เลมท 2 คมอการใชแบบมาตรฐานระบบสงนาและระบายนา

คานา

ตามทกรมชลประทาน ไดแตงตงคณะทางานจดทาแบบมาตรฐานระบบสงนาและระบายนา เพอดาเนนการจดทาแบบมาตรฐานดงกลาว คณะทางานไดจดทาเอกสารเปน 2 สวน คอ

1. มาตรฐานการคานวณออกแบบระบบสงนาและระบายนา 2. แบบมาตรฐาน คลองสงนา คลองระบายนา และระบบทอสงนาแรงดนสง มาตรฐานชดน คณะทางานไดสรปรวบรวมจากเอกสารทางวชาการตาง ๆ และเลอกสวน

ทจะใชประกอบการพจารณาออกแบบไว โดยใชประสบการณของคณะทางานเปนทตง ในปจจบนระบบสงนาในประเทศไทยไดใชงานแลวมากมาย จงเหนสมควรใหมการตรวจวด ประเมนผลคาตาง ๆ ทกรมชลประทานไดประยกตใชของตางประเทศอย เพอทจะนามาเปนบรรทดฐานสาหรบการปรบปรงมาตรฐานของกรมชลประทานใหใชงานไดอยางมประสทธภาพตอไป

ก

ระบบสงนาและระบายนา สารบญ

หนา คานา สารบญ ก สารบญรป ข สารบญตาราง ค ตวอยางการคานวณหาคาชลภาระ 1 ตวอยางการคานวณออกแบบคลองสงนา 4 ตวอยางการคานวณหาคา Drainage Modulus 8 ตวอยางการคานวณออกแบบคลองระบายนา 10 ตวอยางการคานวณทอรบแรงดน 15 ภาคผนวก บรรณานกรม

ข

ระบบสงนาและระบายนา สารบญรป

หนา รปท ผ.1 แสดงคาสมประสทธนาทา C ทใชในสตร Rational’s Formula ผ-1 รปท ผ.2 แสดงระยะเวลาการไหลรวมตวของนาทา ผ-2 รปท ผ.3 แสดงจดทควรตดตงวาวลไลอากาศ (Air Valve) ผ-3 รปท ผ.4 แสดงรปแบบอยางงายของเครองสบนา และแรงดน (Head) ตาง ๆ ผ-4 รปท ผ.5 Moody Diagram ผ-5

ค

ระบบสงนาและระบายนา สารบญตาราง

หนา ตารางท ผ.1 แสดงคณสมบตกลของนาทความกดดนบรรยากาศ ผ-6 ตารางแสดงขนาดคลองและคณสมบตการไหล ของคลองสงนา สาหรบ S = 1:1,000 or 0.001000 ผ-8 สาหรบ S = 1:2,000 or 0.000500 ผ-8 สาหรบ S = 1:3,000 or 0.000333 ผ-8 สาหรบ S = 1:4,000 or 0.000250 ผ-15 สาหรบ S = 1:5,000 or 0.000200 ผ-15 สาหรบ S = 1:8,000 or 0.000125 ผ-15 สาหรบ S = 1:10,000 or 0.000100 ผ-23 สาหรบ S = 1:12,000 or 0.000083 ผ-23 สาหรบ S = 1:20,000 or 0.000050 ผ-23 ของคลองระบายนา สาหรบ S = 1:2,000 or 0.000500 ผ-31 สาหรบ S = 1:3,000 or 0.000333 ผ-31 สาหรบ S = 1:5,000 or 0.000200 ผ-31

1

ตวอยางการคานวณหาคาชลภาระ (Water Duty)

ตวอยางการคานวณคาชลภาระ โดยใชสตรของ L.J. Wen ดวยการเพมคาตวแปรทเกยวของเขาไป คอ คา Application efficiency คา Conveyance efficiency และคา Crop intensity จงไดสตร ดงน

q = ( )

−

− N/DD

it

ca ste1CD

E54E1 ………...……….(1)

เมอ q = Water Duty (ลตร/วนาท/ไร) Dt = Water requirement in the transplanted rice field (มม./วน) Ds = Water requirement for soaking the field (มม.) N = Period of land preparation (วน) Ec = Conveyance efficiency Ea = Application efficiency Ci = Crop intensity factor = 1.00 for onfarm system e = The base of natural logarithm = 2.718282 - คาชลภาระของโครงการฯ สาหรบพนทไมเกน 1,000 ไร ใชคา Dt = 5.62 มม./วน Ds = 183.20 มม. N = 30 วน Ec = 85% Ea = 90% Ci = 1

q = ( ) ( )

−

− 3005.62/183.22.71828215.62x1

8554x0.90x0.1

q = 0.226 ลตร/วนาท/ไร - คาชลภาระของโครงการฯ สาหรบพนทเกนกวา 15,000 ไร ใชคา Dt = 5.62 มม./วน Ds = 183.20 มม. N = 60 วน Ec = 70%

2

Ea = 80% Ci = 0.80

q = ( ) ( )

−

− 6005.62/183.22.71828215.62x0.80

8054x0.70x0.1

q = 0.177 ลตร/วนาท/ไร - คาชลภาระของพนทระหวาง 1,000 ไร - 15,000 ไร กาหนดให

Qi = 1,000

Aq ii …….……………(2)

