سلام به شما دوستان خوب و محترم هدف این وبلاگ معرفی رشته نوپای مهندسی عمران نگهداری و بهره برداری از سدوشبکه هست پس اگر مایل به همکاری هستید حتما مطالب یا مقالات خود را به میل بنده

[e-mail]

بفرستید تا به اسم شما مقاله را در وبلاگم قرار دهم راستی بزودی همین وبلاگ با همین اسم و موضوع به وبسایت www.damengineering.com تبدیل می شود که این امر مستلزم حمایت و همکاری شما دوستان با بنده هست . 

كنترل رسوب در آبگيرها

رسوبات رودخانه شامل بار كف (بار متحرك بستر) و بار معلق ميباشد، بار كف رسوباتي است كه در نتيجة لغزيدن، غلت خوردن و جهش هاي پي در پي به جلو رانده مي شوند اين مواد نمي توانند به مدت زياد در حالت معلق باقي بمانند. بار معلق شامل موادي است كه در حالت تعليق در آب حركت مي كنند و وزن و اندازة آنها به نحوي است كه تلاطم جريان آب اجازة ته نشيني را نمي دهد. بار آبرفتي يا مواد محلول شامل ذراتي است كه ممكن است تنها در آب كاملاً راكد ته نشين شوند.

ميزان رسوبات قابل انتقال به طور وسيعي بستگي به مقدار رسوبات موجود در حوضه آبريز و خصوصيات رودخانه دارد. در مناطق پرشيب و همچنين در مواقع سيلابي، سرعت جريان و ظرفيت حمل رسوب رودخانه بالا ميرود و چنانچه منبع رسوبات در همين مناطق وجود داشته باشد مواد معلق همراه با ماسة درشت، شن، سنگهاي بزرگ و حتي تخته سنگها وارد جريان رودخانه خواهد شد.

وقتي كه رودخانه به مناطق كم شيب و دشت ميرسد رسوبات بزرگ ته نشين شده و رسوبات ريزدانه مثل ماسة ريز، سيلت و ذرات رسي باقي مي ماند كه اكثراً بصورت بار معلق همراه با جريان آب منتقل مي شوند.

در مطالعة محل آبگير انحناء هاي رودخانه از اهميت زيادي برخوردارند. در اين نقاط پديدة رسوبگذاري و فرسايش بطور همزمان انجام مي شود ، بوجود آمدن جريان حلزوني موجب رانده شدن رسوبات نزديك كف به طرف داخل انحناء و حركت آب صافتر سطحي به قسمت بيروني انحناء رودخانه مي گردد. پديدة فوق موجب مي شود كه قسمت محدب رودخانه محل خيلي مناسبي براي احداث آبگير باشد، اطلاع نسبت به اين پديده سبب مي شود حتي در مواقعي كه ناچاراً تأسيسات آبگيري در قسمت داخلي انحناء ساخته مي شود با ايجاد تمهيدات مناسبي، يك انحناء مصنوعي به نحوي ساخته شود كه انحناء جريان به طرف وسط رودخانه بوده و در نتيجه مقدار زيادي از رسوبات رودخانه از محل آبگير دور مي شود.

همانگونه كه گفته شد جريان آب رسوبات را به صورت بار كف و بار معلق و يا تركيبي از آنها حمل مي كند و با توجه به اينكه جدا كردن كامل رسوبات از آب، در جلو آبگير امكان ندارد در اين مرحله بيشترين تلاش براين است كه رسوبات مربوط به بار كف در جلو آبگير ته نشين شود.

عدم شناخت مسائل رسوب در آبگيرها سبب شده كه تعدادي از پروژه ها در زمان كار خود، هزينه هاي زيادي را ببار آورد در نتيجه لازم است كه در طراحي آبگيرها از    داده ها و محاسبات موجود مخصوصاً از انتخاب محل آن وسيعاً و به دقت استفاده شود و هدف نيز بالا بردن سطح آگاهي طراحان نسبت به مسائل رسوب و درك محاسباتي است كه به آنها كمك مي كند كه در اندازه گيري و نحوه كنترل رسوب در آبگيرها مطالب لازم را بدست آورند.

