บทที่ 5 การวดปรัิมาณนํ้าในทางน...

บทท 5

การวดปรมาณนาในทางนาเปดดวยวธและเครองมอพเศษ

จากบทท 4 ไดกลาวถงแนวทางการตรวจวดปรมาณน าในทางน าเปดทมหลายแนวทาง ในบทนจะกลาวถงการตรวจวดโดยการใชเครองมอหรอวธการตางๆ ทไมใชเครองมอทกาหนดใหเปนเครองมอมาตรฐานในการตรวจวด ซงในยคแรกเครองมอทกาหนดเปนมาตรฐานคอเครองวดกระแสน า(Current meters) ซงมแบบลกถวยและแบบใบพด และตอมาเมอคดคนเครองมอวดกระแสนาแบบอเลกทรอนคส จงไดมการกาหนดมาตรฐานเครองมอวดระบบนขนมาใหม

อาจแบงกลมของเครองมอตรวจวดกระแสนาเปน 3 กลมใหญไดดงน

1. เครองมอพเศษ เปนเครองมอทไมอยใน 2 กลมทจะกลาวถดไป ไดแก

1.1 การใชทนลอย (Float method)

1.2 Pitot tube . 1.3 Velocity head rod . 1.4 เครองมอ อปกรณ หรอวธการอนๆ

2. เครองมอวดเชงกล (Mechanical velocity meters) แบงยอยเปน 3 ประเภท

2.1 ประเภททมการหมนรอบแกนตง (Vertical axis current meters)

2.2 ประเภททมการหมนรอบแกนนอน (Horizontal axis current meters) * เครองมอวด 2 ประเภทขางตนอาจเรยก Rotor type current meters

2.3 ประเภททใชหลกการแกวงตว (Pendulum current meters)

3. เครองมอวดกระแสนาแบบอเลกทรอนกส ไดแก

3.1 Electromagnetic velocity meters

3.2 Doppler velocity meters ไดแก Doppler Ultrasonic, Acoustic Doppler, ระบบ Laser หรอ Radar เปนตน

3.3 Optical strobe velocity meters

5-2

หลกการคานวณปรมาณนาผานอาคารชลประทาน ปราโมท พลพณะนาว สานกชลประทานท 8

ในบทนจะกลาวถงการตรวจวดโดยการใชวธการและการใชเครองมอพเศษ ซงไดแก

การตรวจวดดวยวธ Volume metric method

การคานวณโดยวธ Slope area method

การใชทนลอย (Float method)

การใชสารเคมและส

การใช Pitot tube

การใช Velocity head rod

5.1 การตรวจวดดวยวธวดปรมาตร (Volume metric method)

วธการวดปรมาตร หรอ Volume metric method นอาจเรยก “Bucket and

stopwatch method” ตามวธการตรวจวด คอการใชภาชนะรองรบน าในชวงเวลาใดเวลาหนงแลวนาน ามาหาปรมาตร โดยการตวงหรอชงน าหนก เพราะเรารแลววา นาปรมาตร 1 ลกบาศกเมตร มน าหนก 1,000 กโลกรม วธการนใชสาหรบการหาอตราการไหลของน าทมอตรานอย ๆ ไมสามารถใชเครองมอวดความเรวกระแสน าไดสะดวก เชน ปรมาณน าทไหลรนในลาธาร หรอลาน าในชวงหนาแลง นอกจากนยงใชหาอตราการไหลของนาทออกจากทอขนาดเลก หวนาหยดใหน าแกพช ฯลฯ

หลกการตรวจวดจะรองรบปรมาณน าในชวงเวลาทเหมาะสม โดยการจะรองรบน านนตองพจารณาประยกตตามสถานการณตามความเหมาะสม 1) รองรบน าโดยตรงในตาแหนงททองน ามระดบแตกตางกนมาก ซงจะมการไหลลกษณะคลายนาตก โดยอาจขดแตงทองนาขนมาใหมลกษณะดงกลาวกได

2) ปดกนทางน าเพอรวบรวมน าใหมระดบสงขนแลวใหน าไหลผานชองหรอผานทอลงสภาชนะไดสะดวกขน 3) Hauer and Lamberti,1996 ใชถงพลาสตกทปากถงยดตดกบวสดทแขงและเรยบ 2 ดานเพอทาใหปากถงปดทบกนคอนขางสนทและสามารถทาใหยกเปดปากถงดานบนขนไดสะดวก โดยในการตรวจวดจะนาถงทกดปากถงสนทกนไปวางขวางทางน าไหลโดยใหสวนปากลางยดตดทองน าอยางมนคง (นาไหลลอดไปไดนอยทสด) กอนการตรวจวดจะใหน าไหลผานขามถงออกไปกอน เมอทาการตรวจวดกเพยงยกปากถงสวนบนขนใหพนผวน า ทาใหน าทงหมดในขณะนนไหลเขาถงพรอมจบเวลาเรม และเมอปรมาณน าเขาถงพอสมควรทจะวดปรมาณไดแลวกยกถงทงหมดขน พรอมจบเวลาสดทาย

5-3


การคานวณอตราการไหล

tVo

Q

Q = อตราการไหล หนวย ลตร/วนาท, ลกบาศกเมตร/วนาท Vo = ปรมาตรของนาทรองรบเกบไวได หนวย ลตร, ลกบาศกเมตร อาจชงน าหนกเปนกโลกรม แลวมาแปลงเปนปรมาตร t = ชวงเวลาทใชรองรบเกบนา หนวย วนาท

5.2 การคานวณโดยวธ Slope area method

วธการ Slope-area method เปนวธการคานวณอตราการไหลของนาในทางน าเปดโดยอาศยหลกการทางชลศาสตร จากความสมพนธของความลาดของผวนากบพนทหนาตดของการไหลเฉลย มผนาเสนอวธการคานวณหลายรปแบบ แตวธการคานวณโดยใชสตรของ Robert

