طراحی دریچه های هیدرو مکانیکال سد و شبکه های آبیاری

طراحی دریچه های هیدرو مکانیکال سد و شبکه های آبیاری

 

طراحی دریچه های هیدرو مکانیکال سد و شبکه های آبیاری

 

«فهرست مطالب»

 1) مقدمه                                                                                   

 2 ) تاریخچه سد سازی و کانالهای آبیاری در ایران باستان                        

 3 ) معرفی انواع سدها                                                                

 4 ) معرفی انواع تجهیزات هیدرومکانیکال سد و کانالهای آبیاری               

 5 ) نحوه محاسبات طراحی تجهیزات هیدورمکانیکال                    

 6 ) نحوه تهیه نقشه های اجرائی تجهیزات هیدورمکانیکال                       

 7 ) هدف از طرح پروژه                                                                     

 8 ) محاسبات طراحی تجهیزات هیدورمکانیکال                                    

 9 ) نقشه های اجرائی تجهیزات هیدورمکانیکال

 10 ) نتیجه گیری

 11 ) مراجع و منابع

 12 ) پیوست ها و ضمائم

  

 2 ) تاریخچه سد سازی و کانالهای آبیاری در ایران باستان :

 در آغاز به تاریخچه سد سازی یا بند سازی می پردازیم، چون یکی از ملزومات طراحی و ساخت کانالها و دریچه های هیدورمکانیکال در ابتدا پیدایش سد بوده است.در ابتدا می بایست  به اهمیت آب، این مایه هستی بخش و ضروری برای کلیه جانداران اعم از انسانها، حیوانات و گیاهان پرداخت که اگر آب نباشد و آبی در جریان به طور حتم نبض زندگی خواهد ایستاد.

 انسان از آغاز پیدایش خود در این کره خاکی که 4/3 آن را آب فرا گرفته است به سرعت متوجه ارزش این ماده گردید و طی سالها تکامل و پیشرفت خود همیشه در فکر راهی برای ذخیره این ماده ارزشمند بوده حتی حیوانات نیز به اهمیت این ماده واقفند و بطور مثال سمور آبی برای خود در رودخانه بند می بندد که می توان آن را سد نامید و این روشی برای ذخیره آب در میان حیوانات است تاریخچه سد سازی در ایران به سالها پیش بر می گردد. در تاریخ دیر پای این مرز و بوم، آب همیشه نقش کلیدی داشته است. شبکه های معروف آبیاری یعنی قناتها، در جهان به خوبی شناخته شده هستند.عمر این تکنیک به 2500 سال قبل بر می گردد. اولین سند مکتوب در خصوص تکنیک حفر قنات، در نوشته های هردوت، مورخ مشهور یونانی به چشم می خورد و این صنعت در دوران هخامنشیان (550 –330 سال قبل از میلاد مسیح) کاملاً رایج و متداول بوده است. در حفاری های باستان شناسی به بقایای آبگیر، مخازن آب با سرریزها و مجاری تخلیه و حتی شبکه های فاضلاب دست یافته اند که عمر شان به دوره قبل از هخامنشیان، دوره قبل از ایلام و آشور (1500 –600 سال قبل از میلاد مسیح می رسد).به طور کلی چهار شیوه آبیاری در ایران باستان وجود داشته است این چهار شیوه عبارتند از1)  چاهها و آب انبارها 2 ) قنات ها 3 ) نهر کشی و  4 ) بندها و سدها.

 

1 ) چاه ها و آب انبارها : چاه های معمولی که به صورت قائم با ابزارهای دستی حفر می شد و مازاد باران را در محل هائی به  نام آب انبار ذخیره می کردند که نمونه آن در دشت های خشک و گرم جنوب ایران اکنون نیز به چشم می خورد.

