تعیین دبی به صورت صحرایی
حرکت آب در مجاری مختلف به دو دسته جریان تحت فشار و جریان با سطح آزاد تقسیم میگردد. حرکت آب در یک لوله با مقطع پر، از نوع جریان تحت فشار میباشد. در جریانهای با سطح آزاد، مرزی از جریان در تمام مسیر در تماس با جریان هوا میباشد. مجرای عبور جریان با سطح آزاد، کانال باز نام دارد. از جمله کانالهای باز میتوان به رودخانه، کانالهای آبیاری و لولههای نیمه پر اشاره نمود. کانالها به منظور آبیاری اراضی کشاورزی، آبرسانی شهری، مصارف برقآبی، زهکشی اراضی، تخلیه فاضلاب و کشتیرانی احداث میشوند.
طراحی لولهها و کانالها باید به گونهای باشد که دبی (بده) مورد نیاز را از منبع آب، به محل مصرف منتقل کنند. دبی آب عبارت است از مقدار حجم آب که در واحد زمان از مقطع مشخص منتقل میشود. حداکثر دبی که هر شبکه قادر به انتقال آن میباشد، ظرفیت شبکه نام دارد. در شبکههای آبیاری تعیین ظرفیت شبکه، به موجب برآورد تعداد گسیلنده و تعداد درخت قابل کشت حائز اهمیت میباشد. دبی مورد نیاز برای آبیاری یک هکتار زمین هیدرومودول آبیاری نام دارد. هیدرو مودول با توجه به نیاز آبی گیاه و دور آبیاری متغیر میباشد.
عوامل تعیین ظرفیت شبکه جهت آبیاری اراضی کشاورزی:
- نیاز آبی گیاهان با توجه به الگو کشت در طول فصل رشد
- مساحت خالص اراضی تحت پوشش کانال (حدود %85 مساحت کل اراضی)
- میزان آب قابل دسترس شامل میزان بارندگی، منابع آب سطحی و زیرزمینی
- تلفات انتقال، توزیع و کاربرد آب
محاسبه دبی:
هدف از مدیریت خوب آبیاری، تقسیمبندی صحیح آب در شبکه انتقال آب و بر روی مزارع کشاورزی میباشد. بطوریکه میزان دبی شبکه، آب مورد نیاز آبیاری زمینهای کشاورزی تحت پوشش شبکه را تامین نماید. تقسیم ضعیف آب بین اراضی منجر به ایجاد اختلاف بین کشاورزان میگردد. محاسبه دبی شبکه برای توزیع عادلانه آب امری ضروری میباشد. برای محاسبه دبی میتوان از ابزار دبیسنج استفاده نمود. و یا در صورت عدم دسترسی به ابزارهای دقیق، از روشهای صحرایی میتوان استفاده نمود.
عوامل موثر بر انتخاب روش اندازه گیری دبی:
- دقت اندازهگیری دبی
- میزان آب جاری در کانال یا لوله
- تجهیزات در دسترس
محاسبه دبی چاه:
روش طول جت آب در لوله افقی:
در این روش طول جت آب خروجی در نقطهای که نسبت به سطح لوله 30 سانتیمتر سقوط کرده اندازه گیری میشود. بدین منظور میتوان از گونیایی با ضلع کوچک 30 و ضلع بزرگ 100 تا 150 سانتیمتر استفاده نمود. با دانستن قطر لوله آبده، دبی لوله به شرح فرمول زیر محاسبه میشود. توجه داشته باشید در صورت پر بودن لوله و ضخیم نبودن جداره لوله، این روش دقت مناسبی خواهد داشت.
Q دبی لوله آبده بر حسب لیتر در ثانیه
K ضریب ثابت 0.0251
A سطح مقطع لوله بر حسب اینچ مربع
L طول جت آب بر حسب سانتیمتر
D قطر لوله بر حسب اینچ
Q=k×A×L=k×(π×D^2/4)×L
در صورت نیمه پر بودن لوله، دبی در نسبت ارتفاع آب در لوله به قطر لوله ضرب میشود.
روش ارتفاع فواره در لوله عمودی:
در صورتی که لوله آبده چاه به صورت عمودی باشد، دبی لوله از رابطه زیر محاسبه میگردد. دبی بر حسب لیتر در ثانیه، قطر لوله بر حسب اینچ و ارتفاع فواره بر حسب سانتیمتر میباشد.
(cm)Q(lit/s)=0.2227×D^2(in^2)√H
روش وزنی:
در این روش به ظرف خالی، ترازو و کرنومتر نیاز داریم. در ابتدا وزن ظرف آب باید مشخص گردد. ظرف را زیر خروجی آب میگذاریم و زمان پر شدن ظرف را اندازه میگیریم.دبی آب به صورت زیر محاسبه میشود.
*توجه داشته باشید که وزن مخصوص (جرم واحد حجم) آب تقریبا 1000 کیلوگرم بر متر مکعب میباشد.
با ضرب کردن مقدار دبی در 1000، واحد دبی به لیتر برثانیه تبدیل میشود.