Manning วศวกรชาวไอรช จะเปนทนยมใชทสดเพราะงายในการคานวณ ซงแสดงดงตอไปน

รปท 5-1หนาตดของทางนาธรรมชาตทวไป

Manning's equation 2/13/2 SARn

1Q

เมอ Q = อตราการไหลของนา หนวย ม.3/วนาท A = พนทหนาตดเฉลยของการไหล หนวย ม.2

R = รศมชลศาสตรของหนาตดการไหล (Hydraulic radius) หนวย ม. = A/P

P = เสนขอบเปยกของหนาตดการไหล (Wetted perimeter) หนวย ม. S = ความลาดเทของผวนาของทางนาชวงทตรวจวด ไมมหนวย n = คาสมประสทธความขรขระของ Manning (Manning roughness

coefficient) แสดงในตารางท 5-1 และ 5-2

5-4


ตารางท 5-1 คาสมประสทธความขรขระ (n) ของทางนาเปด

ผวทางนาไหล n

(1) ทางนาเปดธรรมชาต (Natural channels)

เรยบและตรง ไหลชาเนองจากมสระลกเปนชวงๆ แมนาสายหลก

(2) ลมแมนาทมนาทวมถง (Flood plains)

ทงหญา ไมพนธเตยบางๆ ไมพนธเตยหนา

(3 ) ทางนาเปดดนขด (Excavated earth channels) เรยบ มกรวดบาง เตมไปดวยหญา กอนหน (4) ทางนาเปดดาดผว (Artificially Lind channels)

แกว ทองเหลอง เหลกเรยบ

เหลกทาส เหลกมหมดย า เหลกหลอ คอนกรตขดผว คอนกรตผวหยาบ ไมไสเรยบ ไมไมไดไส ดนเหนยว กออฐ แอสฟลต โลหะลกฟก หนเรยง

0.030 0.040 0.035

0.035 0.050 0.075

0.022 0.025 0.030 0.035

0.010 0.011 0.012 0.014 0.015 0.013 0.012 0.014 0.012 0.013 0.014 0.015 0.016 0.022

0.025

5-5


ตารางท 5-2 คาสมประสทธความขรขระ (n) ของทางนาเปดประเภท ค คลอง

ลกษณะของทางนาเปด n คลองดาดดวยคอนกรต โดยมซเมนตอดบรเวณรอยตอระหวางแผงคอนกรต และททองนากดาดคอนกรตเปนฐานดวย

0.012

คลองคอนกรต 0.014 คขนาดเลกดาดดวยคอนกรต มแนวคเปนเสนตรงสมาเสมอ ความลาดทองนานอย โดยมตะกอนหยาบปกคลมบรเวณดานขางและทองค

0.016

คลองดาดคอนกรตโดยไมมการปรบแตงใหเรยบ พนผวปกคลมดวยวชพชละเอยดขนาดเลก และทองนามตะกอนทราย

0.018

คลองดนเหนยวขด มตะกอนเปนดนทรายทกลางคลอง และตะกอนโคลนบรเวณขางคลอง

0.018

คลองคอนกรตทสรางจากหนลาวาตดตรงดง โดยทผนงมลกษณะหยาบ 0.020 คลองชลประทานแนวคลองเปนเสนตรงพนผวบดอดทรายเรยบ 0.020 คลองดาดซเมนต (Cement-paster lining) เปนแนวตรงบนคลองดน โดยทบรเวณรอยแตกมวชพช และทองคลองมตะกอนทราย

0.022

คลองทขดผานดนเหนยวปนตะกอนทราย สภาพทองคลองแขงแรง 0.024 คดาดทงกนคและลาดขางดวยหนหรออฐหก ทองนาไมเรยบมกรวดตกอยอยางกระจดกระจาย ผนงดานขางคอนขางอยในแนวดง

0.024

คลองขดขางภเขา โดยตลงดานภเขามรากพชเปนระยะๆ สวนตลงดานลาดลงมผนงคอนกรต และทองคลองมกรวดปกคลม

0.026

แมนาธรรมชาต มกอนกรวดและหนขนาดใหญเลกคละกน มความเรวกระแสนาไหลผานสง

0.028

คลองดนขด มลกษณะเปนตะกอนทราย โดยมทรายตกทบถมบรเวณทองคลอง สวนดานขางมหญาขนตามธรรมชาต

0.029

คลองทมหนกรวดขนาดใหญททองคลอง 0.030 คลองธรรมชาต ดานขางบางแหงมสภาพขรขระไมเรยบ ทองนาเรยบมตะกอนดนเหนยว สภาพหนาตดเปลยนแปลงนอยมาก

0.035

คลองหนขดโดยวธระเบดแนวคลอง 0.040 คลองดนเหนยวปนตะกอน ความลาดดานขางไมเรยบ มหญาขน 0.040

5-6


ตารางท 5-2 (ตอ) คาสมประสทธความขรขระ (n) ของทางนาเปดประเภท ค คลอง

ลกษณะของทางนาเปด n

คลองดนขดดานขางและดานลางไมเรยบ โดยดานขางมดนเหนยวสดาและเหลองปนกนอย รปตดทางนามการเปลยนแปลงไมมาก

0.045

คลองดนขดดานขางและดานลางไมเรยบ ดนคลองเปนดนเหนยวสดา มหญาและวชพช รปรางหนาตดคอยๆ เปลยนแปลงตามแนวคลอง

0.050

คดนเหนยวปนตะกอนทราย ดานขางและดานลางไมเรยบ มตนไมขนาดใหญขนตลอดแนวหนาตดคอนขางสมาเสมอ

0.060

คลองดนเหนยวสดาปนตะกอนเทา ดานขางและดานลางไมเรยบมพชปกคลมหนาแนน

0.080

คลองดนเหนยวปนตะกอนเทา มตนไมขนาดใหญในหนาตดคลอง 0.110

คลองระบายนาธรรมชาต สภาพดนเปนดนทรายละเอยดปานกลางและดนเหนยวละเอยด ไมมความลาดดานขาง ทองคลองเปนลกคลน มแนวตนไมขวางทศทางการไหลกระจดกระจาย

