افزایش راندمان تخلیه رسوب در مخازن سدها در هنگام عملیات رسوبشویی با استفاده از سازه NPBC (تحلیل آزمایشگاهی)

نوع محتوی: طرح پژوهشی
Language: Persian
Document ID: R-1639960
Publish: 25 April 2023
دسته بندی علمی: هیدرولیک و سدسازی
View: 316
Pages: 151
Publish Year: 1397

This Research With 151 Page And PDF Format Ready To Download

  • من نویسنده این مقاله هستم

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این Research:

Abstract:

یکی از مهمترین چالشهای پیشروی سدهای جهان، کاهش حجم مفید مخازن در اثر رسوبگذاری میباشد که این معضل ذخایر موجود آب سدها را تهدید میکند. بنابراین بهترین راه حل، استفاده از روشهای پایدار مدیریت و کنترل رسوب گذاری است که این روشها بر اساس نوع کاربری و محدودیت ها در دسته بندی های مختلف قرار می گیرند. در این بین، روشهای تخلیه رسوب از رایج ترین روشهای مورد استفاده در سدهای جهان بوده که از بین آنها روش فلاشینگ تحت فشار، به دلیل درصد کمتر کاهش سطح آب مخزن، به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک از نظر بهره برداری و صرفه اقتصادی مناسب تر میباشد . از مهمترین معایب این روش می توان به قابلیت کم بازیابی حجم مفید مخزن و راندمان پایین این روش اشاره کرد که براین اساس، در تحقیق آزمایشگاهی حاضر، اثر یک سازه بدون کف شاخه ای با عنوان DBE در افزایش راندمان ر سوب شویی مورد بررسی قرار گرفته ا ست. بدین منظور مدل فیزیکی مخزن سد و آبگذر با ابعاد ۵ / ۷ متر طول، ۵ / ۳ متر عرض و ۸ / ۱ متر ارتفاا طراحی و در آزمایشگاه تحقیقاتی هیدرولیک و سازه های آبی دانشگاه شهید باهنر کرمان ساخته شد. به منظور بررسی تاثیر پارامترهای هیدرولیکی و متغیرهای مربوط به ابعاد سازه در راندمان رسوب شویی ، سه دبی جریان (۵ / ۱۲ ، ۱۵ و ۱۸ لیتر بر ثانیه)، سه ارتفاع رسوب (شامل ۵ / ۳۹ ، ۴۵ و ۵ / ۵۰ سانتی متر)، سه حالت زاویه بین شاخه های سازه (شامل ۳۰ ، ۴۵ و ۶۰ درجه)، چهار حالت قطر سازه (شامل ۱۲۵ ، ۱۶۰ ، ۲۰۰ و ۲۵۰ میلیمتر) و چهار حالت طول سازه (شامل ۳۰ ، ۵۰ ، ۸۰ و ۱۱۰ سانتی متر) طی دو مرحله آزمایش مورد برر سی قرار گرفت ، که بر اساس آنالیز ابعادی و طراحی آزمایشها ۴۵ آزمایش در مرحله اول و ۵۱ آزمایش در مرحله دوم انجام شد. به منظور برداشدت توپوگرافی مخروط رسوب شویی از روش پایش تصویر استفاده شد. در نهایت نتایج نشان داد سازه DBE با مشخصه بدون بعد طول 𝐿𝐷𝐵𝐸𝐷𝑜⁄=۱۰ ، مشخصه بدون بعد قطر 𝐷𝐷𝐵𝐸𝐷𝑜⁄=۱.۱۴ ، زاویه ۳۰ درجه بین شاخه ها در مشخصه بدون بعد ارتفاع رسوب 𝐻𝑆𝐷𝑜⁄=۴.۵۹ و مشخصه بدون بعد دبی 𝑄𝑜/√𝑔𝐷𝑜۵=۱.۴۳ ، دارای بهترین عملکرد میباشد. با استفاده از سازه DBE در بهترین حالت، حجم مخروط رسوب شویی در حالت انسداد ۱۰ برابر و در حالت غیرانسداد ۳۶ برابر نسبت به آزمایش شاهد یعنی حالت بدون سازه، افزایش نشان داد. در نهایت روابط بدون بعدی بین ابعاد سدازه، دبی جریان و ارتفاع رسوب با ابعاد مخروط رسوبشویی ارائه شد.

