نشت آب در سدهاي خاکي و نحوه کنترل آن، اولين گام موثر و يکي از مهمترين مسائلي است که در طراحي سدها مورد توجه خاص متخصصين امر قرار مي‌گيرد. دانش و آگاهي از قوانين بنيادي نشت به متخصصين اجازه مي‌دهد تا از بوجود آمدن مشکلات جدي در کنترل نشت جلوگيري کرده و بهترين نوع سيستم کنترل نشت را انتخاب نمايند. آگاهي از تاثير پارامترهاي زيادي که در نشت آب دخالت دارند مي‌تواند در رفع سريعتر مشکلات طراحي کمک شاياني بنمايد. در اين تحقيق جهت آناليز نشت پي و بدنه سدباغكل از نرم‌افزار SEEP/W استفاده شده است.
مقدمه:
يکي از مهمترين مسائل در سدهاي خاکي مسئله حرکت بطئي آب در بدنه سد و نيز معمولاً در شالوده آن ميباشد ]1[. اين حرکت بطئي که به نام زه‌آب ناميده ميشود، هم به لحاظ محاسبه مقدار تلفات آب که ممکن است درصد مهمي را تشکيل دهد و هم به لحاظ پايداري سد و هم به لحاظ محاسبه زير فشار، محاسبه ضخامت و طول زهکش‌ها، بررسي لزوم چاه‌هاي کاهش فشار، بررسي لزوم تزريق، طرح ديواره آب‌بند و موارد ديگر حائز اهميت ميباشد ]2[.
تا قبل از سال 1965 بيش از 200 سد خاکي با شکست روبرو شده‌اند که بعضي از آنها تلفات جاني نيز داشته‌اند، بعضي از اين سدها حتي قبل از شروع به کار و بهره‌برداري شکسته شده و برخي پس از پر شدن مخزن و يا در زمانهاي بعد تخريب گرديده‌اند، بر طبق گزارشات واصله 25 درصد از اين خرابيها به علت وجود زه‌آب غير مجاز و شسته شدن خاک در اثر زه‌آب بوده است، بنابراين لازم است تا به منظور جلوگيري از خرابيهاي حاصل از زه‌آب مقدار کمي جريان زه در بدنه و شالوده سد خاکي به طور دقيق تعيين گرديده و به ميزان پيش‌بيني شده محدود گردد ]3[.
روشهاي متعددي براي محاسبه زه‌آب سدهاي خاکي وجود دارند که عبارتند از:
1- روش سنتي رسم شبکه جريان که از طريق تعداد بسيار زيادي آزمون و خطا انجام گرفته، وقت‌گير بوده و در نهايت نيز از دقت کمي برخوردار است ]2[.
2- روشهاي حل تحليلي مانند روش دوپويي، روش شافرناک، روش پاولوفسکي و روش گاساگرانده که معتبرترين آنها روش کاساگرانده بوده و همگي داراي تقريب بوده و از دقت خوبي در همه حالات برخوردار نمي‌باشند ]4[.
3- روشهاي آزمايشگاهي که از آن ميان ميتوان به مدل‌هاي شبيه‌سازي الکتريکي اشاره نمود ]5[.
4- روشهاي حل عددي که نياز به کامپيوتر با ظرفيت بالا داشته و دقت آنها در در مقالات بسياري به اثبات رسيده است ]6[.
منطقه اراك با توسعه روزافزون صنايع بزرگ ازقبيل پالايشگاه ،پتروشيمي ،نيروگاه،ماشين سازي وشهرك سازي صنعتي اهميت قابل توجهي برخوردار ميباشد.درحال حاضرتمامي اين صنايع آب مورد نياز خودرا ازمنابع آب زيرزميني دشت اراك وشازند تامين مينمايند استفاده صنايع ازمنابع آب زيرزميني منطقه باتوجه به محدوديت آن علاوه برتاثير منفي برپتانسيل منابع اب زيرزميني دررابطه با تامين آب مورد نياز آينده مشكلات عديده اي ايجاد خواهد .
همچنين استفاده ازسيستم چاهاي جاذب به منظور دفع فاضلاب شهري ونشست فاضلاب صنايع به سفره هاي آب زيرزميني سبب تغير تدريجي كيفيت اين منابع خواهد شد كه درآينده استفاده ازآنهارا بامشكل مواجه ميسازد.با انتقال آب مورد نياز ازحوضه هاي مجاور ميتوان ضمن تامين كمبود آب مورد نظر ،به بهينه سازي برداشت اب ازمنابع محدود زيرزميني كمك كرد .