مشكلات ناشي از ورود مواد رسوبي به تأسيسات

بي توجهي به رسوبات ورودي به آبگيرها موجب انتقال آنها به داخل تأسيسات شده و مشكلات زيادي را در نتيجة حمل رسوبات و يا ته نشين شدن آنها در قسمتهاي مختلف بوجود مي آورد. ذرات ريز معلق در آب در صورت افزايش زياد سرعت آب صدمات زيادي به تأسيسات مخصوصاً در مواردي كه از وسايل مكانيكي مثل پمپ و توربين استفاده ميشود ميرساند.

قسمتهايي از اين ماشين ها كه در تماس با رسوبات ساينده هستند در مدت كوتاهي صدمه ديده و درزها و پوشش آنها ممكن است نيروي زيادي را متحمل شوند. در نتيجة كارآئي آنها پايين آمده و بالاخره شكسته مي شوند. در اينگونه موارد نگهداري اين وسايل در نتيجة تعويض وسايل لازم، كارمزد، اتلاف آب و برق هزينة زيادي ببار      مي آورد.  صفحات لوله اي تحت فشار توربينها، قسمتهاي متحرك مثل دريچه ها حساسيت زيادي به حركت رسوبات و يا انباشته شدن آنها دارند.

ديوار كانالها و لوله ها در قسمت تماس با آب بايد نسبت به سايش در نتيجة عبور آب و رسوب، مقاوم باشد در غير اينصورت اينگونه تأسيسات چه از نظر ظاهري و چه از نظر خود سازه ها صدمات زيادي مي بينند.

در صورتي كه در قسمتهايي از سيستم انتقال، به ويژه در سيستم هايي كه آب به صورت ثقلي منتقل مي شود سرعت جريان كم باشد بطوريكه جريان آب نتواند مواد منتقل شده را در حالت معلق نگهدارد رسوبات اضافي در كانالها ته نشين مي شوند. اين عمل از محل آبگير شروع و بتدريج در تمام سيستم گسترش مي يابد. در اثر رسوبگذاري شيب كانالها به هم خورده و با بالا آمدن رقوم كف كانال فريبرد آنها كم شده بالاخره ظرفيت آبرساني كاهش مي يابد.

بطور كلي روند جدا نمودن رسوبات از آب ورودي به سيستم مخصوصاً در مواقعي كه مواد ريز دانه بوده و يا در مواقعي كه آب جهت مصارف شرب به كار مي رود هزينة زيادي دارد.

طرحهاي اجرا شده و مشكلات موجود

با آنكه در مورد مشكلات ناشي از ورود رسوبات به تأسيسات آبگيري مطالب زيادي ذكر شد ولي بندرت اتفاق مي افتد كه لازم باشد تمام رسوبات را از آب ورودي به سيستم جدا كنيم مخصوصاً اينكه ممكن است جداسازي رسوبات غيرممكن و غير اقتصادي باشد در ضمن رسوبات به مقدار كم براي زمينهاي كشاورزي مفيد است همچنين وقتي آب از داخل ماشينهاي آبي عبور مي كند وجود مقدار كم رسوبات ريزدانه مجاز و بي خطر مي باشد.

اما در مواقعي كه استاندارد بالايي براي تهيه آب شرب مورد نياز است بايد ميزان رسوبات ورودي به آبگير خيلي كم باشد هر چند جدا كردن رسوبات ريز دانه از جريان آب بسيار گران تمام مي شود.

در هر حال بايد كنترل كميت رسوبات به نحوي باشد كه مقدار رسوبات به حد مجاز برسد، پس از مشخص شدن كميت فوق روشهاي كنترل رسوب مورد بررسي قرار گرفته و تأسيسات لازم چه در مدخل آبگير و چه در طول كانالهاي انتقال تعبيه مي شود. بنابراين قبل از هر چيزي طراح بايد بداند چه ميزان رسوب ورودي مجاز است تا بر اساس آن پيش بيني هاي لازم را جهت طرح و ساخت تأسيسات مناسب انجام دهد.

