4997
شناسه خبر: 4997
بازدید: 2

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 نتیجه انتقال مواد فرسایش یافته خاک های حوضه آبریز بالادست مخزن است. زمانی که سرعت جریان آب و در نتیجه تنش برشی حاصله در کف و سواحل رودخانه ها و آبراهه ها از یک حد آستان های فراتر رود فرسایش و آبشستگی اتفاق می افتد. بخشی از ذرات فرسایش یافته قبل از رسیدن به مخزن ممکن است در قسمت های مختلف رودخانه ته نشین شود، اما بخش عمده ای از آن در مخازن ساخته شده در مسیر رودخانه تهنشین می شوند. رسوب گذاری در مخزن سد آثار بسیار نامطلوبی مانند کم شدن حجم مفید مخزن، کاهش پایداری سد، اختلال در عملکرد دریچه های تحتانی، عملکرد نامناسب آبگیرها و دریچه های پنستاک ها، سرریز شدن آب مخزن بدنه و کاهش کیفیت آب مصرفی به وجود می آورد.

نحوه توزیع رسوب در مخازن سدها موضوعی است که از دیرباز مورد توجه محققان در نقاط مختلف جهان قرار گرفته است. در این راستا محققان سعی کرده ‌اند تا با ارائه روش‌ های گوناگون، رسوب گذاری در مخزن سد را برای دوره های معینی پیش بینی کنند که این تحقیقات به ارائه روش های تجربی و مدل های ریاضی و کامپیوتری مختلف منجر شده است. روش ها و مدل های ریاضی و کامپیوتری زیادی در این مورد طراحی و ابداع شده است، از جمله می توان به روش های افزایش سطح و کاهش سطح اشاره نمود.

تحقیقات محدودی در مورد جلوگیری و کنترل رسوب گذاری در مخزن سد با کاهش میزان رسوبات با استفاده از سیاست بهره برداری بهینه صورت گرفته است. محققان مختلف در دهه های اخیر روی مطالعات مدیریت مخزن و سیاست های بهره برداری از آن متمرکز شده اند چون اصلی ترین عامل تغییرات هندسه مقاطع عرضی در مخازن و رودخانه ها دبی جریان است، بهره برداری صحیح از تخلیه کننده های تحتانی یکی از روش های مطمئن کنترل رسوب گذاری در مخزن سد می باشد. بنابراین لازم است یک مدل کمینه سازی رسوب گذاری در مخزن سد با بهره برداری بهینه از تخلیه کننده های تحتانی طراحی و تدوین شود. به عبارت دیگر لازم است تا ابزاری برای افزایش قدرت تصمیم گیری و مدیریت برای کنترل و کاهش آثار مخرب رسوب گذاری در مخزن سد فراهم کرد. تدوین برنامه بهینه سازی و برقراری ارتباط آن با برنامه شبیه سازی رسوب گذاری در مخزن سد یکی از ابزارهای 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 های تحتانی و دریچه های آبگیر را سبب شده و همچنین بهره برداری آن ها را با اشکال مواجه می سازد. به علاوه رسوبی که به خروجی های مربوط به آبگیر می رسد، می تواند توربین ها و حفاظ دریچه های 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 سدهای دنیا به علت رسوب گذاری از دست می رود. این میزان در بعضی از کشورها به بیش از یک درصد نیز می رسد. میزان فرسایش خاک حوزه های 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 گذاری 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.

رسوب گذاری در مخزن سد

شکل 1 . یک نمونه رسوب گذاری در مخزن سد

شبیه سازی عددی روند رسوب گذاری در مخزن سد، هم در مرحله طراحی و هم در مرحله بهره برداری، کمک بسیاری به طراحی اولیه و مدیریت بهره برداری خواهد کرد که شامل پیش بینی رفتار رسوبی مخزن، پیش بینی نیازهای سازه ای، کمک به تنظیم دستورالعمل های اجرایی مدیریت رسوب و بهینه سازی عملیات تخلیه رسوب در زمان بهره برداری است. طی دو دهه اخیر مطالعات زیادی جهت کاربرد مدل های عددی در بررسی رسوب گذاری در مخزن سد و انتقال رسوب در رودخانه ها و آبراهه های 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.

رسوب گذاری در مخزن سد

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 گذاری در مخزن سد و در نتیجه تجدید طرفیت ذخیره می گردد. 

منابع :

1 . مقاله ‌ی بررسی الگوی رسوب گذاری مخزن سد شهید رجایی با استفاده از مدل عددی GSTARS3.0 از هدی مسکار و رامین فضل اولی

2 . مقاله ‌ی کمینه سازی رسوب گذاری در مخازن سدها با بهره برداری بهینه از تخلیه کننده های تحتانی از ابراهیم ولیزادگان و همکاران

نویسنده

محدثه شیخ علی
فارغ التحصیل ارشد مهندسی عمران از دانشگاه شیراز هستم. علاقه مندم، موضوعات مورد علاقه ی خود را که سد و سازه های مرتبط با آن است، با شما به اشتراک بگذارم.

مشاوره از طریق واتساپ