روش حجمی:
در این روش به یک ظرف با حجم معین و کرنومتر نیاز هست. مطابق روش قبل مدت زمان پر شدن ظرف اندازهگیری میگردد. دبی جریان برابر با حجم آب تقسیم بر مدت زمان پر شدن میباشد.
روش تجربی:
با توجه به تجربه کشاورزان، معمولا اگر سایز لوله آبده چاه دو تا پنج اینچ باشد، دبی عبوری معادل مجذور قطر چاه میباشد. برای مثال اگر لوله آبده 3 اینچ باشد، دبی معادل 9 لیتر در ثانیه میباشد. رابطه تجربی فوق به علت افزایش ضخامت لوله برای لولههای 6 اینچ و بزرگتر صدق نمیکند. دبی لوله آبده 6 اینچ تقریبا معادل [ لیتر در ثانیه 30 = (1×6) – (2^6) ] و دبی لوله 8 اینچ معادل [ لیتر در ثانیه 48 = (2×8) – (2^8) ] میباشد.
محاسبه دبی کانال:
برای کانال انتقال آب معمولا از کانالهایی با مقطع و سایزهای گوناگون استفاده میشود که رایجترین آن کانالهایی با مقطع ذوزنقه شکل میباشد. از مقاطع مستطیلی و دایره شکل نیز در کانالهای پوششدار استفاده میشود.
روش جسم شناور:
با تخمین سرعت متوسط جریان آب و سطح جریان (سطح خیس شده) میزان دبی کانال محاسبه میشود. دبی کانال از حاصل ضرب سرعت متوسط در سطح خیس شده به دست میآید. در این روش کانال باید مستقیم و یکنواخت باشد تا تغییری در سرعت و سطح مقطع ایجاد نشود.
محاسبه سرعت متوسط آب:
جهت تخمین سرعت متوسط آب، یک قطعه شناور را روی سطح آب در وسط عرض کانال قرار میدهیم. مدت زمان رسیدن قطعه شناور در مسافت 10 یا 20 متری نقطه ابتدایی را اندازیگیری میکنیم. این عمل چندین بار باید تکرار شود تا خطا اندازهگیری به حداقل برسد. میزان سرعت سطح آب کانال از فرمول V=L/t محاسبه میگردد. L، معادل طول مسافت طی شده توسط جسم با واحد متر میباشد. t، معادل زمان رسیدن جسم شناور به نقطه انتهایی بر حسب ثانیه میباشد. با توجه به این که سرعت آب سطحی بیشتر از آب زیر سطحی میباشد فلذا مقدار سرعت متوسط کانال کمتر از سرعت سطح جریان آب میباشد. در کانالهای آبیاری عموما سرعت متوسط آب 75% سرعت سطح جریان آب میباشد.
محاسبه سطح خیس شده کانال:
قسمتی از کانال که صاف و یکنواخت است را برای اندازهگیری سطح خیس شده کانال در نظر میگیریم. سطح خیس شده کانال مطابق فرمول زیر محاسبه میشود.
روش ماده رنگی:
روش فوق دارای دقت متوسط برای تعیین دبی کم و یا زیاد میباشد. این روش نیز مطابق روش قبل انجام میگردد. با این تفاوت که به جای جسم شناور ماده رنگی در وسط جریان ریخته میشود. از موادی مانند پتاسیم پرمنگنات و یا فلورسئین استفاده نمود. زمان رسیدن ابتدای لکه رنگی به خط پایانی باید ثبت شود.
توجه داشته باشید که روش فوق به علت افزودن ماده شیمیایی هرچند کم، میتواند موجب آلودگی آب گردد.
روش تبدیل جریان سطح آزاد به جریان تحت فشار :
روشی مناسب برای تعیین دبیهای کمتر از 5 لیتر در ثانیه با دقت بالا میباشد. مراحل اندازهگیری دبی به شرح زیر میباشد.
- یک سد کوچک خاکی بر روی عرض کانال احداث میگردد.
- یک لوله با قطر 5 سانتی متر و طول 1.5 متر بر روی سد در وسط عرض کانال جایگذاری میشود.
- پس از ساخت سد بر روی عرض کانال، تمام جریان از داخل لوله خارج میشود.
- میزان آب خروجی از لوله در مدت زمان 1 دقیقه توسط ظرفی با گنجایش مشخص اندازهگیری میشود.
- مقدار دبی کانال برابر با حجم آب خروجی تقسیم بر زمان (60 ثانیه) میباشد.
استفاده از سرریز:
سرریز سازهای هیدرولیکیست که در مقابل جریان قرار میگیرد و سطح آب پشت سرریز بالا میآید. از سرریزها میتوان برای محاسبه دبی جریان استفاده نمود.
تعیین دبی قطره چکان، تیپ و آبپاش:
به طور کلی جهت محاسبه دبی خروجی قطرهچکان، آبپاش و گسیلنده، مقدار آب خروجی در زمان مشخص اندازهگیری میشود.