به منظور تامين اهداف فوق مطالعات شناخت تامين و انتقال آب سرشاخه هاي دز به حوضه استان مركزي درسال 1372 آغاز شد .نتايج بررسي هاي نشان داد كه به لحاظ فني واقتصادي مناسب ترين منبع آب براي انتقال به حوضه استان مركزي درمحل تلاقي رودخانه هاي بزرگ وقلعه نو (محل سدمخزنيكمال صالح) ازسرشاخه هاي رود تيره ميباشد.
دراين راستا مطالعات مرحله اول طرح توسط مهندسين مشاور لار انجام ونتايج آن در18جلد گزارش تهيه وتدوين گرديد . مطالعت مرحله دوم ازنيمه دوم سال 1372آغاز وپيش بيني ميشود كه در پايان ديماه 1380پايان پذيرد.
زمان اجراي طرح :
براي احداث سد شش سال وخط انتقال 5سال پيش بيني گرديده است كه درصورت تخصيص بودجه مورد نياز ، عمليات اجرايي ازسال 1383 آغاز خواهد شد.
مشخصات پروژه:
پس از بررسي ژئوتکنيکي پي و تکيه‌گاهها، وضعيت توپوگرافي محل سد، مزيا و معايب فني و اقتصادي و با در نظر گرفتن حداکثر استفاده از مصالح طبيعي موجود و استفاده بهتر از امکانات اجرايي محلي، بهترين گزينه، سد خاکي با هسته رسي شناخته شده است ]7[. شکل (1) و (2) بترتيب جانمايي سد و مقطع تيپ سد را به همراه مشخصات و ضرايب نفوذپذيري نشان مي‌دهد.
شکل 1: پلان و توپوگرافي سد خاکي كمال صالح
No Flow zone (q=0)
پايين‌دست سد h=40 m
بالادست سد h=63 m
Kx= 4*10-8 (m/s)
Ky= 4*10-9 (m/s)
Kx=Ky= 1.3*10-7 (m/s)
Kx=Ky= 4*10-7 (m/s)
Kx=Ky= 1.3*10-7 (m/s)
L=160 m
Kx= 2*10-8 (m/s)
Ky= 4*10-9 (m/s)
Kx= 1.34*10-4, Ky= 2.7*10-5 (m/s)
Kx= 1.34*10-4, Ky= 2.7*10-5 (m/s)
h=25 m
l=15m
h=20 m
h=6 m
h=3 m
h=7m
h=2 m
شکل 2: مقطع عرضي سد خاکيكمال صالح به همراه ضرايب نفوذپذيري لايه‌هاي مختلف خاک
بدليل پيچيده بودن روشهاي تحليلي حل مسائل نشت و عدم دقت آن، تنها راه عملي روشهاي عددي عددي ميباشد. در ميان اين روشها، روش اجزاي محدود بدليل سازگار شدن با شرايط مساله راه حل مناسبي بوده که در مدل کردن سد خاکي باغكل از اين روش استفاده شده است. معادله اصلي نشت را در شکل سه‌بعدي ميتوان بصورت زير نوشت (معادله لاپلاس) ]8[:
(1)
معادله (1) شكل كلي معادله لاپلاس را در مورد جريان آب در يك محيط متخلخل و در حالت پايدار نشان مي‌دهد. چنانچه محيط همروند باشد Kx=Ky=Kz، بنابراين معادله لاپلاس در چنين محيطي بصورت زير خلاصه ميشود ]8[:
(2)
با تقسيم ناحيه پيوسته جريان به اجزاي کوچکتر، حل مساله محدود به بدست آوردن مقدار h در گره‌هايي ميشود که از بهم پيوستن اجزاي کوچکتر حاصل شده‌اند. بطور کلي براي رسيدن به مقادير h در گره‌هاي اجزاي کوچکتر (المان) گامهاي زير طي ميشود ]9[:
الف) شبکه‌بندي نواحي متفاوت جريان به المان‌هاي کوچکتر
ب) بدست آوردن معادلات
ج) تشکيل ماتريس ضرايب
د) حل دستگاه معادلات
پس از محاسبه مقادير گره‌اي h، خطوط هم‌پتانسيل و جريان بدست آمده و از آنجا ميتوان دبي نشت را محاسبه کرد ]9[. در تحليل نشت مساله مزبور تمامي مراحل توسط برنامه SEEP/W انجام شده است. اين نرم‌افزار هدايت هيدروليكي و رطوبت خاك را به صورت تابعي از فشار آب حفره‌اي به صورت توابع پيوسته مدل مي‌نمايد، در حالي كه نرم افزارهاي ديگر از فرضيات غير واقعي استفاده كرده و اين پارامتر را به صورت پله‌اي مدل مينمايند كه اين به ايجاد خطا در محاسبات مي‌انجامد. دامنه اين تحليل علاوه بر خاكهاي اشباع خاكهاي غير اشباع را نيز در بر مي‌گيرد. اين موضوع تفاوت مهم اين نرم‌افزار با نرم‌افزارهاي ديگر مهندسي خاك است. به کمک شرايط مرزي ميتوان به حل نهايي مساله دست يافت، که اين شرايط بصورت زير اعمال شده است ]10[.
