بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از پدیده های مؤثر در رسوب گذاری مخازن سدها، جریان های غلیظ می باشند. از آنجایی که کمبود آب یکی از مهمترین مشکلات پیش روی انسان هاست، شناخت پدیده هایی همچون جریان غلیظ که منابع آب را تحت تأثیر قرار می دهند ضروری می باشد. در این تحقیق تأثیر عوامل هیدرولیکی بر سرعت پیشانی در یک سیال لایه بندی شده به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج به دست آمده نشان می هد که لایه بندی بر سرعت پیشانی جریان غلیظ میان گذر مؤثر می باشد. آزمایش های مورد نظر در یک فلوم به طول 8 متر، عرض 34 سانتی متر و ارتفاع 75 سانتی متر در دبی و غلظت های مختلف و شیب ثابت %4 در آزمایشگاه مدل های هیدرولیکی دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شده است.
.1 مقدمه
به دنبال توسعه سریع ساخت و بهره برداری از سدها در کشور، مسأله رسوب گذاری بیش از پیش مورد توجه قرار می گیرد. با تبدیل رژیم رودخانه به دریاچه، تغییرات عمده ای به وجود می آید که نتیجه آن ترسیب و برجای ماندن مواد معلق و بار کف جریان های آبی در مخازن می باشد. رسوب گذاری در مخازن سدها، از جمله مهمترین مسائل و مشکلات موجود در مسیر سد سازی و نگهداری آنها می باشد. انتقال رسوب عمر مفید مخازن و هیدرودینامیک بالقوه سدها را کاهش می دهد و می تواند منجر به آلودگی منابع طبیعی و آب آشامیدنی گردد.
وارد شدن جریان رودخانه به داخل مخزن سد، سبب افزایش سطح مقطع، بهم خوردن تعادل هیدرودینامیکی و کاهش سرعت جریان می شود. با کاهش سرعت، جریان تا حدی اثر خود را برای حمل ذرات از دست می دهد و رسوب شروع به تهنشینی می کند، در نتیجه به جا ماندن تمام یا بخشی از رسوبات در مخزن سد غیر قابل اجتناب است .
یکی از روش های خارج کردن رسوبات حاصل از جریان های سیلابی، استفاده از دینامیک جریان غلیظ است. از آنجایی که این جریان ها در ابتدای مخزن سد تشکیل شده و قادر به پیمودن طول مخرن تا مجاورت سد می باشند هدایت به موقع آنها از تخلیه کننده های تحتانی سد می تواند مقدار رسوب گذاری در مخزن به ویژه در قسمت های عمیق را کاهش دهد.
سد گتوند و لایه بندی شوری سدهای: بزرگ معمولاً به صورت چند منظوره و با اهدافی چون ذخیره آب برای فصول کم آب،کنترل سیلاب، تولید انرژی و استفاده تفریحی ساخته می شوند. سد گتوند علیا نیز یکی از این سدهاست که از مرداد سال 1390 بهره برداری از آن شروع شده است. در مجامع علمی کشور و در سطح کارشناسان از زمان قبل از بهره برداری بحث بر سر ساختار نمکی موجود در مخزن سد و در نتیجه شوری آب مخزن، بالا گرفته و متولیان اصلی سد از یک سو و سازمانهای بازرسی، محیط زیست و جهاد کشاورزی از سوی دیگر با اظهارات کاملاً متفاوت سعی در تصمیم سازی در مورد آینده این سد و مخزن را دارند.
آمار و ارقام برداشت شده نشان میدهند که لایههای آب شور به جهت سنگینی بیشتری که نسبت به آب شیرین دارند در لایههای پاینی مخزن متجّمع شدهاند. در حقیقت شوری آب مخزن از لایه بالایی که دارای EC - واحد هدایت الکتریکی برای سنجش شوری - در حدود 500 تا 1000میکرو موس بر سانتی متر - یا میکرو زیمنس بر سانتی متر که واحد اندازهگیری EC است - شروع شده - باید متذکر شد که این عدد برای شوری عددی است بسیار پایین و برای همه فعالیت های مورد نیاز بسیار خوب قلمداد میشود - و در لایههای پایینی مخزن به بیش از 150000 میکرو موس - که عددی بسیار زیاد است و بیش از سه برابر شوری متوسط آب خلیجفارس است - نیز میرسد. نمونهای از تغییرات عمقی شوری آب مخزن در شکل زیر نشان داده شده است. باید توجه داشت که در حال حاضر در بیشتر روزهای سال روزانه مقداری از آب شور لایه های پایین مخزن به رودخانه پایین دست تخلیه میشود.
شکل-1 تغییرات عمقی شوری در مخزن سد گتوند
همانگونه که قابل ملاحظه است هم اکنون بیش از 40 متر از لایه های پایین مخزن را آب با شوری بالا در بر گرفته است. نتیجهای که این اطلاعات در اختیار قرار میدهد متأسفانه حکایت از آن دارد که تجمع شوری در مخزن رو به افزایش است و تخلیه فعلی شوری که وضعیت شوری کارون را در حالتی بحرانی نگه داشته برای ایجاد تعادل در شرایط مخزن کافی نیست. نکته قابل ذکر دیگر، مسئله اختلاط لایه های آب در مخزن است که ممکن است کل آب مخزن را تهدید نماید.
همان طور که گفته شد لایه های بسیار شور آب معمولاً در قسمت های زیرین مخزن انباشته میشوند امّا این
طور نیست که بصورت ایزوله باقی بمانند بلکه بستگی به سطح تماس با آب شیرین و وضعیت تغییرات حرارتی لایه های مخزن که مقداری اختلاط بین لایه ها به وجود میآید، دارد. منظور این است که آب کل مخزن ممکن است در خطر بالا رفتن EC قرار داشته باشد.
همان طور که گفته شد آب شور در سد گتوند به صورت لایه بندی وجود دارد و ممکن است سیلابی که وارد مخزن سد می شود به صورت میان گذر حرکت کند و تغییراتی در لایه بندی سیال و ارتفاع شوری در مخزن سد ایجاد کند و هدف از این تحقیق شناخت جریان غلیظ میان گذر می باشد.
.2 ساختار جریان غلیظ
پدیده جریان غلیظ زمانی شکل می گیرد که سیالی با چگالی - a d - درون سیالی با چگالی - a - جریان یابد. این اختلاف دانسیته ممکن است ناشی از یک یا چند عامل به شرح زیر باشد:
1 اختلاف دما
2 اختلاف در غلظت مواد محلول
3 اختلاف در غلظت ذرات معلق
به عبارت دیگر جریان غلیظ جریانی است که به علت اعمال نیروی ثقل بر روی اختلاف چگالی دو سیال به وجود آید که این نیرو شتاب ثقل کاهش یافته نام دارد. در واقع شتاب ثقل کاهش یافته، نیروی محرکه جریان وزنی بوده که به صورت زیر بیان میشود
هنگامی که سیال غلیظ وارد مخزن سیال پیرامون می شود بر حسب اختلاف چگالی بین دو سیال، سه نوع جریان روگذر، زیرگذر و میان گذر می تواند شکل بگیرد. اگر جریان غلیظ دارای چگالی کمتر از چگالی سیال پیرامون آن باشد به صورت روگذر، اگر دارای چگالی بیشتر از سیال پیرامون باشد به صورت زیرگذر و اگر سیال پیرامون دارای لایه بندی چگالی باشد به صورت میان گذر اتفاق می افتد.
