بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از عوامل بسیار مهم در کاهش راندمان انتقال، رسوبگذاری در کانال های انتقال آب است. بطوریکه ترسیب در کانالها باعث کاهش ظرفیت انتقال و افزایش هزینه نگهداری و لایروبی کانالها و تاسیسات وابسته می شود. حوضچه های ترسیب یکی از مهمترین و عمومی ترین روش های حذف رسوبات معلق اضافی در ابتدای شبکه های آبیاری، تاسیسات تصفیه آب و فاضلاب و کانال های منتهی به توربین های تولید برق است. طراحی این سازه بر مبنای افزایش مساحت برای کاهش سرعت جریان و ترسیب رسوبات با نیروی ثقل می باشد.
در این میان طراحی مناسب خود سازه حوضچه نیز با توجه به هزینه های بالای احداث آن در تاسیسات آبیاری و تصفیه آب و فاضلاب اهمیت بسیاری دارد. در مطالعه حاضر برای ترسیب رسوبات نهر صومعه کبودین، طراحی بهینه حوضچه ترسیب با استفاده از نرم افزار عددی Sharc انجام گرفته و ابعاد بهینه آن با طول 50 m و عرض 4m با زمان پرشدن 150روز و با لحاظ راندمان تله اندازی بالای 77% برای دبی طرح 0/2 مترمکعب در ثانیه بدست آمده است.
در این میان نتیجه طراحی حاکی از این بوده است که دبی پایین و شیب کف بسیار ملایم در راندمان تله اندازی حوضچه مذبور تاثیر قابل توجهی داشته و باعث کاهش شدید سرعت تخلیه شده و در نتیجه طراحی کانال فرار را برای این حوضچه که بمنظور هدایت و انتقال جریان خروجی در تخلیه کننده های رسوب طراحی و ساخته می شود توجیه پذیر نمی سازد.
1. مقدمه
کنترل رسوب از مسائل بسیار مهم در طراحی تاسیسات آبیاری بوده و عدم توجه به رسوبات ورودی به آبگیرها، باعث انتقال آنها به تاسیسات انتقال و توزیع در شبکه های آبیاری و زهکشی میشود. انتقال رسوبات به شبکههای آبیاری مشکلات عدیده ای را بوجود میآورد. مسائلی نظیر کم شدن ظرفیت انتقال جریان آب توسط کانالها به دلیل تهنشینی رسوبات در کانال وکم کردن سطح مقطع موثر کانال، فرسایش و تخریب دیوارههای کانال به دلیل وجود ذرات درشتدانه به همراه جریان و همچنین رشد علفهای هرز در رسوبات تهنشین شده ی ریزدانه، قطع آب بصورت موردی برای لایروبی کانال، صرف هزینههای اقتصادی گزاف به منظور اجرای عملیات لایروبی و تخریب پوشش کانال در حین انجام این عملیات، اختلال در کارایی اجزای شبکه نظیر دریچهها و کاهش راندمان شبکه [1]، افزایش ضریب زبری کانال و در نتیجه کاهش ظرفیت انتقال.
لذا به منظور جلوگیری از ورود رسوبات به داخل کانال و کاهش هزینه های نگهداری شبکه، در اکثر طرح های انحراف آب از رودخانه های با آورد رسوب زیاد، ایجاد یک حوضچه رسوبگیر در پایین دست حوضچه ورودی کانال اصلی، بسیار ضروری می باشد و بهمین دلیل پژوهش های ارزنده ای نیز در این راستا توسط محققان مختلفی ارائه شده است 2]و 3 و 4 و 5 و .[ 6 در حالت کلی روشهای مختلفی برای طراحی حوضچههای ترسیب ارائه شدهاند. در روش کلاسیک اگر فرض شود که ذره رسوبی در ابتدای حوضچه در سطح آب قرار داشته باشد، درآن صورت طول حوضچه باید آن چنان باشد که این ذره در این فاصله نهشته شود.
در نتیجه طول حوضچه برابراست با: که در این رابطه V و H بترتیب عبارتند از سرعت جریان در حوضچه و عمق حوضچه و Z سرعت سقوط ذرات است. نیز ضریبی است که برابر 1/2 اختیار می گردد .[7] مطابق رابطه فوق هرچه سرعت کمتر باشد طول حوضچه نیز کاهش مییابد. در صورتی که تجربیات محققین نشان دادهاست که این نظریه صحیح نیست و در عمل راندمان حوضچه نمیتواند از یک مقداری بیشترگردد.
در حقیقت مطابق رابطه فوق برای افزایش راندمان ترسیب، طول حوضچه باید طولانی و از طرفی افزایش طول حوضچه نه تنها راندمان را از حدی بالاتر نمیبرد بلکه باعث افزایش هزینه های سازه نیز میگردد. از این رو لازم است تا برای طراحی از روشهای نوین بهره گرفت. محققان بسیاری 8] و [9 به موضوع تعیین ابعاد و اجزائ حوضچه رسوبگیر و مبانی طراحی آن پرداخته اند.
اما یکی از ابزارهای جدید در این زمینه نرم افزار SHARC میباشد که بدلیل دقت و سرعت بالا اخیرا مورد توجه طراحان بسیاری قرار گرفته است. محققانی نظیر ساجدی پور و همکارن [10] با استفاده از نرم افزار Sharc یک روش تحلیلی برای برآورد انتقال رسوب در کانال های بتنی ارائه کردند و به این نتیجه رسیدند که در یک نقطه خاص بین کمیت نسبت استخراج و کمیت راندمان تله اندازی تعادل ایجاد شده و بعد از آن هرچه نسبت استخراج بیشتر شده راندمان تله اندازی نیز به همان نسبت افزایش می یابد.