เมอ Qi = ความตองการปรมาณนาทจดใดๆ (ม.3/วนาท) qi = คาชลภาระทจดใดๆ (ลตร/วนาท/ไร) Ai = พนทรบนา ณ จดใดๆ (ไร) ดงทไดกลาวมาแลววา ความตองการนาในพนทขนาดใหญ จะมคานอยกวาความตองการ

ของพนทขนาดเลกกวา จะไดความสมพนธระหวางพนท ดงน

Qi = )A(AqQ itxt −− …………………(3)

เมอ Qt = ความตองการปรมาณนาในพนทขนาดใหญ (ม.3/วนาท) qx = คาของความตองการนาตอพนททเปลยนแปลงไป At = พนทรบนาขนาดใหญ เทากบ 15,000 ไร

จากสมการ (3) จะได

qx = it

itAAQQ

−−

= 01,000)1,00(15,000

000)(0.226)(1,,000)(0.177)(15−−

qx = 1.735x10-4 ม.3/วนาท/ไร เพอหาคาชลภาระ qi ตอพนทใดๆนน สมการ (2) = สมการ (3)

qi = ( ) xxti

t 1,000q1,000q1,000qAA

+−

= 0.17350.1735)(0.177A

15,000i

+−

3

q = 0.1735A

52.5i+ …………………(4)

ความสมพนธในสมการ (4) น สามารถนาไป Plot เปนกราฟแสดงความสมพนธของคาชลภาระตอพนทชลประทานได

4

ตวอยางการคานวณออกแบบคลองสงนา ตวอยาง ตองการคลองสงนาเพอชกนาเขาพนทประมาณ 5,000 ไร ความตองการนาของตนขาว

เทากบ 0.0002 ม.3/วนาท/ไร ใหคานวณ-ออกแบบคลองดาดคอนกรต เพอชกนาเขาพนทนาตามความตองการของพช

กาหนดให Q = ปรมาณนาทพชตองการใช (ม.3/วนาท) A = พนทหนาตดของแทงนา (ม.2) V = ความเรวเฉลยของนาในคลอง (ม./วนาท) R = รศมอทกศาสตร (ม.) n = สมประสทธความขรขระของผวทางนา = 0.018 S = สวนลาดเทของทองคลอง = 1:4,000 S.S. = สวนลาดตลงของคลอง = 1:1.5 b = ความกวางทองคลองดาด (ม.) d = ความลกของนาในคลอง (ม.) P = ความยาวเสนขอบเปยก (ม.)

ขนตอนในการคานวณออกแบบ

1. ตองทราบปรมาณนาทงหมดทพชตองการใช (Q) จากโจทย พนททงหมด = 5,000 ไร

ความตองการนาของตนขาว = 0.0002 ม.3/วนาท/ไร ดงนน ปรมาณนาทงหมดทพชตองการใช (Q) = 0.0002 x 5,000

= 1.00 ม.3/วนาท

2. คานวณหาขนาดคลอง การคานวณหาขนาดคลองใชวธ Trial and error กาหนดให b = 1.50 ม.

d = 0.75 ม.

จาก A = (b + 1.5d)d แทนคา b และ d A = (1.50 + 1.5 x 0.75)0.75

A = 1.969 ม.2

จาก P = b + 13 x d

5

P = 1.50 + 13 x 0.75 P = 4.204 ม.

จาก R = PA

= 4.2041.969

= 0.468 ม. R2/3 = 0.603 จากสตร Manning’s Formula

V = 1/22/3SRn1

V = 1/2

4,0001x0.603x

0.0181

V = 0.530 ม./วนาท จากสตร Q = AV = 1.969 x 0.530 Q = 1.043 ม.3/วนาท

จากการคานวณจะได Q = 1.043 ม.3/วนาท ซงมคาใกลเคยงกบปรมาณนาทงหมดทพชตองการใช = 1.00 ม.3/วนาท ถอวาใชได

3. การกาหนดความหนาของคอนกรตดาด (t) ใหพจารณาตามความสมพนธกบความจของคลอง ตามตวอยางกาหนดใหใชความหนา (t)

เทากบ 6 ซม. สาหรบความหนาของขอบคอนกรตดาด (Wc) กาหนดใหใช = 0.20 ม. (Min.)

4. การกาหนดสวนเผอความลก (Freeboard) การกาหนดสวนเผอความลก (Freeboard) น จะกาหนดไวเปน 2 สวน คอ - สวนเผอความลกของขอบคอนกรตดาด (fb) ซงพจารณาจากระยะตามแนวดงระหวาง

ระดบนาสงสด (d) ในคลองถงขอบบนของคอนกรตดาด - สวนเผอความลกตาสดของคนคลอง (fe) ซงพจารณาจากระยะตามแนวดงระหวาง

ระดบนาสงสด (d) ในคลองถงหลงคนคลอง โดยจะพจารณาตามความสมพนธกบปรมาณนาในคลอง ดไดจากแบบมาตรฐานหมายเลข

มฐ.03-01-001 และ มฐ.03-01-002

6

ตามตวอยางกาหนดใหใช fb = 0.20 ม. fe = 0.60 ม.