0.125

แมนาธรรมชาต สภาพดนเปนดนเหนยวปนดนทราย รปรางไมแนนอน มรากไมตนไมและทอนซงขวางทางนา

0.150

5.2.1 คาคณสมบตทางชลศาสตรของทางนา

ดงทกลาวแลววาทางนานนมทงทางนาธรรมชาต และทางนาทสรางขน โดยทางนาทสรางขนมกสรางใหมหนาตดเปนรปทรงเรขาคณตเสมอ คณสมบตมตทางชลศาสตร(A, R, P) จงคานวณไดจากสตรรปทรงเรขาคณต แตถาเปนทางน าธรรมชาตหรอทางน าทสรางขนแลวพนทหนาตดเกดการเปลยนแปลงตางไปจากรปรางหนาตดเดม คาคณสมบตทางชลศาสตรกจะเปลยนไปดวย จะตองสารวจรปตดขวางของทางนาเพอคดคาคณสมบตทางชลศาสตรใหม

สาหรบคาความลาดเทของผวน าของทางน า (S) ซงกาหนดใหเทากบความลาดเทของพนทองทางน า อาจใชขอมลจากแบบกอสราง จากการสารวจรปตดตามยาวของทางน านน หรอกรณการประเมนอยางหยาบๆ อาจพจารณาจากเสน Contour จากแผนท 1: 50,000 กได

5-7


5.2.2 ทางนาทมรปรางหนาตดแบบผสมมวสดหลายชนด (Compound channel)

โดยทวไปแลวทางน าธรรมชาตมกมหนาตดเปนรปทรงคลาย U-Shape หรอ Parabola ซงเปนรปแบบหนาตดเดยว แตจากอตราการไหลทมการเปลยนแปลงอยเสมอ ทาใหทางน าปรบตวใหมรปรางและขนาดสอดคลองกบอตราการไหลของน าดงกลาว เปนผลใหเกดการกดเซาะและเกดการตกจมของตะกอน ทาใหรปรางหนาตดเปลยนแปลงไป การทพนผวทางน ามวสดหลายประเภทปกคลมทงนรวมถงตนไมทขนปกคลมและมวตถอนๆ อยในทางนา ลวนมผลใหคาสมประสทธความขรขระในทางน าตาแหนงตางๆ มความแตกตางกน จงเรยกหนาตดทางน าลกษณะนวา หนาตดการไหลแบบผสม ซงในการคานวณอตราการไหลกตองพจารณาเปนกรณเฉพาะ

รปท 5-2 ตวอยางทางนาทมรปรางหนาตดแบบผสม

รปแบบของหนาตดการไหลแบบผสมทชดเจนนน ไดแกการสรางพนทรองรบนานองเกนเกณฑปกต (Flood plain) ในทางน าทงกรณทางน าธรรมชาตและทางระบายน าทสรางขน มหลกการคอการเพมพนทหนาตดการไหลของทางน าเดมใหเพยงพอทจะรองรบปรมาณน า

5-8


สงสดเทาทเคยปรากฏมา เพอไมทาใหเกดน าทวมสรางความเสยหายไดอก พจารณาจากรปท 5-2 บรเวณหนาตดหมายเลข 1 เปนทางน าเดม เมอสรางคนกนน าสองฝงทางน าในตาแหนงทเหมาะสมโดยการขดดนจากพนทเขตทางน าจานวนนอยแตไดหนาตดการไหลมาก พนทในสวนท 2 และ 3 เปนพนท Flood plain ซงอาจกวางมากเทาททาใหเกดหนาตดการไหลเพมขนเพยงพอ (อาจสรางดานเดยวกได) พนผวสวนท 2 และ 3 จะแตกตางจากสวนของทางนาเดม โดยในยามปกตใชทาประโยชนในกจกรรมตางๆ เชน เปนสนามหญา ปลกตนไม สวนหยอม สนามกฬา ปลกพชผก ฯลฯ รปแบบการปองกนน าทวมแบบนนยมสรางมากในตางประเทศ เชนประเทศญปน สวนในประเทศไทยรปแบบไมชดเจนโดยมกสรางพนทสวน 2 และ 3 แคบ ๆ ผลทไดจงเปนการเพมพนทหนาตดทางน าเดม สวนท 1 ไดอกเลกนอยเทานน ทงนอาจเปนเพราะปญหาเรองทดน เพราะการกอสรางแบบนตองใชพนทมาก 5.2.3 การคานวณอตราการไหลในทางนาหนาตดแบบผสม

รปท 5-3 ตวอยางทางนาหนาตดแบบผสม 3 หนาตด

321 QQQQ

2/13/233

3

2/13/222

2

2/13/211

1

SRAn

1SRA

n

1SRA

n

1Q

3

33

2

22

1

11 P

AR,

P

AR,

P

AR

3/233

3/53

3/222

3/52

3/211

3/512/1

Pn

A

Pn

A

Pn

ASQ

กรณแบงหนาตดเปน N หนาตด หาอตราการไหลไดจาก

N

1i3/2

ii

3/5i2/1

PnA

SQ เมอ i = 1, 2, 3,…, N

หมายเหต : ปญหาความผดพลาดในการคานวณนนอยทเลอกใชคาสมประสทธความ ขรขระ (n) ไดถกตองตรงกบลกษณะสภาพของทางนาหรอไม

5-9


5.3 การใชทนลอย (Float method)