 2 ) قنات ها : عمر قناتها در ایران به پیش از 3000 سال می رسد از آنجائیکه تعداد رودخانه ها در ایران کم است و رودخانه های دائمی بسیار اندک، بدین ترتیب ایرانیان به ابتکار نوین و تحسین انگیزی دست یافته بودند که به قنات یا کاریز مشهور گردید که این ابداع مهم و بی نظیر بعد از خاورمیانه به شمال آفریقا، اسپانیا و سیسیل ایتالیا  انتقال پیدا کرد. و به بدین ترتیب بود که در آن زمان آبهای  زیر زمینی را جمع آوری کردند و تحت قوه ثقل به سطح زمین می رانده اند و ایرانیان با آگاهی کامل از جریان آب های زیر زمینی به این فکر افتادند که به جای حفر چاه های عمودی، چاه های افقی حفر کنند تا بدین ترتیب به آب های زیر زمینی راه یابند و آنرا با استفاده از شیبی ملایم، به سطح زمین هدایت کنند و در نتیجه از آن برای مصارف گوناگون استفاده کنند.

 3 ) نهرکشی : در ایران از قدیم رودخانه های بزرگی چون دجله و هیرمند، نهرهائی منشعب کرده بودند و آب آنها را به بیابان های بی آب منتقل می نمودند. آنها کف نهرها را به دلیل سستی با  آجر فرش می کردند و  از ملات یا آهک، جهت آب بندی استفاده کردند. قبل از توضیح درباره بندها و سدها به معرفی مشخصات عمودی سدهای قدیمی ایران می پردازیم. ایرانیان در قدیم به سه  مورد اساسی انتخاب  1 ) محل سدها 2 )  شرایط زمین 3 ) پی و مواد و مصالح توجه خاصی داشته اند.

 

در تمامی نقاطی که سدهای قدیم ایران بنا شده اند در انتخاب محل و نوع سد ملاحظات فنی و طراحی به خوبی مراعات شده است توپوگرافی، رژیم رودخانه، دسترسی به مواد و مصالح ساختمانی و نحوه انحراف آب حین ساختمان از جمله عواملی بوده اند که مورد توجه قرار گرفته اند.

 

انواع سدهای قدیمی در ایران :

 1) سدهای وزنی: تحقیقات نشان داده است که کلیه مسائل عمده طراحی که در عصر حاضر در مورد این گونه سدها در نظر گرفته می شود در سدهای قدیمی ایران از جمله سد قدیمی ساوه با  عمر بیش از 70 سال و سد ششطراز  از با بیش از 900 سال عمر منظور شده است

 

2 ) سدهای قوسی: ایرانیان قبل از رومیان به خصوصیات بارروی قوسی پی برده اند سد قدیمی کبار با بیش از 700 سال از جمله این سدها می باشد.

 

3 ) سدهای پشت بند دار: سد اخلمد با طول تاج 330 متر و ارتفاع 12 متر که حجم مخزن آن 3 میلیون متر مکعب است و سد فرمان با پیش از 400 سال عمر در که حال حاضر در دست بهره برداری است از این نوع سدها می باشد..

 

4 ) بندها و سدها : پادشاهان هخامنشی به واسطه نیاز جغرافیایی کشور ایران و علاقه ای که به گسترش و آبادانی سرزمین تحت فرمانروائی از خود نشان می دادند، در زمان امپراطوری خود سدها و بندهای زیادی در بخش های جنوب غربی و جنوبی ایران ساختند. یکی از رودخانه هائی که از قدیم به رودخانه اروند می پیوسته است دیاله بوده است که بنا به دستور کوروش بزرگ سدی برای آیباری، از خاک و چوپ بر روی این سد بسته شده بود که شبکه کانال های آبرسانی را تغذیه می کرد و همچنین در زمان آنها اولین کوشش ها جهت سد سازی بر روی اروند و فرات به عمل آمد و گام هائی در گسترش شبکه کانالهای آبیاری برداشته شد.

 

با این که آثاری از تمامی سدهائی ساخته شده در زمان هخامنشیان در دست نیست ولی برخی از بندها که برروی دجله و فرات بر جا مانده اند دارای پایه های هخامنش هستند که از جمله این سدها می توان به بند ناصری که در 48 کیلومتری شمال غربی پرسپولیس (تخت جمشید) واقع شده است اشاره کرد در ادامه می توان از سدهای دیگری مثل بند فیض آباد که در 48 کیلومتری شمال پرسپولیس قرار گرفته و در نزدیکی شهرک «کوار» در جنوب شیراز سد هخامنشی دیگری به نام بند بهمن که بر روی رودخانه «مند»  بنا شده است نیز اشاره کرد.

