بخشی از مقاله
چکیده
در مناطق خشک و نیمه خشک پوشش سبز گیاهی ضعیف بوده و بارندگی به صورت سیل آسا می باشد، بخش عمدهای از خاک در مسیر جریان آب به پایین دست منتقل میگردد. به دلیل انتقال بخش عمدهای از مصالح رسوبی چه به صورت معلق و چه به صورت بار بستر، تأثیرات بسزایی در مرفولوژی رودخانه و رفتار هیدرولیکی آن ایجاد نموده که مطالعه روند آن را در پروژه های مهندسی رودخانه اجتناب ناپذیر نموده است. همچنین رسوب گذاری در مخازن سدها تنها سبب کاهش حجم مفید سد می شود.
از تبعات آن، عدم پایداری سازه ها از یک سو و تحمیل هزینههای فزاینده از سوی دیگر میباشد.در این مقاله روند رسوبگذاری و رسوبشویی بازهای از رودخانه دز بطول 14کیلومتر واقع در بالادست مخزن تا ورودی به مخزن سد دز بوسیلهی مدل SRH-1D مورد مطالعه قرار گرفته است. بعلت شیب زیاد بستر رودخانه، در بالادست رودخانه پدیده رسوبشویی و درپایین دست رودخانه رسوبگذاری مشاهده شد. از میان معادلات مختلف رسوب، معادله Yang نتایج دقیقتری نسبت به دیگر روشها ارائه نمود.
مقدمه
اندازه، شکل و طریقه بهره برداری از مخزن سد بر محل و نوع رسوبگذاری موثر است. در اثر رسوبگذاری، ظرفیت ذخیره مخزن سدکاهش می یابد، علاوه براین رسوبگذاری در مخزن باعث افزایش میزان تبخیر برای یک ظرفیت ذخیره مشخص، آب گرفتگی و تشکیل باتلاق در اراضی بالادست، افزایش قدرت فرسایش رودخانه در پایین دست سد، کاهش حجم کنترل سیلاب و در برخی موارد حاد باعث ایجاد پدیده روگذری در خلال سیل میشود.
افزایش عمق رسوب در پشت بدنه سد ، بر عملکرد تأسیسات خروجی، دریچه ها و شیرهای تراز پایین دست اثرات نامطلوب می گذارد.نحوه رسوبگذاری در مخازن از جمله عواملی است که در طراحی ساختمان و پیش بینی بهره برداری از سدها میبایست دقیقاً مورد مطالعه و ارزیابی قرار گیرد. تهنشینی مواد در دریاچه سد، به ترتیب صورت میگیرد، یعنی ابتدا درشتترین ذرات، سپس ذرات ریزتر و در نهایت ریزترین مواد تهنشین میگردند.
خارج کردن رسوبات از مخزن پر شده بسیار مشکل و پر هزینه می باشد لذا توجه به مدیریت مخازن موجود، برای افزایش راندمان تخلیه رسوب از دریچه ها و بهینه کردن حجم ذخیره، لازم به نظر میرسد. در شرایط جغرافیایی کشور ما که عمدتاً از آب و هوای خشک و نیمه خشک متأثر است و میزان بارندگی آن از 1 متوسط بارندگی جهانی کمتر است، منابع آبی دارای محدودیتهایی می باشند. با این وجود وضعیت فرسایش در ایران حدود 6 برابر بیشتر ازکشورهای اروپایی است. مکانیزم رسوبگذاری در مخازن، شکل گرفتن انباشتههای رسوبی در بالادست سدها و بندها در شکل شماره 1 نشان داده شده است.
مکانیزم رسوبگذاری در مخازن
به طوریکه در شکل 1 نشان داده شده، در دو ناحیه مجزای مخزن مقدار اعظم رسوبات ته نشین میشود. دانه های درشت در ابتدا به جا مانده و به طور تدریجی به طرف پایین دست پیشروی میکنند و دومین منطقه اصلی رسوبگذاری، نزدیک سد در قسمت عمیق مخزن یعنی جایی که جریان آنقدر آرام میشود تا به مواد معلق اجازه رسوب دهد. باتوجه به اینکه مسئله رسوب از چالشهای جدی در رودخانهها و سازههای هیدرولیکی به شمار میآید، کارشناسان زیادی تا بحال در زمینه بررسی رسوب و راههای کنترل آن، تحقیقات متعددی انجام دادهاند که نتیجه آنها تاثیر مطلوبی در روند هر چه بهتر بهرهبرداری و نگهداری از تاسیسات آبی داشته است که در ادامه به تعدادی از این تحقیقات اشاره می شود: محمودیان شوشتری ، م و رنگین کمان ، م ، - 1388 - بررسی و مقایسه روشهای مختلف تهیه سنجهی رسوب بر اساس رژیم آبدهی در رودخانه دز - ایستگاه تله زنگ - ، را مورد تحقیق و مطالعه قرار دادند.
