بخشی از مقاله
خلاصه
عوامل غیرقابل پیشبینی در طول عمر بهره برداری از سدها، سبب ایجاد مشکلاتی در سدها می شود. عدم توجه و یا توجه کم به موقعیت ساختگاه سد و موقعیت بالادست و زمینهای زراعی و غیر زراعی اطراف سد میتواند از طول عمر مفید سد بکاهد. بدین صورت که انتقال رسوبات از اطراف به داخل مخزن می تواند طول عمر مفید مخزن را به شدت کاهش دهد و باعث از بین رفتن هزینه و زمان بسیار زیادی که برای ساخت سد شده است بشود. اکثر محققان روش اجرایی که برای مشکل رسوب زدایی پیشنهاد می نمایند روش فلاشینگ بوسیله فشار آب می باشد که خود این روش دارای مزایا و معایب بسیاری است. در این مقاله روش معلق کردن رسوبات پیشنهاد می گردد که بتوان هوا را بوسیله پمپهایی به داخل رسوبات منتقل نمود تا در مواقعی که عملیات تخلیه انجام می گردد بتوان حجم بسیار بالایی از رسوبات را به پایین دست منتقل کرد. این روش با استفاده از نرم افزار FLOW-3d شبیهسازی شد و نتایج آن با روش فلاشینگ مقایسه گردید و ملاحضه شد که حجم رسوبات تخلیه شده در روش پیشنهادی تقریبا 10 درصد بیشتر از روش فلاشینگ می باشد.
کلمات کلیدی: عمر مفید مخزن ، تخریب سد، فلاشینگ ، رسوب زدایی ، معلق کردن رسوب.
1.مقدمه
مدیریت رسوب در دشتهای سیلابی و راههای آبی از زمان مصریان باستان تا امروزه یک مساله مهم برای مدیران آبی در طول تاریخ بوده است. سازمان یونسکو در سال 2003، مرکز مطالعات بین المللی رسوب - 1 - ISI را راه اندازی کرد. ISI با هدف توسعه برای تصمیم گیری در مدیریت رسوب به منظور ارائه دستاوردهای جدید و قابل اجرا در مقیاسهای جهانی شروع به کار کرد. البته مساله انتقال رسوب یک فرایند طبیعی در ساختار ژئومورفولوژی رودخانه می باشد، از دست دادن ظرفیت ذخیره سازی و کاهش عمر مفید مخزن و آسیب رسانی به اکوسیستم پائین دست را می توان از معایب رسوب گذاری دانست.گام نخست برای شناخت پدیده رسوبگذاری، شناخت فرایند انتقال رسوب و عوامل موثر بر آن است.
دانههای رسوبی در سرعتهای پایین ساکن میمانند زیرا نیروی جاذبه و نیروهای ناشی از اصطکاک بین ذرات در برابر حرکت مقاومت میکنند. با افزایش سرعت جریان ذرات شروع به حرکت میکنند. در این حالت سرعت جریان را سرعت بحرانی2 جریان مینامند. در ابتدای امر ذرات رسوبی با وجود حرکت، تماس خود را کم و بیش با بستر حفظ میکنند. در این وضعیت حرکت دانههای رسوبی به صورت غلتشی یا لغزشی میباشد. با افزایش مقدار سرعت برشی3 بستر، حرکت دانههای رسوبی وارد مرحله پرشی میشود. هنگامیکه نسبت سرعت پرشی بستر به سرعت سقوط ذرات از حد معینی فراتر شود ذرات از بستر بلند میشود و تا حدی بالا میروند که نیروهای بالابرنده ناشی از آشفتگی جریان برابر یا بیشتر از وزن غوطه ور ذرات باشد. از این مرحله به بعد دانههای رسوبی به صورت معلق به حرکت خود ادامه میدهد .