5.3.1 วธการตรวจวดโดยใชทนลอย เปนวธการตรวจวดความเรวของน าแบบงาย ๆ ทมหลกการคอ การสงเกตจากวตถทลอยบนผวน าในทางน าวาเคลอนทไปเปนระยะทางทกาหนดในเวลาเทาใด ทาใหทราบความเรวกระแสน า เปนระยะทางตอเวลา ซงวธนไดผลการตรวจวดเปนคาโดยประมาณเทานน การวดวธนเหมาะกบการตรวจวดเบองตนเมอ ไมมเครองมอตรวจวด หรอเปนการประเมนเบองตนเพอการเลอกใชเครองมอตรวจวดทเหมาะสมตอไป หรอใชในกรณทไมสามารถใชเครองมออยางอนตรวจวดในทางน านนได เชน นาสกปรกมาก มตะกอนหรอมวตถลอยมากบนามาก เปนตน

การตรวจวดโดยใชทนลอยทใชงานกนม 3 ลกษณะคอ

1) Surface float ตวทนลอยทใชในการวดเปนวตถอะไรกไดทลอยน าได เชน ลกบอล กลอง แทงไมหรอทอนไมสนๆ หรอแมแต ผลไม วชพชน า เปนตน โดยตวทนควรจมน านอยกวา 25 % ของขนาดความสงทน

2) Double float จากการทเราทราบแลววาความเรวเฉลยของการไหลในทางน าจะอยทระดบ 0.6 ของความลกจากจากผวน า ดงนนจงตดตงทนเปน 2 ตวเขาดวยกน ตวหนงเปนทนลอยทผวน า อกตวเปนทนจมในตาแหนงความลก 0.6 ของความลกน า วธนไมเหมาะกบทางน าทมสงกดขวาง

3) Rod float เปนการดดแปลงทนลอยแบบ Double float มาใชทอนไม หรอทอ PVC ทถวงน าหนกทปลายลางเพอใหเกดการลอยตวในแนวดง โดยตาแหนงปลายทนจมน าในระดบ 75 – 95 % ของความลกน า วธนเหมาะกบทางน ารปสเหลยมทมการไหลคอนขางราบเรยบและไมมสงกดขวางในทางนา

รปท 5-4 แสดงลกษณะรปแบบของทนลอย

5-10


วธการตรวจวด (พจารณาจากรปท 5-5)

1) เลอกตาแหนงการตรวจวดในทางน าบรเวณทมแนวตรง การไหลไมปนปวนมากหนาตดทางนาคอนขางสมมาตร 2) กาหนดจดเรมตนการวด ตาแหนง 1 จดสนสดการตรวจวดตาแหนง 2 ใหมระยะ L ประมาณ 10 - 20 เมตร

รปท 5-5 แสดงการตรวจวดโดยใชทนลอย

3) โดยทวไปมกปลอยทนลอยในตาแหนงทกงกลางหนาตดของทางน า แตหากทางน าขนาดใหญอาจกาหนดทตาแหนงอน ๆ ทหางตลงพอสมควร โดยจดปลอยหรอสงเกตครงแรกใหอยเหนอตาแหนงสงเกต 1 ออกไปพอสมควร เมอทนลอยไหลมาถงตาแหนง 1 เรมจบเวลา เปนเวลา t0 พอวตถสงเกตไหลถงตาแหนง 2 หยดจบเวลา เปนเวลา t1 ซงแนวการเคลอนทของทนลอยนนเปนอสระขนกบเคลอนตวของนาทไมสามารถกาหนดหรอควบคมได 4) จะไดขอมลระยะเวลาททนลอยเคลอนทจากจากตาแหนง 1 ไปยงตาแหนง 2ระยะทาง L เปนเวลา t = t1 – t0

5) ตรวจวดแตละตาแหนงประมาณ 10 ครงเพอนาผลการตรวจวดมาหาคาเฉลยเพอลดความผดพลาด และคาเฉลยของแตละแนวจะเปนความเรวเฉลยของการไหลในทางนา

5-11


5.3.2 การคานวณอตราการไหลโดยการใชทนลอย

t

LVfloat

floatV.CV

VAQ

V = ความเรวเฉลยการไหล หนวย ม./วนาท

floatV = ความเรวการไหลทวดจากทนลอย หนวย ม./วนาท L = ระยะทางระหวางตาแหนงสงเกต 2 ตาแหนง หนวย ม. t = เวลาทวตถสงเกตเคลอนจาก 2 ตาแหนงสงเกต หนวย วนาท

Q = อตราการไหล หนวย ม.3/วนาท

A = หนาตดเฉลยของทางนาชวงทตรวจวด หนวย ม.2

C = คาสมประสทธของการไหลเฉลยของหนาตดการไหลเมอเทยบกบ

การไหลทวดไดจากทนลอย

5.3.3 คาสมประสทธทใชในการตรวจวดกบทนลอยแบบตางๆ

1) กรณการใช Surface float นน U.S. Bureau of Reclamation ไดกาหนดคาสมประสทธของความเรวเฉลย ดงแสดงในตารางท 5-3

ตารางท 5-3 คาสมประสทธการไหล การตรวจวดโดย Floating Method

ความลกของนา(ม.) 0.30 0.60 0.90 1.20 1.50 1.80 2.70 3.60 4.50 6.00+

สมประสทธ C 0.66 0.68 0.70 0.72 0.74 0.76 0.77 0.78 0.79 0.80

2) กรณการใช Rod float กาหนดคาสมประสทธของความเรวเฉลยแสดงในตารางท 5-4

ตารางท 5-4 คาสมประสทธการไหล การตรวจวดโดย Rod float

y/d 0.10 0.25 0.50 0.75 0.95 C 0.86 0.88 0.90 0.94 0.98

หมายเหต : เมอ d = ความลกของนาในทางนา และ y = ความยาวของ Rod float

และ Hydraulic radius (R) ของทางนาควรมคา 0.50 < R < 2.50 ม.

