با نحوه توزیع رسوب در مخازن سدها آشنا شوید

به منظور مشخص نمودن نحوه ی توزیع رسوب در مخازن سدها ، از دو روش می توان استفاده کرد: روش افزایش سطح و روش کاهش سطح. اساس هر دو روش بر پایه تعدیل سطح اولیه مخزن بر اثر ته نشینی رسوب است. با ما همراه باشید.

پیشنهاد مطالعه: با انواع اثرات زیست محیطی سدها آشنا شوید

روش افزایش سطح توزیع رسوب در مخازن سدها

اصول برآورد توزیع رسوب در مخازن سدها با این روش، بر پایه محاسبه ی کاهش سطوح در هر ارتفاع بر اثر انباشت مقدار مشخص از رسوب است. رابطه ی اصلی به کار گرفته شده در این روش به شرح زیر است:

رابطه 1

V_s = حجم کل رسوب (هکتار – متر)

A_o = ضریب تصحیح مساحت به هکتار که برابر با مساحت سطح مخزن در رقوم صفر جدید است.

V_o = حجم رسوبات در زیر رقوم صفر جدید (هکتار – متر)

H = ارتفاع مخزن از کف رودخانه تا حداکثر رقوم نرمال (متر)

h_o = ارتفاعی از مخزن که توسط رسوب در رقوم صفر جدید پر شده است.

این رابطه، بیان ریاضی از مجموع رسوبات انباشته شده ای است که به صورت یکنواخت و عمودی بر روی رقوم H – h_o (رقوم بالاتر از صفر جدید تا حداکثر رقوم نرمال مخزن) ته نشین گردیده و شامل رسوبات انباشته شده در زیر رقوم صفر جدید نیز است.

برای تعیین نحوه ی توزیع رسوب در مخازن سدها به روش افزایش سطح، ابتدا ارتفاع صفر جدید h_o به روش آزمون و خطا تعیین می گردد. بدین صورت که یک ارتفاع اولیه h_o در نظر گرفته می شود و با استفاده از منحنی سطح – حجم – ارتفاع مخزن، مقادیر سطح A_o و حجم V_o نظیر این ارتفاع تعیین می گردد. سپس از رابطه 1 حجم کل رسوبات V_s محاسبه می شود، حجم رسوب تعیین شده از رابطه شماره 1 با حجم رسوبات کل (که از قبل مشخص است) کنترل می شود و اختلاف احجام تا یک درصد قابل قبول است.

در مرحله بعد با استفاده از مقادیر ارتفاع صفر جدید h_o، سطح مخزن در ارتفاع صفر جدید A_o و حجم رسوبات انباشته شده در زیر رقوم صفر جدید V_o و با بهره گیری از رابطه شماره 1 و رقوم مختلف مخزن H، منحنی سطح – حجم – ارتفاع تصحیح می گردد.

روش کاهش سطح توزیع رسوب در مخازن سدها

این شیوه یک روش ریاضی مبتنی بر اصول مشاهده ای در مخازن است. محاسبه عمق رسوب y₀ و تعیین چگونگی توزیع رسوب در مخازن سدها اولین بار در سال 1960 توسط برلند ومیلر با مطالعه 30 سد در آمریکا ارائه گردید و سپس در سال 1962 مودی اقدام به اصلاح این روش کرد.

برای محاسبه ی عمق رسوب و تعیین چگونگی توزیع رسوب در مخزن به اطلاعات زیر نیاز است:

• رابطه ی بین سطح – حجم – ارتفاع برای مخزن (V=f(y و (A=g(y
• حجم کل رسوبات ورودی به مخزن در طول دوره طرح, S
• اختلاف ارتفاع بین تراز نرمال و تراز بستر رودخانه در محل احداث سد قبل از انباشت رسوبات، H

معادله اصلی در این روش به صورت زیر است:

رابطه 2

در معادله اخیر پارامتر های به کار رفته عبارتند از:

S = کل رسوبات ورودی به مخزن سد در طول دوره ی طراحی

o = تراز اولیه بستر رودخانه در محل احداث سد

y₀ = تراز بستر رودخانه در محل احداث سد بعد از انباشت رسوبات معادل عمق رسوب ته نشین شده

A = سطح مخزن در ارتفاعات مختلف

dy = جزئی از ارتفاع

H = ارتفاع مخزن در تراز نرمال سد

a = سطح نسبی رسوب

K = ضریب تناسب به منظور تبدیل سطح رسوب به سطح واقعی. برای یک مخزن مشخص این ضریب از تقسیم سطح واقعی مخزن در تراز y₀ بر سطح نسبی مخزن در همان تراز به دست می آید:

رابطه 3

جمله اول در رابطه 2 برابر با حجم رسوبات ته نشین شده تا تراز y₀ و جمله دوم معادل حجم رسوبات در بین تراز y₀ و تراز نرمال سد خواهد بود.

پس از انتگرال گیری و ساده کردن، جملات رابطه 2 به صورت زیر خواهد شد:

رابطه 4

در رابطه فوق:

V_o و v_o = حجم نسبی و واقعی مخزن در تراز y₀

A_o و a_o = سطح نسبی و واقعی مخزن در تراز y₀

معادله 4 تنها در ازای y=y₀ صادق خواهد بود و در روش پیشنهادی مودی، هدف محاسبه ی y₀ یعنی عمق رسوبات ته نشین شده در مخزن سد است.

بر اساس نقشه های توپوگرافی تهیه شده از 30 مخزن در مراحل مختلف بهره برداری این استنتاج عمومی حاصل گردیده که انباشت و توزیع رسوب در ارتفاعات مختلف مخزن، رابطه ی مشخصی با شکل مخزن دارد و شکل مخزن نیز با رابطه ی بین ارتفاع و ظرفیت مخزن تعریف و طبقه بندی می شود.

در این روش مخازن به 4 نوع تقسیم می شوند. مبنای تقسیم بندی مخازن عامل m است. عامل m عبارت است از عکس ضریب زاویه بهترین خط نمایش ترسیمی ارتفاع مخزن بر حسب ظرفیت مخزن که بر روی کاغذ تمام لگاریتمی است که عمق در محور قائم و حجم در محور افقی رسم شده باشد.

انواع مخازن به صورت زیر است:

جدول 1

به منظور حل معادله 4 ابتدا توابع h_p و h’_(p به صورت زیر تعریف می شوند:

رابطه 5

در روابط فوق V_y و A_y توابعی از ارتفاع مخزن مورد نظر و عبارات V_p و a_p توابعی از عمق نسبی (P) هستند و به صورت زیر تعریف می شوند:

رابطه 6

در رابطه فوق:

a = مساحت نسبی رسوب در ارتفاع نسبی P

P = عمق نسبی مخزن از کف رودخانه

C,m,n: ضرایب ثابت که با توجه به نوع مخزن تعیین می شوند.

برلند و میلر مشاهده نمودند که در هر یک از انواع مخزن رابطه ای بین درصد رسوبات انباشه شده و درصد عمق مخزن وجود دارد که نتایج آن به صورت نمودار در نشریه 221 موجود است. نمودار های ترسیمی تابع مساحت اختصاص یافته به رسوب a_p نسبت به عمق های نسبی P برای مخازن استاندارد نیز در نشریه 221 مشخص شده است.

مقادیر C ،m ،n توسط لارا تصحیح شدند که این مقادیر تصحیح شده در جدول شماره 2 آورده شده اند:

جدول 2 – مقادیر C, m, n

با مشخص شدن V_p  و a_p در اعماق نسبی مختلف و جایگزینی آن ها در معادله 5 مقدار تابع h_p محاسبه می شود. اگر در مخزن مقادیر h_p در عمق های مختلف P محاسبه شده و روی این نمودار پیاده شوند، محل تلاقی خط واصل این نقاط و نمودار نوع مخزن مورد نظر، عمق نسبی صفر جدید مخزن خواهد بود.

منبع: نشریه ۲۲۱ تعیین حجم رسوبات در مخازن سدها