حذف رسوب از مخازن انرژی آبی جریان رودخانه ای توسط تخلیه هیدرولیک
چکیده
محبوبیت مفهوم توسعه پایدار رو به افزایش است و پروژه های هیدروالکتریک طراحی شده و اجرا شده درباره این مفهوم نیازمند مدیریت رسوب (بعنوان یک معیار اصلی طراحی) هستند. تخلیه فرونشینی برای مدیریت رسوب در چنین پروژه هایی اجرا میشود. بررسی ها با استفاده از مدلهای هیدرولیک برای پروژه ها لازم هستند تا نگرانی های طراحی مختص به سایت را برطرف کنند. در مطالعه حاضر شبیه سازی هایی معرفی شده است که از مدل هیدرولیک برای حذف رسوب توسط تخلیه فرونشینی مخازن پروژه هیدروالکتریک پونات سانگچو (واقع در بوتان ) استفاده کرده اند. آزمایشات انجام شده بر روی مدل مقیاس 1:100 هندسی مشابه نشان میدهد که تخلیه (شستشو توسط جریان آب) در حفظ منطقه آبگیر نیروگاه خالی از ته نشینی رسوب، مؤثر است. ته نشینی از بالادست جریان رودخانه را نمی توان بصورت هیدرولیکی تخلیه کرد. بعلاوه بر اساس دامنه وسیعی از داده های تجربی از مطالعات مدل هیدرولیک، معادلات تجربی برای پیش بینی کمیت رسوبی که از ذخایر (مخازن) تخلیه میشود توسعه داده شده اند. معادلات حاضری که توسعه داده شده اند نسبت به معادلات استفاده شده در معادلات بیان شده در مقالات موجود دارای پارامترهای بیشتری هستند. دو معادله برای دامنه های مختلف شیب بستر رودخانه با شیب تند (0.005-0.04) و شیب متوسط (0.001-0.005) توسعه داده شده است. معادلات توسعه یافته بر اساس مجموعه داده های مختلف اعتباریابی شدند و مشخص شد که پیش بینی هایی را میتوان با دقت قابل قبول انجام داد. این معادلات را میتوان بصورت مؤثر برای طراحی هیدرولیک حذف رسوب از ذخایر انرژی آبی جریان رودخانه مورد استفاده قرار داد.
1. مقدمه
ظرفیت انبارش ذخایر (مخازن) در سراسر جهان بعلت ته نشینی رسوب به میزان 1 تا 2 درصد در سال کاهش می یابد (این عدد در چین بیشتر از 2 درصد است). مطالعات نشان میدهد که 80 درصد ظرفیت انبارش مفید ذخایر انرژی آبی تا سال 2035 از بین خواهد رفت (موریس و فان 1997؛ وایت 2000؛ باسون 2008؛ اشلیس و همکارانش 2014). بخاطر اینکه سایت های مناسب برای سدسازی برای پروژه های ذخایر جدید محدود و یا ناموجود هستند بنابراین به توسعه پایدار پروژه های منابع آب با اتخاذ تکنیک های مدیریت رسوب نیاز خواهیم داشت (اشلیس و همکارانش 2014؛ اسحاق و اِلدو 2016). تکنیک های مدیریت رسوب را میتوانیم در سه طبقه گروه بندی کنیم: مدیریت آبخیز، جلوگیری از ته نشینی (نهشت) در ذخایر، و حذف رسوب ته نشین شده قبلی. در مدیریت آبخیز از ورود رسوب به داخل ذخایر جلوگیری میشود. با اجتناب از ته نشست، هواگیری جاری چگالی و بندسازی رسوب میتوان از ته نشینی رسوب جلوگیری کرد. تکنیک های حذف رسوب عبارتند از: تخلیه فرونشینی، لایروبی، خاکبرداری خشک و غیره (یون 1992؛ لای و شِن 1996؛ موریس و فان 1997؛ شن 1999؛ برَنت 2000؛ وایت 2000؛ یانگ 2003؛ آناندیل 2011؛ اشلیس و. همکارانش 2014).
6. نتیجه گیری ها
در مطالعه حاضر شبیه سازی های مدل هیدرولیک برای شستشوی رسوب از مخزن پروژه هیدروالکتریک پونات سانگچو در بوتان انجام شدند. شبیه سازی های مدل عددی تک بعدی که برای پیش بینی الگوی ته نشینی بلند مدت در مخزن انجام شد نشان داد که سطح رسوب گذاری در سایت سد در حدود 33 سال عملیات مخزن به سطح تاج سرریز می رسد. همچنین بعلت الگوی شیب معمول بستر رودخانه (که در ناحیه مخزن موجود بود) مشخص شد که سطوح ته نشینی رسوب در مناطق دارای شیب متوسط و تند، بالا هستند و جبهه دلتا به حدود 1.5 کیلومتری محور سد می رسد. آزمایشات برای شستشوی هیدرولیک بر اساس یک مدل هندسی مشابه با مقیاس 1:100 در ناحیه دسترسی 10 کیلومتری مخزن انجام شد و خصوصیات رسوب گذاری آن توسط مدل عددی تک بعدی بعنوان شرایط اولیه محاسبه شد. آزمایشات نشان داد که شستشو در تداوم حذف ته نشینی رسوب از منطقه آبگیر نیروگاه، مؤثر است. اگر شستشو هر ساله با تخلیه بیش از 800 m3/s بمدت 12 ساعت انجام شود تخلیه رسوب سالانه را میتوان شستشو داد. با اینحال بعلت شیب های معمول بستر هموار در نواحی بالا دست، ته نشینی رسوب از نواحی بالا دست را نمی توان بصورت هیدرولیکی شستشو داد. ممکن است برای حذف ته نشینی از نواحی بالا دست به روشهای جایگزین نیاز پیدا کنیم.
