اندازه‌گیری جریان و رسوب برای پروژه سه دره

چکیده
مشکل جریان و رسوب یکی از عوامل کلیدی است که بر عملیات ارسال و عمر پروژه سه دره (TGP) تأثیر می‌گذارد. رویکردهای زیادی برای تحقیق در مورد مشکلات جریان و رسوب TGP در طول نمایش، برنامه‌ریزی، طراحی، ساخت و بهره‌برداری آن به کار گرفته شده است و نتایج مهم بسیاری به دست آمده است. برای درک پیشرفت اندازه‌گیری جریان و رسوب در پروژه‌های نمونه چین و تجربه مشاهده رسوب در مخازن بسیار بزرگ، اندازه‌گیری جریان و رسوب TGP عمدتاً در این مقاله معرفی شده است. این شامل وضعیت کلی TGP، توزیع شبکه ایستگاه‌های هیدرولوژیکی، عوامل اندازه‌گیری، فناوری جدید اندازه‌گیری و تغییرات رسوب در مخزن و پایین‌دست پس از آبگیری TGP است. نتایج اندازه‌گیری رسوب نشان می‌دهد که وضعیت اولیه مشکلات رسوب خوب است و این مشکلات رسوب احتمالاً ممکن است در طول زمان انباشته، توسعه یافته و تغییر شکل دهند، بنابراین باید به آنها توجه مداوم شود.

۱ مقدمه
پروژه سه دره (TGP) بزرگترین پروژه حفاظت از آب و برق آبی در جهان است. این سد در ساندوپینگ، شهر ییچانگ، استان هوبی واقع شده است که خط تقسیم بین میانه رودخانه و بالادست شاخه اصلی رودخانه یانگ تسه است. این سد منطقه زهکشی ۱ میلیون کیلومتر مربع را کنترل می‌کند و میانگین حجم رواناب سالانه آن به ۴۵۱۰۰۰ میلیون متر مکعب می‌رسد. این پروژه با ظرفیت ذخیره سازی سیل ۲۲.۱۵ میلیارد متر مکعب، نقش مهمی در کنترل سیل حوضه رودخانه یانگ تسه ایفا می‌کند. با سطح آبگیری نرمال ۱۷۵ متر، کل ظرفیت ذخیره سازی مخزن ۳۹۳۰۰ متر مکعب است و ۲۲۱۵۰ میلیون متر مکعب از آن ظرفیت کنترل سیل است. توسعه TGP بر پیشگیری از سیل، تولید برق و مزایای حمل و نقل آب تمرکز دارد. همچنین محیط زیست را بهبود می‌بخشد. در طول این دوره، مزایای جامعی در مورد کنترل سیل، ناوبری، تولید برق و استفاده از منابع آب حاصل شده است.

سد یانگ تسه به عنوان بخش کلیدی سیستم کنترل سیل در بخش‌های میانی و پایینی رودخانه یانگ تسه، ۹۶ درصد از جریان ورودی به رودخانه جینگ جیانگ، خطرناک‌ترین بخش رودخانه در هنگام سیل، و بیش از دو سوم جریان ورودی به ووهان را کنترل می‌کند. سد یانگ تسه نقش حیاتی در کاهش سیل و سیلاب‌های عظیم در بخش‌های بالایی رودخانه یانگ تسه ایفا می‌کند. تا پایان ماه اوت، این سد ۱۸۰ میلیارد متر مکعب آب را در فصول سیل مهار کرده بود. این سد در سال‌های ۲۰۱۰ و ۲۰۱۲ شاهد جریان بیش از ۷۰ هزار متر مکعب در ثانیه بود و اوج سیل را حدود ۴۰ درصد کاهش داد و فشار کنترل سیل را در مناطق پایین‌دست تا حد زیادی کاهش داد. در فصول خشک، دبی به بیش از ۵۵۰۰ متر مکعب در ثانیه افزایش یافته و بیش از ۲۰ میلیارد متر مکعب آب در سال را برای بخش‌های میانی و پایینی رودخانه یانگ تسه فراهم می‌کند.