5. ความกวางชานคลอง (Berm width) สาหรบงานของกรมชลประทานโดยทวไป นยมใชประมาณ 1.00-1.50 ม. ตามตวอยางน

กาหนดใหใชเทากบ 1.00 ม.

6. ความกวางหลงคนคลอง (Top bank width) สาหรบงานของกรมชลประทานโดยทวไป ความกวางหลงคนคลองจะพจารณาจากการใช

ประโยชนของคนคลองเปนเกณฑกาหนดคอ 1. เพอการสงนา และดแลบารงรกษาคลอง 2. เพอการลาเลยงผลผลตของเกษตรกรออกสตลาด สาหรบตวอยางน กาหนดใหใชหลงคนคลองกวางเทากบ 6.00 ม. (ฝงขวา) สาหรบคนคลองฝงทไมใชประโยชน กาหนดใหหลงคนคลองกวางเทากบ 2.00 ม. (Min.)

7. รระบายนาใตดน ใหดแบบมาตรฐานหมายเลข มฐ.03-01-003

สรป จากตวอยาง สามารถเขยนมาตรฐานรปตดตามขวางของคลองสงนาและตารางแสดง

รายละเอยดคณสมบตของคลองสงนาไดดงน

7

R R *

R L *

T R 6.00

T L 2.00

H R

1.35

H L

1.35

fe 0.60

fb 0.20

Bm

1.00

Wc

0.20

t 0.06

d 0.75

B 1.50

SS

1:1.5

S

1:4,00

0

n 0.018

R 0.468

v 0.530

A 1.969

ตาราง

แสดงราย

ละเอย

ดคณส

มบตข

องคล

องสง

นา

Q 1.043

* คานวณ

จากระยะตามร

ปตดต

ามขว

างคลอ

ง+ระยะขอ

งลาดคน

คลองตามแ

นวนอ

น + 2

มาต รฐาน

รปต ด

ตามข

ว างขอ

งคล อ

งสงน

า

Wc 1.5

B mLT

R H L

Lเขต

คลองฝงซาย

R

W cB m

T

b

R

fb dRH

Rเขต

คลองฝงขว

าC L คล

อง

11

1.5fe

8

ตวอยางการคานวณหาคา Drainage Modulus

1. ปรมาณนาหลากนอกโครงการฯ ปรมาณนาหลากนอกโครงการฯ จะขนอยกบปรมาณนาฝนทตกลงมา ความชมชนของดน

สภาพปาและพชปกคลมหนาดน ความลาดเทของภมประเทศ ลกษณะของดน และขนาดพนทรบนา (Catchment Area) เปนตน การคานวณปรมาณนาหลากนอกโครงการฯใชสตร Rational Formula

Q = 0.278 CIA

เมอ Q = ปรมาณนาหลาก (ม.3/วนาท) C = สมประสทธแสดงอตราสวนระหวางนาทา และนาฝน (Runoff - coefficient) I = Rainfall intensity (มม./ชม.) A = Catchment area (ตร.กม.)

2. ปรมาณนาหลากในโครงการฯ ปรมาณนาหลากในโครงการฯ พจารณาจากสภาพของฝนทตกในบรเวณโครงการฯ วาจะม

ขนาดฝนและโอกาสทจะเกดขนเทาใด ในการคานวณหาคา Drainage Modulus ของพนททตองระบายนาในโครงการฯน ใชขอมลสภาพฝนตก 3 วน ในรอบ 5 ป มคา 180.00 มม. จะไดคา Drainage Modulus (qd) ดงน

qd = 86,400xT

70)x1,600(R −

qd = 86,400x3

70)x1,600(180.00 −

qd = 0.679 ลตร/วนาท/ไร

คา Drainage Modulus เฉลย 0.679 ลตร/วนาท/ไร น จะใชเกณฑกาหนดในการออกแบบสาหรบพนทนอยกวา 2,000 ไร สวนพนททใหญกวานใชคา Area Reduction Factor และ Drainage Modulus ลดลง ดงตอไปน

9

ตารางรายละเอยดคา Drainage Modulus

พนท Reduction Factor Drainage Modulus (ไร) (%) มม./วน ลตร/วนาท/ไร

2,000 5,000 10,000 20,000 50,000 100,000 200,000

100 95 90 86 76 72 68

36.667 34.834 33.000 31.534 27.867 26.400 24.934

0.679 0.645 0.611 0.584 0.516 0.489 0.462

ในการออกแบบคลองระบายนา จะพจารณาปรมาณนาหลากทงภายในเขตโครงการฯ และ

ปรมาณนาหลากภายนอกโครงการฯ โดยเลอกปรมาณนาหลากทมปรมาณนามากเปนเกณฑในการคานวณและออกแบบหาขนาดของคลองระบาย

10

การคานวณคลองระบายนา ตวอยาง ออกแบบคลองระบายนาในจงหวดนครศรธรรมราช ซงรบนาจากพนทภายนอก

