آب مهم‌ترین عنصر در زندگی بشر است و به مانند سایر عناصر برای اینکه بتواند مورد استفاده قرار گیرد باید به روش‌های مختلف بهره برداری و پرداختن به آن متوسل شد. به منظور افزایش کارایی استفاده از منابع آبی، سازههای مختلفی توسط بشر ساخته شده‌اند که بسیاری قدمت چند هزار ساله و برخی نیز با پیشرفت فناوری ساخته شده‌اند. در این مطلب از ویکی ساختمون قصد داریم که به معرفی انواع سازه های هیدرولیکی و کاربردهای آن‌ها بپردازیم.
سازه های هیدرولیکی چیست؟
همه ما می‌دانیم که قسمت اعظم منابع آب در مکان‌هایی همچون رودخانه، دریاچه، مخازن آب زیرزمینی و پشت سدها قرار دارند. به منظور استفاده از این ذخایر آب در وهله اول باید بتوان آن‌ها را مورد بهره برداری و سپس به محل مورد نظر برای مصرف انتقال داد. طی این فرآیند، از بهره برداری تا مصرف، از سازههای مختلفی استفاده می‌شود که به آن‌ها سازههای هیدرولیکی یا آبی گفته می‌شود.
انواع سازه های هیدرولیکی کدام‌ها هستند؟
سازههای هیدرولیکی انواع مختلفی دارند و استفاده از آن‌ها به نوع منبع آب و هدف مورد استفاده بستگی دارد. در هر صورت به طور کلی از مهم‌ترین سازههای هیدرولیکی می‌توان به انواع سدها، لوله و لوله‌کشی، کانال، زیرگذر، فلوم، تبدیل، سیفون، شیب شکن، تند آب، سازههای تنظیم و اندازی گیری جریان آب اشاره کرد. بر اساس نوع کاربری سازههای آبی یا همان هیدرولیکی را می‌توان در دسته‌های زیر گنجاند.
سازههای انتقال آب
این نوع در واقع آن دسته از سازههای هیدرولیکی هستند که به منظور انتقال و حمل آب از نقطه مبدأ به نقطه مقصد استفاده می‌شوند. اهمیت این سازه‌ها هنگامی که در مسیر با عوارض و موانع طبیعی و مصنوعی مواجه هستیم دو چندان می‌شود. از این سازه های هیدرولیکی می‌توان به کانال، زیرگذر جاده یا کالورت و سیفون معکوس اشاره کرد.
سازههای کنترل و تنظیم آب
این سازه های هیدرولیکی در جهت تنظیم و کنترل جریان آب و عبوری و سطح آب به کار برده می‌شود. از این دسته سازههای آبی می‌توان به تنظیم کننده و شیب شکن اشاره کرد.
سازههای اندازه‌گیری
این نوع از سازههای هیدرولیکی به منظور اندازه‌گیری و سنجش مقدار جریان آب عبوری و اندازه‌گیری پارامترهایی جریان مانند سرریزها و روزنه‌ها اشاره کرد.
سازههای حفاظتی
همان‌طور که از اسم این نوع از سازه های هیدرولیکی بر می‌آید، این‌ها به منظور حفاظت سیستم انتقال آب از آسیب‌های احتمال، حفاظت از زمین‌ها و تجهیزات پیرامون آن‌ها و همچنین افراد مرود استفاده قرار می‌گیرند.
سازه هیدرولیکی کانال
کانال‌ها از پرکاربردترین انواع سازه های هیدرولیکی به شمار می‌روند زیرا طراحی و اجرای ساده‌‌ای دارند، در هنگام مواجه با عوارض طبیعی و مصنوعی انعطاف‌پذیری بالا و از نظر شکل هندسی نیز تنوع بالایی دارند. از طرفی هم استفاده از آن‌ها اهداف مختلفی را دنبال می‌کند و بسته به همین هدف انواع مختلفی از کانال را می‌توان به کار گرفت. به طور کلی مهم‌ترین اهداف استفاده از کانال را می‌توان در چند مورد زیر خلاصه کرد.
- آبیاری و زهکشی اراضی با کاربری‌های مختلف
- آب‌رسانی به مناطق شهری و روستایی
- تخلیه فاضلاب در مناطق شهری و صنعتی
- کشتی‌رانی
- هدایت آب سدها و رودخانه به سمت توربین‌ها
شکل و نوع کانالی که استفاده می‌شود توسط عواملی همچون ظرفیت سازه، سرعت جریان، پایداری سازه و مسائل مربوط به بهره برداری و نگهداری از آن کنترل می‌شود. مستطیلی، ذوزنقه‌ای، مثلثی، دایره‌‌ای و نعل اسبی از مهم‌ترین انواع کانال بر اساس شکل هستند.
سازه هیدرولیکی تبدیل
تبدیل که انواع مختلفی از نظر کاربری و شکل دارد از جمله پرکاربردترین سازه های هیدرولیکی مورد استفاده در شبکه‌های آب‌رسانی و انتقال آب است. تبدیل‌های راست گوشه، گرد گوشه، خطی مستقیم و خط جریانی از انواع اصلی تبدیل‌ها به شمار می‌روند. تبدیل‌ها جزء سازههای هیدرولیکی کوتاه محسوب می‌شوند که کاربرد آن‌ها اهداف مختلفی را دنبال می‌کند که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- استفاده در مواقعی که رفتار هیدرولیکی خاصی را از جریان آب انتظار داریم.
- به دلایل شکل هندسی مجرا نیاز به کاهش یا افزایش سطح مقطع مجرا و یا هر گونه تغییری شکل دیگری وجود داشته باشد.
