینگ از رابطه 8 محاسبه می شود.
رابطه 8
هر یک از پارامترهای رابطه فوق به شرح زیر می باشند:
- V = سرعت میانگین (متر برثانیه)
- n = ضریب زبرى مانینگ
- S = شیب کانال (متر بر متر)
- R = شعاع هیدرولیکى (متر) (R=A/wp)
- A = مساحت سطح مقطع جریان (متر مربع)
- wp = محیط تر شده (متر)
ضرایب زبرى مانینگ براى کانال ها را مى توان از جدول 12 به دست آورد.
جدول 12- مقادیر متوسط برای ضریب زبری مانینگ
2-2-4- رابطه پیوستگی
یکى از اصولى که در تمام مسایل جریان کانال ها در نظرگرفته مى شود، پیوستگى جریان در کانال ها است. این اصل، ثابت بودن جرم سیال گذرنده در واحد زمان در هر مقطعى از کانال را بیان مى کند. این اصل با استفاده از قوانین بقا (مانند بقاء انرژى) استخراج شده است. معادله پیوستگى مطابق با رابطه 9 بیان مى شود. در این رابطه، Q دبی تخلیه، An مساحت سطح مقطع جریان و Vn سرعت متوسط جریان می باشد.
رابطه 9
منبع: نشریه شماره 415 با عنوان آیین نامه طرح هندسی راه های ایران، تهیه شده توسط معاونت نظارت راهبردی امور نظام فنی. بازنشر توسط ایران عمران
دیدگاهتان را بنویسید