โครงการ 3 ตร.กม. ความยาวตามลานาสายใหญจากจดทพจารณาถงจดไกลสดของพนทรบนา 2 กม. และความแตกตางระดบของ 2 จดน เปน 15 ม. สภาพภมประเทศมปาไมปกคลม พนทคอนขางชน นอกจากนนยงมพนทรบนาในโครงการทจะระบายนาลงคลองสายนอก 2,500 ไร ขอมลสภาพฝนตก 3 วน ในรอบ 5 ป มคา 180 มม. และมนาทวมขงในทองนากอนฝนตก 100 มม. สภาพดนเปนดนเหนยวปนทราย

ขนตอนในการคานวณออกแบบ

1. หาปรมาณนาหลากจากภายนอกโครงการ (Q1)

จากสตร Q = 0.278 CIA

กาหนดให Q1 = ปรมาณนาทตองการระบาย (ม.3 / วนาท) Tc = เวลานาเขมขน (Time of Concentration ) (ชม.) L = ความยาวตามลานาสายใหญจากจดไกลสดถงจดทพจารณาของ

พนทรบนา (กม.) H = ความแตกตางระดบพนดนของจดไกลสดถงจดทพจารณาของ

พนทรบนา (ม.) C = สมประสทธแสดงอตราสวนระหวางนาทาและนาฝน I = ความเขมฝน (มม. / ชม.) A = พนทลมนา (ตร. กม.)

จากโจทย A = 3 ตร. กม. L = 2 กม. H = 15 ม.

หาคา I ; Tc = 0.3853

H0.87L

= 0.3853

150.87x2

= 0.744 ชม. = 44.64 นาท

11

จากคา Tc = 44.64 นาท ใชฝนทรอบปการเกดซา 10 ป อานกราฟ Rainfall Intensity – Duration – Frequency Curve ของสถานวดนาฝนซงอยในบรเวณใกลเคยงจะได I = 78 มม./ชม.

หาคา C ; โดยการนาคา I = 78 มม./ชม. และสภาพภมประเทศ ไปเปดกราฟจากรปท ผ.1 ไดคา C = 0.22

ดงนน Q1 = 0.278 x 0.22 x 78 x 3 = 14.311 ม.3/วนาท

2. หาปรมาณนาหลากจากภายในโครงการ (Q2)

ปรมาณนาหลากในโครงการฯ พจารณาจากสภาพของฝนทตกในบรเวณโครงการวา จะมขนาดฝนและโอกาสทจะเกดขนเทาใด ในการคานวณหาคา Drainage Modulus ของพนทจะตองระบายในโครงการน ใชขอมลสภาพฝนตก 3 วน ในรอบ 5 ป มคา 180.00 มม. โดยมนาขงในทองนากอนฝนตก 100 มม. กาหนดใหความลกของนาฝนทวมไดอก 70% ของความสงของนาในทองนากอนฝนตกจะไดคา Drainage Modulus (qd) ดงน

qd =

−

86,400xT70)x1,600(R

กาหนดให qd = Drainage Modulus (ลตร/วนาท/ไร) R = ปรมาณฝน (มม.) T = ระยะเวลาทยอมใหแปลงนามนาทวมขง (วน)

qd =

−

86,400x370)x1,600(180

qd = 0.679 ลตร/วนาท/ไร

จากสตร Q2 = 1,000

A µ q d

กาหนดให Q2 = ปรมาณนาทจะระบาย (ม.3/วนาท) A = พนทระบายนา (ไร) = 2,500 ไร µ = Reduction Factor = 0.95

จะได Q2 = 1000

x25000.679x0.95

= 1.613 ม.3/วนาท

12

3. หาปรมาณนาทงหมดทจะนาไปออกแบบ (Q)

Q = Q1 + Q2 = 14.311 + 1.613 = 15.924 ม.3/วนาท

4. การคานวณขนาดคลอง

การคานวณขนาดคลองใชวธ Trial and error

กาหนดให Q = ปรมาณนาทพชตองการใช (ม.3/วนาท) A = พนทหนาตดของแทงนา (ม.2) V = ความเรวเฉลยของนาในคลอง (ม./วนาท) R = รศมอทกศาสตร (ม.) n = สมประสทธความขรขระของผวทางนา = 0.035 S = สวนลาดเทของทองคลอง = 1:5,000

S.S. = สวนลาดตลงของคลอง = 1:Z = 1:2 b = ความกวางทองคลอง (ม.) d = ความลกของนาในคลอง (ม.) P = ความยาวเสนขอบเปยก (ม.)

สมมตให b = 10 ม. d = 2.1 ม.

จาก A = ( b + Zd ) d = ( 10 + 2 x 2.1 ) x 2.1 = 29.82 ม.2

จาก P = b + ( Z1+ 2 ) x 2d = 10 + 21+ 2 x 2 x 2.1 = 19.391 ม.

จาก R = PA

= 19.39129.82 = 1.538 ม.

