بخشی از مقاله
چکیده
امروزه رسوبزدائی از مخازن سدها با ایجاد فرسایش پسرونده به عنوان یکی از مؤثرترین و کاربردیترین روشهای مقابله با پدیده رسوب در سدها مورد توجه قرار گرفته است.نتایج قبلی انجام عملیات تکمیلی شاس در مخزن سد سفیدرود با احداث کانال انحرافی در رودخانه شاهرود در سال ١٣٦٧ مؤید بازده خوب این روش جهت احیای مخزن سد میباشد. در این روش با احداث یک بند خاکی و انحراف جریان آب از تالوگ اصلی به داخل یک کانال انحرافی که در داخل تراس رسوبی حفر شده است، به علت افزایش تنش برشی در بستر، رسوبات نهشته شده در مخزن به پاییندست هدایت میشوند.
هدف از مقاله حاضر بررسی مبانی تئوری و عملکرد فرآیند فرسایش پس رونده در تخلیه رسوبات از مخازن سدها با تأکید بر نتایج حاصله از سدهای سفیدرود و تاریک در استان گیلان می باشد. در این پژوهش ضمن ارائه یک مدل ریاضی جهت تخمین مقدار فرسایش پس رونده، کلیه پارامترها و عوامل مؤثر در این پدیده مورد بحث قرار گرفته و تاثیر هر یک از آنها بر مقدار انتقال رسوب بررسی شده است. نتایج مدل ریاضی با مشاهدات عینی و اندازه گیریهای انجام شده در خصوص سدهای سفیدرود و تاریک مقایسه شده که منجر به نتایج قابل قبولی شده است . به عنوان نمونه عملیات انجام شده جهت رسوبزدائی از دریاچه سد انحرافی تاریک منجر به تخلیه حدود ٣٥٠ هزار متر مکعب رسوب در مدت زمان ١٠ روز از طریق مجرای تخلیهکننده تحتانی سد به پائین دست شده است که تطابق بسیار خوبی را با نتایج پیشبینی شده توسط مدل ریاضی نشان میدهد.
کلید واﮊه ها : رسوبزدائی ، مخازن سدها، فرسایش پسرونده، تنشبرشی ، بسترکانال ، جداره کانال
١ – مقدمه
عملیات شاس یا فلاشینگ از جمله روشهای موفق در امر رسوبزدائی از مخازن سدها میباشد. در این روش با باز نمودن دریچه های تحتانی و تخلیه آب مخزن، رسوبات انباشته شده در مخزن از طریق دریچه ها و فرسایشی که در بالادست سد صورت میگیرد به پایین دستمنتقل می شوند. هر چه رسوبات انباشته شده در مخزن سد به محل دریچههای تحتانی نزدیکتر باشند و هر چه این رسوبات کمتر تحکیم یافته باشند، راندمان رسوبشوئی بالاتر خواهد بود. عملیات تکمیلی شاس اخیراﹰ در سدهای سفیدرود - شاخه قزل اوزن - و تاریک و در گذشته در شاخه شاهرود سد سفیدرود به مرحله اجرا گذاشته شده و منجر نتایج قابل قبولی شده است]١.[ در مقاله حاضر، سعی شده است تا با ارائه یک مبنای تئوری برای فرسایش پسرونده مکانیزم این روش بررسی شده و نتایج عملی و تئوری با هم مقایسه شوند.
٢ – عملیات تکمیلی شاس
عملیات تکمیلی شاس با احداث یک بند خاکی در سرشاخه های ورودی به مخزن و بالا آوردن رقوم آب در پشت بند خاکی و با احداث کانالی در تراس رسوبی، از محل بند خاکی تا نزدیکیهای دریچههای تحتانی و آباندازی این کانال به مرحله اجرا در میآید. با ورود آب به کانال فرسایشی احداث شده در تراس رسوبی و وقوع فرسایش در کانال به تدرج مقطع کانال خود را باز نموده و رسوبات توسط جریان آب به نزدیکی محل سد انتقال مییابند . آنچه در این میان مطرح است عدم وجود یک پایه تئوری برای این روش و محاسبات مربوط به فرسایش پسرونده میباشد. در این مرحله سعی میشود با ارائه روشی برای محاسبه میزان رسوبات انتقال یافته از این عملیات مقایسه ای نیز بین نتایج عملی و تئوری صورت گیرد . به دلیل تفاوت در مکانیزم فرسایش در رسوبات چسبنده و غیر چسبنده به صورت جداگانه به هر یک پرداخته می شود.
