بخشی از مقاله
چکیده
رودخانهها یکی از منابع اصلی تأمین آب جهت مصارف مختلف شهری، کشاورزی، صنعتی و تجاری و ... میباشند. از آنجایی که الگوی زمانی جریان رودخانه همواره بر الگوی زمانی مصارف منطبق نیست لازم است که به نحوی جریان را در مواقع پر آبی کنترل نمود و از آن برای موقع کمآبی استفاده نمود.
سیستمهای مخازن سدها برای تنظیم و کنترل دبی رودخانه مورد استفاده قرار میگیرند تا آب مورد نیاز در زمان و مکان را در دسترس قرار دهند. لذا طراحی مخزن از نظر حجم ذخیره مورد نیاز از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد. در طراحیهای فعلی میزان تأمین ثابت در نظر گرفته میشود که این امر انعطاف عملکرد مخزن را کاهش میدهد. لذا میتوان جهت طراحی میزان تأمین مختلفی را اعمال نمود. پس از محاسبه حجم و شاخصهای عملکرد مخزن نظیر ایمنی - Reliability - ، انعطاف پذیری - Resiliency - و آسیب پذیری - Vulnerability - ، میزان تأمین بهینه را مشخص نمود.
بدیهی است در چنین حالتی از منابع آبی موجود حداکثر استفاده صورت خواهد گرفت. در این مقاله سه سد به عنوان نمونه مورد نظر قرار گرفته است که در مورد هر یک ابتدا ۰۰۰۱ دوره جریان مصنوعی تولید شده و سپس این مقادیر در طراحی مخزن برای ۸ سطح ایمنی - ۰۰۱% تا ۰۹% - و ۷ سطح تأمین از ۰۸% تا ۰۲% متوسط آورد رودخانه - ، مورد استفاده قرار گرفته است و سپس با استفاده از روابط موجود، هر یک از شاخصهای عملکرد محاسبه شده و با استفاده از رسم نمودارهای مورد نیاز، میزان تأمین بهینه مشخص شده است.
۱- مقدمه
وقتی که کل آب مورد نیاز در مقایسه با جریان طبیعی رودخانه کمتر باشد، نیازها را می توان از جریان طبیعی رودخانه تأمین نمود. همچنین وقتی که نیاز آبی بیش از جریان طبیعی رودخانه باشد، مقدار کمبود را میتوان از ذخیره نمودن آب سطحی تأمین نمود. بنابراین مخازن سدها اغلب اوقات المانهای مهمی در سیستمهای منابع آب به شمار میروند. این مخازن برای توزیع مجدد مکانی و زمانی کمی و کیفی آب مورد استفاده قرار میگیرند و نیز توانایی تولید انرﮊی برق را افزایش میدهند. ا
گر یک مخزن برای موقعیت خاصی مورد نیاز باشد لازم است که طراح بداند برای تأمین نیازهای مشخص شده، چه حجمی از ذخیره مورد نیاز است یا اینکه تأمین نیاز با چه سطح ایمنی قابل قبول میباشد - ۸ - سؤالات متعدد دیگری را نیز میتوان در این زمینه مطرح نمود، اما نیاز اصلی ما این است که رابطه بین مشخصات جریان ورودی به مخزن، ظرفیت مخزن، میزان رهاسازی کنترل شده از مخزن و ایمنی عملکرد مخزن را پیدا نماییم.
در سال ۲۸۹۱ شاخص های عملکرد مخزن توسط Hashimoto و همکارانش مطرح گردید که پارامترهای خوبی جهت ارزیابی عملکرد مخزن به شمار میروند. این شاخصها تصمیمگیری بهتری در مورد حجم مخازن، پیکربندی سیستم و سیاستهای بهرهبرداری به دست میدهند - ۱ - . یکی از این موارد مهم را میتوان به صورت تعیین اپتیمم تأمین از سد عنوان کرد که در این مقاله به بررسی آن میپردازیم.
۲- ضوابط کارآیی سیستم مخزنی
یکی از مسائل مهم در طراحی سیستم مخازن، پارامتری نمودن کارآیی و عملکرد مخزن در محدوده وسیعی از نیازهای ممکن و شرایط هیدرولوﮊیکی می باشد که در عملکرد آینده سیستم امکان وقوع آن وجود دارد. این کارآیی سیستمهای مخازن اغلب اوقات توسط ضوابط کارآیی، ارزیابی و اندازهگیری میشوند که براساس شرایط خاصی از عملکرد نادرست مخزن در طول پریودهای خشکی بنا شده است.
در اغلب مواقع، عملکرد نادرست سیستم، شکست تعریف میگردد - Failure - که همان ناتوانی سیستم مخزن جهت تأمین نیاز در طول یک دوره مشخص می باشد
Hashimoto و همکارانش در سال ۲۸۹۱ برای اولین بار این مقوله مهم را در عملکرد سیستمهای مخزن مطرح نمودند. ایشان سه پارامتر را برای اندازهگیری تأثیرات عملکرد مخزن ارائه دادند که عبارتند از : ایمنی، آسیب پذیری و انعطاف پذیری. در سال ۷۹۹۱، Loucks و همکارانش شاخص پایداری - Sustainability - و نیز Zongxue و همکارانش در سال ۸۹۹۱، شاخص خشکسالی - Drought Index - را به عنوان شاخصهای دیگر مطرح نمودند. در اینجا از سه شاخص عنوان شده توسط Hashimoto استفاده کردهایم و لذا در بخشهای بعدی هر یک را توضیح میدهیم.
۲-۱- ایمنی - Reliability -
ایمنی مقولهای است که به طور وسیع در ارزیابی رفتار سیستمهای منابع آب با مخازن، در طول دوره بهرهبرداری، مورد استفاده قرار میگیرد. گاهی اوقات آن را مخالف ریسک مطرح میکنند
این پارامتر - ایمنی - گاهی اوقات امکان عملکرد بدون شکست سیستم در طول یک پریود طراحی N ساله تعریف میگردد. به عبارت دیگر میزان مواقعی را که سیستم مخزن قادر به تأمین نیاز میباشد را نشان میدهد - - 1,6 نوع دیگر ایمنی، ایمنی حجمی میباشد که توسط Fiering در سال ۷۶۹۱ عنوان گردید و آن نسبت حجم آب تأمین شده به کل نیاز آبی برای دوره مطالعاتی مورد نظر میباشد. معادلات ۲ و ۱ به ترتیب ایمنی زمانی و حجمی را نشان میدهند:
:δ ایمنی زمانی - ۱ ≤ δ ≤ ٠ -
:ν ایمنی حجمی - ۱ ≤ ν ≤ ٠ -
:f کل تعداد پریود شکست
:T کل تعداد پریودهای آماری
:Rt میزان رهاسازی از مخزن در t ﹶُمینا پریود خشکسالی
:Rt* میزان رهاسازی مورد نظر در t ﹶُمینا پریود
ایمنی زمانی پارامتری ساده از نظر محاسبه و استفاده میباشد، اما نمیتواند ایده ای در مورد مقدار کمبود آب در طول دوره خشکی یا توانایی مخزن جهت جبران شکست را به دست دهد. پس لازم است که شاخصهای دیگری تعریف گردد که این نواقص را جبران نماید
۲-۲- انعطاف پذیری - Resiliency -
اغلب اوقات لازم است بدانیم که مخزن با چه سرعتی از حالت شکست خارج میگردد. انعطاف پذیری به عنوان نشاندهنده سرعت پوشش شکست مورد استفاده قرار میگیرد. همانند ایمنی، تعریفهای مختلفی برای انعطاف پذیری نیز وجود دارد
