Open Channel Flow MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Open Channel Flow - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

व्याख्या:

एक खुले चैनल प्रवाह में एक आयताकार नॉच के माध्यम से निर्वहन (Q) सूत्र द्वारा दिया गया है:

Q=CLH^3/2

जहाँ:

• Q निर्वहन (प्रवाह दर) है,

• C नॉच के आकार पर निर्भर एक स्थिरांक है,

• L नॉच की लंबाई (चौड़ाई) है,

• H शीर्ष (नॉच के तल से ऊपर पानी की ऊँचाई) है।

इस सूत्र से, आप देख सकते हैं कि निर्वहन Q नॉच की चौड़ाई (L) के समानुपाती है। इसका मतलब है कि यदि नॉच की चौड़ाई दोगुनी हो जाती है, तो निर्वहन भी दोगुना हो जाएगा, यह मानते हुए कि शीर्ष (H) समान रहता है।

Additional Information 

चौड़ाई (L) बदलने का प्रभाव:

1. निर्वहन आयताकार नॉच की चौड़ाई (L) के समानुपाती है। इसका मतलब है कि यदि चौड़ाई दोगुनी हो जाती है, तो निर्वहन दोगुना हो जाएगा, जब तक कि शीर्ष (H) स्थिर रहे।

निर्वहन गुणांक (C):

1. निर्वहन गुणांक C नॉच के आकार, प्रवाह के प्रकार (उपक्रांतिक या सुपरक्रिटिकल), और प्रवाह की विशिष्ट विशेषताओं जैसे कारकों पर निर्भर करता है।

2. एक तीक्ष्ण-शीर्षीय वीर (एक प्रकार का नॉच) के लिए, C एक स्थिरांक है जो आम तौर पर प्रायोगिक परिणामों पर निर्भर करता है, और इसे प्रवाह और नॉच की विशेषताओं के आधार पर समायोजित किया जा सकता है।

व्याख्या:

कैचमेंट क्षेत्र

• कैचमेंट क्षेत्र उस पूरे भौगोलिक क्षेत्र को संदर्भित करता है जो किसी विशिष्ट धारा, नदी या अन्य जल निकाय में जाता है। बांध के संदर्भ में, यह वह क्षेत्र है जहाँ से सभी वर्षा (वर्षा, हिमपात, आदि) बांध के पीछे के जलाशय में बहती है। एक कैचमेंट क्षेत्र की सीमाएँ प्राकृतिक स्थलाकृतिक विशेषताओं द्वारा निर्धारित की जाती हैं, जैसे कि लकीरें और पहाड़ियाँ, जो एक जल निकासी बेसिन को दूसरे से अलग करती हैं।

जब किसी नदी या धारा पर बांध बनाया जाता है, तो कैचमेंट क्षेत्र जलाशय में जल के प्रवाह को निर्धारित करने में एक महत्वपूर्ण कारक बन जाता है। यह प्रवाह विभिन्न उद्देश्यों के लिए आवश्यक है, जिसमें पनबिजली उत्पादन, सिंचाई, जल आपूर्ति, बाढ़ नियंत्रण और बहुत कुछ शामिल हैं। जलाशय में एकत्रित किए जा सकने वाले पानी की कुल मात्रा सीधे कैचमेंट क्षेत्र के आकार और विशेषताओं के समानुपाती होती है। कैचमेंट क्षेत्र के प्रमुख पहलू इस प्रकार हैं:

• कैचमेंट क्षेत्र का आकार: बड़े कैचमेंट क्षेत्र आम तौर पर जलाशय में अधिक पानी का योगदान करते हैं क्योंकि वे व्यापक क्षेत्र में वर्षा एकत्र करते हैं। हालाँकि, जल संग्रह की दक्षता मिट्टी की पारगम्यता और वनस्पति आवरण जैसे अन्य कारकों पर भी निर्भर करती है।
• स्थलाकृति: इलाके का आकार और ढलान पानी के प्रवाह को प्रभावित करता है। तेज ढलान तेजी से अपवाह की सुविधा प्रदान करते हैं, जबकि समतल क्षेत्रों में अधिक पानी जमीन में घुस सकता है।
• जलवायु: कैचमेंट क्षेत्र में वर्षा की मात्रा और पैटर्न उस पानी की मात्रा को निर्धारित करता है जिसे एकत्र किया जा सकता है। मौसमी बदलाव, जैसे मानसून, अलग-अलग गीली और शुष्क अवधियों वाले क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
• भूमि उपयोग: कृषि, वनों की कटाई और शहरीकरण जैसी मानवीय गतिविधियाँ कैचमेंट क्षेत्र की अपवाह विशेषताओं को प्रभावित कर सकती हैं। उदाहरण के लिए, वनों की कटाई से सतही अपवाह में वृद्धि और भूजल पुनर्भरण में कमी आ सकती है।
• जल विज्ञान: प्राकृतिक जल निकासी नेटवर्क, जिसमें नदियाँ, धाराएँ और सहायक नदियाँ शामिल हैं, यह प्रभावित करती हैं कि पानी को जलाशय में कितनी कुशलता से प्रवाहित किया जाता है।

बांध निर्माण में कैचमेंट क्षेत्र का महत्व:

बांध की योजना और संचालन के लिए कैचमेंट क्षेत्र को समझना महत्वपूर्ण है। प्रमुख कारण इस प्रकार हैं:

1. जलाशय क्षमता का अनुमान: कैचमेंट क्षेत्र का आकार और विशेषताएँ इंजीनियरों को अधिकतम संभावित जल प्रवाह की गणना करने में मदद करती हैं, जो जलाशय की भंडारण क्षमता का निर्धारण करने के लिए महत्वपूर्ण है।
2. बाढ़ प्रबंधन: एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया बांध भारी वर्षा के दौरान कैचमेंट क्षेत्र से अधिकतम अपवाह को ध्यान में रखता है ताकि अतिप्रवाह और नीचे की ओर बाढ़ को रोका जा सके।
3. जल संसाधन नियोजन: कैचमेंट क्षेत्र का सटीक ज्ञान सिंचाई, पेयजल आपूर्ति और औद्योगिक उपयोग जैसे विभिन्न उद्देश्यों के लिए पानी के कुशल आवंटन की अनुमति देता है।
4. पर्यावरणीय प्रभाव आकलन: कैचमेंट क्षेत्र क्षेत्र के पारिस्थितिक संतुलन को प्रभावित करता है, वनस्पतियों, जीवों और स्थानीय समुदायों को प्रभावित करता है। उचित मूल्यांकन सतत विकास सुनिश्चित करता है।

व्याख्या:

खुला वाहक

• एक खुला वाहक एक ऐसा चैनल या मार्ग है जो खुली और बिना दबाव वाली स्थिति में तरल (आमतौर पर पानी) के प्रवाह की अनुमति देता है। तरल गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में बहता है, और वायुमंडल के संपर्क में एक मुक्त सतह होती है। खुले वाहक आमतौर पर हाइड्रोलिक सिस्टम, सिंचाई, जल निकासी प्रणाली और जल आपूर्ति नेटवर्क में उपयोग किए जाते हैं जहाँ दबाव तरल की गति में एक प्राथमिक कारक नहीं है।

फ्लूम:

• एक फ्लूम एक कृत्रिम चैनल है जिसे विशेष रूप से खुली स्थिति में पानी या अन्य तरल पदार्थों को ले जाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। पानी स्वतंत्र रूप से बहता है, इसकी सतह वायुमंडल के संपर्क में होती है। फ्लूम अक्सर कंक्रीट, धातु या लकड़ी जैसी सामग्रियों का उपयोग करके बनाए जाते हैं, और उनका उपयोग अक्सर पनबिजली संयंत्रों, सिंचाई प्रणालियों और औद्योगिक उद्देश्यों के लिए जल परिवहन जैसे अनुप्रयोगों में किया जाता है। फ्लूम की मुख्य विशेषता यह है कि यह तरल को दबाव में सीमित किए बिना गुरुत्वाकर्षण के अधीन बहने की अनुमति देता है, जिससे यह एक खुले वाहक का एक उत्कृष्ट उदाहरण बन जाता है।

