بخشی از مقاله
خلاصه
سیلابها با وارد نمودن حجم کثیری از ر سوبات به مخزن سد، نقش مهمی بر نحوه ر سوبگذاری و ت شکیل دلتا در مخازن دارند. در تحقیق حا ضر توسط یک مدل آزمایشگاهی شامل دو سیستم مجزا برای تولید همزمان هیدروگراف و سدیمنتگراف، به بررسی تشکیل و توسعه دلتا در مخزن سد در اثر ورود جریان رسوبی غیردائمی به عنوان یک جریان سیلابی پرداخته شده است.
مشاهده شد که علیرغم وجود تقارن کامل در هندسه مدل و جریان ورودی، جریان متقارن در مخزن تشکیل نخواهد شد و جریان گردابی ساعتگرد یا پادساعتگردی در مخزن تشکیل میشود که این پدیده در جریان غیردائمی متفاوت از جریان دائمی بوده و بر روند توسعه دلتا تاثیر گذار است. ضمن بررسی رابطهی بین مشخصات دلتا از جمله طول پی شروی، تقارن، زاویه انحراف و انحنای پی شانی دلتا با م شخ صات جریان و هیدروگراف ورودی، م شخص شد که طول پی شروی دلتا م ستقل از نوع جریان و مشخصات هیدروگراف بوده و تنها تابع حجم رسوبات وارد شده به مخزن است.
1. مقدمه
با ورود جریان رودخانه به مخزن سد، ذرات درشتدانه به تدریج در دهانه ورودی مخزن تهنشین شده و دلتا را تشکیل میدهند. انباشت رسوبات و ت شکیل دلتا در بالاد ست مخزن سد منجر به م سائلی از جمله کاهش میزان ذخیره آب، کاهش حجم موثر کنترل سیلاب، کاهش پایداری سد، اثرات نامطلوب بر عملکرد تاسیسات خروجی، کاهش کیفیت آب، کاهش انرژی آبی و بهرههای تفریحی آن میشود. تخمین زده شده است که تجمع رسوبات در مخازن سدها، سالیانه یک درصد از حجم ذخیره آنها را کاهش میدهد .[1] آمار نشان میدهد که عمده حجم رسوبات، توسط سیلابها به مخزن سد وارد می شوند .
درمناطق خ شک و نیمه خ شک که انتقال ر سوب شدیداً تابع بارندگی ا ست ، نقش سیلاب در حمل و ورود ر سوبات به مخزن بیشتر است. تغییرات شدید آبدهی و سیلابهای مناطق خشک و نیمه خشک که اکثراً بصورت سیلابهای ناگهانی1 اتفاق میافتد، در مدت کوتاهی حجم کنترل سیلاب مخزن را پر میکنند به طوری که گاهی آورد رودخانه در طی یک سیلاب بیشتر از متوسط آورد رودخانه در طول دوره آماری است . از جمله رودخانه های ایران که حجم عمدهی رسوبات آنها توسط جریان سیلابی حمل میشود میتوان به رودخانه های گیلوان و لوشان، سفیدرود، میناب، سرباز و دز اشاره کرد. به طور مثال رژیم رودخانه میناب از نوع سیلابی بوده و بیش از 90 درصد رسوبات در طول جریان سیلابها به مدت چند روز در سال وارد مخزن میشود .
در مواقعی ممکن ا ست حجم ر سوب ورودی به مخزن در مقای سه با حجم مخزن کم با شد، اما به علت تر سیب آنها در مکانهای نامنا سب مانند ورودی نیروگاه، م شکلات خا صی را ایجاد کند. از این رو پیشبینی الگوی توزیع ر سوب در مخازن سدها ب سیار اهمیت دارد.
شکل - 1 - توزیع طولی ر سوب گذاری و تشکیل دلتا در مخزن یک سد را نشان میدهد. همان طور که ملاحظه میشود مخزن سد به سه بازه وجه بالایی، پیشانی و وجه پایینی تقسیم شده ا ست. در بازه اولی ، دلتا با تر سیب م صالح در شت دانه ت شکیل می شود. از انتهای این بازه به بعد م صالح ریزدانه بر روی شیب تند در جبهه پاییندست دلتا حرکت مینمایند ولی در فاصله کمی ترسیب میشوند. پس از آن بازه سومی است کهعمدتاً مصالح بسیار ریز توسط جریان گلآلود به آن بازه منتقل می شوند.
