دانشگاه آزاد اسلامی

واحد علوم و تحقیقات هرمزگان

 پایان‌نامه کارشناسی ارشد M.Sc.  

رشته: عمران

گرایش: سازه‌های هیدرولیکی

موضوع:

بررسی عوامل تخریب دیواره های انتهایی حوضچه آرامش سدهای بتنی و راهکارهای علاج بخشی آن

مطالعه موردی سد تنظیمی دز

استاد راهنما:

دکتر نجف هدایت

استاد مشاور:

دکتر حسن کیامنش

چکیده:

مهار رودخانه ها با هر انگیزه ای عموماً توسط سدها و سازه های مشابه انجام می شود. جریان عبوری از این سازه ها دارای پتانسیل قابل توجهی برای فرسایش و آبشستگی بسترهای مستعد می باشد. حوضچه های آرامش عمدتا به منظور استهلاک انر‍‍ژی جریان و حفظ امنیت سازه های هیدرولیکی در مقابل نیروهای احتمالی، طراحی و ساخته می شوند. شدت و الگوی جریان درون این سازه ها می تواند آبشستگی پائین دست را بطور جدی گسترش دهد. تحقیق حاضر، حاصل یک مطالعه عددی و شبیه سازی سه بعدی بر روند ایجاد آبشستگی بستر در پایین دست حوضچه آرامش سد تنظیمی دز می باشد؛ از این رو در ابتدا با استفاده از تحلیل ابعادی، پارامترهای بدون بعد موثر بر آبشستگی، شناسایی شدند؛ سپس آزمایشاتی تحت زمان های مختلف، بر روی نمایه صلب فلوم سد تنظیمی دز، با شرایط دبی ماکزیمم (دبی طرح)، مصالح غیر یکنواخت بستر (ترکیبی از ماسه و شن ریز و درشت) و با بهره گیری از مدل FLOW-3D صورت گرفت؛ پس از آن اثرات هر یک از پارامترهای موثر نظیر، پارامترهای جریان، مشخصه ذرات بستر، سرعت آستانه حرکت ذرات، هندسه نمایه صلب حوضچه آرامش و نقش توسعه زمان بر تداوم آبشستگی و پروفیل تغییرات بستر استخراج گردید. اهم نتایج به دست آمده نشان میدهد؛ که پیدایش بیشترین آبشستگی زمانی رخ می دهد که الگوهای جریان نامتقارن بر مدل غالب گردیده و مصالح بستر مطابق با شرایط پایاب و سرعت آستانه حرکت ذرات، تعیین نشده باشند.

فصل اول

مقدمه:

فرسایش[1] در علم مکانیک سیالات عبارتست از ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺷﻜﻞ و ﺟﺎﺑﺠﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺳﻴﺎل ﻧﺎﺷﻲ از ﺣﺮﻛﺖ ﺧـﻮد ﺑﺮ روی ﺳﻄﻮﺣﻲ ﻛﻪ در ﻣﺠﺎورت آﻧﻬﺎ ﺣﺮﻛﺖ ﻣﻲ‌ﻛﻨﺪ، اﻳﺠﺎد ﻣﻲ‌ﻧﻤﺎﻳﺪ. ﺑﻌﻨﻮان ﻣﺜﺎل ﺣﺮﻛﺖ ﺳـﻴﺎل ﻫـﻮا در ﻗﺎﻟﺐ ﺑﺎد در ﺻﺤﺮا ﻛﻪ ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ ﻓﺮﺳﺎﻳﺶ ﺷﻦ‌ﻫﺎی روان و ایجاد تغییر شکل و جا به جایی در آنها می‌گردد. به طور اخص در علم هیدرولیک که سیال مورد بحث آب می‌باشد، فرسایش از اهمیت خاصی برخوردار بوده و ﺑﻪ آن ﭘﺪﻳﺪه آﺑﺸﺴﺘﮕﻲ^[2]ﮔﻔﺘﻪ ﻣﻲ‌ﺷﻮد. اﻳﻦ اﻫﻤﻴﺖ از آﻧﺠﺎ ﻧﺸﺄت ﻣﻲ‌ﮔﻴﺮد ﻛﻪ زﻧﺪﮔﻲ ﺑﺸﺮ در ﻃﻮل ﺗﺎرﻳﺦ در ﻛﻨﺎر رودﺧﺎﻧﻪ‌ﻫﺎ و ﺳﻮاﺣﻞ ﺷﻜﻞ ﮔﺮﻓﺘﻪ و اﻳﻦ ﺧﻮد ﺑـﻪ ﻣﻌﻨـﻲ روﻳـﺎروﻳﻲ داﺋـﻢ اﻧـﺴﺎن ﺑـﺎ ﻋﻮارض اﻳﻦ ﭘﺪﻳﺪه ﻣﻲ‌ﺑﺎﺷﺪ.

