بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مهمترین مسایلی که در هنگام احداث و بهره برداری سد حائز اهمیت است مسئله میزان نشت آب از تکیه گاه و پی سد میباشد. در سدهای کارستی بخاطر حضور دو سیستم مجرایی و ماتریکس، مکانیسم حرکت آب زیرزمینی و نشت پیچیده میباشد.
سد کارون 4، یکی از سدهای کارستی است که آبگیری در آن انجام شده است. هدف از مطالعات حاضر بررسی میزان نشت آب با استفاده از شبیه سازی مدل ریاضی آب زیرزمینی محل سد است. بدین منظور از داده های تراز آب زیرزمینی قبل و بعد از احداث سد، لاگهای حفاری، نتایج پرده تزریق، هندسه آبخوان در محل تکیه گاه و اطلاعات دیگر اقدام به شبیه سازی جریان آب زیرزمینی شده است.
مدل مورد استفاده تخلخل دوگانه بصورت المان محدود بوده که جریان ماتریکس بر اساس رابطه دارسی و جریان در محیط کاندویتی و مجرایی بر اساس روابط جریاهای آشفته شبیه سازی میگردد. کالیبراسیون و صحت سنجی با در نظر گرفتن تراز سطح گمانهها در حالت پایدار، ناپایدار و هنگام آبگیری سد، انجام شده است. نتایج این مدلسازی نشان میدهد بیشترین نشت، به داخل رودخانه کارون، صورت میگیرد و میزان نشت از مرز جنوبی مدل، ناچیز میباشد. همچنین نتایج مقایسهی بین میزان نشت از تکیه گاه چپ و راست، نشان میدهد که میزان فرار آب از پهلوی چپ بیش از پهلوی راست میباشد.
-1 مقدمه
در تعدادی از سدهای مناطق کارستی نشت از ساختگاه سدها در نواحی مختلف جهان گزارش شده است - Merritt, 1995 و . - 0LODQRYL ' 2004 پدیده نشت را میتوان به وسیله ردیابی مواد رنگی، هیدروژئولوژی چشمهها و نوسانات سطح آب در گمانهها بررسی نمود
در واقع عوامل ساختاری و تکتونیکی مهمترین عامل نشت آب هستند. هزینه بهبود پی و دیگر کارهای مربوط به اشکال انحلالی سنگ آهک در جهت جلوگیری یا کاهش نشت که میتواند %20-15 هزینه پروژه را به خود اختصاص دهد، بر اهمیت این بررسی می افزاید
اگرچه میزان نشت 5 -10 درصد از میانگین جریان ورودی سالانه، امری عادی است؛ اما در بعضی مناطق میزان نشت از سد به حجمی برابر با میانگین جریان ورودی سالانه از رودخانه، می رسد. میزان نشت به صورت مستقیم یا غیر مستقیم، به دلیل توسعه مجاری کارستی در زیر سد، افزایش پیدا میکند . - Dreybrodet et al, 2002 - بعنوان مثال درسد کامارسکا - - Camarassa در اسپانیا، نشت اولیهی 2/5 m3/s به مقدار 11/5 m3/s بخاطر انحلال پس از آبگیری افزایش یافت.
ازنظر هیدرولیک آب های زیرزمینی، لایههای کارستی از دو محیط کاملا متفاوت تشکیل شده اند، که محیط اول از منافذ ریز و درز شکافهایی تشکیل شدهاند که حداکثر باز شدگی آنها به یک سانتیمتر می رسد و به آن محیط ماتریکس گفته میشود. در محیط دوم، اندازهی درز و شکافها وحفرات انحلالی بیش از یک سانتیمتر است و به آن محیط مجرا - کاندویت - ، می گویند
با آبگیری سدها، در نزدیکی ساختگاه سد، گرادیان هیدرولیکی به شدت افزایش مییابد و باعث میشود آب ذخیره شده در دریاچهی سد از زیر بدنهی سد و از میان شکستگیها، به طرف پایین دست فرار کند و در نتیجه افزایش نشت را در پی خواهد داشت و سازهی هیدرولیکی را به خطر میاندازد
سد کارون4 بر روی سرشاخههای کارون و بر روی سازند آسماری احداث و آبگیری شده است. باتوجه به گزارشات زمینشناسی و لاگهای حفاری منطقه توسعه کارست محتمل میباشد، به گونهای که در بعضی مناطق در تیکه گاه چپ، در هنگام حفاری سقوط یک متری متهی حفاری، گزارش گردیده است
گزارشات توموگرافی نیز وجود منطقهی کارستی در منطقه را تایید میکند. هدف از این تحقیق شبیه سازی میزان نشت از تکیه گاهها و مسیرهای محتمل نشت از سد کارون4 میباشد. بدین منظور از مدل ریاضی المان محدود نرم افزار GW استفاده شده است که بر مبنای روابط تخلخل دوگانه و در نظر گرفتن جریان خطی قانون دارسی و جریان آشفته بنا شده است. حاکمیت جریان آشفته - - Turbulentدر آبخوان محدوده مورد مطالعه ضرورت استفاده از چنین نرم افزاری است.