 

در زمان ساسانیان و هنگام حکومت شاپور اول، ارتش شکست خورده والرین رومی که مرکب از 000/70 نفر می شد به اسارت ایرانیان در آمدند، شاپور از این اسیران برای ساختن ساختمانهائی استفاده می کرد که یکی از آنها «سد شادروان شوشتر» بر روی رودخانه کارون به شمار می آید و این سد به دلیل بالا بردن سطح آب در کارون تا به سطح شهر شوشتر بود. چنانکه از شواهد تاریخی پیداست سد اولیه بر روی کارون از لحاظ بالا بردن سطح آب چندان رضایت بخش نبود پس ایرانیان، رومیان را برای رفع ثقایص به کار گماشتند احتمالاً علاوه بر نیروی کارگر، مهندس نیز در سپاه روم بوده است. گام نخست، ایجاد رودخانه انحرافی «گرگر» بوده که در هنگام ساختن سد، آب کارون را هدایت می کرده است این سد که تا کنون پس از تعمیرات پشت سر هم به جای مانده است «بند میزان» نام دارد. که این سد دارای سرریزهائی است که در  هنگام  بالا آمدن، آب اضافی آن را  تخلیه می کرده است پهنای این سد بین 10 تا 12 متر است ساختن این سد از 3 تا 7 سال طول کشید و هنگامی که ساختمان سد به پایان رسید بر روی رود گرگر با بند دیگری بسته شد که امروزه «بند قیصر» نامیده میشود این سد که تاکنون به جای مانده از  تکه های بزرگ سنگی که با بست های آهنی به یکدیگر محکم شده اند ساخته شده است.

 

برای کنترل آب رود گرگر شش سر ریز در آن ساخته شده بود و کانال های گرگر پس از گذشتن نزدیک به 30 کیلومتر به سوی جنوب دوباره به کارون می پیوندند. به نظر می رسد که برای نخستین بار در تاریخ سد سازی این مرز و بوم است که برای ساختن سدی بر روی رودخانه ای برای آن کانال انحرافی ساخته اند و به ویژه از دیدگاه مهندسی با توجه به مقدار آب کارون این خود پروژه با اهمیتی به شمار می رفته در شاهنامه به این موضوع اشاره شده است که سازنده و مهندس سد شادروان شوشتر شخصی به نام «برانوش» بوده است.

 

ساختمان سد شادروان در زمان شاپور ساسانی در 280 میلادی پس از 3 سال عملیات ساختمانی به پایان رسید در این ساختمان برای پیوند و پا بر جائی از سنگ های گرانیت استفاده شده است پس از سد شوشتر به «سد اهواز» نیز می توان اشاره نمود.  بند دیگری که در سده چهارم پس از میلاد توسط شاپور دوم و احتمالاً باز مانده اش «اردشیر دوّم» ساخته شد سد پل گونه دزفول است. در  زمان ساسانیان سد دیگری به نام «بند قیر» بر روی رودخانه کارون، محل پیوستن دو رود آب گرگر و آب دز به کارون به جای مانده که پس از سدهای شوشتر و اهواز از مهمترین سدهای روی رود کارون به شمار می آید. پادشاهان و مهندسان ساسانی افزون بر ساختن سد بر روی کارون و کرخه در سرزمین عراق امروزی نیز به ساختن سدهائی به ویژه در کرانه شرقی اروند بین سامره و کوت مبادرت دست کردند گسترش شبکه آبیاری در جنوب ایران و بین النهرین در زمان خسرو اول پادشاه ساسانی (579 –531 م) به درجه بالای خود رسید یکی از نمونه های این گسترش کانال نهروان بوده است که از پشت سد بر روی اروند نزدیک محلی به نام دور تغذیه می شده است که این کانال بعدها توسط خلفای عباسی تعمیر شد. کانال نهروان در محل با کوبه (واقع در پنجاه و سه  کیلومتری شمال شرقی بغداد و حدود 110 کیلومتری پایین دست سد) به رودخانه دیاله می رسید نکته جالب توجه آن است که کانال نهروان و رودخانه دیاله در یک سطح و بدون هیچ کنترل مجازی به یکدیگر می رسند.و این نشان دهنده آن است که مهندسان ساسانی می توانسته اند جای سد را طوری برگزینند که این جریان و ارتباط طبیعی با دقت انجام گیرد و این خود نمایشگر تبحر آنان در پیاده کردن نقشه و نقشه برداری ساختمان و تاسیسات بوده است. حال در پایان به معرفی تعدادی از سدها و بندها که در ایران باستان ساخته شده اند می پردازیم.

