بخشی از مقاله
خلاصه
محققان علم هیدرولیک رسوب، رسوبات را به دو دسته چسبنده و غیر چسبنده تقسیم کردهاند. تفاوت این دو نوع رسوب در اندازه متوسط دانهها و میزان رس و لای موجود در آنهاست که به رسوب خاصیت چسبندگی میدهد. این دو نوع رسوب در فرسایش مکانیزم متفاوتی دارند. در رسوبات غیرچسبنده فرسایش دیواره همزمان با فرسایش کف اتفاق میافتد در صورتی که در رسوبات چسبنده تنها بخش ناچیزی به این طریق فرسایش مییابد و بیشتر فرسایش دیواره به خاطر ریزش و لغزش آن به درون کانال و در اثر تعمیق و حرکت آب و رسوب در کانال صورت می گیرد.
در تحقیق حاضر پس از معرفی و شرح مکانیزم فرسایش در رسوبات چسبنده و روابط حاکم بر آن، مدل ریاضی ارائه شده مورد بررسی قرار خواهد گرفت. سعی میشود تا نتایج حاصل از این مدل با نتایج واقعی از عملیات رسوبشویی انجام شده در مخزن سد سفیدرود مقایسه شود و در نتیجه برنامه برای این اطلاعات کالیبره میشود. میتوان پس از کالیبراسیون برنامه حاضر، از آن در محاسبه ابعاد کانال فرسایشی اولیه و پیشگویی راندمان عملیات رسوبشویی به روش فرسایش پسرونده در رسوبات چسبنده استفاده کرد.
1. مقدمه
چندی است که مسئله رسوب مخزن سدها به عنوان یک معضل بزرگ در امر سدسازی چهره گشوده است و موارد بسیاری در جهان و ایران وجود دارند که در اثر انباشته شدن رسوب در مخازن از عمر مفید سدها به صورت چشمگیری کاسته شده است. مثلاً سد سفیدرود که امروزه نقشی حیاتی در حاصلخیزی دشت گیلان ایفا می کند، در اثر بروز این معضل با خطر مواجه میباشد، لذا هر تلاشی که در این زمینه و برای رفع این مشکل صورت گیرد، دارای اهمیت میباشد. در میان این روشها نیز هر روشی که از لحاظ اقتصادی مناسبتر باشد، بیشتر مورد توجه قرار میگیرد. رسوبزدایی به روش ایجاد فرسایش پسرونده با داشتن راندمان بالا از لحاظ اقتصادی بسیار کم هزینه میباشد.
رسوبزدایی مخزن سدها از طریق ایجاد فرسایش پسرونده روشی کاملا جدید میباشد که در این روش از اهرم قدرت هیدرودینامیکی آب در جابجایی سوبات استفاده میشود. این روش هم نوعی انحراف رسوبات بوده و هم می توان آن را نوعی رسوبشویی نامید. آنچه در این میان مطرح است عملکرد بسیار مثبت این روش در جابجایی رسوبات تهنشین شده در مخزن و نزدیک نمودن آنها به دریچههای تخلیه کنندهها میباشد. در این نوع روش از رسوبزدایی چند عامل نقش مهمی را در بالابردن بازده عملیات ایفا میکنند.
یکی بالا بردن رقوم آب در ابتدای کانال نسبت به انتهای آن است که باعث افزایش شیب طولی کانال گشته و در نتیجه افزایش تنش برشی و سرعت جریان را در بر اشته و موجب شسته شدن رسوبات بیشتری خواهد شد. این امر با احداث یک بند خاکی در ابتدای کانال و بالا بردن رقوم آب در پشت بند خاکی و هدایت آن به داخل کانال صورت میگیرد. با بالا رفتن دبی کانال، فرسایش کمکم از انتهای کانال شروع شده و به سمت بالادست کانال گسترش مییابد و بدین ترتیب رسوبات جابجا میشوند.