پیش گفتار Research

موضوع رسوبگذاری و مدیریت آن در مخازن سدها با توجه به شرایط اقلیمی خشک و نیمه خشک و میزان فرسایش بالای حوضههای آبریز سدها در کشور ایران از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در خصوص راهکارهای مدیریت رسوب در حوضههای آبریز، کاهش رسوبات ورودی از بالادست به عنوان یک راهکار پایهای و مدیریتی مستلزم صرف زمان نسبتا بالایی میباشد. استفاده از روشهای روندیابی رسوبات برای کاهش میزان تجمع آنها، نظیر احداث کنارگذرها و عبور جریان از طریق آبگیرها، منجر به کاهش حجم آب مخزن و هدرفت بالای آب میگردد. در بین روشهای مبتنی بر تخلیه رسوبات تجمع یافته نظیر لایروبی، حفاری خشک و فلاشینگ، روش حفاری خشک به دلیل تخلیه کامل آب مخزن و هزینه بالای اجرا از اهمیت کمتری در مناطق خشک و نیمه خشک برخوردار است، روش دیگر استفاده از لایروبی به عنوان یک روش مکانیکی است که با استفاده از پمپ یا تجهیزات مکانیکی منجر به خروج رسوبات تجمع یافته پشت مخزن سد بدون تخلیه مخزن از آب، میشود. بنابراین لایروبی نسبت به حفاری خشک روش اقتصادیتری است اما در مقایسه با دیگر روشهای تخلیه رسوبات نظیر سیفون از درجه اقتصادی پایینتری برخوردار است زیرا مستلزم صرف انرژی برق میباشد. روش استفاده از سیفون شبیه لایروبی هیدرولیکی میباشد، اما در این روش، بهرهبرداری با استفاده از اختلاف هد هیدرولیکی بین سطوح بالادست و پایین دست صورت میگیرد و به از آن به عنوان سیستم تخلیه رسوب هیدروساکشن نام برده شده است که در آن از انرژی پتانسیل استفاده شده و از انرژی خارجی نظیر پمپ استفاده نمیشود، بنابراین هزینه بهره برداری کمتری به همراه دارد اما با توجه به محدودیت در شرایط اجرایی، عمدتا در مخازن کوچک و جایی که فلاشینگ امکانپذیر نباشد استفاده میشود. اما کم هزینهترین و رایجترین روش تخلیه رسوبات در سدهای جهان، روش فلاشینگ است که این روش در دو حالت آزاد و تحت فشار قابل انجام است. روش فلاشینگ آزاد با خالیکردن آب مخزن و روندیابی رسوبات تحت شرایط رودخانه ای طبیعی از طریق تخلیه کننده تحتانی انجام میشود که علیرغم تاثیرگذاری بر رسوبات ته نشین شده راستای طولی مخزن، سایر اهداف بهرهبرداری نظیر استحصال انرژی برق آبی را دچار مشکل میکند. دیگر روش معمول استفاده از فلاشینگ تحت فشار میباشد که مهمترین مزیت آن عدم تغییر در سایر اهداف بهرهبرداری سد و در حقیقت بالا بودن سطح آب مخزن در زمان انجام عملیات رسوبشویی میباشد.