٣ – مدل ریاضی فرسایش پس رونده در رسوبات غیر چسبنده
با افزایش تنش برشی در بستر و جداره کانال از حد مجاز ، به تدریج عرض و عمق کانال اولیه افزایش یافته و رسوبات شسته شده بدین طریق به پایین دست سد منتقل می شوند.اگر مقطع کانال حفر شده در داخل تراس رسوبی به صورت ذوزنقه و با عرض کف B و ارتفاع H و شیب جداره بصورت ا عمودی به Z افقی فرض شود در این صورت میزان دبی عبوری از مقطع کانال انحرافی را می توان از رابطه مانینگ محاسبه نمود. ]٢[ با در دست داشتن دبی اولیه طرح می توان عمق نرمال در کانال را محاسبه نموده و با محاسبه دبی عبوری از مقطع کانال و مقایسه آن با قابلیت انتقال دبی مقطع که از رابطه مانینگ بدست می آید از عدم وقوع طغیان در کانال آگاهی یافت. همچنین تنش برشی در کف یک کانال عریض را می توان از رابطه - ١ - تعیین نمود. - ١ - که در آن γ وزن مخصوص آب می باشد. همچنین، تنش برشی در جداره های کانال تابعی از مشخصات خاک و شیب جداره بوده و از رابطه - ٢ - محاسبه می گردد: که در آنγ s وزن مخصوص رسوبات می باشد. با افزایش تنش برشی از حد مجاز ، فرسایش در بستر و جداره اتفاق افتاده و دبی وزنی رسوب منتقل شده در واحد عرض کانال فرسایشی را می توان از روابط مختلفی تخمین زد. به عنوان مثال رابطه - ٤ - بیانگر معادله شیلدز در این زمینه است] ٣:[
در این رابطه ، q دبی جریان و gs دبی رسوبات منتقل شده می باشد. با توجه به مدل ریاضی توضیح داده شده می توان با تهیه یک برنامه کامپیوتری میزان رسوب انتقال یافته و مقادیر تعریض کانال در زمان های مختلف و همچنین تأثیر پارامترهای مختلف بر این پدیده را بررسی نمود. داده های ورودی به برنامه عبارتنداز: شیب طولی و عرض کانال، وزن مخصوص رسوبات ، ارتفاع کانال، قطر متوسط رسوبات، کل زمان در نظر گرفته شده ، تعداد بازههای زمانی، طول کانال، دبی اولیه طرح، هیدروگراف سیل، زاویه اصطکاک داخلی، شیب کناره ها و عمق بستر سنگی. در مرحله بعد با انجام محاسبات لازم وقوع طغیان در کانال کنترل شده و سپس وقوع فرسایش در جداره و کف کنترل می شود. سپس مقدار رسوب جابه جا شده محاسبه شده و با محاسبه ابعاد مقطع جدید و کنترل بستر سنگی، محاسبات دربازه زمانی بعدی شروع و این روند در کل زمان در نظر گرفته شده برای رسوب زدائی تکرار شده و در نهایت حجم کل رسوب جابه جا شده محاسبه می شود.
٤ – مدل ریاضی فرسایش پسرونده در رسوبات چسبنده
در رسوبات چسبنده هرگاه تنش برشی بستر - - τ از یک مقدار بحرانی - - τe تجاوز نماید فرسایش اتفاق خواهد افتاد . این فرآیند به پارامترهای مختلفی از قبیل ترکیبات معدنی، مواد آلی، چگالی ﻭ سایر پارامترهای رسوب و همچنین ساختار بستر بستگی دارد. نتایج تحقیقات نشان می دهد که تنش بحرانی کف برای فرسایش قویاﹰ به نحوه ته نشینی و تاریخچه تحکیم رسوبات وابسته است ]٧.[ در مورد رسوبات غیرچسبنده به دلیل لغزش و ریزش کم جداره ها از این عامل در محاسبات صرفنظر گردید ولی در خصوص رسوبات چسبنده قسمت اعظم انتقال رسوبات و فرسایش جداره های کانال مربوط به لغزش ﻭ ریزش توده ای می باشد. با توجه به مشاهدات و تجربیات صورت گرفته اینگونه به نظر می رسد که لغزش و ریزش جدارهها کم و بیش از تئوری پایداری شیروانیها پیروی میکند. بر همین اساس یکی از روشهای تحلیل پایداری شیروانیها به نام روش کولمن که در آن سطح گسیختگی به صورت مسطح درنظر گرفته شده مورد استفاده قرار میگیرد. در این روش روابط زیر پیشنهاد شدهاند]٤.[
