بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
برآورد حجم رسوب در مخزن سد کرج به روش هيدرومتري و مقايسه آن با هيدروگرافي
چکيده
پديده رسوبگذاري در مخازن سدها مهمترين عامل تهديد کننده سرمايه گذاري هاي عظيم در پروژه هاي آبي مي باشد از اينرو برآورد حجم رسوب انباشته در مخازن در مديريت بهره برداري آن ها بسيار حائز اهميت است . در تحقيق حاضر به منظور برآورد حجم رسوب انباشته شده در مخزن سد کرج از روش هيدرومتري استفاده گرديد. به همين منظور در دو ايستگاه هيدرومتري سيرا و بيلقان با توجه به آمار دبي روزانه و به کمک معادلات سنجه رسوب ماهانه ، بار معلق روزانه و ساليانه برآورد گرديد و با احتساب بار بستر وجرم مخصوص متوسط رسوب ، بار رسوب کل و حجم رسوب انباشته شده در ايستگاه هاي هيدرومتري ورودي و خروجي سد محاسبه شد که حجم رسوب سالانه انباشته شده در مخزن سد کرج بکمک روش هيدرومتري ٤٠٦ هزار مترمکعب برآورد گرديد که با حجم رسوب حاصل از روش هيدروگرافي که معادل ٤١٦ هزار مترمکعب بدست آمد حدود ٩٧% تطبيق نشان مي دهد.
واژه هاي کليدي : رسوبگذاري ، هيدرومتري ، هيدروگرافي ، سد کرج .
مقدمه
زمانيکه يک سد جهت ذخيرة آب در عرض يک رودخانه احداث مي شود، سرعت جريان ورودي به مخزن سد کم شده و بخشي از رسوب انتقال يافته توسط رودخانه در مخزن سد انباشته مي شود که از آن به عنوان رسوبگذاري در مخازن ياد مي شود (١٩٧٨ ,Chen).
روش هــاي متعــددي از قبيــل هيــدروگرافي ، اســتفاده از مــدل هــاي رياضــي و کــامپيوتري ، هيدرومتري ، سنجش از راه دور و ... جهت تعيين مقدار رسوبات جمـع شـده در مخـازن وجـود دارد وليکن به دليل متفاوت بودن تکنيکها و پيچيده بودن مسئله رسوبگذاري و شرايط محيطـي مختلـف نمي توان روش جامع و مقرون به صحت و دقت و از همه مهم تر اقتصادي را توصيه نمود (مسـجدي و ذاکر ١٣٧٨).
از جملــه روش هــاي متــداول بــرآورد بــار رســوب ورودي بــه مخــازن در ايــران ، اســتفاده از اندازه گيري هاي انجام شده در ايستگاه هاي آب سنجي (هيدرومتري ) است که معمولاً تحت عنوان روش هيـــدرومتري خوانـــده مـــي شـــود. اســـاس بکـــارگيري ايـــن روش بـــر رابطـــه ذيـــل اســـتوار است ( شفاعي ، ١٣٧٨) :
که در اين رابطه :
Qs= دبي رسوب معمولاً بر حسب تن بر روز.
Qw= دبي جريان معمولاً بر حسب مترمکعب بر ثانيه .
وa,b ضرايب معادله هستند.
در واقع مي توان در هر دو ايستگاه هيدرومتري ورودي و خروجي مخازن با اندازه گيـري دبـي جريان ، نمونه برداري از ذرات رسـوبي و غلظـت نسـبي آزمايشـگاهي و تهيـه منحنـي هـاي مختلـف و محاسبات مربوطه ، به مقادير آب و رسوب عبور کننده از ايستگاه رسوب سنجي طي زمان هاي طـولاني پي برد (مسجدي و ذاکر، ١٣٧٨).