 

1 ) سد شعبیه : که در 24 کیلومتری جنوب غربی شوشتر و بر روی رودخانه دز ساخته شده است.

 2 ) سد کارون: که در 8 کیلومتری شمال اهواز قرار داشته است.

 3 ) سد عجیرب: که در 36 کیلومتری شوشتر روی رودی با همان نام احداث شده است.

 4 ) سد کرخه: این سد در 15 کیلومتری شمال حمیدیه بوده و به آن نهرها هاشم نیز می گفتند.

 5 ) سد ابوالعباس : در 18 کیلومتری رامهرمز واقع است و از سه دهانه تشکیل شده است .

 6 ) سد ابوالغارس: در جنوب شرقی رامهرمز

 7 ) سد جراحی : در 29 کیلومتری جنوب رامهرمز

 8 ) سد ایزد خواست: در 10 کیلومتری جنوب دهکده ایزد خواست به ارتفاع 65 متر و عرض 6 متر از نوع سدهای قوسی و نخستین بند قوسی جهان.

9 ) سد سکندر : بعضی ها معتقدند این سد را اسکندر مقدونی در لشکرکشی های خود به شرق در منطقه ماوراء النهر بنابه در خواست مردم منطقه که مرتباً در معرض تهاجم قومی به نام ماجوج و باجوج بوده اند ساخته است که بسیاری از تاریخ نگاران به دلیل آنکه اسکندر تماماً در حال لشکرکشی و حمله بوده است آن را بعید می دانند این سد نیز تقریباً نوعی دیواره دفاعی بوده است.و علاوه بر سد سکندر در نوشته های تاریخی از دیواره های دفاعی دیگری که همگی در منطقه مازندران (طبرستان) ایجاد شده بودند نام برد که می توان به سدهای تمیشه، در بند، انوشیروان، مرو و باب الابواب اشاره کرد.

 

آشغال گیرها:

 

قبل از جا گذاری انواع دریچه ها در کانال، دریچه های موسوم به آشغال گیر

 

(Trash Rack) که آنها را نیز شبکه های آشغال گیر چون به صورت شبکه شبکه هستند، می نامند استفاده می شود تا از عبور از هر گونه آشغال، تنه درخت،حیوانات مرده و هر چیزی که می تواند در کانال بر اثر باد و باران و یا حوادث طبیعی دیگر ریخته شود،جلوگیری کند. آشغال گیرها از تسمه هائی که سوراخ شده اند و از درون این سوراخها میله هائی که درون لوله قرار گرفته اند و از داخل سوراخ تسمه ها رد شده تشکیل یافته است و آشغال گیرها به صورت مایل در درون کانالها  نصب می گردند، که زاویه استانداردی که با افق می سازند معمولا بین 10 الی 15درجه

 می باشد که وقتی آشغال در پشت آنها جمع می گردد، اپراتور بتواند راحتتر این آشغال ها را جمع آوری بنماید.

 آشغال گیرها خود به دو نوع Movable(متحرک) که شامل panel(قطعه ثابت) و آشغال گیر و Fixable(ثابت) تقسیم بندی می گردند.

  اگر طول آشغال گیر زیاد باشد از یک تیر تقویتی (Support Beam) برای جلوگیری از خمش آشغال گیر استفاده می شود.

