الأمور الواجب مراعاتها عند تصميم القناة المكشوفة

1995 ري وصرف ومعالجة التملح

د.علي عبدالله حسن

KFAS

تصميم القناة المكشوفة النباتات والزراعة الزراعة

في المناطق شبه القارية مثلاً يمكن أن يسيطر الانسياب السطحي الناتج عن الهطول المطري الشديد على سعة خنادق الصرف في بعض الحالات.

أما في المناطق المناخية المعتدلة ، فإن الوضع الدائم عادة هو امتلاء الخنادق بالماء المصروف ، والناتج عن الهطول المطري .

لذا فإن حساب السعة الصرفية هو أحد المرتكزات الاساسية في تصميم القناة المكشوفة .  ويمكن أن يقدم عامل الصرف المعتمد في معادلات الانسياب الاساس لحساب هذه السعة .

 

أما في المناطق القارية ، على وجه التحديد ، فيكون التدفق الباطني إلى المصارف من جهة ومقدار الانسياب السطحي الحاصل على المساحة غير المزروعة من جهة أخرى ، وربما أيضاً في بعض الحالات الرشح الغريب هي العوامل المحددة للسعة المحتاجة لتصميم خنادق الصرف . 

ويمكننا الانطلاق من أن معدل الصرف في المناطق القارية يكون عادلة أعلى من 2mm لكل يوم [88] ويمكن النظر إلى هذا الرقم على أنه معدل وسطي لفترة أسبوع أو شهر .  كما أن كمية الماء المصروفة في مثل هذا المعدل يمكنها أن تغطي احتياجات الغسل .

 

إضافة إلى معدل الصرف ، وكمية الماء المصروفة ، في فترة زمنية مقدارها أسبوع أو شهر هنالك عوامل أخرى لا بدّ من استعراضها لدى تصميم منظومة الصرف المكشوف وهي [88] :

– سطح الماء أو فرق السوية الهيدروليكية للأقنية الفرعية والرئيسة ، حيث إنها تلعب دوراً مهماً في التصميم ، وبشكل خاص من زاوية العمق المكافئ للمصب الحر ، بالنسبة للمصارف .

– يمكن في مشاريع الري ، على سبيل المثال ، أن تكون الحاجة لإنشاء منظومة صرف عميقة ضرورية فقط بعد مضي عدد من السنين على تنفيذ مشروع الري ، في حين ستكون الحاجة لإنشاء شبكة صرف سطحية مباشرة ، وهذا ما يحمل معه تنافساً مع فعالية منظومة الري المنفذة . أما قناة الجمع والمصبات فستكون الحاجة إليها مباشرة بعد البدء بمشروع الري .

 

وتعدّ معادلة MANNING ]من [192, 178, 88 هي المعادلة المعتمدة من المنظور الرياضي ، في حساب سرعة تدفق الماء في الخندق ، وكذلك لحساب كمية الماء المتدفقة عند تصميم خنادقا لصرف . (المعادلة 35) .

علماً أن :

Q = السعة المائية للقناة (m³/s) .

= المعدل الوسطي لسرعة تدفق الماء في القناة (m/s) .

A = مساحة القسم المصروف بوساطة الخندق (m²) .

n = عامل الخشونة .

R = نصف القطر الهيدروليكي (m) .

S = فرق السوية الهيدروليكي (m/m) .

 

يمكننا اعتماد المعادلة أعلاه لحسابات أبعاد قناة الصرف ، وذلك بالاستناد إلى قيم السرعة أو السعة المائية للقناة ، إضافة إلى القيم الأخرى في هذه المعادلة ، وهنا يمكننا القول إن السرعة المنخفضة ، الناتجة عن الأقنية العريضة ، في الأقسام الصرفية تتطلب صيانة كثيفة ، بسبب حصول توضعات للطمي في الحواجز . 

في حين أن السرعة العالية يمكن أن ينتج عنها انجرافات حادة ، وبخاصة عند المنحنيات . أما السرعة القصوى المسموح بها ، فيوضحها الجدول 48 التالي :

المشكلة الأخرى في تصميم الأقنية أو الخنادق هي اصطفاء عامل الخشونة (n) ويمكننا القول إن هذا الاصطفاء من أكثر الأمور تعقيداً في تصميم القناة  [88].

 

أولاً : كون العوامل تتغير ، وبالتالي عامل الخشونة ، وذلك تبعاً للكساء النباتي ، أو حجم وشكل القسم الصرفي ، والمجرى الحامل للماء ، وأيضاً الرسوبيات العالقة في هذا الماء ، وكذلك نصف القطر الهيدروليكي.

واستناداً VANTE CHOW ]من [88 فإن الجدول 49 يلخص بعض القيم النوعية لعامل الخشونة بالنسبة للأقنية المستقيمة .

تبعاً لما تقدم لا بدّ من مراعاة نقاط عدة عند تصميم خنادق الصرف ، من ذلك إمكانية نمو الطفيليات النباتية على جوانب هذه الخنادق مستقبلاً ، وكذلك مستوى الصيانة المتوقع .  كل هذه أمور يجب أخذها بعين الاعتبار ، وذلك بعد الإنشاء مباشرة . 