कार्य सिद्धांत: एक फ्लूम पानी को एक विशिष्ट पथ के साथ चैनल करके काम करता है, एक नियंत्रित प्रवाह दर और दिशा बनाए रखता है। प्रवाह गुरुत्वाकर्षण बलों द्वारा नियंत्रित होता है, और फ्लूम का डिज़ाइन पानी की गति के लिए न्यूनतम प्रतिरोध सुनिश्चित करता है। फ्लूम में प्रवाह दर को मापने के लिए विशेषताएं भी शामिल हो सकती हैं, जैसे कि वीर या प्रवाह मीटर, जिससे वे हाइड्रोलिक इंजीनियरिंग में उपयोगी हो जाते हैं।

अनुप्रयोग:

• पनबिजली उत्पादन: पनबिजली संयंत्रों में टर्बाइनों में पानी को चैनल करने के लिए फ्लूम का उपयोग किया जाता है।
• सिंचाई प्रणाली: सिंचाई के उद्देश्यों के लिए कृषि क्षेत्रों में पानी पहुंचाने के लिए फ्लूम का उपयोग किया जाता है।
• औद्योगिक उपयोग: प्रक्रियाओं के बीच पानी या अन्य तरल पदार्थों को ले जाने के लिए उद्योगों में फ्लूम का उपयोग किया जाता है।
• जल निकासी: सतही अपवाह का प्रबंधन करने और बाढ़ को रोकने के लिए जल निकासी प्रणालियों में फ्लूम का उपयोग किया जाता है।

व्याख्या:

स्पीलवे

परिभाषा: स्पीलवे एक ऐसी संरचना है जो बांध में या उसके पास बनाई जाती है ताकि जब जलाशय में पानी का स्तर एक निश्चित स्तर तक पहुँच जाए या उससे अधिक हो जाए तो अतिरिक्त पानी को सुरक्षित रूप से निकाला जा सके। स्पीलवे का प्राथमिक उद्देश्य बांध के ऊपर से पानी के बहने से रोकना है, जिससे संरचनात्मक विफलता और विनाशकारी बाढ़ आ सकती है। अतिरिक्त पानी के लिए एक नियंत्रित मार्ग प्रदान करके, स्पीलवे बांध की सुरक्षा और अखंडता सुनिश्चित करते हैं और साथ ही नीचे के क्षेत्रों की भी रक्षा करते हैं।

कार्य सिद्धांत: जब जलाशय में पानी का स्तर डिज़ाइन किए गए अधिकतम स्तर से ऊपर उठता है, तो वह स्पीलवे में बहता है। स्पीलवे पानी को जलाशय से दूर ले जाता है और उसे नीचे की ओर छोड़ता है। स्पीलवे को बांध की क्षमता और भारी वर्षा या तेजी से बर्फ पिघलने जैसी चरम मौसम की घटनाओं के दौरान संभावित प्रवाह के आधार पर विशिष्ट अधिकतम प्रवाह दरों को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

स्पीलवे के प्रकार:

• ओजी स्पीलवे: यह सबसे आम प्रकार का स्पीलवे है, जिसमें एक घुमावदार प्रोफ़ाइल है जो पानी को शिखर पर और स्पीलवे से नीचे आसानी से बहने की अनुमति देता है।
• चूट स्पीलवे: एक खड़ी नाली जो पानी को जलाशय से दूर ले जाती है, जिसे उच्च प्रवाह दरों को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
• साइड चैनल स्पीलवे: बांध के समानांतर स्थित, यह पानी को बांध से दूर ले जाने वाली नाली में मोड़ देता है।
• शाफ्ट स्पीलवे: जिसे "मॉर्निंग ग्लोरी" स्पीलवे के रूप में भी जाना जाता है, इसमें एक ऊर्ध्वाधर शाफ्ट होता है जो पानी के निर्वहन के लिए एक क्षैतिज सुरंग की ओर जाता है।
• स्टेप्ड स्पीलवे: इसमें सीढ़ियाँ शामिल हैं जो पानी के नीचे बहने पर ऊर्जा को नष्ट करती हैं, कटाव और अशांति को कम करती हैं।

संप्रत्यय:

क्रम्प के खुले फ्लूम आउटलेट से निर्वहन निम्न द्वारा दिया गया है:

\( Q = C \cdot L_t \cdot H^{3/2} \)