5-12


5.3.4 ความคลาดเคลอนในการตรวจวดโดยการใชทนลอย

1) ไมสามารถควบคมใหทนลอย ไหลในแนวหรอตาแหนงทตองการในทางนาได

2) คาสมประสทธการไหล C ยอมใหมความผดพลาดได 10 – 20 % เพราะในสภาพทางน าจรงในระดบความลกของการไหลทเทากน แตขนาดความกวางของทางน าทตางกนยอมทาใหคาสมประสทธการไหล C แตกตางกน วธการตรวจวดนจงใหคาโดยประมาณเทานน 3) หากพนทหนาตดการไหลเฉลย A มความผดพลาด ผลการคานวณกยงผดพลาด

5.4 Dilution (Dye) method: วธการเจอจางสาร

วธการเจอจางสาร เปนวธการวดความเรวของการไหลวธพเศษวธหนงดวยการใชสารเคมหรอส โดยใชวดการไหลในทางน าทใชเครองมอหรอวธการวดอนๆ ไมสะดวก อาจเนองจากมการไหลแบบปนปวน ทางน าคดเคยว มสงทไหลปะปนมากบน ามาก เชนตะกอน วชพช ซากพช เปนตน วธการตรวจวดมหลายวธแบงตามชนดของสารทนามาใช ไดแก Salt dilution method, Dye method, Radioisotopes, สารเรองแสง (Fluorescent dye) เปนตน

1) Salt dilution method เปนการตรวจวดทใชหลกการตรวจวดคาความเขมขนของสารละลายทอยในน า โดยจะฉดสารละลายทมกใช นาเกลอ คาความเขมขนสง C1 ลงไปในทางน า ตาแหนง a ดวยอตราคงท q การไหลทปนปวนของน าจะทาใหสารละลายเกดการผสมกบน าในทางน าดานทายน า เกบตวอยางน าเพอตรวจวดความเขมขนของสารละลายในตาแหนงทมการผสมของสารละลายทวถงตลอดหนาตดการไหล ใหเปนตาแหนง b เปนความเขมขน C2 แลวหยดฉดสารละลายเขมขนลงในน า แลวเกบตวอยางน าทตาแหนง a เพอเปนตวแทนของน ากอนการปลอยสารละลายเขมขน หาคาความเขมขนเปน C0 (ความเคมของน าตามปกตของทางน า) อตราการไหลของนาในทางนา Q คานวณไดจาก

210 CqQqCQC

02

21

CCCC

qQ

หนวยการวดของคาปรมาตร และเวลา ตองสมพนธเปนหนวยเดยวกน ตวอยางการใชหนวยวด C = mg/ลตร q และ Q = ลตร/วนาท

5-13


รปท 5-6 รปแปลนของทางนาแสดงการตรวจวดโดย Salt Dilution Method

เปนการตรวจวดอตราการไหลโดยตรง ไมไดวดความเรวการไหล จงไมตองวดคาหนาตดการไหล

ถาความเคมของน าทไหลในทางน าตามปกตในแตละชวงเวลามคาไมแนนอน กจะเกดความผดพลาดไดมาก ตองตรวจวดหลายๆ ครง

2) Dye method หรอ Color-velocity method เปนวธการตรวจวดคลายวธ Floating Method นนคอ การตรวจวดเวลาการเคลอนทของน าในระยะทาง L ทกาหนด แตใชสแทนทนลอยซงจะมขอดทสจะผสมกบน าจงเปนตวแทนของการเคลอนทของน าเกอบทงหนาตดของการไหล การจบเวลาจะเรมเมอสวนหวของน าสไหลถงจดสงเกตแรก และหยดจบเวลาเมอสวนหวของนาสไหลถงจดสงเกตทสอง ไดเวลา t

Q = AV

V = L/t

เมอ Q = อตราการไหล ม.3/ วนาท V = ความเรวการไหล ม./วนาท A = หนาตดการไหล ม.2

L = ระยะทางของ 2 ตาแหนงตรวจวด ม. t = เวลาทน าไหลผาน 2 ตาแหนงตรวจวด วนาท

ขนาดของทางน าตองไมใหญเกนไปจนทาใหการแพรกระจายของสไมเตมหนาตดอยางเหมาะสมทจะเปนตวแทนของทงหนาตดการไหล

นาในทางนาตองไมขนจนสงเกตสไดลาบาก

ระยะการตรวจวดตองไมยาวเกนไปจนเกดการกระจายตวของสจนไมสามารถสงเกตสวนหวของนาสทชดเจนได

สทใชตองไมเปนพษตอสงแวดลอม

5-14


3) การวดอตราการไหลของนาโดยใชเรดโอไอโซโทป (Radioisotopes)

ในการวดอตราการไหลของน าในแมน าลาคลองทวๆไปนนวดดวยเครองมอวดกระแสน าในบางกรณทแมน าลาคลองบรเวณนนตนเขนเตมไปดวยโขดหนเกะกะ และมกระแสน าไหลหมนวนมากหรอบรเวณนนลกและมอตราการไหลของน าสงมากเครองมอวดกระแสน าไมสามารถใชวดได การใชเทคนคทางนวเคลยรสามารถกระทาไดโดยปลอยเรดโอไอโซโทปลงไปในแมน าลาคลองแลวใชเครองมอวดรงสวดปรมาณรงสตรงบรเวณ ตอนใตของจดทปลอยเรดโอไอโซโทปบนทกปรมาณรงสทวดไดกบระยะเวลาหลงจากปลอยเรดโอไอโซโทปลงไปกจะสามารถคานวณหาอตราการไหลของนา ณ บรเวณนนได

ในป 2514 สานกงานปรมาณเพอสนตรวมกบกรมชลประทาน ไดทดลองทาการศกษาวดอตราการไหลของน าทปลอยออกจากเขอนแกงกระจาน เพอเปรยบเทยบคาทคานวณไดจากการเปลยนระดบประตระบายน า การทดลองไดเปลยนระดบประตน าหลายระดบ ผลสรปไดวา คาทไดจากการใชเทคนคทางนวเคลยร มคาใกลเคยงกนกบคาทคานวณไดจากการเปลยนระดบประตระบายน า จดประสงคในการศกษากเพอจะทดสอบวาการใชเทคนคทางนวเคลยรวธนสามารถนามาใชไดหรอไม เพอจะไดนาเทคนคทางนวเคลยรวธนไปพฒนาใชประโยชนตอไปในอนาคต

