بخشی از مقاله
چکیده
احداث سد در مسیر رودخانه سبب بهم خوردن تعادل هیدرودینامیکی شده و در نتیجه تمامی یا بخشی از رسوبات حمل شده توسط عاملی همچون آب ، در سد بجا می ماند. اگر در طراحی یک سد، مسئله رسوب مورد توجه قرار نگیرد، پس از مدتی سازه های آبگیر و تاسیسات نیروگاههای برق آبی با مشکل جدی مواجه می گردند و ازهمه مهمتر اینکه حجم ذخیره مخزن نیز کاهش می یابد.
همچنین ضمن ایجاد اشکالات عدیده در باز و بسته شدن دریچه های عمقی و نیمه عمقی سد، موجب افزایش سطح مخزن و افزایش تبخیر آب می شود. هدف از مطالعات رسوبگذاری مخازن سدها، تعیین مقدار و نحوه ی توزیع رسوبات و یا بعبارتی تعیین توزیع زمانی و مکانی رسوبات در مخزن می باشد. با توجه به پیچیدگی فرآیند رسوبگذاری، مکانیزم آن به خوبی شناخته نشده است.
در مطالعه حاضر با بهره گیری از مدل GATARS3 وضعیت رسوبگذاری سد جیرفت مورد بررسی قرار گرفت. بعد از واسنجی مدل به کمک داده های آبنگاری مخزن سد جیرفت، نحوه رسوبگذاری در مقاطع طولی و عرضی ترسیم گردید. در هر مرحله از کالیبراسیون ضرایب به گونه ای تعیین گردید که مقدار تابع خطای RMSE حداقل گردد. سپس نحوه توزیع رسوبات در مخزن مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به پیشبینی مدل به طور متوسط ارتفاع رسوبات در پای دیواره سد سالیانه 1/05 متر افزایش میابد.
مقدمه
یکی از روشهای بهره برداری از منابع آب در نقاط مختلف جهان بنا نمودن سد است. احداث سد در مسیر رودخانه سبب بهم خوردن تعادل هیدرودینامیکی شده و در نتیجه تمامی یا بخشی از رسوبات حمل شده توسط عواملی همچون آب و باد، در سد بجا می ماند. مسئله رسوب و چگونگی توزیع آن در مخزن سد از اهمیت قابل ملاحظه ای برخوردار است. اگر در طراحی یک سد، مسئله رسوب مورد توجه قرار نگیرد، پس از مدتی سازه های آبگیر و تاسیسات نیروگاههای برق آبی با مشکل جدی مواجه می گردند و ازهمه مهمتر اینکه حجم ذخیره مخزن نیز کاهش می یابد.
هدف از مطالعات رسوبگذاری مخازن سدها، تعیین مقدار و نحوه ی توزیع رسوبات و یا بعبارتی تعیین توزیع زمانی و مکانی رسوبات در مخزن می باشد. با توجه به پیچیدگی فرآیند رسوبگذاری، مکانیزم آن به خوبی شناخته نشده است. در گذشته برای بررسی فرآیند رسوبگذاری از روشهای تجربی استفاده می شد.
با پیدایش روشهای ریاضی و پیدایش رایانه های با سرعت بالا و همچنین دسترسی به آمار و اطلاعات مورد نیاز، مدلهای ریاضی و رایانه ای بعنوان ابزار مناسبی که دارای سرعت و دقت بیشتری می باشند، به منظور مطالعه روند رسوبگذاری در مخازن سدها مورد استفاده قرار گرفتند. روشهای ریاضی رسوبگذاری مخازن بر پایه سه تئوری معروف یعنی تئوری جت1، تئوری پخشیدگی1 و تئوری انتقال رسوب2 استوار هستند. از جمله مطالعات انجام شده میتوان به موارد ذیل اشاره نمود.
سیدیان 1385 - - ، وضیعت رسوبگذاری در مخزن وشمگیررا با استفاده از مدل ریاضی GSATRS3 بررسی کرد، همچنین حسن زاده - 1387 - به بررسی رسوبگذاری سد مراغه با استفاده از مدل ریاضی GSATRS3 پرداخت. در این مطالعه روند رسوبگذاری رسوبات ریز دانه در سد جیرفت با استفاده از مدل ریاضی GSATRS3 مورد مطالعه قرار می گیرد.
