کانال های آبیاری

معرفی و طبقه بندی کانال های آبیاری

سازه‌های انتقال آب از منبع به محل مصرف (‌مزرعه، شهر و …) مورد استفاده قرار می‌گیرند. جریان مایع در یک مجرا ممکن است به دو صورت تحت‌فشار (لوله) یا جریان آزاد (کانال) صورت پذیرد. پس هیدرولیک مجاری را به هیدرولیک لوله‌ها و هیدرولیک کانال‌ها، می‌توان تقسیم‌بندی نمود.

در جریان لوله‌ها که جریان در یک مجرای بسته نیز نامیده می‌شود، تمام مایع، درون یک مرز جامد محصور شده است، مرزهای حرکت مایع در تماس با جدار جامد می‌باشد ولی در کانال‌ها مایع در حرکت، در تمام مرزها در تماس با جدار جامد نمی‌باشد بلکه یک مرز جریان در تمام مسیر در معرض فشار اتمسفر قرار دارد.

کانال‌ها به منظور انتقال آب برای آبیاری کشاورزی، آب‌رسانی شهری، مصرف‌های برق آبی، زهکشی اراضی، تخلیه فاضلاب‌ها و کشتی رانی استفاده می‌شوند. در بالادست کانال‌های انتقال آبی که برای آبیاری، آب‌رسانی و برق آبی مورد استفاده قرار می‌گیرند، یک منبع تامین آب مانند سد مخزنی یا انحرافی و یا ایستگاه پمپاژ تعبیه شده است. طراحی صحیح و مناسب کانال از نظر جانمایی، مشخصات مسیر و نیز مشخصه‌های هیدرولیکی موجب انتقال مناسب و موثر آب برای نیازهای تعریف شده می‌شود و در نهایت دستیابی به اهداف مورد نظر می‌انجامد.

ظرفیت طراحی کانال‌ها

ظرفیت طراحی برای یک کانال آبیاری به وسیله ماکزیمم آب مورد تقاضا تعیین می‌شود که به موارد زیر بستگی دارد:

• مقدار سطحی که باید آبیاری شود(وسعت اراضی).
• نوع محصولاتی که باید کشت شود(الگوی کشت).
• تناوب یا سیستم تقاضا برای دهانه آبگیر مزرعه
• تلفات آب به واسطه تبخیر و نفوذ (تلفات تبخیر را به %۲ از کل تلفات نشت در نظر می‌گیرند).
• راندمان مورد انتظار در توزیع آب برای محصولات کشاورزی(کانالی که به محل مصرف ختم می‌شود، معمولا کانال درجه چهار محسوب می شود).

طبقه‌بندی کانال‌ها

کانال آب‌رسان (کانال اصلی)

این کانال پس از دهانه آبگیر واقع در خروجی منبع تامین آب، شروع و در اولین نقطه محل آبگیری یا انشعاب خاتمه می‌یابد.

کانال درجه یک(کانال انشعابی)

کانال درجه یک ادامه یا منشعب از کانال آب رسان یا تغذیه کننده است و کانال درجه دو را تغذیه می‌کند. حداقل ظرفیت این نوع کانال بر اساس توصیه‌های مراجع مختلف، متفاوت بوده است. در ایران ظرفیت کانال درجه یک، به وسعت اراضی زیر پوشش شبکه و طرح جانمایی شبکه کانال‌ها بستگی دارد.

برای مثال:

در طرح آبیاری و زهکشی شهید چمران اهواز، حداکثر ظرفیت این کانال بیش از ۶۰ مترمکعب در ثانیه، در طرح کوثر حدود ۱۸ مترمکعب در ثانیه و در طرح کشت و صنعت و نیشکر در استان خوزستان حدود ۳۰ مترمکعب در ثانیه می‌باشد.

کانال درجه دو(کانال توزیع کننده)

از کانال درجه یک منشعب شده و آب مورد نیاز یک روستا یا محدوده زراعی را توزیع می‌کند.

کانال درجه سه(کانال فرعی)

از کانال درجه دو منشعب شده و آب مورد نیاز واحد‌های مزرعه را تامین می‌کند. با توجه به مقادیر حداقل و حداکثر دبی مورد نیاز در واحد سطح، ظرفیت این کانال تعیین می‌شود.

کانال درجه چهار(کانال مزرعه)

این کانال از کانال فرعی تغذیه می‌شود و آب را به طور مستقیم به قطعه زراعی تحویل می‌دهد. این کانال به طور معمول به صورت غیر دائمی بوده ولی بر حسب ضرورت ممکن است به صورت دائمی نیز ساخته شود.

کانال درجه پنج(کانال قطعه زراعی)

این کانال وظیفه آبیاری قطعات زراعی به مساحت ۶ الی‌۲۰ هکتار را بر عهده دارد. این کانال اغلب به صورت خاکی پوشش نشده است.

[alert type=”success”]     اهداف آبیاری[/alert]

جانمایی شبکه کانال‌های آبیاری

در نقشه جانمایی شماتیک یک شبکه آبیاری، منبع تامین آب (در اینجا سد انحرافی)، سازه دهانه آبگیر و مجموعه کانال‌های آبیاری نشان داده شده است. در این نوع سیستم آبگیری، با احداث یک سد انحرافی در جهت عمود بر امتداد رودخانه تمامی جریان آب موجود در رودخانه یا قسمتی از به طرف دهانه آبگیر هدایت و پس از عبور از تاسیسات آبگیری وارد کانال آبرسان(تغذیه کننده) می‌شود. به منظور جلوگیری از ورود ذرات رسوبی درشت دانه یا بار بستر به داخل تاسیسات آبگیر، سازه مجرای تخلیه رسوبات در مجاورت دهانه آبگیر احداث می‌شود. مقدار آب ورودی به کانال به وسیله اجزای دهانه آبگیر کنترل و تنظیم شده و با احداث یک حوضچه رسوب گیر، که بلافاصله پس از دهانه آبگیر و پیش از ابتدای کانال اصلی قرار دارد، بسته به دانه‌بندی رسوبات ریزدانه یا بار معلق ورودی بخشی از این رسوبات در داخل حوضچه رسوب‌گیر ترسیب و در نهایت تاسیسات سد انحرافی، امکان ورود رسوبات درشت دانه و ریزدانه به داخل کانال اصلی وجود دارد که این مساله به ایجاد اختلال در بهره‌برداری و عملکرد شبکه‌های آبیاری منجر می‌شود.