سازه‌هایی که انسان برای ارتقا و رفاه حال جامعه بشری در کنار سواحل و رودخانه‌ها یا در مجاورت آنها احداث کرده است همواره در معرض آسیب و انهدام قرار دارند. همین امر سبب انگیزه‌ برای شناخت قوانین حاکم برعلم سیالات و شناخت هیدرولیک جریان گردیده است. به خصوص این نگاه در 100 سال اخیر علمی‌تر گشته و محققین را بر آن داشته تا با شناخت پارمترهای موثر و میزان تاثیر هر کدام از آنها، در پی ایجاد راهکارهایی مناسب جهت کاهش این پدیده برآیند (پارس‌مهر، 1390).

یکی از مهمترین عوامل تخریب  سازه های هیدرولیکی، آبشستگی اطراف آنها می باشد . لذا به منظور جلوگیری و کاهش اثرات آن، شناخت مکانیزم آن لازم و ضروری می باشد. مواد بستر رودخانه ها فرسایش پذیرهستند، اما شدت این فرسایش به زمان بستگی دار د . بطوریکه بستر رودخانه های پوشیده از گرانیت سالهای زیادی طول می کشد تا فرسایش یابد، در حالیکه رودخانه هایی با بستر ماسه ای در فاصله  زمانی بسیار کوتاه حداکثر عمق آبشستگی را دارا می باشد . علاوه برساختار زمین و رودخانه ها که  یکی از عوامل مهم در فرسایش است، عوامل هیدرولیکی نیز نقش بسزایی در وقوع این پدیده ایفا می کنند .

حوضچه های آرامش به عنوان عضو سازه ایی مورد نیاز در پائین دست سدها و در جهت استهلاک نیروهای جنبشی مخرب طراحی و اجرا می شوند. این سازه بالاخص در شرایط سیلابی می تواند نقش موثری در کنترل و مهار جریانهای سیلابی پس از خروج از سد و پیش از ورود به رودخانه ایفا نماید . لذا طراحی و اجرای دقیق این سازه ها به خصوص در بالادست شبکه های آبیاری و زهکشی می تواند مدیریت بهره برداری و نگهداری از این شریانهای حیاتی هیدرولیکی آبیاری را ارتقا بخشد . این امر در پائین دست سد تنظیمی دز و بالادست سد انحرافی دز از اهمیت به سزایی برخوردار است زیرا کنترل و مهار جریانهای مخرب در تنظیم جریانهای مهار شده کانالهای انتقال و توزیع و آبرسانی به موقع به مزارع پائین دست برای کلیه بهره برداران و مدیران این شبکه ها اهمیت دارد .

با توجه به اهمیت تعادل و پایداری این سازه ها هر گونه آبشستگی می تواند راندمان بهره برداری از سازه ها را مختل نماید . لذا مطالعه و بررسی ابعاد گوناگون روند آبشستگی در این مطالعه مد نظر بوده تا از این رهگذر بتوان چالش های موجود در روند بروز و ایجاد این معضل هیدرولیکی کنترل و مدیریت گردد .

سد تنظیمی دز دارای دو حوضچه آرامش به ابعاد و طراحی های  مختلف به منظور مستهلک نمودن انرژی، طراحی شده است که یکی از حوضچه ها جهت آرامش آب رها شده از دریچه ها ی آبیاری و دیگری خاصا جهت دریچه تخلیه رسوبات طراحی شده است که در اثر سیلاب زمستان 1381 در این منطقه  حوضچه ها ی آرامش در پائین دست تخریب و در زیر دیواره های جناحین نیز آبشستگی هایی بوجود آمده است .

علیرغم اهمیت توجه و مطالعه نارسایی ها در فازهای پس از ساخت سازه های آبی عمده ادبیات مهندسی موجود روی چگونگی طراحی متمرکز شده و شکاف عمده ایی در بین ساخت و مشکلات بهره برداری مشهود بوده و با وجود اهمیت مدیریت بهینه بهره برداری تاکنون مقالات و نتایج پژوهشهای اندکی برای بهره برداری کارشناسی موجود است.همچنین با توجه به اینکه آب شستگی های پائین دست حوضچه های آرامش  سد تنظیمی دز به مرور به سمت بالا پیش روی کرده ،باعث شکستگی هایی در حوضچه آرامش و در نهایت به همراه آبشستگی های طرفین تهدیدی برای پایداری سد خواهند شد پس لازم است در دبی های طراحی سازه حوضچه و یا نحوه بهره برداری از دریچه ها تجدید نظر شود ، لذا از نقطه نظر نظری لزوم یک پژوهش که بتواند یک چهارچوب تحلیلی مناسبی برای استفاده کارشناسان و مهندسان باشد احساس می شود ،بنابراین با استفاده از داده های موجود و دسترسی به مسئله تحقیق در سد تنظیمی دز هدف ارائه تحلیل جامع و فراگیر و تا حدودی کاربردی با پشتوانه تئوریک به منظور ارتقاء شیوه های کارشناسی در تقویت مدیریت سخت افزاری این سازه ها  که منجر به نتایجی چون بهره وری بهینه از امکانات موجود و برون رفت از و ضعیت موجود با هدف سوق به وضعیت مطلوب  می باشد .

مطالعه حاضر بر اساس بکارگیری داده های موجود سازمان آب و برق خوزستان بعلاوه مشاهدات میدانی پژوهشگر بوده که در قالب تحلیلی برنامهFLOW 3D  تفسیر و مورد بحث قرار می گیرد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه کلیک کنید