در اين تحقيق سعي شده است با استفاده از آمار هيدرومتري بلند مدت (١٣٧٩-١٣٤٠) و به کمک رابطه اصلاح شده (١) که توسط محققين اين پژوهش پيش از اين بدست آمده است (حيدرنژاد و همکاران ، ١٣٨٣)، بار معلـق سـالانه در ايسـتگاه هـاي هيـدرومتري سـيرا و بيلقـان (ايسـتگاه هـاي هيدرومتري ورودي و خروجي سد کرج ) برآورد و با احتساب بار بستر و جرم مخصوص متوسط رسوب ، بار رسوب کل و حجم رسوب انباشته شده در مخزن سد کرج بـرآورد گـردد و بـه دنبـال آن رانـدمان تله اندازي و عمر مفيد سد نيز محاسبه گردد.
همچنين جهت مقايسه روش هيدرومتري با هيدروگرافي از منحني هاي سطح و حجم اوليه و ثانويه سد کرج طي سال هاي ١٣٤٠ (سال تأسيس سد) و ١٣٧٠ استفاده گرديده است .
مواد و روش ها
سد اميرکبير (کرج ) بر روي رودخانه کرج در محل تنگه واريان در مختصـات طـول ٥ ٥١ و عرض ٥٧َ ٣٥ در ٢٣ کيلومتري شهر کرج واقع گرديده است . اين سد مخزني و چند منظوره بـوده و جهت تأمين آب شرب شهر تهران ، توليد انرژي الکتريکي و آبياري اراضي کشاورزي دشت کرج احداث گرديده است . مشخصات فني سد کرج در جدول (١) ارائه شده است .
حوضه آبريز سد مخزني کرج بين طول هاي جغرافيايي ٥١ْ٢ تا٥١ْ٣٢َ شـرقي و عـرض هـاي جغرافيايي ٥٢ ٣٥ تا ١١ ٣٦ شمالي با مساحتي در حدود ٨٥٠ کيلومترمربع و محيطي بـالغ بـر ١٤٦ کيلومتر در شيب جنوبي کوه هاي البرز قرار دارد. مساحت حوضه در ايستگاه سـيرا در مـدخل ورودي شاخه اصلي رودخانه کرج برابر ٧٢٠ کيلومترمربع مي باشـد. بـالاترين ارتفاعـات حوضـة آبريـز حـدود ٤٢٠٠ متر و کمترين ارتفاعات آن در محل سد در حدود ١٦٠٠ متر نسبت به سطح دريـا مـي باشـد . حوزة آبريز سد کرج تا محل سد در شکل (٢) نشان داده شده است (وزارت نيرو، ١٣٧٠).
به منظور برآورد حجم رسوب انباشته شده در مخزن سد کرج نخست آمار و اطلاعات هيدرومتري اعم از دبي رسوب و دبي جريان روزانه جمع آوري شد، سپس به منظور انجام تست همگني داده ها از نرم افزار TH که نسخه پيشرفته اي از روش اسميرنف – کلموگراف را در اختيار دارد، استفاده گرديد. اين آزمون بر اساس مقايسه عملکرد توزيع تجربي در دو قسمت از يک نمونه تقسيم شده ، پايه گذاري شده است .
در هر دو ايستگاه هيدرومتري سيرا و بيلقان (ايستگاه هاي ورودي و خروجي سد کرج ) با مدل کردن و تفکيک داده ها در شرايط مختلف دبي و زمان و با در نظر گرفتن شاخص آماري حداقل مربعات خطا، مدل ماهانه به عنوان مدل مطلوب و مناسب انتخاب گرديد که نتايج حاصل از آن در جدول (٢) نشان داده شده است (حيدرنژاد و همکاران ، ١٣٨٣).