مسیر کانال

تعیین مسیر کانال، مهم‌ترین و حساس‌ترین مرحله در طراحی و جانمایی شبکه آبیاری و زهکشی است که باید با توجه به عوامل توپوگرافی، ویژگی‌های ژئوتکنیکی، نیازهای آبگیری، هزینه‌های احداث، محدودیت‌های اقتصادی،‌ اجرایی و اجتماعی به دقت انتخاب شود.

 مسیر کانال باید دارای ویژگی‌های زیر باشد:

• بار آبی موجود در کلیه نقاط مسیر کانال باید به اندازه‌ای باشد که تا حد امکان جریان آب به طور ثقلی، با در نظر گرفتن کلیه افت بارهای هیدرولیکی، به طرف اراضی آبیاری هدایت و استفاده شود.
• حجم عملیات خاکی اعم از خاکبرداری و خاکریزی به گونه‌ای باشد که در صورت مناسب بودن خاک مسیر کانال، مقادیر حجم مصالح خاکبرداری شده حدود ۱۰ الی‌۲۰ درصد بیش از حجم مصالح مورد نیاز برای خاکریزها شده و با در نظر گرفتن هزینه‌های احداث گزینه‌های مختلف انتقال آب و سازه‌های مورد نیاز در تقاطع با مستحدثات و با عوارض موجود در مسیر کانال(نظیر سیفون وارونه، ناوهوایی، شیب شکن‌ها، آبشار و …)، مسیر انتخابی دارای حداقل هزینه اجرایی باشد.
• مسیر انتخابی برای کانال نباید مشکلات اجتماعی در بر داشته باشد(برای مثال، مسیر کانال نباید از مناطقی عبور کند که در آنها مکان‌های مقدس وجود دارد). همچنین کانال نباید از میانه اراضی یا باغ‌های کشاورزان بگذرد، بلکه مسیر باید به گونه‌ای انتخاب شود که تا حد امکان از خطوط مرزی اراضی عبورکنند تا مشکلاتی برای کشاورزان ایجاد نشود.
• احداث کانال در مناطقی که مصالح نامناسب نظیر خاک‌های تورم زا، واگرا، رمبنده و …دارد، اغلب همراه با بروز مشکلات اساسی در مراحل اجرا و بهره‌برداری است. در صورتی که حجم این گونه مصالح در طول مسیر انتخابی اندک باشد، جابجایی این مصالح با مصالح مناسب یا اصلاح آنها امکان‌پذیر است و نیازی به تغییر مسیر کانال نیست. اگرچه باید هزینه‌های ناشی از اصلاح این گونه خاک‌ها یا جابه‌جایی آنها در بررسی گزینه‌های مناسب مدنظر قرار گیرد. در صورتی که حجم این گونه مصالح در مسیر انتخابی زیاد باشد، هزینه‌های ناشی از اصلاح و یا جابجایی آنها بسیار زیاد است، به طوری که تغییر مسیر کانال در این حالت اغلب مقرون به صرفه و از نظر اجرایی نیز احداث آن عملی‌تر است.

چند نکته کلیدی:

• کانال‌های آبیاری باید در نقاط مرتفع و کانال‌های زهکشی در نقاط پست احداث شوند.
• کانال‌های اصلی باید در امتداد تپه‌های اصلی و کانال‌های انشعابی در جهت عمود بر آنها و در امتداد تپه‌های فرعی احداث شوند. به دلیل ویژگی‌های توپوگرافی، شیب تپه‌های فرعی بیشتر از شیب تپه‌های اصلی است. از این رو، شیب کانال‌های انشعابی را می‌توان بیشتر از شیب کانال اصلی در نظر گرفت.
• مسیر کانال‌های آبیاری یا زهکش‌ها باید همواره به صورت خطوط مستقیم باشد و در صورت تغیر جهت، در محل پیچ‌ها یا خم‌ها، مسیر کانال باید به صورت انحنای دایره‌ای طراحی شود. در غیر این صورت و در شرایط وجود زوایای تند در مسیر کانال، امکان بروز مشکلات رسوب گذاری و یا فرسایش در این نقاط وجود دارد.

شعاع انحنا در کانال‌های بتنی و مصالح بنایی حداقل معادل ۵ برابر عرض فوقانی سطح آب یا حدود ۱۰ الی ۱۵ برابر عرض کف کانال توصیه شده است. مطابق برخی استانداردها اگر زاویه انحنای مسیر کمتر از ۴۵ درجه باشد، شعاع انحنا حداقل باید ۱۰ برابر عرض فوقانی کانال و به ازای زاویه انحنای بیش از ۴۵ درجه، حداقل باید ۲۰ برابر عرض فوقانی کانال در نظر گرفته شود. رابطه زیر  برای تعیین حداقل شعاع انحنا در کانال‌های غیر فرسایشی پیشنهاد شده است.

Rmin: حداقل شعاع انحنا مسیر کانال برحسب متر

V: سرعت متوسط جریان بر حسب متر بر ثانیه

A: سطح مقطع جریان بر حسب متر مربع