بررسی و کنترل رسوب گذاری در مخزن سد

در این پست تصمیم داریم در مورد رسوب گذاری در مخزن سد و روش های پیشنهادی برای جمع آوری و انتقال رسوب مخزن، مطالبی را در اختیار شما بازدیدکنندگان قرار دهیم. با ما همراه باشید.

پیشنهاد مطالعه : بهینه سازی ابعاد زهکش در سدهای خاکی

مقدمه

رسوب گذاری در مخزن سد نتيجه انتقال مواد فرسايش يافته خاک هاي حوضه آبريز بالادست مخزن است. زماني که سرعت جريان آب و در نتيجه تنش برشي حاصله در کف و سواحل رودخانه ها و آبراهه ها از يک حد آستان هاي فراتر رود فرسايش و آبشستگي اتفاق مي افتد. بخشي از ذرات فرسايش يافته قبل از رسيدن به مخزن ممکن است در قسمت هاي مختلف رودخانه ته نشين شود، اما بخش عمده اي از آن در مخازن ساخته شده در مسير رودخانه تهنشين مي شوند. رسوب گذاری در مخزن سد آثار بسيار نامطلوبي مانند کم شدن حجم مفيد مخزن، کاهش پايداري سد، اختلال در عملکرد دريچه هاي تحتاني، عملکرد نامناسب آبگيرها و دريچه هاي پنستاک ها، سرريز شدن آب مخزن بدنه و کاهش کيفيت آب مصرفي به وجود مي آورد.

نحوه توزيع رسوب در مخازن سدها موضوعي است که از ديرباز مورد توجه محققان در نقاط مختلف جهان قرار گرفته است. در اين راستا محققان سعي کرده ‌اند تا با ارائه روش‌ هاي گوناگون، رسوب گذاری در مخزن سد را براي دوره هاي معيني پيش بيني کنند که اين تحقيقات به ارائه روش هاي تجربي و مدل هاي رياضي و کامپيوتري مختلف منجر شده است. روش ها و مدل هاي رياضي و کامپيوتري زيادي در اين مورد طراحي و ابداع شده است، از جمله مي توان به روش هاي افزايش سطح و کاهش سطح اشاره نمود.

تحقيقات محدودي در مورد جلوگيري و کنترل رسوب گذاری در مخزن سد با كاهش ميزان رسوبات با استفاده از سياست بهره برداري بهينه صورت گرفته است. محققان مختلف در دهه هاي اخير روي مطالعات مديريت مخزن و سياست هاي بهره برداري از آن متمرکز شده اند چون اصلي ترين عامل تغييرات هندسه مقاطع عرضي در مخازن و رودخانه ها دبي جريان است، بهره برداري صحيح از تخليه کننده هاي تحتاني يکي از روش هاي مطمئن کنترل رسوب گذاری در مخزن سد مي باشد. بنابراين لازم است يک مدل کمينه سازي رسوب گذاری در مخزن سد با بهره برداري بهينه از تخليه کننده هاي تحتاني طراحي و تدوين شود. به عبارت ديگر لازم است تا ابزاري براي افزايش قدرت تصميم گيري و مديريت براي کنترل و کاهش آثار مخرب رسوب گذاری در مخزن سد فراهم کرد. تدوين برنامه بهينه سازي و برقراري ارتباط آن با برنامه شبيه سازي رسوب گذاري در مخزن سد يکي از ابزارهاي مناسب در این زمینه است.

با ورود رسوب و تجمع آن در مخزن سد، ظرفیت ذخیره موثر آب کاهش می یابد. این امر به نوبه خود باعث کاهش توان ذخیره آب و از دست رفتن ظرفیت تعدیل طغیان مخزن خواهد شد. اگر رسوب در نزدیکی بدنه سد تجمع یابد، امکان مدفون شدن تخلیه کننده هاي تحتانی و دریچه هاي آبگیر را سبب شده و همچنین بهره برداري آن ها را با اشکال مواجه می سازد. به علاوه رسوبی که به خروجی هاي مربوط به آبگیر می رسد، می تواند توربین ها و حفاظ دریچه هاي تحتانی مخازن را دچار فرسایش و خوردگی کند. همچنین بار وارده به بدنه سد نیز افزایش می یابد. تغییرات رسوب گذاری در مخزن سد به عواملی چون مقدار رسوبات تولید شده، سرعت انتقال رسوب، نوع رسوب، طریقه نهشت رسوبات، عملکرد مخزن، خصوصیات ژئومتریک مخزن و جریان متغیر رودخانه بستگی دارد.

برآوردها نشان می دهد که سالانه بین 0/5 تا 1 درصد از مجموع حجم مخازن سدهاي دنیا به علت رسوب گذاري از دست می رود. این میزان در بعضی از کشورها به بیش از یک درصد نیز می رسد. میزان فرسایش خاك حوزه هاي آبخیز در ایران نسبتا زیاد است که این امر اهمیت پرداختن به مسائل رسوب گذاری در مخزن سد را دو چندان می کند. در ایران نرخ کاهش حجم مخازن در اثر رسوب گذاري به طور متوسط بین 0/5 تا 0/75 درصد تخمین زده می شود که به طور تقریبی معادل 175 میلیون تا 250 میلیون متر مکعب در سال است. در شکل 1 . یک نمونه رسوب گذاری در مخزن سد نشان داده شده است.

شکل 1 . یک نمونه رسوب گذاری در مخزن سد

شبیه سازي عددي روند رسوب گذاری در مخزن سد، هم در مرحله طراحی و هم در مرحله بهره برداري، کمک بسیاري به طراحی اولیه و مدیریت بهره برداري خواهد کرد که شامل پیش بینی رفتار رسوبی مخزن، پیش بینی نیازهاي سازه اي، کمک به تنظیم دستورالعمل هاي اجرایی مدیریت رسوب و بهینه سازي عملیات تخلیه رسوب در زمان بهره برداري است. طی دو دهه اخیر مطالعات زیادي جهت کاربرد مدل هاي عددي در بررسی رسوب گذاري در مخزن سد و انتقال رسوب در رودخانه ها و آبراهه هاي طبیعی انجام شده است که نتایج متفاوتی را درخصوص تطبیق مدل ها با شرایط واقعی در بر داشته است.

روش های پیشنهادی برای جمع آوری و انتقال رسوب مخزن

 استفاده از لایروب های متحرک جهت جمع آوری و تخلیه رسوبات ته نشین شده در مخزن عامل محدود کننده طرح استفاده از مقاطع ثابت جمع آوری لزوم نصب آن در هنگام احداث سد می باشد. به عبارت دیگر این روش کمکی به حل مشکل رسوب گذاری در مخزن سد، در حال بهره برداری نمی کند. روشی که در ادامه توضیح داده می شود دارای این محدودیت نیست و می توان از آن برای لای روبی مخازن نیز استفاده کرد. در این روش استفاده از تعدادی مکنده متحرک و قابل حرکت بر کف مخزن پیشنهاد می گردد. حرکت این مکنده ها از خارج سد قابل کنترل بوده و تمام آن ها به لوله اصلی جمع آوری متصل می باشند. هر یک از اجزا روش پیشنهادی در قسمت های زیر توضیح داده خواهد شد.

مکنده های متحرک

هر مکنده در واقع یک خودرو زیرآبی قابل هدایت از دور می باشد که با حرکت در بستر مخزن رسوبات ته نشین شده را مکیده و بوسیله یک لوله فرعی قابل انعطاف به لوله اصلی جمع آوری منتقل می کند. برای بیشتر ساختن بازدهی دستگاه مکنده استفاده از یک مته صفحه ای گردان یا نوعی پارو پیشنهاد می گردد. از لحاظ نظری می توان گفت که بهتر است برای لایروبی مخازن با توجه به تراکم رسوبات ته نشین شده از مته صفحه ای گردان استفاده شود.

در عصری که حتی ماشین های اسباب بازی بصورت کنترل از راه دور ساخته می شوند کنترل حرکت این مکنده ها مشکل آفرین نخواهد بود ولی می توان جهت بی نیاز ساختن آنها از هدایت برنامه حرکت آنها را به صورت زمانی تنظیم کرد.