در این راستا مساله مهم، حجم مخازن سد میباشد که رودخانه ها در طی کیلومترها از طول خود، بار معلق غوطه ور خود را بسته به سرعت و نوع رژیم رودخانه حمل و در نهایت پشت سد تجمع میکنند. این رسوبات در دراز مدت میتواند کارایی سد را به طور کامل مختل نماید چون با وجود رسوبات غیر قابل پیش بینی در پشت سد به طور کلی کارایی سد از بین رفته و به یک مخزن پر از رسوب تبدیل می گردد. بر اساس گزارش کمیته بین المللی سدهای بزرگ بیش از 40000 سد بزرگ در دنیا وجود دارد که در مجموع ظرفیت ذخیره سازی آب این سدها در حدود 7000 کیلومترمکعب تخمین زده میشود . در اثر رسوبگذاری سالانه به طور متوسط 0/5 تا یک درصد ظرفیت سدها که این مقدار در مجموع در حدود 45 کیلومترمکعب کاسته می شود. [1]
مجموع کل ظرفیت سدهای مخزنی کشور در حدود 0/005 مجموع ظرفیت مخزن های دنیا میباشد و برداشتهای هیدروگرافی از مخازن نشان می-دهد که به طور متوسط سالیانه در حدود 0/75 تا 1 درصد ظرفیت سدهای کشور تحت اثر رسوبگذاری از بین میرود که این مقدار ظرفیتی معادل 175 تا 250 میلیون متر مکعب است. [2 ] رسوبگذاری علاوه بر کاهش حجم مفید مخزن، باعث ایجاد مشکلاتی دیگری از قبیل تشکیل جزایر رسوبی در محل ورودی رودخانه به مخزن، اختلال در عملکرد دریچه های تحتانی، عدم اطمینان پذیری در تولید انرژی برقآبی و کنترل سیلاب ، ایجاد نیروی مضاعف هنگام زمین لرزه، اثرات زیست محیطی، افزایش کاذب سطح آب مخزن میشود.
در ایران بر اساس آخرین آمار تا سال 1385 در حدود 180 سد مخزنی با حجم 34/3 میلیارد مترمکعب در کشور در دست بهره برداری است که از این تعداد 62 سد فعال هر یک بیش از 30 میلیون متر مکعب ظرفیت دارند. رسوب زدائی بوسیله فلاشینگ یکی از اقتصادی ترین روش های تخلیه رسوب و بازیابی حجم ذخیره مخزن است. با این روش می توان ظرفیت مخزن را با توجه به شرایط معین سازه ای، توپوگرافی و هیدرولوژی بازیابی و تجدید کرد. از جمله عوامل مهم که در طول عملیات رسوب شویی دخالت دارند ابعاد و شکل تخلیه کننده های تحتانی، طول، عرض و شیب مخزن و میزان دبی ورودی می باشد.
درصد تجدید و بازیابی ظرفیت مخزن با روش فلاشینگ یا رسوب شویی در مخازن کوچک به خاطر اینکه قسمت اعظم رسوب تهنشینشده آن در نزدیکی سد می باشد، می تواند بسیار بالا باشد. رسوب از جمله عوامل کلیدی در زمان طراحی سدها می باشد که می تواند یکی از عوامل عدم کارایی سد ساخته شده در سالهای بعد باشد. در مورد سدهای ساخته شده نیز عدم مدیریت رسوب وارده به سدها، باعث شده است که خیلی از سدهای ساخته شده دارای عمری کوتاهتر از عمر پیشبینیشده داشته باشند که خود این موضوع باعث اتلاف سرمایه و انرژی بالای ساخت و بهره برداری از سدها می باشد،3]و[4
استفاده از روش رسوبشویی در سدهای گبیدم 1سوییس و داشیدایرا 2ژاپن نتایج مثبتی داشته است. این در حالی است ک استفاده از رسوبشویی در سد کاچی 3کاستاریکا یک تجربه ناموفق بوده است. سد گبیدم ر روی یکی از انشعابات رودخانه رون سوئیس 4به منظور تولید انرژی هیدروالکتریکی احداث شده. این سد در ابتدا با دو تونل در نزدیکی آبگیر نیروگاه و در سطح کف رودخانه برای رسوبشویی طراحی شده بود. مخزن این سد از سال1982 به طور سالیانه طی ماههای تابستان تحت عملیات رسوبشویی قرار گرفته است. در طی رسوبشویی، سطح آب مخزن به حداقل سطح آب که در عملکرد سد خلل وارد نمیکند، کاهش داده میشود و عملیات رسوبشویی توسط هر دو تونل خروجی و با افزایش دبی خروجی به10 تا60 متر مکعب بر ثانیه انجام میپذیرد.[6]
پاول و هیلن، بر اساس داده های صحرایی جمع آوری شده از مخازن مورد مطالعه در 6کشور ، آزمایشات کاربردی فلاشینگ را مرور کرده و گزارش کردند که فلاشینگ یک روش مؤثر برای دفع رسوبات ته نشین شده می باشد. براساس گزارش آنها، این روش نه تنها برای مخازن کوچک - ظرفیت کمتر از - 100 mm3 بلکه برای مخازن با مقیاس بزرگ - ظرفیت ذخیره بزرگتر - 10000 mm3 نیز قابل استفاده است. علاوه بر آن مشخص شده است که فلاشینگ تحت شرایط خاصی می تواند ذرات ریز ”یا مواد چسبناک - را نیز به حرکت درآورد.