 

 2 ) فراز بندها: فراز بندها یا استاپ لاگ ها که به  دریچه های موقت نیز مشهورند برای انحراف آب جهت عملیات ساخت سدها و برای تعمیرات دریچه ها در کانالها تعبیه می گردند. دریچه های کشوئی، غلطکی و قطاعی چون با لاستیک آب بندی می کنند و لاستیک ها در اثر مانور دریچه ها چون روی فولاد کشیده شده خورده می شوند و  به مرور زمان از بین می روند و اگر چنین شود دریچه ها دیگر به صورت مطلوب آب بندی نخواهند کرد و بازده لازم را نخواهد داشت. پس می باید در فواصلی تعویض گردند.چون آهن و فولاد خاصیت خورده شدن و زنگ زدن در مقابل آب را دارند والبته لازم به ذکر است که دریچه ها قبل از رنگ آمیزی سند بلاست (Sand Blast) شن پاشی به وسیله فشار  باد و با استفاده از پیستوله می شوند تا سطحی صاف و صیقلی پیدا کنند و سپس از رنگ های دریائی که انواع مختلفی مثل زینک ریچ اپاکسی (Zinc Rich Epoxy) و یا کلتار اپاکسی (Coltar Epoxy) دارند، که پایه اولی از فلز روی و دومی پایه ای از قیر دارند را برای مقاومت آنها در مقابل خوردگی و زنگ زدگی استفاده می کنند و البته در موارد ی هم بر طبق قرار داد و موافقت کار فرما و پیمانکار دریچه ها متالایزر (Metallizer) می گردند که خود نوعی آبکاری دریچه ها به وسیله یک نازل (پیستوله) است که فلز روی را روی سطوح دریچه ها می باشند و به اصطلاح آنها را متالایزر می کنند تا خورده نشوند ولی قدرت خورندگی  آب به قدری است که در موارد ی نیاز به تعویض و یا جوشکاری بعضی از اجزای دریچه مثل تسمه ها و پیچ و مهره ها می شوند به همین سبب از

 

فراز بندها استفاده می شود  که به طور موقت راه آب را می بندد تا تعویض لاستیک ها و تعمیر اجزای دریچه ها  استفاده شود.

 

فراز بندها خود بر دو نوع اند که براساس عرض کانال ساخته می شوند که اگر عرض کانال کم باشد از فراز بندهای یک تکه و اگر عرض کانال زیاد باشد به دلیل فشار هیدرولیکی زیاد از فراز بندهای دو یا سه تکه استفاده می شود. و دلیل آن هم نیروی بالا بری کمتر برای جابجا کردن قسمت های متحرک فراز بند می باشد.

 

ابعاد فراز بندها به صورت (عرض دهانه× تعداد قطعه متحرک× ارتفاع قطعه متحرک× ارتفاع قاب قطعه ثابت) نشان داده می شوند.

 

حال که به اهمیت و لزوم استفاده از فراز بندها و شبکه های آشغال گیر پی بردیم به توضیح درباره دریچه هائی که وظیفه کنترل جریان و دبی آب را دارند می پردازیم و همانطور که قبلا گفته شد این دریچه ها

 

 1)  دریچه های کشوئی 

 2 ) دریچه های غلطکی

 3 ) دریچه های قطاعی  

 4 )  دریچه های چدنی ، هستند.

 

1 ) دریچه های کشوئی:

این دریچه ها معمولا برای جاهائی که  فشار هیدرولیکی کمتری وجود دارد و به  نیروی بالابری کمتری احتیاج است استفاده می شود که در ابعاد و اندازه های مختلفی و با پروفیلهای گوناگونی ساخته می شوند و آب بندی آنها یا سه طرفه است و یا چهار طرفه که در  پایین دست  و بالا دست نیز استفاده می شود.

 

وقتی بیشترین ارتفاع آب (M.V.L) کمتر از ارتفاع دهانه ورودی باشد از دریچه هائی که فقط سه طرف یعنی قسمت پایینی و طرفین را، آب بندی می کنند استفاده می شود ولی وقتی بیشترین ارتفاع آب (M.V.L) بیشتر از ارتفاع دهانه ورودی باشد از   دریچه های چهار طرف آب بند که بالا و پایین و طرفین را آب بند می کند استفاده می شود.

