کاربرد پتوی رسی در سد خاکی برای کاهش نشت

در این پست تصمیم داریم در مورد تأثیر پتوی رسی در سد خاکی (بلانکت) در کاهش نشت از پی و نکات مرتبط با طراحی پتوی رسی مطالبی را در اختیار شما بازدیدکنندگان قرار دهیم، با ما همراه باشید.

مقدمه

یکی از روش‌ های کاهش نشت از پی سدهای خاکی ساخته شده بر روی پی‌ های آبرفتی با نفوذپذیری زیاد، استفاده از لایه پوششی با نفوذپذیری خیلی کم در سطح بستر رودخانه و کف مخزن در بالادست محور سد و اتصال آن به هسته میانی است که به آن پتوی رسی و یا بلانکت اطلاق می‌شود. در رابطه با عملکرد بلانکت‌ ها در کاهش تراوش محققانی از جمله بنت (Bennett) با تحقیقات گسترده توانستند راه حل های تحلیلی و فرمول هایی ارائه دهند ، اما امروزه با گسترش روابط و راه‌ حل‌ های عددی و ارائه نرم‌ افزارهایی از جمله SEEP/W توانایی مهندسان برای حل چنین مسائلی بالا رفته است.

سدها و سازه‌ هایی که بر روی پی‌ های آبرفتی احداث شده‌اند در معرض نشت قرار دارند. بر اساس مطالعاتی که انجام شده است حدود 30 درصد عامل خرابی‌ هایی که در سد های خاکی رخ می‌ دهد به علت وقوع نشت از بدنه و پی آنها می‌ باشد به همین دلیل کنترل و جلوگیری از نشت امری لازم و ضروری به نظر می‌رسد. ماهیت کنترل نشت در واقع کنترل انرژی پتانسیل ذرات آب است که موجب نشت و تلفات بعدی آن می‌گردد. هرچند نمی‌ توان مقدار نشت را به صفر رساند ولی با اتخاذ روش‌ هایی می‌توان مقدار نشت را به مقدار قابل توجهی کاهش داد. ایجاد هسته با نفوذپذیری کم، نشت از بدنه را به خوبی کنترل کرده و مقدار آن را کاهش می‌ دهد، بنابراین مقدار نشت صورت گرفته از پی سدها بسیار قابل توجه و بیشتر از نشتی است که از بدنه اتفاق می‌افتد. کنترل نشت از پی به منظور جلوگیری از افزایش زیر فشار و جلوگیری از آشفتگی داخلی پی صورت می‌گیرد که در نهایت منجر به خرابی سدها می‌ شوند. ممکن است با توجه به هدف پروژه مثلا ذخیره سازی دراز مدت، کنترل سیلاب، برق آبی بودن طرح و … مقدار مجاز نشت در هر پروژه محدود شود.

روش‌ های کنترل نشت از پی عبارت‌اند از: اجرای زهکش‌ های افقی، اجرای دیواره‌ های آب‌ بند، اجرای پتوی رسی بالادست، اجرای سکوی پایین‌ دست، اجرای زهکش‌ های پنجه‌ای، چاه‌ های تزریق، دیوارهای بتنی و طراحی سپرهای فولادی. به دو نکته اساسی باید در انتخاب روش‌ های کنترل نشت توجه کرد، اول آنکه انتخاب نابجای روش‌ های کنترل نشت مانند چاه‌های تزریق و زهکش‌ های پنجه‌ای در شرایط خاص حتی موجب افزایش نشت می‌شوند و دوم آنکه در انتخاب روش‌های نشت یکی از فاکتورهای خیلی مهم، ضریب اطمینان در برابر زیر فشار است.

یکی از روش‌های کنترل نشت از زیر سدهای خاکی که بر روی پی‌ های آبرفتی با نفوذپذیری زیاد احداث شده‌اند، استفاده از یک لایه پوشش با نفوذپذیری خیلی کم در سطح بستر رودخانه و کف مخزن و اتصال آن به هسته میانی سد است که در واقع نقش این پوشش و اینگونه روش‌ها طولانی کردن مسیر جریان و در نتیجه افزایش افت پتانسیل و کاهش انرژی آب است که در نهایت موجب کاهش مقدار آب نفوذی و تلفات حاصل از آن است. این نوع پوشش پتوی رسی  نامیده می‌شود.

پیشنهاد مطالعه: بررسی نشت در سدهای خاکی و روش های کاهش آن

در طراحی پتوهای رسی باید به چند نکته کلی توجه کرد:

1 . پتوی رسی زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که اولاً بدنه سد روی لایه آبرفتی با نفوذپذیری بالا قرار گیرد.

2 . سایر روش‌های آب‌بندی و کنترل نشت به دلایل فنی و اقتصادی قابل  اجرا نباشد و بعضاً ترکیبی از این روش همراه با ترانشه آب‌بند استفاده می‌شود.

3 . نکته دیگر اینکه هنگامی از پتوی رسی باید استفاده شود که بار آبی مخزن بیش از 60  متر نباشد، به این دلیل که در بار بیش از این مقدار، گرادیان هیدرولیکی ایجاد شده سبب نشت از پتوی رسی و به تبع آن نشت جدی و آب شستگی داخلی جدی رخ می‌دهد.

4 . توپوگرافی محل  احداث سد و در دسترس بودن مصالح نفوذ ناپذیر برای کم کردن هزینه‌ها

5 . مواد نفوذناپذیر استفاده شده در پتوی رسی دقیقاً باید شبیه مواد استفاده شده در هسته رسی باشند، تراکم آنها 90 درصد پراکتور و درصد رطوبت ساخت آن 2 الی 4 درصد بیشتر از رطوبت بهینه پیشنهاد می‌شود.

6 . تأثیر پتوی رسی بستگی به مشخصات آن مانند طول، ضخامت و ضریب نفوذپذیری و همچنین بستگی به نفوذپذیری و عمق پی دارد.

7 . طول پتو با کاهش نشت رابطه مستقیم دارد و با افزایش طول مقدار نشت کمتر می‌شود که این افزایش به حدی می‌رسد که بعد از آن مقدار، افزایش طول باعث ایجاد تغییرات جزئی و اندک در کاهش نشت خواهد شد که آن طول مورد نظر ما طول بهینه پتو است و استفاده از طول بیشتر از آن از لحاظ اقتصادی به صرفه نبوده و در کارهای اجرایی توصیه نمی‌گردد.

8 . امکان ترک خوردن پتو در فصول خشکسالی یا در صورت عدم اتصال مناسب به پی وجود دارد.

9 . امکان ایجاد رگاب در پی اگر پتو در بالای لایه شن درشت یا سنگ شکسته قرار گیرد وجود دارد.

10 . اگر سطح آب در بالادست و پایین‌دست دارای نوسانات شدید باشد باید در برابر فرسایش رواناب، خشک شدن و رشد گیاهان ریشه‌دار محافظت شود.

برخی مطالعات صورت گرفته در ایران و سایر نقاط جهان بیانگر اهمیت استفاده از پتوی رسی و تأثیر آن در کاهش نشت می‌باشند. شمسایی و گوهر نژاد طبق مطالعاتی که در سد فریم صحرا انجام دادند به این نتیجه رسیدند که با اجرای پتوی رسی، 70 درصد از مقدار نشت نسبت به حالتی که پتوی رسی به کار برده نشود کاسته می‌شود و آنها طول و ضخامت پتو را به ترتیب 150 و 0/75  متر پیشنهاد نمودند. همچنین با  مطالعاتی که بر روی یک سد فرضی و اعمال سیستم پتوی رسی با ترانشه رسی انجام گردید، به این نتیجه رسیدند که مهمترین پارامتر مؤثر، ضریب نفوذپذیری سیستم می‌باشد که با کاهش نفوذپذیری آن مقدار دبی نشت به صورت جدی کاهش می‌یابد، همچنین طول مؤثر پتو رسی چهار برابر ارتفاع آب پشت سد پیشنهاد شد.

در این زمینه عمدتا  مدل‌سازی‌ها توسط نرم‌افزار SEEP/W صورت می‌گیرد. این نرم‌افزار، مبتنی بر روش المان محدود  می‌باشد که برای مدل‌ سازی تراوش و توزیع فشار آب منفذی در محیط‌ های متخلخل نظیر خاک و سنگ تهیه شده است و قادر است جریان را در دو حالت اشباع و غیراشباع مدل کند. در نرم‌افزار SEEP/W امکان استفاده از تمام شرایط مرزی ممکن از قبیل هدکل، هد فشار، دبی و همچنین شرایط خروج آب از مدل در یک مسئله تراوش وجود دارد. به عنوان نمونه سدی با مشخصات کلی به صورت شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1 . مشخصات هندسی  پتوی رسی و دیگر اجزای سد

با توجه به اینکه رابطه‌ای جامع برای نحوه تأثیر پتوی رسی و ضرایب تأثیر هر یک از پارامترهای اثرگذار ارائه می‌شود. از اینرو و سعی می‌گردد، پارامترهای مؤثر در بازه‌ی مناسبی تغییر یابند. در جدول 1 نحوه تغییرات پارامترهای مؤثر نشان داده شده است.

جدول 1 . محدوده تغییر پارامترهای مورد بررسی

مشاهده می‌شود برای رسیدن به هدف موردنظر علاوه بر پارامترهای ذکر شده، عرض هسته رسی و ضخامت پی آبرفتی که دو عامل مهم و تأثیرگذار در مقدار نشت از پی آبرفتی هستند نیز تغییراتی داده می‌شوند و تأثیر این پارامترها هم با توجه به مسلم بودن تأثیر آن‌ها، در روابط پتوی رسی اعمال خواهد شد.

تحلیل و بررسی عملکرد پتوی رسی در چند سد

برای بررسی تأثیر پتوی رسی و اهمیت استفاده آن برای کنترل نشت آب از پی، 350 مدل توسط نرم‌افزار SEEP/W  مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته شده است و نتایج زیر حاصل شده اند :

در نمونه‌ هایی شبیه شکل 1 بهترین طول پتوی رسی بالادست، چهار برابر ارتفاع آب پشت سد می‌باشد و افزایش طول بیش از آن از لحاظ اقتصادی توصیه نمی‌شود. با افزایش ضخامت پتوی رسی همواره مقدار نشت کاهش می‌یابد. همچنین با مشاهده تأثیر ضخامت هسته رسی می‌توان به این نتیجه رسید که با افزایش عرض هسته، مقدار نشت از پی همواره کاهش می‌یابد که مقدار افزایش عرض هسته، در پتوهای رسی با طول کم بسیار مطلوب و مؤثر خواهد بود.

با مدل‌سازی تأثیر ضریب نفوذپذیری پتوی رسی می‌توان به این نتیجه رسید در ضخامت کم پتوی رسی کاهش مقدار نشت به ازای مقادیر مختلف ضریب نفوذپذیری تقریب یکسان است، به عبارتی افزایش ضخامت پتوی رسی بدون کاهش ضریب نفوذپذیری آن در کاهش مقدار نشت تأثیر زیادی نخواهد داشت. یکی دیگر از عوامل مؤثر در کاهش نشت، نسبت ضریب نفوذپذیری افقی و عمودی پی است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد در صورتی که این نسبت یک فرض شود تفاوت بسیار زیادی با حالتی که این ضریب نسبت‌هایی نزدیک‌تر به نمونه‌های واقعی لحاظ می‌شود، دارد. اعمال این ضریب در ضخامت‌های کم، معمولاً بین 0/5 تا 0/8 تأثیر بسزایی در نتایج خواهد داشت.

منابع:

مقاله‌ی بررسی عددی تأثیر پتوی رسی در کاهش نشت از پی سدهای خاکی از میثم نوری، فرزین سلماسی