بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به افزایش جمعیت، صنعتی شدن شهرها و متعاقب آن روند روزافزون رشد تقاضا در زمینه آب، ارایه طرحهاي منابع آب به منظور تامین نیازها ضروري بنظر میرسد. در این تحقیق ابتدا نحوهي توزیع رسوب در مخزن سد شهید رجایی در سالهاي مختلف بهرهبرداري با استفاده از روش تجربی کاهش سطح تعیین شده است. سپس با استفاده از روش بهرهبرداري استاندارد نحوهي تامین نیازها در دورههایی که منحنیهاي سطح-حجم – ارتفاع آن با استفاده از روش کاهش سطح تعیین شده است مورد بررسی قرار گرفته است. براي ارزیابی عملکرد سیستم از شاخصهاي اعتمادپذیري و آسیبپذیري استفاده شده است.
.1 مقدمه
به دلیل تغییرات زمانی آبدهی رودخانهها نسبت به زمان جهت استفاده مناسب و کاهش ریسک باید از سدهاي مخزنی به عنوان مخازن ذخیره آب استفاده نمود. رسوب در مخازن اثرات نامطلوبی بر عمر مفید سدها میگذارد بصورتیکه در بعضی موارد، پر شدن مخزن و بالا آمدن رسوبات در پشت سد بقدري سریع است که عملا عمر مفید سد را تا پنجاه درصد یا بیشتر کاهش میدهد .
مهمترین اثر رسوبگذاري در مخازن سدها، کاهش حجم ذخیرهي مخزن و آثار قابل توجه آن بر مطالعات منابع آب میباشد
جهت تعیین زمان و مقدار برداشت آب و تعیین عکس العمل مخزن به آنها و ارزیابی گزینه هاي مختلف برداشت آب باید شبیه سازي مخزن انجام شود. به علت توزیع غیریکنواخت رسوبات و پیچیده بودن این نحوهي توزیع، روشهاي مختلفی جهت پیشبینی توزیع رسوبات در مقاطع مختلف مخزن وجود دارد. این روشها بر مبناي ارائه مدلهاي ریاضی، روشهاي تجربی و نیمه تجربی یا بر اساس ساخت مدلهاي آزمایشگاهی میباشند.
از میان روشهاي ارائه شده مدلهاي آزمایشگاهی به علت هزینههاي سنگین و طولانی بودن مدت انجام و محدود بودن مدل ساختهشده، تنها در مواردي که نیاز به دقت بالا میباشند مورد توجه میباشند. مدلهاي ریاضی نیز به علت نیاز به اطلاعات زیاد و غیر قابل دسترس در بسیاري از مخازن، به خوبی با نحوهي رسوبگذاري مخزن تطبیق داده نشدهاند. ولی روشهاي تجربی نیاز به اطلاعات اندکی دارند که در اکثر مواقع حتی در زمان طراحی این اطلاعات در دسترس میباشند و تقریبا با دقت قابل قبولی توانایی پیشبینی توزیع رسوبات را دارند.
اسلاف - 1991 - بیان مینماید که تاکنون بیش از 22 روش تجربی براي محاسبه چگونگی توزیع رسوب در مخازن سدها ارائه شده است .در این تحقیق توزیع رسوب در مخزن سد شهید رجایی در سالهاي مختلف بهرهبرداري با استفاده از روش تجربی کاهش سطح تعیین شده است. سپس با استفاده از روش بهرهبرداري استاندارد نحوهي تامین نیازها در دورههایی که منحنیهاي سطح- حجم – ارتفاع آن با استفاده از روش کاهش سطح تعیین شده است مورد بررسی قرار گرفته است. براي ارزیابی عملکرد سیستم از شاخصهاي اعتمادپذیري و آسیبپذیري استفاده شده است.