4) Fluorescent dye เปนการตรวจวดคลายวธการใชส แตใชสารเรองแสงแทน เชน Fluorescein, Rhodamine B, Rhodamine WT เปนตน ในการตรวจวดตองใชเครองตรวจจบสารเรองแสงโดยเฉพาะ

ตาราง 5-5 คณสมบตของสาร Fluorescent dyes

5-15


5.5 การใช Pitot tube

Pitot tube เปนเครองมอใชวดความเรวการเคลอนทของของไหล ซงปจจบนมใชงานดงน

1. วดความเรวของลม - ความเรวลมในอโมงคลม –วดความเรวของอากาศยาน

2. วดความเรวการไหลของของเหลว –ในทอ –ในทางนาเปด

Pitot tube ไดประดษฐขนครงแรกโดยวศวกรชาวฝรงเศส Henri Pitot โดยในป ค.ศ. 1732 เขาไดเสนอผลงานวชาการชอ "Description d'une machine pour mesurer la

vitesse des eaux courantes et le sillage des vaisseaux” (Description of a

machine to measure the speed of running waters and the wake of vessels.) แนะนาสงประดษฐเครองมอวดกระแสน ารปแบบใหม แสดงในรปท 5-7 เปนทอหลอดแกว 2 ทอตดตงในแนวดงบนแผนไมททาเปนแถบ Scale โดยทอหนงมปลายปลอยตรงเรยกทอ Static สวนอกทองอ ปลาย 90 องศา เรยก ทอ Pitot การตรวจวดนาเครองมอไปจมวดในทางน าโดยใหปลายทอดานทงอหนหนาตานทศทางการไหล ระดบน าในทอจะมความแตกตางกน โดยน าในทงอปลายรบแรงดนน าไหลจะสงกวาอกทอ และยงกระแสน าแรงมากขนเทาไร ความแตกตางของระดบน าในทอกยงมาก เครองมอดงกลาวในเวลาตอมาเรยกวา เครองวดความเรวการไหลแบบ Pitot tube

รปท 5-7 เครองมอวดกระแสนารปแบบของ Henri Pitot ซง Rouse and Ince, 1957. ไดสรางขนมาใหม

5-16


เครองมอวดกระแสน าของ Pitot ในเวลานนไมเปนทยอมรบและถกลมเลอนไป เพราะยงไมสามารถอธบายและวเคราะหผลจากปรากฏการณตางๆ ทเกดขนในเชงทฤษฏได การใชงานไมสะดวก มความผดพลาดในการวดสงเพราะยงไมมการ Calibrate ทดพอ เครองมอมขนาดใหญตานกระแสนาจนทาใหการวดผดพลาดโดยบอยครงททาใหระดบน าในทอ Static อยต ากวาระดบผวน า และระดบน าในทอมการกระเพอมมาก เพราะยงไมเขาใจถงผลกระทบทเกดจากรปรางของปากของทอ Pitot

ตอมาในป ค.ศ. 1858 Henry Philibert Gaspard Darcy วศวกรชาวฝรงเศสไดศกษางานของ Pitot และไดพฒนาเครองมอวดกระแสนา Pitot tube ขนมาใหม ดงแสดงในรปท 5-8

a) b) c)

รปท 5-8 Darcy’s Pitot tube designs by publication date; a) 1856, b) 1857, c) 1858.

5-17


โดย Darcy สามารถแกปญหาทเคยเกดขนในเครองมอเดมของ Pitot ใหหมดไป และอธบายปรากฏการณทเกดขนโดยใชสมการของนกวทยาศาสตรชาวอตาล Evangelista Torricelli (1643) ทใชอธบายการไหลของน าทออกจากถงน า ซงสอดคลองกบหลกการทางชลศาสตรของข อ ง ไ ห ล ท Bernoulli (1738) น ก ค ณ ต ศ า ส ต ร ช า ว ด ช -ส ว ส เ ผ ย แ พ ร ใ นหน ง ส อ Hydrodynamica

Torricelli’s equation: gh2V

เมอ V = ความเรวของนาทจดใดๆ ม. / วนาท = Calibration coefficient ของเครองมอ

g = คาความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม./ (วนาท) 2

h = ความตางระดบของนาในทอ Static กบทอ Pitot ม.

5.5.1 หลกการทางานของ Pitot tube

รปท 5-9 แสดงการวดการไหลในทางนาเปดและในทอโดยใช Pitot tube

พจารณาการวดการไหลในทอปดดวย Pitot tube วดความเรวเปนจด ความเรว ณ จด 1 พลงงานของการไหล ณ จด 0 จะถกเปลยนเปนพลงงานศกยทอยในรปของ Pressure

head ณ จด 1 โดยความเรว ณ จด 0 คานวณไดจากสมการของ Bernoulli

g2

V

g

P

g2

V

g

P211

200

เมอ V0 และ V1 เปนความเรวทจด 0 และ 1 ตามลาดบ P0 และ P1 เปนความดนทจด 0 และ 1

g เปนคานาหนกจาเพาะ (Specific weight) ของของไหล

V1 = 0 ; 2001 V

21

PP ........ (1)

ความดน P0 ตรวจวดไดทปลายของ Piezometer เปน P3

5-18


และความดน P1 ตรวจวดไดทปลายทอ Pitot เปน P2 P0 = P3 และ P1 = P2

P2 - P3 = ρgh

ดงนน P1 – P0 = ρgh ........ (2)

แทนคา (2) ใน (1) ; 20V

21

gh

gh2V0

5.5.2 การวดกระแสนาในทางนาเปดดวย Pitot tube มหลกการเชนเดยวกบการวดในทอ โดยตดตงทอ Static แทน Piezometer แลวตดตง Manometer เพอวดความแตกตางแรงดนทปลายทอทงสอง เปนคา Pressure head ทมคา h ใชคานวณคา gh2V0 เชนเดยวกน