مشاهدات نمونه اولیه برای خدمت به تحقیقات رسوب، ساخت و بهره‌برداری از TGP در دوره‌های مختلف انجام شده است. اندازه‌گیری‌های نمونه اولیه برای تجزیه و تحلیل تغییرات رواناب و بار رسوب در کانال اصلی رودخانه یانگ تسه و همچنین تغییرات و تکامل بستر رودخانه استفاده شد. توزیع مکان‌ها در شکل 1 نشان داده شده است. نتایج مشاهدات فعلی اساساً با مرحله مطالعه امکان‌سنجی (Lu & Huang, 2013) سازگار است، اما به دلیل کاهش رسوب بالادست و ساخت مخازن آبشاری بر روی رودخانه جینشا پس از دهه 1990، رسوب‌گذاری مخزن سه دره (TGR) بسیار کمتر از قبل است که منجر به شدت و مسافت بیشتر فرسایش بستر رودخانه در پایین دست TGP می‌شود.

۲ طراحی شبکه هیدرولوژیکی و سیستم اندازه‌گیری
برای جمع‌آوری داده‌های اولیه و ارائه خدمات برای ساخت مهندسی حوضه، کمیسیون منابع آب چانگ‌جیانگ از دهه 1950 به تدریج تعداد زیادی ایستگاه هیدرولوژیکی در امتداد نهر اصلی و شاخه‌های رودخانه یانگ تسه تأسیس کرده است. تا دهه 1990، یک شبکه کامل ایستگاه‌های هیدرولوژیکی و شبکه پایش رسوب اساساً تشکیل شده بود. این شبکه شامل 118 ایستگاه هیدرولوژیکی و بیش از 350 ایستگاه اندازه‌گیری است. علاوه بر این، حجم زیادی از کارهای بررسی رودخانه و تحلیل رسوب تکمیل شده است. داده‌های مشاهده هیدرولوژیکی و رسوب دهه‌های گذشته برای چندین نسل، مبنای علمی برای نمایش، طراحی، ساخت و بهره‌برداری از TGP را فراهم کرده است.

مشاهده نمونه اولیه برای کمک به تحقیقات رسوب، ساخت و بهره‌برداری از TGR در دوره‌های مختلف انجام می‌شود. پس از شروع ذخیره‌سازی مخزن در سال ۲۰۰۳، مشکل رسوب هم در بخش‌های بالادست و هم در بخش‌های پایین‌دست ظاهر شد و مشاهده نمونه اولیه و تحقیقات رسوب مربوطه برای کمک مستقیم به بهره‌برداری از TGP انجام شد. هدف مشاهده شامل جنبه‌های زیر است: تسلط بر داده‌های پس‌زمینه وضعیت کانال طبیعی قبل از آبگیری کامل؛ مرجعی برای تصمیم‌گیری در مورد طرح آبگیری مرحله‌ای؛ نظارت بر تغییرات فرسایش و رسوب در زمان واقعی هم در بخش‌های بالادست و هم در بخش‌های پایین‌دست پس از آبگیری و یافتن مشکلات، به منظور انجام اقدامات متقابل در زمان مناسب؛ اعتبارسنجی فناوری شبیه‌سازی اتخاذ شده و افزایش اعتبار پیش‌بینی رسوب TGP.

محدوده مشاهده نمونه اولیه رسوب هیدرولوژیکی شامل منطقه مخزن، محل سد و بخش‌های پایین‌تر است. از سال ۱۹۴۹، بر اساس اندازه‌گیری رسوب طولانی‌مدت، مشاهده کانال و اکتشاف و بررسی، داده‌های مشاهده نمونه اولیه و نتایج تحقیقات تحلیلی زیادی جمع‌آوری شده است، بنابراین نیاز به برنامه‌ریزی، طراحی و تحقیقات علمی در مرحله تعریف را برآورده می‌کند. مرحله ساخت، مرحله میانی برای موفقیت در مرحله پروفاز است و کل دوره ساخت ۱۷a است، بنابراین لازم است که به طور مداوم تغییرات رواناب، رسوب و شرایط مرزی مشاهده شود. این امر نه تنها وابستگی برای طراحی، تحقیقات علمی، ساخت و بهره‌برداری را فراهم می‌کند، بلکه برای اعتبارسنجی و بهینه‌سازی طراحی و تنظیم نیز مفید است.