کليه شرايط بر روي گره‌ها اعمال شده، بطوريکه گره‌هاي قرار گرفته در سطوح مخزن داراي بار کل ثابت برابر ارتفاع نرمال مخزن (63 متر) و بار کل گره‌هاي قرار گرفته به سطوح پاشنه پايين‌دست، برابر با بار ثقلي هر گره (ارتفاع گره از سطح دريا) ميباشد. در تکيه‌گاههاي جانبي و بسترنفوذناپذير کف پي، بعلت عدم تبادل جريان، دبي جريان برابر با صفر در نظر گرفته شده است. بدنبال تعيين شرايط مرزي و حل دستگاه معادلات، مقادير گره‌اي h بدست مي‌آيد. با محاسبه h در گره‌ها ميتوان خطوط هم‌پتانسيل و جريان را ترسيم کرد، که در اشکال نشان داده شده است.
مدل‌هاي مورد بررسي:
در اين مقاله مدل‌هاي مختلفي از سد فرنق مدل شده و آبگذري در آن بدست آمده است. در ابتدا براي بررسي تاثير المان‌بندي بر روي نتايج، سد فرنق به سه صورت درشت، متوسط و زير المان‌بندي شد، شکل (3). بر اساس نتايج بدست آمده و همانطور که در جدول (1) نشان داده شده است با ريزتر شدن المان‌ها زه عبوري از بدنه، پي و کل زه عبوري از بدنه و پي سد کاهش مي‌يابد و از 3770 مترمکعب در روز به 3479 مي‌رسد. اما از يک حد به بعد با کوچکتر شدن المان‌ها، تاثيري در نتايج مشاهده نمي‌شود. بنابراين با کوچکتر شدن المان‌ها، نتايج دقيقتر و واقعي‌تر بدست مي‌آيند. در شکل (4) نيز خطوط هم‌فشار و هم‌پتانسيل نشان داده شده‌اند، همانطور که ملاحظه ميشود از بالادست به سمت پايين‌دست فشار کاهش مي‌يابد و از 63 متر در بالادست به 40 متر در پايين‌دست مي‌رسد.
براي بررسي تاثير پرده آب‌بند در کاهش نشت در اين مقاله از پرده آب‌بند به ضخامت 6/0 متر و ضريب نفوذپذيري k=1*10-9 (m/s) و با طول‌هاي 4، 7 و 14 متر استفاده شده است، شکل (5). در ساخت مدل‌ها سعي بر اين بوده است که براي رسيدن به جوابهاي دقيقتر از المان‌بندي ريز استفاده شود.همانطور که در جدول (2) نشان داده شده است، نشت کل از بدنه و پي هنگامي که از هيچگونه تمهيدات آب‌بندي استفاده نشود برابر 3770 متر مکعب در روز است، اگر از پرده آب‌بند به طول 4 متر (لايه اول) استفاده شود اين مقدار به 2679 متر مکعب در روز کاهش پيدا مي‌کند. اگر اين پرده آب‌بند کل طول ناحيه آبرفتي را در بر گيرد (7 متر) ميزان نشت به 105 متر مکعب در روز کاهش مي‌يابد و اگر پرده آب‌بند تا انتهاي لايه سوم ادامه پيدا کند و به 14 متر برسد، ميزان نشت باز هم کاهش پيدا کزده و به 31 متر مکعب در روز مي‌رسد. ولي اين مقدار کاهش در نشت در مقابل افزايش طول پرده آب‌بند ار لحاظ اقتصادي قابل توجيه نمي‌باشد، زيرا با دو برابر شدن طول پرده آب‌بند، ميزان نشت به اندازه 74 متر مکعب در روز کاهش يافته است.
عضو شوید
عضویت سریع
آمار مطالب
آمار بازدید