به کمک معادلات سنجه رسوب حاصل از مدل ماهانه ، بار رسوب معلق روزانه و سـاليانه طـي دوره آماري ٣٠ ساله (١٣٧٠-١٣٤٠) جهت مقايسه با هيدروگرافي (منحني هاي سطح و حجم اوليه و ثانويه سد) و طي کل دوره آماري مورد مطالعه (١٣٧٩-١٣٤٠) برآورد گرديد. با توجه به اينکـه آمـار مناسبي در زمينه بار بستر در ايستگاه ورودي سيرا و ايستگاه خروجي بيلقان وجود نداشت و همچنين استفاده از روش هاي تجربي نيز بعضاً جواب هاي قابل قبولي ارائه نمي داد ناگزير شديم بار کف رودخانه را به صورت ضريبي از بار معلق در نظر بگيريم ، به همين منظور از نمودار تجربي کاراشف که نسبت بار بستر به بار معلق را بر اساس شيب رودخانه در ايسـتگاه هـاي هيـدرومتري نشـان مـي دهـد اسـتفاده شد (١٩٩٠ ,Georgiev). بررسي هاي انجام گرفته در رودخانه هاي ايران نشان مي دهد که روند تغييرات بار بستر به بار معلق نسبت به شيب رودخانه تا حدودي از نظريه کاراشف تبعيـت مـي کنـد (بهـادري ، .(١٣٧٩
با محاسبه بار بستر در هر يک از ايستگاه هاي هيدرومتري ورودي و خروجـي ، از مجمـوع بـار بستر و معلق بدست آمده بار رسوب کل حاصل گرديد و با توجه به جرم مخصوص متوسـط رسـوبات ، حجم رسوب در ايستگاه هاي هيدرومتري ورودي و خروجي سد بدست آمد و از تفاضل حجـم رسـوب ايستگاه هاي ورودي و خروجي ، حجم رسوب باقيمانده در مخزن حاصل گرديد.
همچنين به منظور برآورد راندمان تله اندازي (T.E) سد از رابطه ذيل استفاده گرديد (طـاهر شمسي و سبزيوند، ١٣٧٨) :
که در اين رابطه :
I m∑ = کليه رسـوبات شـامل مـواد معـدني کـه بـه صـورت بـار معلـق و بـار کـف بـه مخـزن وارد شده اند.
Om∑= کليه رسوبات از نوع مواد معدني که از مخزن خارج شده اند.
با توجه به رابطه فوق و با استفاده از آمار و اطلاعات مربوط به ايسـتگاه هـاي هيـدرومتري در بالادست و پايين دست سد راندمان تله اندازي رسوبات با دقت کافي تعيين گرديد. عمر مفيد سد نيز معادل مدت زماني در نظر گرفته شد که حدود ٨٠% حجم اوليه مخزن پـر از رسوب مي شود (شفاعي ، ١٣٧٨).
نتايج
نتايج حاصل از تست همگني داده ها در ايستگاه هاي هيدرومتري سيرا و بيلقان نشان داد کـه داده هاي دبي جريان در ايستگاه هيدرومتري سيرا با سطح معني دار ٩١.٢% و در ايستگاه هيـدرومتري بيلقان با سطح معني دار ٨٣% همگن هستند.
با توجه به مقادير دبي جريان روزانه و معادلات سنجه رسوب ماهانه (جدول ٢ ) و همچنين به کمک گراف کاراشف (شکل ٣)، از مجموع بار رسوب معلق و بار بستر در دوايستگاه هيدرومتري سيرا و بيلقان بار رسوب کل بدست آمد (جدول ٣ ). با توجه به اينکه مقادير برآورد شده بار رسوب کل بر حسب وزن آن مي باشند و از طرفي ظرفيت مخازن به صورت حجمي سنجيده مي شود لذا مقادير رسوب برآوردي بر حسب حجم آن تعيين شد، به همين منظور از جرم مخصوص رسوب که بر اساس رسوب سنجي هاي انجام شده توسط مرکز تحقيقات آب ايران به طور متوسط ١.٤ تن بر مترمکعب بدست آمده ، استفاده گرديد. در واقع از تقسيم وزن رسوب بر حسب تن بر جرم مخصوص آن بر حسب تن بر مترمکعب حجم رسوب درهر يک از ايستگاه هاي هيدرومتري سيرا و بيلقان مطابق جدول (٤) بدست آمد.
از تفاضل حجم رسوب ورودي و حجم رسوب خروجي ، حجم رسوب انباشته شـده در مخـزن سد طي سال هاي ١٣٧٠-١٣٤٠ معادل ١٢١٩٥٤٥٩.٨٤ مترمکعب (جهت مقايسه با هيدروگرافي ) و طي سال هاي ١٣٧٩-١٣٤٠ معادل ١٨٠٠٣٦٦٢.٣٧ مترمکعب بدست آمد.