سازه زیرگذر یا کالورت
زیرگذر به عنوان یکی از انواع سازه های هیدرولیکی یا آبی در واقع سازه‌‌ای است که به منظور انتقال و هدایت آب از زیر جاده، راه آهن یا از زیر کانال‌های دیگر به کار برده می‌شود. زیرگذر به صورت مجرا با جریان پر یا مجرا با جریان روباز طراحی و اجرا می‌شوند که یکسان بودن سطح مقطع در تمامی طول آن وجه اشتراک انواع مختلف زیرگذر است. جنس این سازه هیدرولیکی می‌تواند فلزی، بتنی و چوبی باشد.
سازه شیب شکن
شیب شکن‌ها به عنوان یکی دیگر از انواع سازههای هیدرولیکی به کاربردهایی که دارند از اهمیت ویژه‌‌ای برخوردار هستند. در صورتی که در طول مسیری که برای احداث کانال انتخاب شده است، شیب زمین طبیعی نباشد و از شیب مجاز برای احداث کانال تجاوز کند، باید از شیب شکن استفاده کرد. قائم در اختلاف ارتفاع‌های تا 1/5 متر، مایل در اختلاف ارتفاع‌های تا 5 متری و لوله‌‌ای تا اختلاف ارتفاع 5 متر از انواع مختلف شیب شکن‌ها هستند.
سازه تندآب یا شوت
تندآب (Chute) به عنوان یکی دیگر از سازههای آبی به جهت انتقال و هدایت آب در اختلاف ارتفاع‌های بیش از 50 متر و در فاصله‌های بسیار زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. شیب تندآب بیشتر از مقدار شیب بحرانی و جریان نیز در تمامی طول مسیر آن فوق بحرانی است. در طراحی و اجرای این سازههای هیدرولیکی باید کنترل فرسایش ناشی از پایین افتادن سطح آب را در نظر گرفت.
سیفون وارونه
سیفون وارونه یا معکوس از دیگر سازه های هیدرولیکی است که به منظور انتقال آب از زیر جاده، خطوط راه آهن، رودخانه، دره یا کانال استفاده می‌شود که در این مکان‌ها به دلایل مختلفی از جمله توپوگرافی مسیر امکان عبور جریان با یک لوله مستقیم وجود ندارد. سیفون در واقع مجرایی بسته است که به صورت پر و تحت فشار عمل می‌کند. از آنجایی که جریان آب در سیفون به صورت ثقلی برقرار است، طراحی و اجرای آن روند ساده‌‌ای دارد.
سازه هیدرولیکی سرریز
سرریزها از دیگر انواع سازههای آبی هستند که به منظور عبور و انتقال آب‌های اضافی و سیلاب‌ها از سراب به پایاب سدها استفاده می‌شوند. در واقع وظیفه آن‌ها کنترل ارتفاع و حجم آب پشت دریاچه سد است. طراحی دقیق و مناسب سرریز از اهمیت ویژه‌‌ای برخوردار است. وجود سرریزهای نامناسب از مهم‌ترین عوامل شکست سدها به شمار می‌روند. در طراحی سر ریز علاوه بر ظرفیت و شکل هندسی مناسب باید مکان مناسبی را نیز برای اجرای آن در نظر گرفت تا از هر گونه فرسایش خاک در پایین سد جلوگیری کرد. سرریز در دو نوع بدون دریچه و دریچه دار طراحی می‌شوند. سرریزهای جانبی، تنداب، نیلوفری، سیفونی و پله کانی از انواع اصلی سرریزها بر اساس محل قرارگیری نسبت به سد هستند.
سازه حوضچه آرامش
حوضچه‌های آرامش به عنوان یک نوع از سازه های هیدرولیکی در واقع قسمتی کوتاه از یک کانال هستند که در انتهای سرریزها یا هر منبعی که جریانی بحرانی دارد، طراحی و ساخته می‌شود. هدف از ساخت این سازههای آبی تشکیل پرش هیدرولیکی در داخل حوضچه است. جریان بحرانی در این حوضچه‌ها به جریان زیربحرانی تبدیل می‌شود.
سازه هیدرولیکی دریچه
دریچه‌ها نیز یکی از انواع سازه های هیدرولیکی هستند که عمده هدفی که دنبال می‌کنند به قطع و وصل کردن جریان آبی محدود می‌شود. از طرفی نیز دریچه‌ها می‌توانند به منظور تنظیم کننده دبی یا کنترل کننده سطح آب به کار برده شوند. فولادی، بتن مسلح، آلومینیومی، چوبی و پلاستیکی از انواع دریچه‌ها هستند. دریچه‌های بر اساس محل قرارگیری نیز به دو نوع سطحی و تحتانی و بر اساس نوع حرکت هم به چرخشی، غلطان و شناور تقسیم می‌شوند.
سخن آخر
سازه های هیدرولیکی به دلیل کاربردهایی که در تأمین آب برای زندگی روزمره شهری و مصارف صنعتی و کشاورزی دارند از اهمیت بالایی برخوردار هستند. دقت در طراحی و اجرای انواع مختلف سازههای آبی بسیار مهم است و هرگونه کوتاهی در این مهم می‌توان خسارات جبران‌ناپذیری را رد پی داشته باشد. به غیر از موارد فوق انواع دیگری از سازههای هیدرولیکی وجود دارند که به عنوان مثال می‌توان به مسیرهای ماهی رو، موج‌شکن و مخازن آب زیرزمینی اشاره کرد.