مثالهاي زير مسائل و مشكلات را در تعدادي از تأسيسات آبگيري كه در اثر ورود رسوبات و در نتيجة روش كنترل بكار برده شده بوجود آمده نشان مي دهد.

1- آبگير لايونگ 1 با دبي آبگيري 75/0 مترمكعب در ثانيه (در طرح اوليه) به ظرفيت 095/1 مترمكعب در ثانيه افزايش داده شد، آب پمپاژ شده به تأسيسات تصفيه 2 داراي ماسه و سيلت مي باشد.

در رقوم هاي پايين سطح آب، رسوباتي از سيلت و ماسه ريز به عمق 3/0 متر در روي سنگچين هاي جلو آبگير به وجود مي آيد كه وارد سيستم پمپاژ ميشوند. فرسوده شدن پروانه هاي پمپ و پوشش جدارة لوله ها در نتيجة برخورد شن و ماسه باعث شده است كه چرخش پمپ از 1450 دور در دقيقه به 735 دور در دقيقه كاهش داده شود.

2- آبگير نوو در سال 1966 شروع به بهره برداري شد، در نتيجة وقوع طوفان در سال 1977 حدود 1000 تن از تخته سنگها به داخل آبگير آورده شد كه باعث بسته شدن كامل آن شد و براي تخليه اين اجسام ماشيني را حدود 2 مايل در داخل تونل، انتقال دادند تا به آبگير برسانند.

3-در سال 1973 در مقاله اي تحت عنوان مشكلات رسوب در تاسيسات برق آبي قيد شده است كه هزينه تعمير ناشي از فرسوده شدن تأسيسات در يك نيروگاه آبي، سالانه حدود 30000 دلار برآورد شده است.

3-  توربين تأسيسات آلتا فلوريدا در چايل (95 متر ارتفاع آب) پس از 2000 ساعت كار در نتيجة وجود ماسه به طور كامل فرسوده شد.

4-  موچامدون در سال 1975 تصريح كرد كه هر ساله حدود 50 ميليون متر مكعب رسوب از كانالهاي آبياري اتحاد شوروي تخليه مي شود.

در ضمن مثالهاي فراواني در مقالات يافت مي شود كه نشان دهنده توقف كامل سيستم در نتيجة بسته شدن آبگيرها است.

انواع تأسيسات آبگيري و محدودة كار آنها

انواع آبگيرها

اولين هدف از طرح آبگير جدا نمودن ميزان مشخص آب با رسوبات ورودي كم مي باشد هم چنين كم بودن هزينه نگهداري و بهره برداري همراه با حفاظت تأسيسات در مقابل خطر بسته شدن مجراي آبگير اهداف ديگر طرح مي باشد. انواع مختلفي از آبگيرها تاكنون طرح و آزمايش شده كه انتخاب هر كدام از آنها بستگي به شرايط محل و اهداف پروژه دارد. برداشت آب ممكن است از رودخانه ، دريا و يا مخزن باشد.

آبگير جانبي

اين نوع آبگير در كنار رودخانه، مخزن يا ساحل دريا قرار داده مي شود و در مواقعي بكار ميرود كه نسبت آب آبگيري به ‌آب رودخانه كم بوده و تغييرات سطح آب زياد نباشد از اين نوع آبگير مي توان در كارهاي آبياري، آبرساني، برقابي استفاده كرد.

در شكل يك نمونه از آبگير جانبي در مدخل ايستگاه پمپاژ براي مواقعي كه ميزان رسوبات حمل شده در رودخانه قابل ملاحظه نيستند نشان داده شده است مدخل آبگير در كف رودخانه قرار داده شده و در ابتداي آن شبكه آشغالگير با شيارهاي درشت دريچه فرازبند و الكترود جهت جلوگيري از ورود ماهي نصب ميشود بعد از شبكه آشغالگير (با شيارهاي درشت) محفظه اي جهت ته نشيني رسوبات درشت دانه ورودي به آبگير و سپس شبكه آشغالگير با منافذ ريز و بالاخره محفظة پمپ قرار داده شده است.

