طراحی کانال های روباز

در طراحی کانال های روباز  و مجاري باز انتقال آب نياز است تا عمق آب در نقاط مختلف كانال و يا نيمرخ هيدروليكي محاسبه و تعيين شود. سپس با منظور نمودن ارتفاع آزاد، ابعاد هندسي نهايي براي كانال انتخاب و بر مبناي مشخصات هيدروليكي،افت ارتفاع جريان محاسبه شود. در طراحی کانال های روباز عوامل زیر باید مورد بررسی قرار گرفته و در طراحی لحاظ شود. 

1. محاسبات در جريان يكنواخت و دايم
2. ارتفاع آزاد
3. افت هاي موضعي در كانالهاي باز
4. عمق بحراني

براي تعيين مشخصات هيدروليكي جريان در كانال هاي باز روابط متعددي ارايه شده است.ميتوان به رابطه مانينگ، رابطه بازن و رابطه كاتر اشاره نمود. اين روابط همگي بر مبناي رابطه زیر (شزی)  به دست آمده اند.

 V = C R ⋅S

تنها در نحوه تعيين ضريب ( Cضريب شزي) با يكديگر تفاوت دارند.

در رابطه شزي Vسرعت متوسط جريان آب، Rشعاع هيدروليكي و Sشيب خط انرژي (يا شيب طولي كف كانال در جريان يكنواخت)مي باشد.با توجه به عموميت رابطه مانينگ، سهولت كاربرد و دقت قابل قبولي كه از اين رابطه به دست ميآيد.

براي محاسبات هيدروليكي جريان در كانالهاي باز از آن استفاده ميشود. رابطه مانينگ در سامانه متريك به صورت زير بيان مي شود.

افت ارتفاع در طول کانال L برابر است با رابطه ۳ .

زبري و جنس جداره و كف در تعيين ضريب زبري مانينگ n كه در حقيقت مبين مقاومت كانال در مقابل عبور جريان است،بيشترين اهميت را دارند. 

جدول زیر اين ضريب را براي چند جنس متداول تر كانال نشان مي دهد. با توجه به اينكه كانال هاي مورد استفاده در تصفيه خانه آب معمولا با پوشش بتني ساخته ميشود و در آنها R< 1متر است ،لذا ميتوان با توجه به نوع سيمان استفاده شده، نحوه قالب بندي و عمل آوري بتن، سطح نهايي و عمر كانال، مقدار n را بين 0.013 تا 0.017 انتخاب نمود. البته از لوله با جنس آزبست، پلي اتيلن و يا فولادي نيز به عنوان كانال باز استفاده ميشود كه براي اين جنس لوله ها نيز ضريب مانينگ ارايه شده است. 

ضريب زبري مانينگ براي بعضي جنسهاي متداول كانال

ظرفيت طراحي براي كانال در تصفيه خانه هاي آب برابر با حداكثر جريان عبوري از آن طي مدت زمان بهره برداري است. با استفاده از رابطه مانينگ، رابطه ۱ بالا ابعاد كانال موردنظر تعيين ميشود.

براي مشخصات كانال هاي متداول مورد استفاده در تصفيه خانه هاي آب با مقاطع مستطيلي، ذوزنقه، مثلثي و دايرهاي ميتوان از جدول زیر استفاده نمود. 

مشخصات هیدرولیکی مقاطع مختلف در کانال های بازدر اين رابطه V سرعت متوسط و K ضريب افت موضعي است و مقدار K با توجه به شكل تغيير مقطع و نحوه اتصال تعيين مي شود.

ضريب افت موضعي در كانال ها از جداولي كه براي جريان تحت فشار در لوله ها ارايه شده، به دست مي آيد.