รปท 5-10 แสดงการวดการไหลในทางนาเปดแสดงการวดการไหลในทางนาเปด

วธการตรวจวดความเรวการไหลของนาดวย Pitot tube

ลกษณะการตรวจวดดวย Pitot tube นนจะใชตรวจวดอตราการไหลในทางน าโดยวธ Velocity – area method

นนคอการวดความเรวเฉลยในพนทหนาตดยอยของทางน า เชนเดยวกบการใช Current meter ตรวจวดนนเอง การวดจะตดต งเครองวดกบแทงเหลกวดความลกระดบน าเพอวดในระดบความลกตางๆ เชน 0.2, 0.6, 0.8 จากผวนา ใหสอดคลองกบของความลกของน าตามทกาหนดในวธ Velocity – Area Method ในการวดจะหนปลายทอ pitot ใหอยในแนวเดยวกบทศการไหลของน ามากทสด ดดน าจากปลายทอดานบนหรอสวนทเปน Manometer เพอยกระดบน าในทอใหสงขนจะไดอานคาความแตกตางของระดบนาในทอวดไดสะดวกขน โดย แตละตาแหนงททาการวด จะตรวจวดหลายครงเพอนาคาเฉลยมาใช จะไดลดความผดพลาดในการวด (การตรวจวดครงใหมเพยงบดปลาย Pitot ไปอยในแนวอนแลวบดมาวางแนวใหขนานกบทศทางการไหลใหม)ภ 4-10

Tube

5-19


5.5.3 การคานวณความเรว

นาคาความแตกตางของระดบน าในทอทงสองทอ หรอ Manometer ซงเปนคา Pressure head (h) มาคานวณ โดยเครองมอแตละเครองจะมคาสมประสทธทไดจากการ Calibrate เครองมอใหมความถกตองในการตรวจวด ในการคานวณจงตองคณคาสมประสทธของเครองมอดวย

gh2CV

V = ความเรวกระแสนา ม./วนาท

h = ความแตกตางของระดบนาในทอทงสอง ม. g = คาความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก = 9.81 ม./ (วนาท) 2 C = คาสมประสทธปรบแกของเครองมอเครองนน

5.5.4 ความผดพลาดในการตรวจวดและอานคา

1) การอานคาระดบน าในทอตองใหผวน าในทออยในระดบสายตาไมเชนนนจะอานคาผดพลาด เพราะผวนาในทอจะโคง 2) ความไมสมบรณ การชารดของเครองมอ เชน มการรวของรอยตอทอตาง ๆ หววดเสยหายเปลยนรปไปจากเดม เปนตน

3) คาสมประสทธปรบแกของเครองมอนนเปลยนแปลงไป เนองจากใชงานมานาน การบารงรกษาหลงการใชงานไมด อาจมสงสกปรก หรอเกดตะกรนจบในทอ ตองสอบเทยบคาปรบแกเครองมอ

4) ทศทางของปลาย Pitot tube ไมอยในแนวเดยวกบทศการไหล การวางตาแหนงทตางไปจากทศการไหลเกนกวาคาความเบยงเบนทยอมใหได ทาใหผลการวดคลาดเคลอนทไมสามารถปรบแกอะไรไดอกเลย

Dally และคณะ (1993) ไดนาเสนอถงผลความคลาดเคลอนในการตรวจวดจากการวาง Pitot tube ผดแนว ดงแสดงในกราฟของ รปท 5-11 โดยคาความผดพลาดขนกบมมของหววดทเบยงเบนไป และรปรางหววดทตางกนจะมคาความคลาดเคลอนทไมเทากน ดงนนในการตรวจวดจงตองใชความระมดระวงในการวางแนวของหววดใหมาก

a

'aa

a

aP

PPPP

Error

เมอ 'aP คอคาความดนจลนทวดได

5-20


รปท 5-11 คาความคลาดเคลอนทเกดจากการวาง Pitot tube ผดแนว (Dally et al. 1993)

5.5.5 ขอด ขอเสยของการใช Pitot tube

แมวาในปจจบนมเครองมอวดความเรวของการไหลหรอกระแสน าชนดตางๆ มากมาย แต Pitot tube กยงเปนทนยมใชในปจจบน ทงนเพราะยงมคณสมบตทดบางประการ

ขอด ราคาถก ตดตงใชงานงาย

ตวเครองมอมผลกระทบกบการไหลนอย

ความดนสญเสยจากการไหลผานหววดตา

ขอเสย

มความออนไหวตอแนวการไหล

ความเทยงตรง ± 5 % คาความผดพลาดอาจมากขนหาก Velocity

profile ของลาการไหลเลยนแปลง (การไหลมความปนปวนมาก) ไมเหมาะกบการวดความเรวของสารทมความสกปรก มความหนดมาก

เพราะอาจทาใหเกดการอดตน

5-21


สาหรบในประเทศไทย นายวทยา สมาหาร อดตผอานวยการสานกวจยและพฒนา กรมชลประทาน ไดออกแบบประดษฐเครองวดความเรวน าแบบ Pitot เพอใชในหนวยงานกรมชลประทาน เปนผลงานทไดรบรางวลผลงานประดษฐนกวจยแหงชาต และตอมาคณะวจยของสานกวจยและพฒนา ไดตอยอดนามาพฒนาใหสามารถวดความเรวน าเปนตวเลขดจตอล และคานวณอตราการไหลหรอปรมาณน า รวมกบการสรางโปรแกรมใหบนทกขอมลเปนแบบตอเนอง Real time แสดงผลทสถานตรวจวด และสงผานขอมลระบบออนไลนใหแสดงผลทางคอมพวเตอรทหองควบคมสามารถตรวจดขอมลไดตลอดเวลาทตองการ