.2 روش کاهش سطح
این شیوه یک روش مبتنی بر اصول مشاهدهاي در مخازن است. بر اساس مطالعات صورت گرفته، انباشت و توزیع رسوبات در ارتفاعات مختلف مخزن، رابطه مشخصی با شکل مخزن دارد و شکل مخزن نیز با رابطهي بین ارتفاع و ظرفیت مخزن تعریف و طبقهبندي میشود در این روش مخازن به 4 نوع تقسیم میشوند. مبناي تقسیمبندي مخازن عامل m است. عامل m عبارت است از عکس شیب بهترین خط نمایشی ترسیمی ارتفاع مخزن بر حسب ظرفیت مخزن که بر روي کاغذ تمام لگاریتمی رسم شده باشد که عمق در محور قائم و حجم در محور افقی است. معادله اصلی در این روش به صورت زیر است:
که در آن S کل رسوبات ورودي به مخزن سد در طول دوره طراحی است، 0 تراز اولیه بستر رودخانه در محل احداث سد، y0 تراز بستر رودخانه در محل احداث سد بعد از انباشت رسوبات معادل عمق رسوب تهنشین شده، A سطح مخزن در ارتفاعات مختلف، dy جزئی از ارتفاع، H ارتفاع مخزن در تراز نرمال سد میباشند. a سطح نسبی رسوب که به ازاي مقادیر مختلف عمق نسبی p قابل محاسبه است و k ضریب تناسب به منظور تبدیل سطح نسبی رسوب به سطح واقعی است که از رابطه - 2 - بدست میآید. که در آن A0 سطح مخزن در ارتفاع h0 ، a0 سطح نسبی رسوب در ارتفاع صفر جدید است. مساحت نسبی از فرمول زیر محاسبه میشود:
که مقادیر n , m, c ضرایب ثابتی هستند که با توجه به نوع مخزن از جداول مربوطه تعیین میشوند. در روش کاهش سطح گامهاي زیر در تعیین چگونگی توزیع رسوبگذاري در مخزن باید دنبال شود:
مرحله اول: تعیین نوع مخزن ابتدا منحنی نمایش تغییرات ارتفاع مخزن را بر حسب ظرفیت آن رسم نموده و عاملm را برآورد مینماییم. با استفاده از جدول نوع مخازن، مخزن سد مورد نظر در گروه نوع سوم قرار میگیرد
شکل -1رابطه بین ارتفاع و ظرفیت مخزن سد شهید رجایی.
مرحله دوم:
مقادیر تابع بیبعد h' - p - براي مقادیر مختلف عمق نسبی p از رابطه - 4 - محاسبه می شود.
که در آن h' - p - تابع بیبعدي از کل رسوب تهنشین شده، ظرفیت، عمق و مساحت مخزن، S حجم کل رسوب تهنشین شده، رقوم y ، H عمق اولیه مخزن و A - y - مساحت مخزن در رقوم y میباشد. مقادیر h - p - با استفاده از رابطه زیر بدست میآید. که در آن V - p - با فرمول زیر بدست میآید.مقادیر h' - p - و h - p - بر حسب عمق نسبی رسم میشود. نقطه برخورد این دو منحنی، رقوم صفر جدید را در محل سد مشخص میکند.
مرحله سوم:
با استفاده از منحنی ظرفیت- عمق مخزن، حجم رسوب موجود در زیر تراز صفر مخزن تعیین میشود. باید توجه کرد که این روش یک روش سعی و خطا بوده و در صورتی که حجم رسوبات بدست آمده با رسوبات ورودي اختلاف زیادي داشته باشد، ضریب تناسب مجددا از رابطه زیر محاسبه می-گرددکه در آن K2 ضریب تناسب جدید و K1 ضریب تناسب قبلی و S1 حجم تجمعی رسوبات بدست آمده میباشد
.3 شبیه سازي مخزن
شبیهسازي مخزن عبارتست از تعیین حجم ذخیره مخزن در هر دوره بر اساس دبی ورودي به مخزن بر اساس فواصل زمانی ماهانه ، برداشت آب و تلفات آب که با توجه به شرایط آب و هوایی و زمین شناسی محل رخ میدهد. شبیهسازي مخزن بر اساس رابطه پیوستگی که بصورت رابطه - 8 - میباشد انجام میگیرد
که در آن:
رابطه - 8 - مبناي همه شبیه سازيهاست ولی عاملی که شبیه سازيها را با هم متفاوت میکند و باعث بوجود آمدن سیاست هاي مختلف بهره برداري می شود، مقدار و زمان برداشت آب، Rt می باشد. همانطور که گفته شد روشهاي مختلفی براي شبیهسازي مخازن وجود دارد که از آن جمله میتوان سیاست بهرهبرداري استاندارد و سیاست جیرهبندي را نام برد. در این پژوهش شبیهسازي بر اساس سیاست بهرهبرداري استاندارد انجام شده است.
سیاست بهره برداري استاندارد
در این روش از یک منحنی که گاهی اوقات منحنی بهره برداري S نیز نامیده می شود به عنوان سیاست بهره برداري از مخزن استفاده می شود. این منحنی در شکل - 2 - نشان داده شده است. این قانونی است که براي شبیه سازي بهره برداري از مخازن استفاده می شود و لزوماً در موارد واقعی از آن استفاده نمیشود. در این روش همواره به مقدار نیاز آب برداشت میشود و اگر به مقدار نیاز آب موجود نباشد به هر مقداري که هست آب برداشت میشود. در این روش در هر دوره زمانی سعی میشود کل نیاز آبی پایین دست تامین شود بنابراین میزان کمبود کل به حداقل میرسد ولی شدت کمبودها زیاد است. در این شبیه سازي مقدار S1 با توجه به رابطه - 9 - به عنوان حجم اولیه فرض می شود.
رابطه پیوستگی براي همه ماه ها در طول دوره آماري حل می شود. در ابتداي شبیه سازي مقادیر برداشت برابر نیاز و سرریز برابر صفر فرض میشود.