ABSTRACT
The concept of sustainable development is gaining popularity and hydroelectric projects designed and operated on this concept require sediment management as prime design criteria. Drawdown flushing is being practised in such projects for sediment management. Investigations using hydraulic models are required for the projects to address the site-specific design concerns. In the present study, simulations conducted using hydraulic model for sediment removal by drawdown flushing of the reservoir of Punatsangchhu hydroelectric project, Bhutan, is presented. The experiments on 1:100 geometrically similar scale model indicated that flushing is effective in maintaining the power intake area clear of sediment deposition. Deposition from the upstream reaches could not be flushed hydraulically. Furthermore, based on wide range of experimental data from hydraulic model studies, empirical equations have been developed for predicting the quantity of sediment that can be flushed from the reservoirs. The present equations have been developed including more parameters than those used in equations already available in literature. Two equations have been developed for different riverbed slope ranges with steep slope (0.005–0.04) and moderate slope (0.001–0.005). The equations developed were validated against different sets of data and it indicated that the predictions could be made within reasonable accuracy. These equations can be effectively used for hydraulic design of sediment removal from run-of-the-river hydropower reservoirs.
1. Introduction
The storage capacity of reservoirs all over the world is reducing at the rate of 1–2% (>2% in China) per year due to sediment deposition. Studies indicate that 80% of the useful storage capacity of hydropower reservoirs will be lost by the year 2035 (Morris and Fan 1997, White 2000, Basson 2008, Schleiss et al. 2014). Since suitable dam sites for new reservoir projects are limited and/or non-existent, sustainable development of water resources projects by adopting sediment management techniques is required (Schleiss et al. 2014, Isaac and Eldho 2016). Sediment management techniques can be grouped into three categories; viz., catchment management, prevention of deposition in reservoirs and removal of already deposited sediment. Catchment management is to prevent entry of sediment into the reservoir. Sediment deposition can be prevented by bypassing sediment, density current venting and sediment sluicing. The sediment removal techniques include; drawdown flushing, dredging, dry excavation, etc. (Yoon 1992, Lai and Shen 1996, Morris and Fan 1997, Shen 1999, Brandt 2000, White 2000, Yang 2003, Annandale 2011, Schleiss et al. 2014).
6. Conclusions
In the present study, hydraulic model simulations were carried out for flushing of sediment from the reservoir of Punatsangchhu hydroelectric project in Bhutan. The 1D numerical model simulations carried out to predict the long term deposition pattern in the reservoir indicated that the sedimentation level at dam site reaches the spillway crest level in about 33 years of reservoir operation. It was also indicated that due to the typical river bed slope pattern existing along the reservoir reach, sediment deposition levels are high in the middle and upper reaches and the delta front advances to about 1.5 km from the dam axis. The experiments for hydraulic flushing was conducted on a 1:100 geometrically similar scale model of 10 km reach of reservoir with the sedimentation profile computed by 1D numerical model as initial condition. The experiments indicated that flushing is effective in maintaining the power intake area clear of sediment deposition. If flushing is carried out every year with discharges more than 800 m3 /s for 12 h, the annual sediment deposition can be flushed out. However, due to the typical flatter bed slopes in the upstream reaches, sediment deposition from the upstream reaches could not be flushed hydraulically. Alternative methods may be required to remove the deposition from the upstream reaches.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. تخلیه هیدرولیک ذخایر برای حذف رسوب
2.1 مدلسازی فیزیکی و عددی برای تخلیه رسوب
2.2 معادله تجربی برای کمیت رسوب تخلیه شده
3. روش شناسی
3.1 مدل عددی تک بعدی برای رسوب گذاری مخزن
3.2 مدل تجربی برای تخلیه مخزن
3.3 استقاق معادله تجربی
4. مطالعه موردی از تخلیه مخزن
4.1 خصوصیات پروژه
4.2 مدل عددی تک بعدی برای رسوب گذاری مخزن
4.3 مدل تجربی برای تخلیه مخزن
4.4 بحث درباره نتایج مدل تجربی
5. انحراف معادلات تجربی برای حجم رسوب شسته شده
5.1 داده های استفاده شده
5.2 انحراف معادله تجربی
5.3 بحث درباره معادلات تجربی
6. نتیجه گیری ها
منابع
ABSTRACT
1. Introduction
2. Hydraulic flushing of reservoir for sediment removal
2.1. Physical and numerical modelling for flushing of sediment
2.2. Empirical equation for quantity of sediment flushed
3. Methodology
3.1. 1D numerical model for reservoir sedimentation
3.2. Experimental model for reservoir flushing
3.3. Derivation of empirical equation
4. Case study of reservoir flushing
4.1. Characteristics of the project
4.2. 1D numerical model for reservoir sedimentation
4.3. Experimental model for reservoir flushing
4.4. Discussion on experimental model results
5. Derivation of empirical equations for volume of sediment flushed
5.1. Data used
5.2. Derivation of empirical equation
5.3. Discussion on empirical equations
6. Conclusions
References
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه