بخشی از مقاله
چکیده
یکی از روشهای پیشبینی توزیع رسوب در سدهای مخزنی، روش تجربی کاهش سطح میباشد. تحقیقات انجام شده نشانگر این مسئله است که در اکثر موارد تعیین نوع مخزن بر اساس روش پیشنهادی برلند ومیلر منجر به پیش-بینی دقیق نمیشود، بطوریکه گاهی با تغییر نوع مخزن نتیجه دقیقتر میشود. با تعیین دقیق نحوهی توزیع رسوبات و حجم مفید مخزن به شیوهی بهتری میتوان به اهداف مربوط به احداث سد رسید و برنامهریزیها آبی را بهتر طراحی و اجرا نمود. در این تحقیق نحوهی توزیع رسوب در سد مخزنی شهید رجایی، بر اساس انواع مخازن مختلف انجام و بهترین نوع برای آن پیشنهاد شده است.
کلمات کلیدی: روش تجربی کاهش سطح، تأثیر نوع مخزن، سد شهید رجایی.
مقدمه
با توجه به بحران آب در کشور، خشکسالیهای اخیر و مشکلات جدی در تامین نیازهای آبی به ویژه از لحاظ توزیع زمانی و مکانی، حفظ و حراست از منابع آب موجود، یک مساله حیاتی است در این راستا بررسی و شناخت مسائل مربوط به مقوله رسوب گذاری به عنوان یکی از عوامل محدود کننده ذخائر آبی، از اهمیت خاصی برخوردار است. با ورود جریان رودخانه به مخزن سد، شرایط هیدرولیکی به خصوص سرعت جریان و پیامد ناشی از آن، پتانسیل انتقال رسوب رودخانه به سرعت کاهش می یابد و در نتیجه ذرات رسوبی به تدریج تهنشست میشوند. بخش درشتدانهی بار رسوبات بلافاصله در مناطق ابتدایی مخزن نهشته و دلتا راتشکیل می دهند. در حالیکه بخش ریزدانهی باررسوبات تا بخشهای عمیق مخزن و حتی تا نزدیک سد هم نفوذ کرده و سپس تهنشین میشوند .[1] رسوبات ته نشین شده از طریق تاثیر در ضریب هیدرولیکی سازه، میزان انتقال دبی، تغییر خط القعر، عمر مفید سازه ، تغییر در پلان رودخانه، آب گرفتگی سواحل بالادست، تاثیر در پایداری سازه و عملکرد تاسیسات خروجی از جمله دریچهها و شیرهای پایین-دست اهمیت خود را برای مطالعه بیشتر و دقیقتر نشان میدهند .[11]
این رسوبات سبب افزایش سطح آب میشود که این افزایش باعث بالا رفتن مقدار تبخیر و در نهایت منجر به تلفات بیشتر حجم آب میگردد. همچنین افزایش سطح آب احتمال روگذری آب از شیروانیهای خاکی را افزایش داده و در نهایت باعث به خطر افتادن پایداری سد می-گردد. در ایران سالانه بیش از 100 میلیون متر مکعب از ظرفیت مفید مخزن سدها کم میشود .[11] علاوه بر این، در دوران بهرهبرداری از سدها، نحوهی توزیع رسوبات در تخمین حجم مفید و زندهی سد اهمیت مییابد .[2] ته نشینی رسوبات در مخزن به صورت یکنواخت نمیباشد، مورتی1 با تحقیقاتی که روی چهار سد مخزنی مختلف در هندوستان انجام داد نشان داد که رسوبات عمدتاً در بالادست مخزن در جایی که عمق آب 20 تا 30 درصد عمق ماکزیمم می باشد تهنشین میشوند .
[3] به علت توزیع غیر یکنواخت رسوبات و پیچیده بودن این نحوهی توزیع، روشهای مختلفی جهت پیشبینی توزیع رسوبات در مقاطع مختلف مخزن وجود دارد، این روشها بر مبنای ارائه مدلهای ریاضی، پیشنهاد روشهای تجربی و نیمه تجربی یا بر اساس ساخت مدلهای آزمایشگاهی میباشند،که مدلهای آزمایشگاهی به علت هزینههای سنگین و طولانی بودن مدت انجام و محدود بودن مدل ساخته شده، تنها در مواردی که نیاز به دقت بالا میباشند مورد توجه میباشند. همچنین مدلهای ریاضی نیز نیاز به پارامترهای زیادی دارند که بیشتر این پارامترها در اکثر مخازن به سختی قابل اندازهگیری بوده و یا به طور دقیق اندازهگیری نشدهاند اما در صورت وجود این پارامترها این مدل نیز از دقت بالایی برخوردار است. روشهای تجربی مختلفی جهت پیشبینی نحوهی توزیع رسوب در مخازن سدها ارائه شده است که از بین آنها روش افزایش و کاهش سطح نسبت به سایر روشها متداولتر میباشند. اساس هر دو روش بر پایه تعدیل سطح اولیه مخزن بر اثر ته نشست رسوب است. البته از مزایای این دو روش که سبب میشود نسبت به روشهای دیگر ترجیح داده شوند این است که به دادههای ورودی کمتری نسبت به روشهای دیگر نیاز دارند. اما باید توجه کرد که این روشها کلیه جنبههای رسوبگذاری در مخزن را پوشش نداده ولی به علت سادگی کار، هزینههای اندک و دقت قابل قبول از لحاظ اقتصادی قابل توجیه هستند.