در تحقیق حاضر که از یک مدل آزمایشگاهی جهت بررسی توزیع رسوبات و تشکیل دلتا در مخزن سد استفاده شده است، ذرات ر سوبی مورد ا ستفاده، ذرات غیرچ سبنده سیلیس با دانهبندی یکنواخت ه ستند. همچنین م شخ صات ر سوب و شرایط هیدرولیکی جریان به نحوی در نظر گرفته شده است که حرکت رسوبات به صورت بار بستر باشد. بنابراین در آزمایشهای حاضر، وجه پایینی دلتا تشکیل نشده و از این روی تنها به بررسی وجه بالایی و پیشانی دلتا پرداخته میشود. آزمایشهای حاضر در شرایط دائمی و غیردائمی جریان آب و رسوب - مدلسازی پدیده سیلاب - انجام شدهاند که در ادامه به شرح آنها پرداخته میشود.
شکل - 1 توزیع طولی رسوبگذاری در مخزن سد
.2 پیشینه تحقیقاتی
تحقیقات در زمینه ت شکیل دلتا در رودخانهها در اوایل نیمه دوم قرن بی ستم آغاز شد. از جمله این تحقیقات میتوان ا شاره کرد به مطالعات آزمای شگاهی Chang و همکاران [5] که نتیجه گرفتند افزایش دبی آب و/یا کاهش دبی رسوبات باعث توسعه طولی دلتا و کاهش دبی آب و/یا افزایش دبی رسوبات باعث توسعه عرضی دلتا میشود. Sugio روابطی را برای شیب دلتا، ارتفاع آب روی پیشانی دلتا و همچنین نرخ انتقال رسوب در بدنه دلتا ارائه داد. Yucel شرایط تهن شینی ر سوب در مخازن را در حالت جریان یک بعدی برر سی کرد. نتایج تحقیق وی ن شان داد که زاویه بین سطح جلویی دلتا و کف فلوم تقریبا ثابت و برابر 40 درجه میبا شد
بر ا ساس دادههای میدانی به برر سی فر سایش و ر سوبگذاری در مخزن چندین سد در چین پرداختند و ضمن تق سیمبندی انواع ر سوبگذاری در مخازن، نتیجه گرفتند که تفاوت دانهبندی بین بخش فوقانی و پی شانی دلتای ر سوبی مح سوس ا ست. Shieh و همکاران [9] ، مراحل پی شروی دلتا را به سه مرحله پی شروی طولی، پی شروی عر ضی و سپس اندرکنش بین پیشروی دلتا و ایجاد کانال جریان روی دلتا تقسیم کرده و برای هر مرحله معادلات تحلیلی را ارائه دادند.
آزمایشهای خود را به منظور بررسی مدل عددی یک بعدی برای حرکت دلتای ماسه-گلی - Sand- Mud Delta - در مخازن انجام دادند و نتیجه گرفتند با ادامه جریان غلیظ، شیب دلتا کاهش مییابد. Jugovic و همکاران [11] فاکتور شکل را به صورت نسبت بزرگترین طول دلتا به بیشترین عرض آن تعریف کردند و نشان دادند که ابتدا دلتا در جهت طولی رشد سریعی داشته که منجر به حداکثر فاکتور شکل می شود، سپس رشد عرضی دلتا ادامه مییابد که منجر به حداقل فاکتور شکل میشود. این روند به صورت دائمی عوض میشود و پس از مدتی از پیشرفت دلتا، این تناوب قابل رویت نیست .
چگنی زاده [12] به بررسی آزمایشگاهی رسوبگذاری در مخازن سدها و تشکیل دلتا پرداخت. یک گروه بدون بعد به نام متغیر مشخصه به دست آورد که به صورت همزمان تاثیر متغیرهای مختلف در پی شروی دلتا را ن شان میداد. صفییاری و بنیهاشمی [13] با ا ستفاده از یک کانال با بازشدگی در پلان و پروفیل طولی، پدیده ر سوبگذاری دلتایی در مخازن سدها را مطالعه کردند. ای شان پارامتر بدون بعدی را معرفی کردند که به طور همزمان تأثیر میزان دبی آب و رسوب و همچنین تراز سطح آب مخزن در سرعت پیشروی را نشان میداد.