5.6 Velocity head rod

เปนอปกรณวดความเรวการไหลของน าทมลกษณะเปนแทงไมและไมบรรทดประกอบกน การวดโดยนาเครองมอไปขวางแนวน าไหลแลววดระดบของน าทยกตวขนจากการตานการไหลของเครองมอ นามาคานวณความเรว โดยความเรวทตรวจวดเปนความเรวทผวนา Velocity head rod ประดษฐโดย Wilm และ Storey (1944) ชางเทคนคของ USDA

Forest Service Equipment Development Center, San Dimas, California. แมวาอาจเกดความคลาดเคลอนไดสง แตกมความสะดวกในการใชวดกระแสนาในทางนาขนาดเลก

รปรางลกษณะของ Head rod แสดงในรปท 5-13 ทาดวยไมขนาด 1 นว x 4 นว ยาว 4 ฟต หนาตดของเครองมอมลกษณะคลายสเหลยมประกบกบสามเหลยมโดยการลบมมทระยะ 1.5 นวของหนาตด ใหมลกษณะเปนขอบคม โดยทขอบคมทงสองดานตดแถบเหลกเคลอบวดระยะจากตลบเมตร

5.6.1 วธการตรวจวดดวย Head rod

การตรวจวดจะกาหนดตาแหนงการวดจะแบงหนาตดทางน าเปนสวนๆ ใหกระจายทวถงตลอดหนาตดการไหลในทางน า แสดงตวอยางตาแหนงการวดในรปท 5-14 โดยในแตละตาแหนงของการตรวจวด จะวดความลกนาจากทองนาถงผวน า จงตองวางเครองวดในแนวดงใหสวนฐานวางอยบนทองทางน า แลวอานคาระดบน าจากแถบวดระดบจากสวนทเปนขอบคมของเครองวด 2 ครง ครงแรกเมอใหปลายขอบคมชไปทางดานเหนอน า และครงท 2 เมอปลายขอบคมชไปทางดานทายน า โดยวางตาแหนงเครองมอใหปลายดานเรยบตงฉากกบแนวการไหล ทงนใหวดซ าอยางนอยอยางละ 3 ครง แลวหาคาเฉลยเพอลดความผดพลาด แลวจงนาคาไปคานวณตอไป

5-22


รปท 5-13 รปรางลกษณะของ Head rod

รปท 5-14 แสดงการใช Head rod วดกระแสนาจดละ 2 ครง เมอหนปลายสนคมไปทางดานเหนอนาและดานทายนา

5-23


รปท 5-15 ตวอยางตาแหนงของ Head rod ทใชวดกระแสนาในทางนา

5.6.2 การคานวณอตราการไหลเมอวดดวย Head rod

N

1iiiAVQ (i=1, 2, 3 ,....,N)

ii gh2V

เมอ Q = อตราการไหลรวมของหนาตดการไหลยอยของทางนา ลบ.ม. / วนาท

Vi = ความเรวของนาทตาแหนงวดบนหนาตด ม. / วนาท

Ai = พนทหนาตดยอย i ม.2 g = คาความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก [คา g = 9.81 ม./ (วนาท) 2 หรอ 981 ซ.ม. / (วนาท) 2 ]

h = Velocity head ทตาแหนง i ม. ud hhh

hd = คาเฉลยระดบนาวด 3 ครงเมอปลายขอบคมเครองมอชไปทางทายนา hu = คาเฉลยระดบนาวด 3 ครงเมอปลายขอบคมเครองมอชไปทางเหนอนา

ตวอยางการตรวจวดและการคานวณ ของหนาตดการไหลตามรปท 5-15 แสดงในตารางท 5-6 และ ตารางท 5-7

5-24


ตารางท 5-6 แสดงตวอยางการวดคา และคานวณทตาแหนง A ของหนาตดทางนาตามรปท 5-15

การคาอานจาก Rod คาทอานได เมอหนดานสนคมไปทางดานเหนอนา (cm.)

คาทอานได เมอหนดานสนคมไปทางดานทายนา (cm.)

อานคาครงท 1



รวม เฉลย

55.40

55.20

55.30

165.90

55.30 = hu

60.70

60.50

60.60

181.80

60.60 = hd

Velocity head (cm.) h = hd - hu

h = 60.60 – 55.30 = 5.30

gh2V

(cm./s)

30.5x981x2V = 102.0

ตารางท 5-7 ตวอยางการตรวจวดคานวณจากหนาตดการไหลของรปท 5-15

5-25


5.6.3 ขอจากดในการตรวจวดดวย Head rod และการเกดความผดพลาด 1) หากความเรวการไหลนอยกวา 0.50 เมตร/ วนาท การยกตวของนาจากการตานการไหลของเครองมออาจนอยจนอานคาไดยาก

2) หากความเรวของน ามากกวา 2.50 เมตร/ วนาท กระแสน าจะทาใหการตงเครองมอใหอยในแนวดงยากลาบาก เพราะหากเครองมอไมอยในแนวดงการตรวจวดจะเกดความผดพลาดสง 3) หากกระแสน าไหลปนปวนมาก การกระเพอมของน าจะทาใหอานคาลาบาก เกดความผดพลาดไดมาก

4) การตรวจวดอานคาอาจยากลาบากเพราะตองอานคาบรเวณผวนา 5) พนทองน าตองแขงพอทจะไมทาใหแทงไม เครองมอจมลงไปซงทาใหการตรวจวดผดพลาดไดมาก เพอลดความผดพลาดกรณดงกลาวใชแผนไมหรอแผนเหลกเปนฐานของเครองวด ดงแสดงในรปท 5-16

รปท 5-16 การตดฐานของ Head rod

6) หากออกแบบให Head rod มรปรางและขนาดตางไปจากรปแบบของ Wilm และ Storey จะตองมการ Calibrate หาคาสมประสทธของเครองมอดวย

รปท 5-17 ตวอยางการประยกตนาไมบรรทดกวาง 1 นวมาใชเปน Head rod

-----------------------------------------------------------------------

บทที่ 5 การวดปรัิมาณนํ้าในทางน...

Documents