خلیلی و همکاران [11] نیز با استفاده از نرم افزار Sharc به چگونگی کنترل رسوب بوسیله حوضچه ترسیب از نوع دفور بعد از اجرای شبکه آبیاری و زهکشی پلدشت پرداختند و با ارائه راندمان تله اندازی 80 درصد برای دبی حداکثر طرح، کارایی این نرم افزار را در طراحی بهینه حوضچه ترسیب نشان دادند. در این مطالعه نیز طراحی بهینه حوضچه ترسیب برای جریان رسوبی نهر صومعه آرخی واقع در امتداد رودخانه کلامرزچای از شهرستان میانه با استفاده از نرم افزار مذکور و با در نظر گرفتن شرایط توپوگرافی منطقه با راندمان بالای 70درصد انجام می گردد.
.2 مواد و روشها
.1 .2 منطقه مورد مطالعه
نهر آب آور صومعه آرخی در امتداد رودخانه کلامرزچای در مسیر شمال به جنوب در سمت شرق روستای صومعه کبودین از شهرستان میانه جریان دارد. این نهر از زیر شاخههای کلامرزچای محسوب میشود که در محدوده روستای نودوزق از رودخانه اصلی انشعاب میگیرد. این نهر فصلی بوده و در فصول کم آبی رودخانه که امکان آبگیری از رودخانه وجود ندارد خشک میشود. طول تقریبی این نهر تا روستای صومعه کبودین 3/5 کیلومتر می-باشد. با توجه به دبی متوسط عبوری از این نهر 150 - لیتر در ثانیه به مدت 3 ماه - ، حجم کل آب قابل استفاده توسط نهر مذکور 1/2 میلیون متر مکعب میباشد.
.1,1 .2 انتخاب گزینه برتر برای جانمایی حوضچه رسوبگیر
برای جانمایی حوضچه رسوب گیر در مسیر نهر طبیعی پس از پیمایش میدانی و ثبت مختصات، دو گزینه برای محل احداث حوضچه پیشنهاد شده بود که انتخاب هر یک از این گزینه ها مستلزم آگاهی از ابعاد کانال و ملاحظات اجرایی برای جانمایی کانال و ملاحظات توپوگرافی می باشد. نمایی از گزینه های پیشنهادی در شکل 1 نشان داده شده اند. برای انتخاب گزینه برتر پس از انجام مراحل طراحی و دست یابی به ابعاد طراحی و شیب بستر در محل گزینه ها، محل گزینه پیشنهادی شماره 1 بدلیل دارا بودن شیب کمتر در بستر جهت ته نشینی رسوبات و همچنین دارا بودن طول و عرض کافی برای جانمایی رسوبگیر به عنوان گزینه برتر انتخاب گردید.
.2,2 کانال فرار در حوضچه ترسیب
کانال فرار به منظور هدایت و انتقال جریان خروجی در تخلیه کننده های رسوب که حاوی مقادیر زیادی از رسوبات می باشد طراحی و ساخته می شود. غالبا این کانال جریان مذکور را به رودخانه برمی گرداند . جهت کنترل جریان، در ابتدای گالری دریچه یا دریچه هائی تعبیه می گردد و مقطع آن معمولا مستطیلی در نظر گرفته می شود. در طراحی این کانالها هدف تعیین شکل مناسب برای کانال و شیب کافی برای بستر است تا بتواند رسوبات دریافتی از حوضچه را به محل مورد نظر به خوبی انتقال دهد.
.3 معرفی نرمافزار
نرم افزار SHARC یکی ازجدیدترین نرم افزارها در زمینه مدیریت رسوب در طراحی سازه های کنترل رسوب میباشد که توسط موسسه Wallingford انگلستان ارائه شده است. طراحی حوضچهها توسط این مدل شامل دو مدل عددی ته نشینی - Deposition Model - و مدل لایروبی - Desilting Model - است. مدلسازی رسوبات ته نشینی شده در یک حوضچه، با تقسیم آن به تعدادی بازه کوچک انجام میگیرد که دوره های تجمع رسوب نیز به تعدادی مرحله زمانی کوتاه تقسیم می شود و شرایط در هر مرحله زمانی، ماندگار فرض شدهاست.
.4 پیاده سازی نرمافزار
در این تحقیق جهت طراحی حوضچه ترسیب و مقایسه گزینه های طراحی از لحاظ راندمان ها و اندازه ذرات مجاز و شرایط محیطی مختلف از نظر دمای آب و مقایسه فنی و اقتصادی گزینه از مدل Dossbas در نرم افزار Sharc بهره گرفته شده است. مشخصات هیدرولیکی وهندسی کانالMC در محل مورد نظر که بلافاصله قبل از محل استقرار حوضچه قرار می گیرد درجدول شماره - 1 - ارائه شدهاست. نرمافزار مذکور با دریافت اطلاعات اولیه اعم از اندازه مجاز ذرات رسوب، دبی طراحی، دمای مورد نظر آب، راندمان تله اندازی و ثقل مخصوص ذرات رسوب مقادیر اولیه ابعاد حوضچه ترسیب - طول و عرض - و سرعت سقوط ذرات حسب میلی متر در ثانیه و مساحت حوضچه ترسیب را بدست میدهد.