فهرست مطالب Research

فصل اول: مقدمه و کلیات تحقیق. ۶ - ۱

۱ - ۱ مقدمه . ۲

۱ - ۲ ضرورت انجام پژوهش ۳

۱ - ۳ اهداف پژوهش ۵

۱ - ۴ تشریح بخشهای پژوهش ۶

فصل دوم: کلیات تحقیق و مروری بر تحقیقات انجام شده ۴۰ - ۷

۲ - ۱ مقدمه . ۸

۲ - ۲ فرآیند انتقال رسوب و رسوبگذاری در مخازن سدها. ۸

۲ - ۲ - ۱ مشخصات رسوب ۸

۲ - ۲ - ۲ انتقال رسوب. ۱۰

۲ - ۲ - ۲ - ۱ انتقال رسوب در رودخانهها. . ۱۰

۲ - ۲ - ۲ - ۲ انتقال رسوب در مخازن. . ۱۱

۲ - ۲ - ۳ انتقال رسوب. ۱۲

۲ - ۳ تاثیرات رسوبگذاری در مخازن سدها. ۱۳

۲ - ۳ - ۱ تاثیرات رسوبگذاری در بالادست سدها. ۱۳

۲ - ۳ - ۲ تاثیرات رسوبگذاری در پاییندست سدها. . ۱۴

۲ - ۴ استراتژیهای مدیریت و کنترل رسوبگذاری. ۱۴

۲ - ۴ - ۱ کاهش رسوبات ورودی از بالادست. ۱۵

۲ - ۴ - ۲ روندیابی رسوبات برای به حداقل رساندن میزان تجمع ۱۶

۲ - ۴ - ۳ تخلیه رسوبات ته نشین شده. ۱۶

۲ - ۴ - ۳ - ۱ فلاشینگ آزاد. ۱۸

۲ - ۴ - ۳ - ۲ فلاشینگ تحت فشار. ۱۸

۲ - ۴ - ۳ - ۳ کاربردها و محدودیتهای فلاشینگ. ۱۹

۲ - ۴ - ۳ - ۴ فرآیند فلاشینگ تحت فشار. . ۲۰

۲ - ۴ - ۳ - ۵ پیشبینی هندسه مخروط رسوبشویی. ۲۱

۲ - ۴ - ۳ - ۶ زاویه شیب مخروط رسوبشویی. ۲۵

۲ - ۴ - ۴ روشهای انطباقی. ۲۶

۲ - ۵ مروری بر تحقیقات بینالمللی ۲۶

۲ - ۶ مروری بر تحقیقات داخلی. ۳۲

۲ - ۷ جمعبندی مرور منابع تحقیق. ۳۷

فصل سوم: مواد و روشها ۵۵ - ۴۱

۳ - ۱ مقدمه . ۴۱

۳ - ۲ مدل فیزیکی و تجهیزات آزمایشگاهی. . ۴۱

۳ - ۲ - ۱ مخزن تامین آب و پمپ. ۴۴

۳ - ۲ - ۲ نحوه اندازهگیری جریان ورودی و خروجی. . ۴۴

۳ - ۲ - ۲ - ۱ واسنجی سرریز اندازهگیری جریان خروجی. . ۴۴

۳ - ۲ - ۳ نحوه تخلیه جریان اضافی. ۴۵

۳ - ۲ - ۴ قسمت آرام کننده جریان. ۴۵

۳ - ۲ - ۵ نحوه جمع آوری رسوبات خروجی. . ۴۵

۳ - ۲ - ۶ دانهبندی رسوبات استفاده شده. ۴۵

۳ - ۳ روش برداشت توپوگرافی بستر. ۴۶

۳ - ۳ - ۱ بررسی دقت روش برداشت توپوگرافی بستر. ۴۷

۳ - ۴ سازه مورد استفاده در انجام آزمایشها. ۴۹

۳ - ۵ نحوه انجام آزمایشها. ۵۰

۳ - ۶ آنالیز ابعادی ۵۱

۳ - ۷ - ۱ آزمایشهای مرحله اول. ۵۳

۳ - ۷ - ۲ آزمایشهای مرحله دوم. ۵۳

۳ - ۸ منابع خطای آزمایشگاهی ۵۴

۳ - ۸ - ۱ خطاهای سیستماتیک ۵۴

۳ - ۸ - ۲ خطاهای اتفاقی. ۵۴

۳ - ۸ - ۳ اشتباهات ۵۵

۳ - ۸ - ۴ منابع خطا در این تحقیق ۵۵

فصل چهارم: نتایج )یافته های تحقیق( ۹۷ - ۵۶

۴ - ۱ مقدمه . ۵۷

۴ - ۲ آزمایشهای مرحله اول. ۵۷

۴ - ۲ - ۱ بررسی هندسه مخروط رسوبشویی ایجاد شده تحت تاثیر سازه ۵۸

۴ - ۲ - ۱ - ۱ بررسی تاثیر تغییرات ارتفاا رسوب در ابعاد مخروط رسوبشویی ۵۸

۴ - ۲ - ۱ - ۲ بررسی تاثیر تغییرات دبی جریان خروجی در ابعاد مخروط رسوبشویی ۶۴

۴ - ۲ - ۲ بررسی بهترین عملکرد در آزمایشهای مرحله اول. ۶۸

۴ - ۲ - ۳ بررسی حجم مخروط رسوبشویی در آزمایشهای مرحله اول ۷۰

۴ - ۳ - ۱ بررسی هندسه مخروط رسوبشویی ایجاد شده تحت تاثیر سازه ۷۴

۴ - ۳ - ۱ - ۱ بررسی تاثیر تغییرات طول سازه DBE در ابعاد مخروط رسوبشویی .۷۴

۴ - ۳ - ۱ - ۲ بررسی تاثیر تغییرات قطر سازه DBE در ابعاد مخروط رسوبشویی ۸۱

۴ - ۳ - ۳ بررسی بهترین عملکرد در آزمایشهای مرحله دوم. ۸۸

۴ - ۳ - ۴ بررسی حجم مخروط رسوبشویی در آزمایشهای مرحله دوم. ۹۱

۴ - ۴ بررسی توسعه زمانی مخروط رسوبشویی تحت تاثیر سازه DBE۹۳

۴ - ۴ بررسی راندمان رسوبشویی ناشی از عملکرد سازه DBE.. ۹۶

فصل پنجم: بحث ۱۰۸ - ۹۸

۵ - ۱ مقدمه . ۹۹

۵ - ۲ آزمایشهای مرحله اول. ۹۹

۵ - ۳ آزمایشهای مرحله دوم ۱۰۳

۵ - ۴ تحلیل الگوی جریان تحت تاثیر سازه در آزمایشهای مرحله اول و دوم. ۱۰۷

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادها ۱۱۴ - ۱۰۹

۶ - ۱ موارد کلی . ۱۱۰

۶ - ۲ نتیجهگیری کلی. ۱۱۱

۶ - ۳ پیشنهادها ۱۱۳

منابع و مآخذ ۱۲۵ - ۱۱۵

پیوستها

نمایش کامل متن