 

بدین ترتیب که ارتفاع قسمت متحرک را معمولا mm20 بیشتر از دهانه ورودی آب می گیرند و در لب دهانه، لاستیکی را تعبیه می کنند تا قسمت بالائی دریچه را نیز   آب بندی کند دریچه های کشوئی نیز از  دو قسمت ثابت و متحرک تشکیل شده اند که قسمت متحرک آن بر حسب ابعاد دریچه ها به وسیله گیربکس دستی و یا گیربکس های برقی مانور می شوند.

 ابعاد دریچه های کشوئی به صورت (عرض دهانه× ارتفاع قطعه متحرک× ارتفاع قطعه ثابت) نشان داده می شوند.

 

5 ) نحوه محاسبات طراحی تجهیزات هیدور مکانیکال :

 محاسبات تنش های مجاز دریچه ها براساس DIN19704یا استاندارد مشابه انجام می شود. تجهیزات غیرهمسان در شبکه های آبیاری و زهکشی و سدهای انحرافی به عنوان تجهیزات فشار پایین معرفی شده اند. داده های طراحی شامل ابعاد اسمی، تراز آب بند پایین و بالا، تراز حداقل آب در بالا دست تجهیزات می باشند. مراحل انجام طراحی به شرح زیر است:

 

1 ) براساس تغییرات فشار وارده بر اجزای مکانیکی دریچه، تنش های خمشی محاسبه شده و ضخامت ورق پوسته به دست می آید. اگر نسبت و حداقل تراز بالا دست دریچه ها از 33/1 بیشتر باشد، مبنای محاسبات تراز حداکثر و در غیر این صورت تراز حداقل خواهد بود.

2)  5/1 تا 2 میلی متر ضخامت برای خوردگی در نظر گرفته شده و محاسبات براساس ضخامت موثر انجام می شود.

3) میزان ضخامت و فواصل صفحات تقویتی و تیرهای افقی و عمودی با یک پیش فرض مناسب، برای انجام محاسبات تنش استفاده می شود.

4) دیاگرام های نیروی برشی و ممان خمشی در محاسبات تیرهای افقی و قائم ترسیم می گردد.

 

5) محاسبه تنش ها در چرخ ها با توجه به ابعاد چرخ، شافت، یاتاقان ها و ممان خمشی شافت به دست می آید.

 

6) محاسبه نیروی بالابری و پایین بری، با توجه به بالانس نیروهای بالا بری آب،    وزن دریچه، اصطکاک لاستیک، اصطکاک چرخ، یاتاقان و بوش ها به دست می آید. پس از انجام محاسبات کمانش میله های بالا بر، میزان گشتاور مورد نیاز برای انتخاب گیربکس و الکتورموتور محاسبه می شود.

 

7 ) در دریچه های قوسی نیروی وارده توسط آب، از طریق بازوها به دیوارهای بتنی وارد می شود. مقدار نیروی وارده به بازوی بالایی و پایینی مساوی یا نزدیک به هم انتخاب می شود. انتخاب میلگردهای تکیه گاه های بتنی نگهدارنده بازوهای دریچه براساس نیرو های حاصل از محاسبات اجزای مکانیکی دریچه می باشد.

 

 مراجع و منابع :

 1 ) پروژه به اجراء در آمده شرکت نهربندان در دشت شبانکاره و تائید شده توسط مهندسین مشاور مهاب قدس

 2 ) راهنمای تهیه مشخصات فنی ساخت و نصب تجهیزات هیدرومکانیک سدهای انحرافی و شبکه های آبیاری و زهکشی –نشریه شماره 333 –الف –دی ماه 1388

 3 ) مدولهای روزانه ای و رگولاتورهای پیش ساخته توسط شرکت نیرپیک فرانسه

 4 ) دریچه های آبیاری نیرپیک –دستور العمل بهره برداری و نگهداری

 5 ) کاتالوگ های شرکت نیرپیک فرانسه

 6 ) جداول عمومی اشتال (SHTAHL)

 7 ) Design of Hydrulic Gates

 8 ) Ets NEYRPIC  (Maunfacturers of Mechanical And Hydrulic Equipment)

 9 ) HAND  BOOK  DAVIS