حداكثر آب آبگيري  است و مواد بستر رودخانه بطور مساوي از پنج قسمت زير تشكيل شده است 175 تا 75 ميلي متر، 75 تا 33 ميليمتر ، 33 تا 17 ميليمتر، و زير 5 ميليمتر. مطالعه روي مدل هيدروليكي نشان داده كه لازم است تأسيسات شن گير جهت ته نشيني بار كف و عدم ورود آنها به ايستگاه پمپاژ در بالا دست آبگير ساخته شود.

آبگير جانبي با سرريز (سد انحرافي با ارتفاع كم در عرض رودخانه)

در مواردي كه قسمت زيادي از آب يك رودخانه يا نهر براي آبگيري در نظر گرفته ميشود يك سرريز عرضي در داخل رودخانه ساخته ميشود تا بتوان در مواقعي كه سطح آب خيلي پايين است آب مورد نياز را برداشت نمود.

در شكل موقعيت تأسيسات لازم جهت تأمين آب مورد نياز يك خط لوله نشان داده شده است در صورتي كه در اين طرح شبكه آشغالگير بطور منظم در محل خود نصب و بكار انداخته شود بطور موثري از ورود اجسام شناور و اجسام جامد بزرگ به داخل آبگير جلوگيري خواهد كرد .

دبي متوسط نهر 50 ليتر در ثانيه است و دبي طراحي آبگير (حدوداً 5 برابر دبي متوسط نهر) يعني 250 ليتر در ثانيه است حجم محفظه ته نشيني رسوبات در جلو آبگير 10 مترمكعب ميباشد كه در صورت نياز با وسايل دستي تخليه ميشود. اندازه ذرات رسوبي در محدودة ماسة درشت، شن و مقداري سنگهاي بزرگ است. يك حالت تعديل شده اي از آبگير جانبي همراه با سرريز در شكل نشان داده شده است در اين طرح شبكه آشغالگير حذف شده است ديوار جدا كنندة جريان سطحي جهت جلوگيري از ورود اجسام شناور به آبگير نصب شده است. دبي متوسط نهر 110 ليتر در ثانيه و دبي آبگيري 1000 ليتر در ثانيه است مواد رسوبي از ماسة درشت و شن تشكيل شده است.

وقتي كه بار رسوبي زيادي بصورت بار معلق و يا در نزديكي كف حمل شود تمهيدات ديگري جهت كاهش رسوبات ورودي به آبگير و هم چنين جهت جلوگيري از بسته شدن آبگير در مواقع كم آبي رودخانه در نظر گرفته ميشود. شكل زير نمونه اي از اين تمهيدات را در مدخل آبگيرهاي آبياري و برق آبي نشان ميدهد.

عملكرد قسمتهاي مختلف يك آبگير در ضميمه شماره 1 تشريح شده است. طبق اين تعاريف كانال تخلية رسوب بطور متناوب جهت تخليه رسوبات ته نشين شده در كف آن مورد استفاده قرار ميگيرد. ] در اينگونه آبگيرها سرريز عمود بر جهت جريان آب در عرض رودخانه ساخته ميشود و بر اساس توصيه سازمان عمران امريكا U.S.B.R زاويه بين محورهاي آبگير و سرريز را 45 تا 60 درجه در نظر مي گيرند[ .

تأسيسات انحراف آب در كانالها و رودخانه ها با بار آبي كم

همانگونه كه يادآوري شد سرريزها در مقطع عرضي رودخانه ها ساخته ميشوند تا سطح آب را به منظور آبگيري به يك رقوم مورد نظر برسانند در سيستم هاي آبياري سرريزها معمولاً در مسير آب و در محل تأسيسات آبگيري جهت كنترل سطح آب و توزيع آن و همچنين جهت كنترل رسوب ساخته ميشود.

شكل زير نمونه اي از تأسيسات انحراف آب را نشان ميدهد. در مواردي ممكن است شستشوي مداوم مواد رسوبي كف لازم باشد طرحي كه در شكل بعد نشان داده شده جهت تأمين آب يك نيروگاه برق ساخته شده است در اين طرح در جلو آبگير تعدادي مجراي تخليه رسوب تعبيه شده تا بطور مداوم جريان با غلظت رسوب زياد را كه در نزديكي كف رودخانه در حركت است به پايين دست تأسيسات منتقل كند.