2/3R = 1.332

จาก V = 1/22/3SRn1

= 0.0351 x 1.332 x

1/2

50001

13

V = 0.538 ม./วนาท

จากสตร Q = VA = 0.538 x 29.82 = 16.049 ม.3/วนาท

CHECK V = CDm Max = 0.547 x 2.12/3 = 0.897 ม./วนาท > V

จากการคานวณจะได Q = 16.049 ม.3/วนาท ซงมคาใกลเคยงกบ 15.924 ม.3/วนาท และความเรวทเกดขนนอยกวาความเรวสงสดททาใหเกดการกดเซาะ ดงนนใชความกวางคลอง = 10 ม. และความลกนา = 2.1 ม. ยอมรบได

5. ความกวางชานคลอง ( Berm Width )

กาหนดให ชานคลองฝงซายเปนดานทรถขดวง กวาง = 4.00 ม. ชานคลองฝงขวาไมใหรถขดวง กวาง = 2.00 ม.

6. ความกวางคนคลอง ( Spoil Bank Width )

กาหนดให คนคลองฝงขวาเปนถนน กวาง = 5.00 ม. คนคลองฝงซายเปนคนดนทง กวาง = 2.00 ม.

จากตวอยางสามารถเขยนมาตรฐานรปตดตามขวางคลองระบายนาและตามแสดงรายละเอยดคณสมบตไดดงน

ตารางแสดงรายละเอยดและขนาดของคลองระบายนา

16.049

Qม./ว3

1.5380.538ม./ว

29.82

V22

Aม.

1:20.035

S.S.nRม.

2.1010.001:5,000

Bม.

L.S.

2.004.00

Bmม.ม.

LBmDม.

R

5.002.00

TRม.ม.

LT

-

R Lม.

- -

ถนนRม.

R หมายเหต

หรอ

คนดนทง

หรอ

12 2

1

หรอ

เขตคลองระบายนา หรอ

Z

ระดบทองคลองขดลอก

ร.น.ส.

คลองระบายนา

1Z

11:1

หรอ2

1

คลองระบายนาLCหรอ

ระดบดนเดม

ดนถมบดอดแนนไมนอยกวาSTANDARD PROCTOR COMPACTION TESTSTRIPPING LINE

95%

95% M.P.C.T. หนา 0.25ลกรงบดอดแนนไมนอยกวา

1:11

2

เขตคลองระบายนาถนนLC

4.00(MIN.) mR2.00(MIN.)

1.50

2.00(MIN.)

T L

(MIN

.)

T R

BmL B 4.00(MIN.)

L R R R

B1.00(MIN.)

D

mLmR B 2.00(MIN.)

B

T R

R R R L

T

0.20(MIN.)

L

2.00(MIN.)

14

15

การคานวณทอรบแรงดน ตวอยางการคานวณหาปรมาณนา

ตวอยางท 1 โครงการชลประทานซงเปนอางเกบนาแหงหนง มพนททตองสงนาเพอการปลกพชผกสวนครว 1,500 ไร ราษฎรตองการใชนาเพออปโภคบรโภค 37,000 คน ตองการใชนาเพอการประปาสขาภบาลของอาเภอสาหรบคนอก 3,710 คน พนทโครงการมสภาพแหงแลงทรกนดาร ภมประเทศเปนลกเนนตลอดพนทเพาะปลก (Rolling Area) พจารณาในแงวศวกรรมแลวจะตองจดระบบสงนาเปนทอสงนา อยากทราบวา ปรมาณนาทจะสงใหโดยทอสงนาทงหมดน เปนเทาใด

วธทา

กาหนดใหพชผกสวนครวใชนาทงหมด = 0.16 ลตรตอวนาทตอไร

คานวณปรมาณนาทตองใชสาหรบพชผก = 1,000

0.16x1,500 ม.3/วนาท

= 0.240 ม.3/วนาท กาหนดใหคนใชนาเพออปโภค บรโภค = 150 ลตรตอวนตอคน

คานวณปรมาณนาเพอการอปโภค บรโภค = 3,600241,000

37,000150××

× ม.3/วนาท

= 0.064 ม.3/วนาท กาหนดใหคนใชนาจากการประปา = 150 ลตรตอวนตอคน

คานวณปรมาณนาเพอการประปา = 3,600241,000

3,710150××

× ม.3/วนาท

ไดปรมาณนาเพอการประปา = 0.006 ม.3/วนาท

ฉะนนจะไดปรมาณนาทจะตองสงใหโดยใชทอ = 0.240+ 0.064 + 0.006 ม.3/วนาท = 0.310 ม.3/วนาท = 310 ลตร/วนาท

ตวอยางท 2 จากตวอยางท 1 หากระดบนาตาสดในการจดสรรนาเทากบ+ 144 ระดบนาเกบกก + 150 และระดบศนยกลางทอ Outlet ขนาด 600 มม. อยท + 143 จงคานวณหาปรมาณนาตนทนเฉลยของโครงการนวาควรจะเปนเทาใด

วธทา

จากระดบนาเกบกก = + 150

16

ระดบนาตาสด = + 144

เฉลยระดบนาใชการ = 2

144)(150144 −+

= + 147

เพราะฉะนน ถาคดสมการพลงงานทจด + 147 เปนจดท 1 และทระดบศนยกลางทอ + 143 เปนจดท 2 จะไดดงรปท 1 (โดยไมคดการสญเสยจากจด 1 ถงจด 2) สมการพลงงานระหวาง 1 ถง 2 คอเอาจด 2 เปนจดอางอง (z2 = 0)

จะได 2

222

1

211 Z

2gVPZ

2gVP

++=++γγ

…………….. (1)