• \( C = 1.60 \)
• \( L_t = 7 \, \text{सेमी} = 0.07 \, \text{मीटर} \)
• \( H = 0.64 \, \text{मीटर} \)

मान प्रतिस्थापित करने पर:

\( Q = 1.60 \cdot 0.07 \cdot (0.64)^{3/2} \approx 0.0573 \, \text{घन मीटर प्रति सेकंड} \)

संकल्पना:

सबसे दक्ष चैनल: एक चैनल को दक्ष कहा जाता है यदि वह दिए गए अनुप्रस्थ काट के लिए अधिकतम निर्वहन करता है जो तब प्राप्त होता है जब नम परिधि को न्यूनतम रखा जाता है।

आयताकार अनुभाग:

प्रवाह का क्षेत्रफल, A = b × d

नम परिधि, P = b + 2 × d

सबसे दक्ष आयताकार चैनल के लिए दो महत्वपूर्ण स्थितियां हैं:

1. b = 2 × d
2. \(R = \frac{A}{P} = \frac{{b\times d}}{{b + 2 \times d}} = \frac{{2{d^2}}}{{4d}} = \frac{d}{2}= \frac{b}{4}\)

गणना

दिया गया है: b = 2 m

\(R = \frac{2}{4}\)

⇒ R = 0.5

जहाँ R = हाइड्रोलिक त्रिज्या, A = प्रवाह का क्षेत्र, P = नम परिधि, y = प्रवाह की गहराई

अवधारणा:

सबसे किफायती खंड वह है जिसकी गीली परिधि निर्वहन के दिए गए मूल्य के लिए न्यूनतम है।

हाइड्रोलिक माध्य त्रिज्या,

\({y_m} = \frac{y_0}{2} = \frac{3}{2} = 1.5\; m\)

Important Points

संकल्पना:

क्रांतिक विशिष्ट ऊर्जा​:

• विशिष्ट ऊर्जा प्रवाह की क्रांतिक गहराई के अनुरुप होती है जिसे क्रांतिक विशिष्ट ऊर्जा के रूप में जाना जाता है।
• आयताकार चैनल के लिए, यह निम्न के बराबर होती है -

\(E_c = \frac{3}{2}y_c\)

यहाँ,

y_c - प्रवाह की क्रांतिक गहराई = \(\left [ \frac{q^2}{g} \right]^{\frac{1}{3}}\)

यहाँ, q - प्रति इकाई चौड़ाई में निस्सरण (m³/s/m)

g - गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण (m/s²)

गणना:

दिया गया है,

क्रांतिक गहराई , y_c = 2.0 m

यहाँ,

क्रांतिक विशिष्ट ऊर्जा,

E_c = \(\frac{3}{2}\) × y_c = \(\frac{3}{2}\) × 2 = 3.0 m

Important Points

• निम्न तालिका विभिन्न प्रकार के खण्डों और क्रांतिक विशिष्ट ऊर्जा के बीच संबंध दर्शाती है-

यहाँ,

y_c - क्रांतिक गहराई (m)

स्पष्टीकरण-

• जब दो-चैनल अनुभागों में अलग-अलग तल-प्रवणताएँ होती हैं, तो स्थिति को 'ग्रेड ब्रेक' कहा जाता है।
• इस स्थिति में प्रवाह रूपरेखा बनाने के लिए निम्नलिखित शर्तों को याद रखना चाहिए।
  • CDL तल-प्रवणता से स्वतंत्र है। 
  • प्रवणता जितनी तीव्र होगी, प्रवाह की सामान्य गहराई उतनी ही कम होगी।
  • प्रवाह सदैव NDL से शुरू होता है और NDL से मिलने का प्रयास करता है।
  • उप-क्रांतिक प्रवाह में अनुप्रवाह नियंत्रण होता है और अति-क्रांतिक प्रवाह में प्रतिप्रवाह नियंत्रण होता है।
• तीव्र प्रवणता -
  • 

दिए गए डेटा और विश्लेषण-

• प्रवाह अतितीव्र से तीव्र में बदल जाता है।
• इसलिए तीव्र प्रवणता में प्रवाह की सामान्य गहराई बढ़ जाएगी क्योंकि प्रवणता कम हो जाएगी।
• CDL दोनों प्रवणताओं के लिए समान रहेगा।
• तो नीचे दिखाए गए चित्र से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि प्रवाह S₃ रूपरेखा का होगा।