عوامل پایش عمدتاً شامل هیدرولوژی، رسوب و عوارض کانال می‌شوند. بررسی عوارض کانال عمدتاً برای بدست آوردن نظم تکامل کانال در حالت خام، رسوب رسوب در مخزن، فرسایش در پایین دست و تکامل بخش‌های کلیدی پس از آبگیری سد مخزنی انجام می‌شود.

۲ طراحی شبکه هیدرولوژیکی و سیستم اندازه‌گیری
برای جمع‌آوری داده‌های اولیه و ارائه خدمات برای ساخت مهندسی حوضه، کمیسیون منابع آب چانگ‌جیانگ از دهه 1950 به تدریج تعداد زیادی ایستگاه هیدرولوژیکی در امتداد نهر اصلی و شاخه‌های رودخانه یانگ تسه تأسیس کرده است. تا دهه 1990، یک شبکه کامل ایستگاه‌های هیدرولوژیکی و شبکه پایش رسوب اساساً تشکیل شده بود. این شبکه شامل 118 ایستگاه هیدرولوژیکی و بیش از 350 ایستگاه اندازه‌گیری است. علاوه بر این، حجم زیادی از کارهای بررسی رودخانه و تحلیل رسوب تکمیل شده است. داده‌های مشاهده هیدرولوژیکی و رسوب دهه‌های گذشته برای چندین نسل، مبنای علمی برای نمایش، طراحی، ساخت و بهره‌برداری از TGP را فراهم کرده است.

مشاهده نمونه اولیه برای کمک به تحقیقات رسوب، ساخت و بهره‌برداری از TGR در دوره‌های مختلف انجام می‌شود. پس از شروع ذخیره‌سازی مخزن در سال ۲۰۰۳، مشکل رسوب هم در بخش‌های بالادست و هم در بخش‌های پایین‌دست ظاهر شد و مشاهده نمونه اولیه و تحقیقات رسوب مربوطه برای کمک مستقیم به بهره‌برداری از TGP انجام شد. هدف مشاهده شامل جنبه‌های زیر است: تسلط بر داده‌های پس‌زمینه وضعیت کانال طبیعی قبل از آبگیری کامل؛ مرجعی برای تصمیم‌گیری در مورد طرح آبگیری مرحله‌ای؛ نظارت بر تغییرات فرسایش و رسوب در زمان واقعی هم در بخش‌های بالادست و هم در بخش‌های پایین‌دست پس از آبگیری و یافتن مشکلات، به منظور انجام اقدامات متقابل در زمان مناسب؛ اعتبارسنجی فناوری شبیه‌سازی اتخاذ شده و افزایش اعتبار پیش‌بینی رسوب TGP.

محدوده مشاهده نمونه اولیه رسوب هیدرولوژیکی شامل منطقه مخزن، محل سد و بخش‌های پایین‌تر است. از سال ۱۹۴۹، بر اساس اندازه‌گیری رسوب طولانی‌مدت، مشاهده کانال و اکتشاف و بررسی، داده‌های مشاهده نمونه اولیه و نتایج تحقیقات تحلیلی زیادی جمع‌آوری شده است، بنابراین نیاز به برنامه‌ریزی، طراحی و تحقیقات علمی در مرحله تعریف را برآورده می‌کند. مرحله ساخت، مرحله میانی برای موفقیت در مرحله پروفاز است و کل دوره ساخت ۱۷a است، بنابراین لازم است که به طور مداوم تغییرات رواناب، رسوب و شرایط مرزی مشاهده شود. این امر نه تنها وابستگی برای طراحی، تحقیقات علمی، ساخت و بهره‌برداری را فراهم می‌کند، بلکه برای اعتبارسنجی و بهینه‌سازی طراحی و تنظیم نیز مفید است.

عوامل پایش عمدتاً شامل هیدرولوژی، رسوب و عوارض کانال می‌شوند. بررسی عوارض کانال عمدتاً برای بدست آوردن نظم تکامل کانال در حالت خام، رسوب رسوب در مخزن، فرسایش در پایین دست و تکامل بخش‌های کلیدی پس از آبگیری سد مخزنی انجام می‌شود.

حسگر سرعت جریان سطح آب راداری برای سناریوهایی مانند سدها، کانال‌های باز و شبکه‌های لوله زیرزمینی، می‌تواند داده‌ها را در زمان واقعی رصد کند.