Z 1

1

2Z =0

ระดบ+143.0002

ระดบ+147.000

เมอ Z 1 และ Z 2 คอความสงทวดจากระดบทกาหนดขน

γ คอนาหนกจาเพาะของนา (Unit Weight) กก./ม.3 g คอความเรงแรงโนมถวงโลก = 9.81 ม./วนาท2

P1 และ P2 คอความดน Gage (เปนศนยทความดนบรรยากาศ) V1 และ V2 คอความเรว และความเรวทจด (1) ถอวานอยมาก สมมต เปนศนย

เมอเทยบกบความเรวทจด (2)

จากสมการ ( 1 ) จะได Z 1 = 2g

V 22

เพราะฉะนน V2 = 12gZ = 39.812 ×× = 7.672 ม./วนาท

0 0 0 0

17

จากสตร Q = Cd A V …………… (2)

เมอ Q = ปรมาณนา (ม.3/วนาท) A = เนอทหนาตดทอสงนา

ในทน = 4

0.600.60π ×× ม.2

V = ความเรวทออกจากทอสงนา (ม./วนาท) Cd = คาสมประสทธของอตราการไหลในทนประมาณ = 0.60

Q = 4

7.6720.600.60π0.60 ×××× = 1.302 ม.3/วนาท

ฉะนน ปรมาณนาตนทนเฉลย = 1,302 ลตร/วนาท

จากตวอยางท 2 น จะเหนไดวาผออกแบบจะตองมความรพนฐานในการคานวณปรมาณนาผานออรฟช (Orifice) โดยดไดจากสมการ (2) และประยกตใชงานเขากบสมการของเบอนวลล (Bernoulli’s Equation) จากสมการ (1) ซงสามารถทาความเขาใจไดงาย ๆ จากหนงสอไฮดรอลกส (Hydraulic) ทว ๆ ไป ตวอยางการคานวณขนาดทอทใชในระบบสงนา

ตวอยางท 3 จงประมาณคาขนาดทอสงนาของโครงการสงนาโครงการหนง ซงจะตองสงนาโดยใชทอสงนารบแรงดน โดยมปรมาณนาผานทอสงนาไดมากสด 0.165 ม.3/วนาท (หรอ 165 ลตร/วนาท)

วธทา

ประมาณขนาดทอจากสตร Q = AV

เมอ Q = ปรมาณนา = 0.165 ม.3/วนาท

A = เนอทหนาตดทอ = 2

4D π (D = เสนผาศนยกลางทอเปน ม.)

V = ความเรวนาผานทอ (เมอเปนทอประธาน = 0.60 ม./วนาท)

แทนคาในสตร 0.165 = 2

4D π x 0.60

D2 = 0.60xπ0.165x4 = 0.350 ม.2

D = 0.592 ม.

18

ฉะนน จากตวอยางตองใชทอขนาด 600 มม.

จากตวอยางท 3 น สามารถนาไปใชพจารณากาหนดชนดและขนาดทอตามทมจาหนายในทองตลาด ซงอาจใชเปนทอแถวเดยวทงระบบ หรอทอ 2 แถว ทอ 3 แถว ในชวงตน ๆ ขนอยกบสภาพภมประเทศ ทงน จะตองออกแบบและกาหนดชนดทอใหเหมาะสม พรอมประหยดทางดานวศวกรรมดวย

ตวอยางการคานวณหาการสญเสยพลงงาน

ตวอยางท 4 โครงการชลประทานแหงหนงใชทอ PVC เปนระบบสงนาชลประทานรบแรงดน สงนาดวยความเรว 0.55 ม./วนาท โดยใชทอสงนาขนาด 600 มม. ความยาวทอทงหมด 2,500 ม. จงคานวณหาคาการสญเสยหลกของทอ PVC โครงการน

วธทา

จากสตร hf = ê DL

2gV 2

เมอ hf = การสญเสยพลงงานหลก L = 2,500 ม. D = 600 มม. = 0.60 ม. = 1.968 ฟต g = 9.81 ม./วนาท2 V = 0.55 ม./วนาท = 1.804 ฟต/วนาท

พจารณาคา ê = แฟคเตอรของความเสยดทาน จาก Moody Diagram (ภาคผนวก) คา Friction Factor (ê) นจะสมพนธกบคา Reynold Number

เมอ Re = Reynold Number = υVD

โดยท V = คาความเรว ฟต/วนาท D = ขนาดเสนผาศนยกลางทอ υ = ความหนดจลน ฟต2/วนาท

คาความหนดนาโดยทวไป จะคดทอณหภมของนาท 22oc - 30oc แตในทนสมมตคดท 27oc หรอ 80o F ได υ = 0.930x10 –5 ฟต2/วนาท

19

Re = υVD = 50.930x10

81.804x1.96− = 3.818x105

พจารณาคา Dε หรอ

dε ใน Moody Diagram (ภาคผนวก)

เมอ ε = ความขรขระของทอ D = d = เสนผาศนยกลางทอ

สาหรบทอ PVC ใชคา ε = 0.000005 ฟต

ไดคา Dε =

dε =

1.9680.000005 = 2.541x10-6

คา dε = 2.541x10-6 = 0.00000254

จะเหนวาอยใกล ๆ กบชวง Smooth Pipe

จากคา Re = 3.818 x 105 คา dε = 0.00000254 จะเปนเสน

dε ท Smooth

และไดคา ê = 0.0145 โดยประมาณ

ฉะนน hf = 2x9.810.55x

0.602,5000.0145x

2 = 0.9315 ม.