अवधारणा:

आयताकार नॉच के माध्यम से निर्वहन

\(Q = \frac{2}{3}{c_d}.b\sqrt {2g} {\left( H \right)^{3/2}}\)

जहाँ

H = नॉच के ऊपर पानी की ऊँचाई

b = नॉच की चौड़ाई

Cd = निर्वहन का गुणांक

\(\therefore dQ = \frac{2}{3}{C_d}b\sqrt {2g} \times \frac{3}{2}{\left( H \right)^{1/2}}dH\)

\(dQ = \left( {\frac{2}{3}{C_d}b\sqrt {2g} \times {H^{\frac{1}{2}}} \times H} \right) \times \frac{3}{2}\frac{{dH}}{H}\)

\(dQ = Q \times \frac{3}{2}\frac{{dH}}{H}\)

\(\frac{{dQ}}{Q} = \frac{3}{2}\frac{{dH}}{H}\)

गणना:

\(\frac{{dQ}}{Q} = \frac{3}{2}\times\frac{{1.5}}{750} \times 100= 0.3\) %

अवधारणा:

विशिष्ट ऊर्जा को निम्न रूप में दिया जा सकता है

\(E = y + \frac{{V_1^2}}{{2g}}\)

गणना:

हम जानते हैं कि

Q = AV

⇒ 10 = 5 × 2 × V

⇒ V = 1 m/s

\(\begin{array}{l} E = y + \frac{{V_1^2}}{{2g}}\\ E= 2 + \frac{{{{\left( {1} \right)}^2}}}{{2 \times 9.81}} = 2.05\;m \end{array}\)

संकल्पना:

दिए गए क्षेत्रफल वाले द्रव्यचालित दक्ष आयताकार नहर के लिए मानदंड (P) को न्यूनतम होना चाहिए।

गणना:

आयताकार नहर की चौड़ाई b है और आयताकार नहर की गहराई y है।

तो क्षेत्रफल, A = by

मानदंड, P = b + 2y

P = (A/y) + 2y

P के न्यूनतम होने के लिए,

dP/dy = 0

(-A/y²) + 2 = 0

A = 2y²

by = 2y²

b/y = 2

Important Points

व्याख्या:

1) सूत्रो/आनुपातिक  बंधिका:

2) पार्शल नालिका

3) बंधिका और खांच

संकल्पना:

चैनल का नम क्षेत्र,

A = \(\frac{Q}{V}\)

इसलिए, नम परिधि,

P = (B + 2d)

चैनल की द्रवीय माध्य गहराई निम्नवत है

\(R = \frac{{\left( {Wetted\;Area,\;A} \right)}}{{\left( {Wetted\;Perimeter,\;P} \right)}}\)

गणना:

दिया गया है,

Q = 8 m3/s

B = 4 m

V = 2 m/s

चैनल का नम क्षेत्र,

A = \(\frac{Q}{V}\)

\(A = \frac{8}{2} = 4\;{m^2}\)

A = B × d

⇒ B × d = 4 m2

⇒ 4 × d = 4

⇒ d = 1 m

इसलिए, नम परिधि,

P = (B + 2d)

P = (4 + (2 × 1)) = 6 m

चैनल की द्रव-चालित माध्य गहराई निम्न है

\(R = \frac{{\left( {Wetted\;Area,\;A} \right)}}{{\left( {Wetted\;Perimeter,\;P} \right)}}\)

:

किफायती अनुभाग के लिए, इसका परिमाप न्यूनतम होना चाहिए।

\(A = b \times y + \frac{1}{2} \times y \times y\)

\(A = by + \frac{{{y^2}}}{2}\)

\(b = \frac{A}{y} - \frac{y}{2}\)

परिमाप

\(P = y + b + \sqrt {{y^2} + {y^2}}\)

\(P = y + y\sqrt 2 + \frac{A}{y} - \frac{y}{2}\)

\(\frac{{dP}}{{dy}} = 0\)

\(\frac{{dP}}{{dy}} = 0 = 1 + \sqrt 2 - \frac{1}{2} - \frac{A}{{{y^2}}}\)

A = 1.914 y2