آبگير قائم يا تيرولس (عمقي)

اين نوع آبگيرها در مناطق يخچالي و كوهستاني و مسيرهاي تند كه از نقطه نظر راه دسترسي و امكانات ساخت در محدوديت بوده و هم چنين در جاهايي كه سنگها و تخته سنگهاي بزرگ در رودخانه حمل شده و جريان متوسط رودخانه كم ميباشد طرح ميشوند.

شكل زير موقعيت تأسيسات يك آبگير نوع تيرولس را براي نيروگاه آلپ فرانسه نشان ميدهد.

جريان آب همراه با مواد ريز با عبور از يك شبكه آشغالگير كه در كف رودخانه و در روي سرريز نصب شده، به محفظه اي وارد شده و سپس به طرف حوضچة رسوبگير هدايت ميشود. در ضمن انتهاي محفظه يك سرريز اضطراري جهت تخليه آبهاي اضافي طرح شده است. پس از ته نشيني رسوبات در حوضچه رسوبگير، جريان صاف و بدون رسوب به طرف نيروگاه منتقل ميگردد. حوضچة رسوبگير بنحوي طرح شده كه به طور متناوب شستشو شود. دبي طراحي 3 مترمكعب در ثانيه است.

] در تعدادي از استانداردها و مخصوصاً در استاندارد كشورهاي شوروي و اروپاي شرقي شرايط زير براي انتخاب اين نوع آبگير بكار برده ميشود. 1% s> = شيب كف رودخانه و 75 درصد رسوبات رودخانه قطري بزرگتري از 6 ميليمتر داشته باشند D> 6mm [

آبگير قائم كوچكتري در شكلهاي زير نشان داده شده است اين آبگير جهت انحراف و انتقال آب يك نهر به نيروگاه برق آبي ساخته شده است براي به حداقل رساندن امكان انسداد و اتلاف آب، شبكه آشغالگير با شيب زياد و منافذ گرد نصب شده است البته ممكن است اجسام ريز و سبك در جريان آب حمل شود ولي اجسام درشت و سنگين در محفظة زير شبكه آشغالگير ته نشين ميشود اين مواد با استفاده از يك دريچه كه بطور دستي باز ميشود تخليه ميشود ماكزيمم دبي طرح براي مثالهاي فوق به ترتيب 150 و 750 ليتر در ثانيه ميباشد.

آبگير با مجراي تخليه رسوب (تخليه دائمي رسوب)

در شكل زير يك آبگير از نوع فرانتال در يك رودخانه كوچك كوهستاني نشان داده شده است. اين سيستم با موفقيت در تركيه در پروژه هاي بزرگ اجراء شده است قسمت ورودي آب به صورت دو لايه (دو محفظه اي) ساخته ميشود آب صاف از لايه بالايي و آب با غلظت رسوب زيادتر بطور مداوم از لايه پاييني حركت ميكند به اين علت اين طرح در رودخانه هايي كه بار كف زيادي حمل مي كنند و قسمت زيادتري از آب از لايه پاييني در آبگير به رودخانه برمي گردد بسيار موفقيت آميز بوده است.

آبگيرهاي مستغرق

يك آبگير مستغرق ساده در شكل زير نشان داده شده است اين آبگير داراي يك مدخل زنگي شكل و يك انحنا در بلوك بتني كه به يك لوله وصل است ميباشد ورودي آبگير به يك شبكه آشغالگير مجهز بوده و از كف رودخانه بالاتر قرار داده شده تا رسوبات كف وارد آبگير نشوند از اين نوع آبگير مي توان براي آبگيري و تخليه مخازن كوچك نيز استفاده كرد. يك طرح مناسب با محفظه عمودي با دبي آبگيري زياد در شكل بعد نشان داده شده كه جهت دسترسي به آن، محفظة ديگري به شكل برج در بالاي آبگير ساخته شده كه تا سطح آب ادامه دارد تأسيسات فوق براي تأمين آب به منظور خنك نمودن يك سيستم ساخته شده است.