นนคอ การสญเสยหลกของทอสายน = 0.932 ม.

ตวอยางท 5 โครงการชลประทานแหงหนงใชทอ PVC เปนระบบสงนาชลประทานรบแรงดน สงนาดวยความเรว 0.55 ม./วนาท โดยใชทอสงนาขนาด 600 มม. ความยาวทอทงหมด 2,500 ม. มขอตอขนาด 45o จานวน 25 แหง ขอตอ 90o จานวน 15 แหง แยกสามทางตวท (Tee) จานวน 4 แหง Gate Valve ทงหมด 10 แหง จงคานวณหาคาการสญเสยรองของทอ PVC โครงการน

วธทา

จากสตร hm = 2gVK

2

คา K ของขอตอ 45 = 0.45 (จากตารางใช 0.25 - 0.45) คา K ของขอตอ 90 = 0.75 (จากตารางใช 0.35 - 0.75) คา K ของแยกสามทางตวท (Tee) = 2.0 (จากตารางใช 1.5 – 2.0) คา K ของ Gate Valve = 0.25 (ประมาณ 0.15 –0.25)

20

ฉะนน hm = {(0.45x25) + (0.75x15) + (2x4) + (0.25x10)}x2gV 2

V = ความเรว = 0.55 ม./วนาท g = 9.81 ม./วนาท 2

แทนคาตางๆ จะได

hm = {(0.45x25) + (0.75x15) + (2x4) + (0.25x10)}x2x9.81(0.55)2

= (11.25 + 11.25 + 8 + 2.5) x2x9.81(0.55)2

= 0.5089 ม. ของนา

นนคอ การสญเสยรองของระบบทอโครงการน คอ 0.509 ม. จากตวอยางท 4 และ ท 5 จะไดคาการสญเสยในเสนทอทงระบบ โดยการรวมคาการสญเสยหลกคอ 0.932 ม. และคาการสญเสยรอง คอ 0.509 ม.

ฉะนน คาการสญเสยพลงงานในทอทงระบบของโครงการนจะเทากบ 1.441 ม. ตวอยางการคานวณหาเสน Hydraulic Grade Line

ตวอยางท 6 จากตวอยางท 4 และตวอยางท 5 จงประมาณลาด Hydraulic Grade Line ของโครงการชลประทานนนวาควรจะเทาใด จงจะเหมาะสมกบการสงนา และนามแรงดนพอเพยงทจะสงถงทอทงระบบ

วธทา

จากตวอยางดงกลาว ความยาวทอทงหมด = 2,500 ม. การสญเสยพลงงานหลกและรองในระบบทอ = 1,441 ม. ในทนเพมการสญเสยเนองจากเหตอน ๆ อก 10 % ของการสญเสยหลกและรอง (เชนการตอทอความดนตาเพมขนทจดจายนา ฯลฯ = 1.441+ 0.1441 ม.) ไดการสญเสยระบบทอโดยประมาณ = 1.5851 ม.

ฉะนน ไดลาด HGL (Hydraulic Grade Line) = 2,500

1.5851

= 0.000634 หรอ ลาด HGL = 1 : 1,578

21

ฉะนน นนคอจาก กม. 0+000 ถง กม. 1+578 ระดบศนยกลางทอท กม. 1+578 จะตองตากวา กม. 0+000 ไมนอยกวา 1.00 ม. นาจงจะไหลถงปลายทอท กม. 1+578 ได และปรมาณนาพอเพยงตามความตองการ

ตวอยางการคานวณหาคาความดน Water Hammer

ตวอยางท 7 จากตวอยางท 5 ใหหาคาความดน Water Hammer สงสดเมอทอ PVC สงนาดวยความเรว 0.55 ม./วนาท ถกหยดในทอ PVC นขนาด 600 มม. หนา 15 มม. e = 28 x103

กก./ซม.2 OD = 630 มม. ID = 600 มม.

วธทา

เนองจากสตรตางๆ การคานวณยงเปนระบบองกฤษอย ในทนจงเปลยนคาตาง ๆ เขาหาระบบองกฤษตามสตรดวย