هرچه رسوبات عمر کمتری داشته و سستتر باشند بازده عملیات بالاتر خواهد رفت. همانطور که گفته شد این روش، روشی جدید بوده و پژوهشهای تئوری بر روی آن انجام نگرفته است. در این پژوهش سعی شده است تا با ارائه یک تئوری و روشی برای انجام محاسبات مربوط به رسوبات چسبنده مقایسهای بین نتایج تئوری و عملی صورت گرفته و روشهای تئوری موجود و برنامه کامپیوتری ارائه شده مورد ارزیابی قرار گیرد.
2. مروری بر مطالعات انجام گرفته بر روی انتقال رسوبات از مخزن سدها
روشهای انتقال رسوب از مخزن سدها را به دو روش کلی تقسیم بندی کردهاند. این دو روش عبارتند از: لایروبی و رسوبشویی. روش لایروبی روشی مکانیکی برای انتقال رسوبات میباشد و به لحاظ اقتصادی روش گرانی میباشد و تنها زمانی از آن استفاده میشود که برای تخلیه رسوبات به هر دلیلی نتوان از روشهای دیگر رسوبشویی بهره گرفت. رسوبشویی به همراه تخلیه مخزن یکی از اقتصادیترین روشهای بازیابی ظرفیت مخازن است. راندمان این تکنیک بستگی به شکل مخزن، ابعاد و مشخصات سیستم خروجی، مشخصات رسوب ورودی، میزان تحکیم رسوبی، تراز دریاچه، دبیهای ورودی و خروجی آب، مدت زمان شستشو و غیره دارد.
روش رسوبشویی بر پایه قدرت هیدرودینامیکی آب استوار است و بنابراین محققان بسیاری در مورد لحظه شروع به حرکت ذرات رسوبی و نحوه حرکت آنها مطالعه و تحقیق نموده اند. بسیاری از محققان برای شروع به حرکت ذره لحظهای را نسبت میدهند که به آن آستانه حرکت ذره میگویند و روابطی نیز برای محاسبه زمان شروع به حرکت ذره ارائه داده اند. تعدادی از این محققان عبارتند از: شیلدز، گسلر و لین که منحنی هایی برای آستانه حرکت ارائه داده اند و وایت، کالینسکی، شولیتس و هیل که با ارائه روابطی وجود لحظه ای به عنوان آستانه حرکت را در تحقیقاتشان درنظر گرفته اند.
در اثر حرکت آب در کانال، یک تنش برشی در لایههای سطحی رسوبات ایجاد میشود. رسوبات تا حدی از تنش برشی را می توانند تحمل کنند و در مقادیر بیشتر از آن رسوب از لایههای زیرین کنده شده و وارد جریان آب و رسوب میشود. این حد از تنش برشی را تنش بحرانی میگویند. روابطی برای محاسبه تنش برشی بحرانی توسط افراد مختلف ارایه شده اند که در در جدول - 1 - به تعدادی از آنها اشاره میشود.
4. مکانیزم فرسایش در رسوبات چسبنده
در رسوبات غیرچسبنده به دلیل ریزش کم جداره ها از این عامل در محاسبات حجم رسوبات منتقل شده صرفنظر گردید اما در رسوبات چسبنده بخش قابل توجهی از انتقال رسوب و فرسایش جداره های کانال مربوط به لغزش و ریزش تودهای در جدارهها میباشد بنابرای در مدل ریاضی مربوط به رسوبات چسبنده بایستی فرسایش بستر و جدارهها با لغزش جدارهها بطور همزمان در نظر گرفت. برای محاسبات مربوط به لغزش و ریزش جداره ها از تئوری مربوط به پایداری شیروانیها استفاده شده است.
در بین روشهای تحلیل پایداری شیروانیها، به دلیل در نظر گرفتن چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی و سطح گسیختگی مسطح از روش کولمن استفاده شده است. در این روش فرض شده است در زمانی که مقدار متوسط تنش برشی مایل به ایجاد لغزش، بزرگتر از مقاومت برشی خاک شود گسیختگی در یک صفحه مسطح اتفاق خواهد افتاد. روند فرسایش در رسوبات چسبنده یک فرآیند 6 مرحلهای میباشد. شکل - 1 - این مراحل را نشان میدهد.