روش کاهش سطح اولین بار در سال 1960 توسط برلند و میلر2 با مطالعه 30 سد در آمریکا ارائه گردید، سپس در سال 1962 مودی3 اقدام به اصلاح این روش کرد. روش افزایش سطح نیز توسط کریستو فانو ارائه گردید .[4] قمشی و همکاران نحوهی رسوب گذاری در سد دز را مورد مطالعه قرار داده و از روشهای تجربی کاهش و افزایش سطح استفاده کردند. قمشی نتیجه گرفت که بعد از 114 سال، رسوبات نیمی از مخزن را در بر می گیرد . [5] موسوی و همکاران نیز با این دو روش رسوبات را در پشت سد زاینده رود بررسی کردند. مقایسه توزیع رسوبات ته نشین شده در سد با مدلهای توزیع رسوب نشان داد که مدل کاهش سطح برلند ومیلر با کمترین خطا نسبت به سایر روشها، بیشترین همخوانی با نحوه توزیع رسوب دارد .[6] عابدینی و طالب بیدختی نیز نحوهی توزیع رسوب در مخزن سد درودزن را مورد بررسی قرار داده و مشاهده کردند که بعد از گذشت 50 سال رسوبات پشت سد تا ارتفاع 12/2 متر بالا میآید .[7] محمدیها و عمادی نحوه توزیع رسوب در مخزن سد گلستان را با استفاده از روشهای تجربی کاهش و افزایش سطح بررسی کردند و نتیحه گرفتند که روش افزایش سطح برای پیش بینی نحوهی توزیع رسوب سد گلستان، نسبت به روش کاهش سطح مقادیر خطا و انحراف معیار کمتری داشته و روش مناسبتری میباشد .
[8] منصوری و عمادی نحوه توزیع رسوب در مخزن سد کارده با استفاده از روشهای تجربی کاهش و افزایش سطح بررسی کردند و نتیحه گرفتند که روش افزایش سطح برای پیش بینی نحوهی توزیع رسوب سد گلستان، نسبت به روش کاهش سطح مقادیر خطا و انحراف معیار کمتری داشته و روش مناسبتری میباشد .[9]با مطالعاتی که روی 14 مخزن درآفریقای جنوبی انجام شد مشخص شد که روش پیشنهادی برلند و میلر در تعیین نوع دریاچه در روش تجربی کاهش سطح روش قابل اعتمادی نبوده و اغلب برای تخمین دقیقترنحوهی توزیع رسوب، محاسبات این روش با هر 4 نوع مخزن انجام گرفته و نتایج با مقادیر هیدروگرافی مقایسه میشود و نوعی که نتایج آن بهترین تطابق را با مقادیر هیدروگرافی دارد به عنوان نوع مخزن در این روش در نظر گرفته میشود .[12]
در اکثر تحقیقات انجام شده تنها به بررسی نحوهی توزیع رسوب با روشهای تجربی پرداخته شده و بهترین روش با توجه به مقایسه با مقادیر واقعی انتخاب گردیده است. و به انتخاب نوع مخزن در روش کاهش سطح که پارامتر مهمی در میزان دقت این روش میباشد توجه خاصی نشده است و این در حالیست که شاید نوع مخزن تعیین شده بر اساس پیشنهاد برلند ومیلر منجر به پیشبینی دقیق نگردد وبا انتخاب نوع مخزن دیگری به نتایج واقعیتری دست یافت.
دراین تحقیق تأثیر نوع دریاچه در دقت تخمین این روش، در توزیع رسوبات مخزن سد شهید رجایی بررسی شده است. هدف از این تحقیق بررسی تأثیر نوع مخزن در دقت روش تجربی کاهش سطح جهت تخمین توزیع رسوبات در مخزن سد شهید رجایی میباشد.
مواد وروشها
در این تحقیق سعی بر آن است که با استفاده از دادههای ارتفاع-سطح و ارتفاع-حجم اولیه و ارتفاع-سطح و ارتفاع -حجم ثانویهی - پس از رسوب گذاری - سد شهید رجایی و انتخاب هر چهار نوع مخزن میزان دقت روش تجربی کاهش سطح بررسی شود. محاسبات توسط برنامهای که در محیط مطلب نوشته شده است انجام گرفته است.
مشخصات سد شهید رجایی
سد مخزنی شهید رجایی در شمال ایران در استان مازندران و در40 کیلومتری جنوب شرقی شهر ساری بر روی رودخانه ی تجن در محل سلیمان تنگه احداث گردیده است. مشخصات سد نیز در جدول - 1 - ارائه شده است.
جدول - 1 - مشخصات فنی سد شهید رجایی
شکل - - 1 منحنی سطح-حجم-ارتفاع اولیه مخزن سد شهید رجایی