การคานวณหาความเรวคลน

จากสมการ c =

etbd1

4,660

+ ฟต/วนาท

b = 300,000 ปอนด/นว2

d = 600 มม. = 2.5460 นว = 23.622 นว

e = 28x103 กก./ซม.2 = 400,000 ปอนด/นว2 t = ความหนาของทอ (นว)

c =

0.591400,00023.622300,0001

4,660

××

+

= 837.269 ฟต/วนาท

คานวณหาความดน Water Hammer

จากสตร P = 2.31g

cV

= 32.22.31

837.269V×

22

จาก V = 0.55 ม./วนาท = 0.55x3.28083 = 1.804 ฟต/วนาท

P = 32.22.311.804837.269

×× ปอนด/นว2

= 20.306 ปอนด/นว2 = 1.427 กก./ซม.2

ฉะนน ความดน Water Hammer สงสด = 1.427 กก./ซม.2 ตวอยางการคานวณหาขนาดเครองสบนา

ตวอยางท 8 โครงการชลประทานโครงการหนง เปนโครงการชลประทานในพระราชดาร ตองการสบนาไปใชดวยอตรา 165 ลตร/วนาท โดยมแรงดนสทธรวม 4.00 ม. ถาทอตรากาลงสบนา และแรงดนสทธดงกลาว เครองสบนามประสทธภาพ 75 เปอรเซนต มอเตอรมประสทธภาพ 85 เปอรเซนต

จงหา (1) แรงมาทางทฤษฎ (2) แรงมาของมอเตอรทใชขบเคลอนของเคลองสบนา (3) พลงงานไฟฟาทตองการ (4) ประสทธภาพรวมของเครองสบนาทงระบบ (5) ควรขบดวยมอเตอรขนาดเทาใด

วธทา

จาก Q = 165 ลตร/วนาท

= 1,000

3,600165× = 594 ม.3/ชม.

จากสตร HP = 273ηQH

(1) แรงมาทางทฤษฎ จะมคา

HP = 273ηQ.H =

2734594× (เมอ η = 1.00)

= 8.703 แรงมา

(2) แรงมาของมอเตอรทใชขบเคลอนของเครองสบนา จะมคา

HP = 273ηQ.H =

0.758.703 (เมอ η = 0.75)

บรรณานกรม 1. Irrigation Principles and Practices : Israelsen 2. Irrigation Engineering Vol.I , II : Houk 3. Design textbooks in civil Eng. Vol.I , II , III : Letiasky 4. Irrigation Practices and Eng. Vol.I-IV : Etcheverry 5. ความตองการนาของพช และคาชลภาระในการออกแบบระบบสงนา

โดย ดเรก ทองอราม 6. การวางแผนและออกแบบระบบการสงนาชลประทาน ชลกรฉบบพเศษ 72 ป อ.อรณ อนทรปาลต

โดย อ.อรณ อนทรปาลต

ภาคผนวก มาตรฐานระบบสงนาและระบายนา

ผ-1

รปท ผ.1 คาสมประสทธนาทา C ทใชในสตร Rational’s Formula

ผ-2

รปท ผ.2 ระยะเวลาการไหลรวมตวของนาทา

กม.22+000

ปลกปดปลายทอ

หมายเหต โดยทวไปหลงทอจะตากวาระดบดนเดมประมาณ 0.60 เมตร เวนแตผานถนนตองฝงลก 1.20 เมตร

กม.0+000 ของระบบสงนารบแรงดน

บรเวณจากสงไปตา

แนวระดบนา หรอตามความเหมาะสมทกระยะทความยาวทอเกน 1,000 เมตร

เสน Hydraulic Grade Line (H.G.L.)บรเวณระดบสงสดของทอ

บรเวณจดจากตาไปสง

จดทควรตดตง Air Valve

รปท ผ.3 แสดงจดทควรตดตงวาวลไลอากาศ Air Valve

ผ-3

HEAD

SUCT

ION

ระบบทอเมอผวแหลงนาสงกวาเครองสบนา

S TAT

IC H E

AD

STA T

IC DI

SCHA

RGE H

EAD

ระบบทอเมอผวแหลงนาตากวาเครองสบนา

แหลงตนนา

LIFT

S UCT

ION

FOOT VALVE & STRAINERแหลงตนนา

STAT

IC DI

SCHA

RGE H

E AD

แหลงจายนา

STAT

IC HE

AD

แหลงจายนา

รปท ผ.4 แสดงรปแบบอยางงายของเครองสบนา และแรงดน (Head) ตาง ๆ

ผ-4

ผ-5

รปท ผ.5 Moody Diagram

เขตเปลยน แปลง เขต

วกฤต การไหล ราบเรยบ

ผ-7

ตารางแสดงขนาดคลองและคณสมบตการไหล ขอมลในตารางคานวณจาก สตร Manning’s Formula

V = 1/22/3SRn1 ………………………..ระบบเมตรก

เมอ V = ความเรวเฉลยของการไหล n = คาสมประสทธความขรขระของทางนา ในทนสาหรบคลองสงนาใช 0.018 ในทนสาหรบคลองระบายนาใช 0.035

R = Hydraulic radius = PA

S = Slope of energy หรอ ลาดตามยาว (Longitudinal Slope)

สาหรบคลองสงนาในตาราง กาหนดคา S ไวดงน

S = 1:1,000 or 0.001000 S = 1:2,000 or 0.000500 S = 1:3,000 or 0.000333 S = 1:4,000 or 0.000250 S = 1:5,000 or 0.000200 S = 1:8,000 or 0.000125 S = 1:10,000 or 0.000100 S = 1:12,000 or 0.000083 S = 1:20,000 or 0.000050

สาหรบคลองระบายนาในตาราง กาหนดคา S ไวดงน

S = 1:2,000 or 0.000500 S = 1:3,000 or 0.000333 S = 1:5,000 or 0.000200