سد سه گورجن5 در چین نیز بر پایه مطالعات فلاشینگ رسوب در مخزن طراحی شده است. برخی محققین، مانند برسز6 عقیده دارند که روشهای فلاشینگ خیلی موثر نیستند، زیرا فقط به مقادیر رسوبی که با توجه به دبی جریان آب از طریق خروجی شسته شده و دفع می شوند محدود می گردند. بنابراین ضروری به نظر می رسد که بررسی و تحقیق بیشتری روی عوامل اصلی تأثیر گذار برروی فلاشینگ به نحوی که اطلاعات جامعتری از کاربرد فلاشینگ ارائه دهد، صورت×گیرد.شمسایی و فراست کیش در سال 1387 در مقاله ای با عنوان شبیه سازی جریان آب و رسوب سد سفیدرود بوسیله نرم افزار SIIM ، نتایج کار خود را اینگونه بیان نموده اند: [7]
-1 در طی انجام یک دوره عملیات فلاشینگ، از مجموع رسوبات خارج شده از مخزن، حداکثر %8 رسوبات بر اثر فلاشینگ تحت فشار و حداقل %92 رسوبات بر اثر فلاشینگ آزاد تخلیه می شوند،
-2 طول تأثیر فلاشینگ تحت فشار در صورتی که عملیات از تراز آبگیری نیروگاه آغاز شود به فاصله 200 متر از ساختگاه سد محدود می شود ، درحالی که اگر عملیات از تراز نرمال مخزن آغاز گرددطول تأثیر به بیش از 1600 متر خواهد رسید.
-3 فلاشینگ آزاد بر خلاف فلاشینگ تحت فشار، که تأثیر طولی محدودی دارد، در تمام طول رودخانه موجب فرسایش می گردد.
-4 فلاشینگ آزاد در ابتدا و میانه مخزن بیشتر موجب افزایش عرض کانال شستوشو و در انتهای مخزن موجب افزایش عمق مسیر جریان می شود. مقدار آب مصرف شده برای شستوشوی هر تن رسوب در فلاشینگ آزاد انجام شده در سال 1383 مخزن سد سفیدرود 17 متر مکعب محاسبه شده است.
-5 تأثیر فلاشینگ بیشتر بر رسوبات ریزدانه مخزن دیده میشود و تقریبا بر ذرات درشت دانه بی تأثیر است.
وانگ و هو7 به بررسی راهکارهای مختلف برای مدیریت رسوب مخازن در کشور چین پرداختند و به این نتیجه رسیدند که فلاشینگ آزاد باعث تنش های اکولوژیکی بالایی به اکوسیستم پایین دست مخزن سد می شود. آنها ذخیره آب صاف و رهاسازی جریان غلیظ را به عنوان بهترین راهکار برای کنترل رسوب در مخازن پیشنهاد نمودند. این روش دارای مزیت استفاده از انرژی برقآبی بوده و ثبات اکولوژیکی را مورد توجه قرار میدهد .[9]سکوییرس و همکاران8 به بررسی مدیریت رسوب با استفاده از جت و جریان غلیظ پرداختند و این مطالعه را در مخزن سدی در شیکاگو انجام دادند.
آنها در این مطالعه به تعیین امکان سنجی فرسایشپذیری رسوبات ریزدانه بستر بوسیله جت و انتقال آن بوسیله جریان غلیظ پرداختند. برای این کار یک مدل عددی برای مطالعه ظرفیت انتقال جریان در شرایط صحرایی به کار گرفته شد. نتایج نشان داد مقادیر زیادی از رسوب در نزدیکی ناحیه تخلیه می تواند فرسایش یافته و قسمتی از رسوب فرسایش یافته می تواند توسط جریان غلیظ به پایین دست انتقال یابد. ظرفیت انتقال جریانکاملاً وابسته به شرایط اولیه جت تخلیه شده دارد. مطالعات فرسایش و رسوب انجام شده در مورد حوضه آبریز سد سفیدرود بیانگر ظرفیت بالای رسوبزائی