مجهز ساختن مکنده ها به یک عمق سنج اجازه یافتن محل تجمع رسوبات را با توجه به شناخت قبلی از عمق هر قسمت از مخزن نیز خواهد داد.

بطور کلی دو دسته روش برای کنترل رسوب مخازن وجود دارد. اولین دسته شامل روش های بازدارنده می باشد که جریان رسوب به سمت مخزن را متوقف و یا میزان آن را کنترل می کند. اصول کلی این روش ها شامل موارد زیر است :

مدیریت آبخیزداری : شامل احیا جنگل ها و مراتع، کنترل بهره برداری از پوشش گیاهی، تثبیت بستر انهار و آبراهه ها و غیره می باشد. به طور کلی این روش ها از شروع حرکت ذره جلوگیری می کنند. از سایر کاکردهای این روش می توان به موارد زیر اشاره کرد :

1 . جلوگیری از ورود جریانات دارای رسوب زیاد به مخازن سدها با منحرف کردن جریان در مواقع سیلابی بوسیله ساختن کانال های انحرافی و فرعی

2 . ساختن سدهای کوچکتر رسوب گیر در بالادست مخزن اصلی و ته نشین نمودن رسوبات قبل از ورود به مخزن سد اصلی.

3 . کاهش سرعت جریان انهار قبل از مخزن با تغییر مسیر طولانی نمودن نهر و یا کاهش شیب جهت ته نشین ساختن رسوبات پیش از رسیدن به مخزن اصلی سد.

دومین دسته از روش ها شامل روش های اصلاحی می باشد که اساس کار آن بر مبنای خارج ساختن رسوبات ته نشین شده در مخزن است. در روش های دسته دوم هزینه ها و توجیه اقتصادی تعیین کننده می باشد. این روش ها اساسا شامل موارد زیر است :

لایروبی ( هیدرولیکی – مکانیکی ) که شامل تخلیه رسوبات داخل مخزن به کمک ماشین آلات سنگین می باشد که دارای هزینه های زیادی خواهد بود.

آبشویی و خارج ساختن گل و لای بوسیله آب که در مقایسه با روش لایروبی هزینه کمتری دارد ولی از طرف دیگر باعث تلفات آب متوقف شدن تولید انرژی و نیز انقطاع در آبیاری می باشد. در شکل 2 یک نمونه رسوب گذاری در مخزن سد نشان داده شده است.

شکل 2 . یک نمونه رسوب گذاری در مخزن سد

تکنیک آبشویی

در انتهای دوره بهره برداری مخزن و یا پیش از زمان شروع بارندگی های شدید معمولاٌ مقداری آب در مخزن باقی می ماند. آب باقی مانده در مخزن می تواند برای شستن رسوبات ته نشین شده در مخزن در طول سال مورد استفاده قرار گیرد. موقعی که دریچه های تخلیه رسوب باز شود سطح آب داخل مخزن پایین می افتد و یک جریان غیر ماندگار به طرف دریچه ها بوجود می آید. جریان آب ذرات رسوب را از لایه های متراکم کنده و آنها را بطرف دریچه ها حمل می کند. در طول این عمل یک کانال با ابعاد متغیر زیاد شونده در ته مخزن شکل می گیرد. این عمل در اثر کنده شدن ذرات از لایه ته نشین شده متراکم صورت گرفته ذرات بوسیله آب به طرف دریچه ها منتقل می شوند. غلظت رسوب در جریان عبوری از دریچه های رسوب زدایی به طور تصاعدی افزایش می یابد تا اینکه به حداکثر مقدار ممکن که تقریباٌ برابر تا 0/4 است، می رسد. ادامه این وضعیت سبب خروج حجم زیادی از رسوب گذاري در مخزن سد و در نتیجه تجدید طرفیت ذخیره می گردد. 

منابع :

1 . مقاله ‌ی بررسی الگوي رسوب گذاري مخزن سد شهید رجایی با استفاده از مدل عددي GSTARS3.0 از هدي مسکار و رامین فضل اولی

2 . مقاله ‌ی کمينه سازي رسوب گذاري در مخازن سدها با بهره برداري بهينه از تخليه کننده هاي تحتاني از ابراهيم وليزادگان و همکاران