براي جلوگيري از ورود رسوبات ، آستانة ورودي را كمي بالاتر از كف رودخانه قرار ميدهند. هر كدام از دو آبگير طرح 36 متر مكعب در ثانيه آبگيري مي كنند.

هر دو آبگير نشان داده شده در شكلهاي زير بنحوي طرح ميشوند تا ورودي آنها هر چه نزديكتر به كف رودخانه قرار داده شود و حداكثر استفاده از ارتفاع آب در روي آستانة ورودي بعمل آيد.

آبگير برجي

مواقعي كه تغييرات زيادي در سطح آب وجود دارد (مثلاً در مخزن ذخيره- يا نزديكي جزر و مد) و دسترسي به دريچه ها لازم ميباشد از اين نوع آبگيرها استفاده ميشود. اين تأسيسات در مخازن عميق به نحوي ساخته ميشوند كه كاملاً پايدار بوده و راه دسترسي به آن در قسمت بالاي آن و در بالاي سطح آب قرار داده ميشود.

بعضي از آبگيرها در حالت بهره برداري نرمال تقريباً داراي سطح آب يكسان در قسمت بيروني و داخلي هستند و برج زماني خشك ميباشد كه دريچه ها بطور كامل بسته شده و آب داخل آن تخليه شود. در شكل زير يك آبگير با برج خشك نشان داده شده است. آبگيرهاي برجي معمولاً داراي چندين دريچه در رقومهاي مختلف هستند كه موجب ميشوند در رقومهاي مختلف سطح آب، آبگيري انجام شود دريچه هايي نيز در قسمت زير برج جهت تخليه رسوبات جمع شده نصب ميشود.

انتخاب نوع آبگير

در انتخاب آبگيرهايي كه كنترل رسوب در آنها لازم است فاكتورهاي متعددي از جمله عملكرد و هدف طراحي، ابعاد كار از نقطه نظر دبي جريان و عمق آب، و موارد ديگري مثل ويژگيهاي محل، و نحوة اجراء دخالت ميكنند.

اهداف اصلي از آبگيري شامل تهيه آب جهت مصارف شهري و توليد برق، سيستم خنك كننده، آبياري، انحراف آب رودخانه و زهكشي ميباشد. مواردي مثل داده هاي مربوط به انتخاب محل، ابعاد تأسيسات ، انتخاب نوع آبگير را محدود ميسازد بعنوان مثال طبيعت رودخانه و محدودة تغييرات سطح آب دبي جريان و دبي رسوبات ممكن است انتخاب آبگير از نوع جانبي و يا قائم را ديكته كند و معيارهايي مثل نحوة بهره برداري و شكل توزيع آب در تأسيسات مختلف محدوديتهاي ديگري را در انتخاب آبگير بوجود مي آورد. هم چنين وجود و يا عدم وجود آب كافي جهت شستشوي رسوبات ته نشين شده در انتخاب آبگير مؤثر ميباشد.

وقتي آبگيري با دبي زياد مثلاً براي توليد برق و سيستم خنك كننده طرح ميشود محل و نوع آن اغلب براساس مطالعات هيدروليكي سيستم انتخاب ميشود و در جريانهاي كم عمق انتخاب يك آبگير از نوع قائم و مستغرق ممكن است تنها راه مناسب باشد و بايد چگونگي رسوبگذاري مورد مطالعه قرار گيرد.

محل يك آبگير ممكن است در روي يك نهر، رودخانه، كانال، درياچه، مخزن يا ساحل دريا باشد، نحوه دسترسي به محل و اينكه ساختمان طرح در محيط خشك و يا در داخل آب انجام ميگيرد و يا اينكه نياز به تأسيسات انحراف آب ميباشد از پارامترهاي مهم در انتخاب نوع آبگير محسوب ميشود.

در تمامي موارد، مطالعة مدل طرح اطلاعات با ارزشي در مورد اجراء و مناسب بودن آن در اختيار طراح قرار ميدهد.