در این تحقیق با بررسی دقیق آبدهی رودخانه دز در ایستگاه تله زنگ ، پنج روش جهت تعیین منحنی سنجه رسوب در نظر گرفته شد. این روشها عبارتند از : روش یک ضابطه ای ، روش دو ضابطه ای و سه ضابطه ای بر اساس نوع سال ، سه ضابطه ای بر اساس مقدار آبدهی و دو ضابطه ای ترسیمی. منحنی سنجه رسوب براساس این روشها و با استفاده از بهینهیابی ریاضی بدست آمده و سپس با استفاده از میزان رسوبات ته نشین شده در مخزن سد دز ضریب خطای هر کدام از روشها معین، و دقیق ترین روش از میان روشها، روش دو ضابطه ای ترسیمی معرفی شده است.
حدادیان نژاد یوسفی و همکاران - 1391 - ، به مقایسه نرم افزارهای SRH-1D و GSTARS-3 دربرآورد رسوب گذاری در بازهای از رودخانهی کرخه و در نزدیکی سد کرخه پرداختند، و نتیجه آنکه مدل SRH-1D نسبت به مدل GSTARS-3 از کارآیی بیشتری برای شبیهسازی وضعیت رسوبگذاری در این بازه برخوردار می باشد. ولی سامانی و کاظمینژاد - 1388 - ، رسوبگذاری در مخزن سدها با استفاده از روشهای مختلف و مقایسه آنها را محاسبه نمودند در این تحقیق پیشبینی وضعیت رسوبگذاری در مخزن سدها با استفاده از روشهای هیدرولوژیکی، کاهش سطح و HEC- 6 مورد مطالعه قرار گرفت. برنامههای کامپیوتری در این خصوص تهیه و سپس مطالعه موردی در مخزن سد دز صورت گرفت. نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از اندازهگیری واقعی مقایسه گردید. نتایج مقایسه نشان میدهد که برنامه HEC-6 مناسبترین و دقیقترین می باشد. مناسبترین روش تعیین ظرفیت انتقال، روش یانگ تشخیص داده شد.
محققان مختلفی از جمله چانگ1 و همکاران در سال 1980 کارهای انجام شده در مورد شبیهسازی عددی در هیدرولیک را مورد بررسی قرار دادهاند و با اعمال فرضیات ساده کننده معادلات حاکم بر روند رسوبگذاری و فرسایش را تحلیل کردهاند. جیل2 در سال 1983 معادله خطی پخشی تشریح کننده روند رسوبگذاری و فرسایش را با سری فوریه و روشهای تابع خطا حل کرد. ال-سرساوی 3در سال 2005 با استفاده از نتایج سیستم اطلاعات جغرافیایی مناطقی که بیشترین رسوبگذاری را در سد اسوان مصر داشتند شناسایی نمود. ایمری4 نیز در سال 2008 ظرفیت ذخیره این سد را محاسبه نمود و نقشه پایه آن در سال 2006 را ترسیم کرد. فوکس5 و همکاران در سال 2006 ضمن تبیین مکانیسم فرسایش ناشی از تغییرات غلظتهای جریانهای عرضی یک معادله تجربی انتقال رسوب برای شرایط نا متعادل ارائه کردند.
بررسی مدل های ریاضی و معرفی مدل
مدل های ریاضی مختلفی جهت انجام محاسبات انتقال رسوبات وجود دارد که هر کدام به تناسب از پیچیدگی های خاصی برخوردار میباشد. مدل رسوبگذاری و هیدرولیک جریان SRH-1D آخرین نسخه سری مدلهای عددی برای شبیهسازی جریان آب و انتقال رسوب در رودخانههای طبیعی و مصنوعی میباشد.