موقعیت طرح مورد مطالعه
سدّ جیرفت، در حدود 45 کیلومتری شمال غربی شهر جیرفت، در محلی معروف بهتنگِ نرآب، در 28:51:37 درجه شمالی و 57:27:08 درجه شرقی در ارتفاع 1180 متر از سطح دریا بر روی هلیل رود احداث شده است. گنجایش کل مخزن آن 465 میلیون متر مکعب است و توانایی تولید سی هزار کیلووات برق را دارد. دریاچه سد - به مساحت تقریبی دوازده هکتار - حدود 14200 هکتار از زمینهای شهرستان را آبیاری میکند. از اهداف احداث این سد، می توان به تامین آب کشاورزی و صنعتی، کنترل سیل آبهای مخرب، تولید انرژی برق می باشد.
شکل -1 موقیت سد و دریاچه سد جیرفت
معرفی مدل GSTARS
سری برنامه های GSTARS بعلت نیاز به مدلهای کامپیوتری تعمیم یافته روندیابی رسوب و دبی توسعه داده شده اند که می تواند برای حل مسائل پیچیده مهندسی رودخانه در جائیکه محدودیتهای اطلاعات و منابع وجود دارد مورد استفاده قرار گیرند.GSTARS نسخه ی 3 بر مبنای نسخه ی 2/1 - یانگ و سیموئز3، - 2000 می باشد و چهار قسمت اصلی را در بر دارد قسمت اول استفاده از هر دو معادله ی ممنتم و انرژی برای محاسبات پروفیل سطح آب میباشد. این ویژگی به برنامه اجازه می دهد تا محاسبات پروفیل سطح آب را در ترکیبی از رژیم فوق بحرانی و زیر بحرانی انجام دهد. قسمت دوم استفاده از فرض لوله جریان می باشد، که این فرض در محاسبات روندیابی رسوب مورد استفاده قرار می گیرد.
پارامترهای هیدرولیکی و روندیابی رسوب برای هر لوله جریان محاسبه می شود، بدین وسیله متغیرها در راستای عرضی مقاطع عرضی به روش نیمه دوبعدی محاسبه می شوند. قسمت سوم استفاده از تئوری حداقل اتلاف انرژی1 یانگ 1976 - و - 1971، یانگ و سانگ1979 - 2 و - 1980 می باشد که نسخه ساده شده حداقل مجموع قدرت جریان3 برای محاسبه تعادل بین تغییرات عمق و عرض آبراهه می باشد. قسمت چهارم شرایط پایداری دیواره جانبی آبراهه را در بر دارد که بر مبنای زاویه ایستایی مواد تشکیل دهنده دیواره و تداوم رسوب ورودی به آبراهه می باشد.
خطوط جریان و لوله های جریان
لوله های جریان لوله های فرضی می باشند که دیواره هایشان بوسیله ی خطوط جریان تعیین می شود. دبی آب در طول لوله جریان ثابت می باشد زیرا جریان نمی تواند از مرز لوله جریان عبور کند. بنابراین متغییر سرعت در طول لوله جریان با مساحت لوله جریان نسبت عکس دارد. موقعیت لوله جریان برای هر گام زمانی محاسبه می شود، بنابراین به لوله های جریان اجازه داده می شود تا با زمان تغییر کنند. روندیابی رسوب برای هر لوله جریان و هر گام زمانی انجام می شود . ترکیب مواد بستر برای هر لوله جریان در آغاز گام زمانی محاسبه می شود و محاسبات جورشدگی و روسازی بطور جداگانه برای هر لوله انجام می شود. شکل2 نمایی از فرض لوله های جریان را نشان می دهد.
شکل -2 نمای شماتیک لوله های جریان
مواد و روش ها
ابتدا آمار و اطلاعات مربوط به روش بهره برداری از مخزن سد، آمار و اطلاعات هیدرولوژیک، آمار دبی رسوب ورودی به مخزن، دانه بندی رسوب ورودی و دانه بندی رسوبات مواد بستر جمع آوری گردید. اطلاعات جمع آوری شده در دو بخش، شامل داده های هیدرولیکی و داده های مربوط به بخش رسوب به مدل معرفی گردیدند.
با توجه به اطلاعات موجود معادله دبی رسوب به صورت زیر محاسبه شد:
دانه بندی رسوبات مواد بستر:
نمونه های موجود از رسوبات مخزن سد جیرفت رسوبات محدوده دلتا و مقاطع عرضی این منطقه است که به علت کاهش عمق آب در مخزن در تابستان و همچنین خشکسالی های اخیر برداشت شده است.