زمین شناسی وهیدرولوژی منطقه:
سد کارون4 بر روی رودخانه کارون و در فاصلهی 670 کیلومتری ریزشگاه رودخانه کارون به خلیج فارس، احداث شدهاست سد کارون4، برروی چین های تکتونیزه شدهی زاگرس با یک راستای شمال غربی - جنوب شرقی، قرار گرفته است. بیشتر مخزن بر روی آهکها و آهکهای مارنی کرتاسه تا میوسن قرار گرفتهاند. سازندهای زمین شناسی اطراف سد - شکل - 1 شامل سازندهای کربناتهی آسماری که به آسماری پایین - As1 - ، آسماری میانی - AS2 - ، و آسماری بالایی - AS3 - تقسیم می شوند، به همراه مارلستون و آهک مارنی نفوذناپذیر سازند پابده - Pd - تقسیم می شوند
شکل :1 تقسیم بندی واحدهای زمینشناسی ساختگاه و محل گالریهای تزریق - Grouting Galleries -
چشمه های موجود در منطقهی مورد مطالعه بیشتر از نوع فصلی و حتی لحظه ای محسوب می شوند و بیشتر آنها هیچگونه سنخیتی با مخزن ندارند. در واقع بر طبق دادههای موجود، در طی روند آبگیری تغییری در میزان آبگیری چشمهها مشاهده نشد
-2 مدلسازی
بمنظور انجام شبیه سازی تکه گاه سد از نرم افزار المان محدود و تخلخل دو گانه GW استفاده شده است. این نرم افزار توسط دانشگاه نیوشتل در سویس توسعه داده شده است. در مدل محیط ماتریکس و مجاری بسیار ریزی که اندازه بازشدگی آنها کمتر از یک سانتیمتر است را بر اساس قانون دارسی و جریان خطی شبیه سازی مینماید. مجاری کاندویتی و انحلال یافته که بیش از یک سانتیمتر بازشدگی دارند، توسط یک شبکهای از لولهها به مدل معرفی شده و از قوانین مربوط به لوله ها استفاده گردیده است. دو محیط کاندویتی و ماتریکس توسط یک ضریب تبادل و اختلاف تراز بارآبی مابین آنها به یکدیگر متصل میشوند.
یکی از مهمترین بخش در انجام مدل، تعیین هندسهی مدل میباشد. براساس بررسیهای سطحی و زیرسطحی، نقشههای توپوگرافی، تصاویر هوایی و بازدید میدانی، هندسه مدل مشخص شد. در این مرحله گسلها و گمانهها و موقعیت پدیدههای مهم بر مدل نظیر پردهی آببند، برای مدل تعریف شد. در مرحلهی بعد به تعیین تراز کف و تراز بالای آبخوان پرداخته شد. ضخامت آهک موجود در زیر سدها که در ایران تا 100 متر هم میرسد، در فرار آب بسیار مؤثر است و هر چقدر ضخامت آن بیشتر باشد نگرانی برای فرار آب از سد بیشتر خواهد بود.
در این راستا سعی شده که تراز کف را همانند تغییرات سطح سازند پابده به مدل اعمال کرد. براساس مطالعات صورت گرفته، تراز سنگ کف، به صورت افقی نبوده، بلکه با توجه به فاصله از رودخانه این مقدار متفاوت بوده است. به گونهای که در نزدیک بستر رودخانه بیشترین عمق و در انتهای گالریها عمق کمتری برای آن مشخص شده است. این اطلاعات با استفاده از ترکیب دادههای حاصل از لاگهای حفاری و آزمون لوژان و نیز نیم رخ زمینشناسی منطقه بدست آمد. بنابراین برای این مدل تراز کف از عمق 650 تا 800 متری طراحی گردید. تراز بالای آبخوان با بدست آوردن تعدادی از نقاط در هر دو سمت تکیهگاهها و درون یابی، ارتفاع سطح زمین برای مدل تعریف گردید
شکل :2 طراحی تراز کف مدل
1-2 پارامترهای هیدرولیکی ورودی به مدل
سازند کارستی تکیهگاههای سد، داراییک آبخوان نسبتاً بزرگ و هتروژن میباشد، لذا نمیتوان آبخوان را به مدل بصورت هموژن معرفی کرد. بر مبنای نتایج حاصل از آزمونهای لوژان صورت گرفته و همچنین شرایط متفاوت ساختاری در منطقه و نقشههای زمینشناسی، آبخوان شکل گرفته در تکیهگاه، به 13 زون با هدایت هیدرولیکی و ضریب ذخیره و همچنین تخلخل موثر مختلف تقسیم شد