 

فعندما تكون جوانب الخنادق ملساء يكون عامل الخشونة أخفض منه ، بالمقارنة مع تقادم القناة .  أما عندما تكون تربة الجوانب جرداء ، وبالتالي أقل مقاومة للانجراف ، يتطلب الأمر إجراء التدقيق لحساب إمكانية تعرض القناة للانجراف ، وذلك بعد الإنشاء مباشرة ، وأيضاً لتحديد أية عمليات رقابة للانجراف يستلزم الوضع تنفيذها .

من ناحية تصميمية أخرى ، فإن مدى اتساع القناة يتحدد باتساع القعر من جهة ، وميل الجوانب من جهة أخرى ، وأيضاً بالعمق الكلي للقناة . 

يتحدد اتساع قعر الخنادق ذوات الشكل من نوع شبه المنحرف بالسعة التصميمية للخندق ، أو بالاحتياجات من التجهيزات الإنشائية .  أما الاتساعات الدنيا للقعر بالنسبة للأقنية الرئيسة والفرعية فهي بشكل عام في حدد المتر الواحد  [88].

 

أما تحديد عمق المصرف ، فيتم إما تبعاً لاتساع القسم الصرفي وإما بالعمق المحتاج للتوصل إلى مخرج حر بالنسبة للتدفق العادي من المصرف الأرضي . والقيمة الأخرى التي يتطلب الأمر وضع الاسس التصميمية لها هي ميل جوانب القناة . 

وفي هذا المجال يمكنا القول إن المرغوب فيه عادة هو إنشاء خنادق صرف ، ذلك ميول جوانب أخفض ما يمكن ، بقصد توفير المساحة المهدورة ، لكن التطبيق الحقلي يتطلب في أغلب الحالات دراسة للوضعية لتحديد زاوية الميل ، للتوصل إلى ميل جوانب مستقر لتسهيل عمليات الصيانة يعطي الجدول – 50 – فكرة عن ميل جوانب خنادق الصرف تبعاً لنوع التربة.

تحتاج منظومات الصرف المكشوف إلى مراقبة مستمرة ، وايضاً لتطويرات مستقبلية .  من هنا ، فإن موضوع الدراسة البيدولوجية (الترابية) في مثل هذه المشاريع ضرورية وماسة ، وبشكل خاص ميكانيك التربة ، للتحقق من سلامة البنى التصميمية . 

 

كما تقتضي الضرورة تسجيل بعض الملاحظات بخصوص العمليات المساعدة للتصميم والإنشاء ، وبالتحديد مشكلة الحفريات والركامة .  وتأخذ هذه الملاحظات حسب [88] التتابع التالي :

– استعمال الركامة عند الحاجة لإنشاء الطرق .

– تجنب الحاجة لتحريك ركام الحفريات في العمليات المستقبلية .

– تجنب دخول الماء السطحي إلى المصارف باستثناء مصبات المراقبة .

– تجنب عدة أو غسل مواد الحفريات ثانية إلى الخندق .

– تخفيض الركام على حوافي الخندق .

 

وعلى سبيل المثال إن التصميم الجيد لحافة الركامة يمكن أن يكون مؤثراً في كلفة إنشاء الطرق وكذلك في توضع الركمامة في الإنشاءات وصيانة الخنادق . 

من هنا فإن إنشاء طريق على جانب الخندق المكشوف ، أو على كلا جانبي الخندق ، تكون عادة صفة اساسية للتوصل إلى صيانة جيدة لدى استعمال الآلات واللوازم الاخرى .

 

والمشكلة الأخرى في العمليات هي مراقبة الانجراف ، التي تحتاج بدورها إلى نقاط ارتكاز مختلفة [88] منها :

– في حالتي دخول الماء السطحي إلى الخندق أو تحويله إلى القناة الرئيسة وفي كلا الحالتين يتطلب الأمر تنفيذ بنى مساعدة للسيطرة الإنشائية على هذا الوضع .  فعلى سبيل المثال ، تعمتد في بعض الحالات حواجز من الأنابيب لاحتواء ماء الإنسياب السطحي من المساحة الواقعة قرب حاجز الركامة .

– وقد يتطلب الأمر في حالات معينة وجود حاجز حامي ويمكن أن يكون الكساء النباتي في مثل هذه الحالة أحد الحلول الممكنة .

 

إضافة إلى ما تقدم قد تعترض المصمم مشكلات إنشائية أخرى ، مثل إنشاء الجسور ، حيث مثل هذه البنى قد تسبب خسارة رئيسة للمنظومة ويكون في مثل هذه الحالة ، وعند حدود الإمكانية ، استعمال الجسور في الأقنية المكشوفة ، التي لها فرق سوية منخفضاً حلاً واقعياً ، وبخاصة عندما تعتمد الركامة في مثل هذا الإنشاء .

وبالعودة إلى خنادق الصرف نفسها تكون عادة جاهزة بعد الإنشاء مباشرة لاستقبال الماء المصروف .  والشيء المهم في إنشاء الخنادق هو الميل في مسار الخندق ، لتسهيل حركة الماء داخله .  وقد يتسبب هذا الميل في صعوبات إنشائية . 

لذا ، وفي حالات كثيرة ، وخاصة في الأماكن التي تكون منظومة الصرف هي الأولى من نوعها في المنطقة ، يستحسن إنشاء قناة رائدة ونعني بذلك قناة صرف بدئية لدراسة جميع الإشكالات المتعلقة بميل المسار للأقنية، وأيضاً حركة الماء ، وهكذا يمكن اعتماد النتائج الحاصلة من القناة الرائدة في تصميم وإنشاء المنظومة النهائية .

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]