مامیزاده آزمایشهای مختلفی در ارتباط با پیشروی دلتا تحت دبیهای مختلف جریان و ر سوب در تبدیلهای ورودی به مخزن با پنج زاویه واگرایی مختلف در پلان انجام داد. نتایج آزمای شگاهی وی نشان داد که بسته به شرایط هیدرولیکی و رسوبی و زاویه بازشدگی مخزن ، پیشروی دلتا در برخی شرایط متقارن و در شرایط دیگر نامتقارن است.
حمزه ق صاب سرایی در ادامه تحقیقات مامیزاده، ن شان داد که پی شروی ر سوبات و الگوی جریان در تبدیل با زاویه باز شدگی ملایمتر، از تقارن بی شتری برخوردار است. صدیقکیا [15] به بررسی اثر هیدروگراف سیل و غیریکنواختی مصالح رسوبی بر مشخصات هندسی دلتا پرداخت. وی نشان داد زمانی که سیلاب وارد مخزن میگردد بسته به شدت سیلاب، بخشهای مختلف دلتا به طور متفاوتی تحت تاثیر قرار میگیرند، این بخشها شامل ارتفاع قسمت فوقانی، طول پی شروی - تاج و پایه - و شیب پی شانی دلتا میبا شند. همچنین وی بیان کرد که وجود یا عدم وجود سیلاب و ذرات غیریکنواخت برروی تقارن شکل دلتا تاثیری ندارد. حیدری [16]با عبور سیلاب در زمانهای مختلف پیشروی دلتا، تغییراتی در شکل دلتا - زاویه پیشانی و قسمت فوقانی - و پیشروی دلتا مشاهده کرد که بسته به زمانهای مختلف تاثیر سیلاب، مقادیر متفاوتی از این تغییرات دیده شد.
بررسی مطالعات پیشین نشان میدهد که علیرغم تاثیر سیلاب در ورود رسوبات به مخازن، اکثر تحقیقات انجام گرفته در مورد رسوبگذاری در مخازن سدها در دبی دائمی آب و ر سوب صورت پذیرفته ا ست. از طرفی مطالعات مربوط به انتقال ر سوب در شرایط غیردائمی ن شان میدهد که ا ستفاده و کاربرد نتایج به دست آمده در شرایط جریان دائمی برای شرایط غیردائمیکاملاً رضایت بخش نخواهد بود - به عنوان مثال مراجع [17]، [18] و . - [19] بنابراین نیاز است که بررسی توزیع رسوبات در مخزن تحت جریان غیردائمی آب و رسوب به عنوان شرایط سیلابی انجام گیرد.
.3 مدل آزمایشگاهی و آزمایشها
طرح مدل آزمایشگاهی ساخته شده در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تربیت مدرس در شکل - 2 - نشان داده شده است. این مدل شامل اجزای زیر است: مخزن بالادست با سطح مقطع مستطیلی به همراه آرام کننده جریان، کانال مستقیم، مدل مخزن سد به شکل بازشدگی در کف و دیوارههای کانال، سرریز لولایی به عرض 2 متر - به عنوان مدل سد - ، مخزن آب زیرزمینی، سی ستم تولید جریان - دائمی و غیردائمیی - ، سی ستم تزریق ر سوب - دائمی و غیردائمی - ، مخزن رسوب و همچنین ابزار کنترل، اندازهگیری و ثبت. کانال بالادست با طول 3 متر، عرض 0/3 متر و شیب کف 0/007 به عنوان مدل رودخانه ساخته شد. مدل مخزن سد که به صورت یک باز شدگی در ادامه کانال بالاد ست ساخته شد، دارای عرض ابتدایی 0/3 متر، عرض انتهایی 2 متر و طول 5 متر است. شیب کف مخزن برابر 4 و زاویه بازشدگی دیوارهها 9 درجه است. جنس کف کانال و مخزن از ورق استیل و دیوارهها از شیشه هستند.
شکل - 2 پلان و نمای مدل آزمایشگاهی - ابعاد بر حسب متر -
برای برداشت رقوم ارتفاعی رسوبات از یک دستگاه برداشت مکانیکی نقطهای1 با دقت 0/1 میلیمتر استفاده شد. همچنین از یک دستگاه دوربین عکاسی و فیلمبرداری با سرعت 30 فریم بر ثانیه برای ثبت مشخصات دلتا و جریان آب در کانال و مخزن استفاده شد.
