تعیین معادلات ریاضی منحنی های حجم-سطح جهت پیش بینی توزیع رسوب در مخازن سدها

سدها از مهمترین سازه های آبی ساخته دست بشر می باشند که به منظور تنظیم و ذخیره آب، کنترل سیلاب، تأمین آب شهری و صنعتی، تولید انرژی برقابی، کنترل رسوب، تنظیم جریان زیست محیطی، مقاصد تفریحی و حمل و نقل آبی ساخته می شوند. یکی از مهمترین خصوصیات فیزیکی سدها و مخازن آنها منحنی های حجم – سطح می باشد. از این منحنی ها به منظور روندیابی سیلاب در مخزن، بهره برداری از مخزن، تعیین حجم و سطح مخزن در ترازهای مختلف، طبقه بندی مخازن و پیش بینی توزیع رسوب در مخازن سدها استفاده می شود. در تحقیق حاضر، از شباهت بین منحنی تابع لگاریتم طبیعی با منحنی ارتفاع - حجم مخازن استفاده شده و معادله ریاضی منحنی بدون بعد ارتفاع – حجم مخازن به دست آمده است. معادله به دست آمده دارای یک مجهول بوده و ضریب مخزن نامیده شده است. با مشتق گیری از معادله حجم – ارتفاع به دست آمده، معادلات ریاضی منحنی سطح - ارتفاع و ضریب مخزن به دست آمده است. برای بررسی دقت معادلات به دست آمده، از داده های حجم - سطح 21 سد و 2 دریاچه در آمریکا و 11 سد در ایران استفاده شده است. برای مخازن مورد مطالعه، نتایج به دست آمده نشان می دهد که معادله ارتفاع - حجم در مقایسه با معادله سطح - ارتفاع دارای دقت بیشتری می باشد. به گونه ای که متوسط خطای همبستگی بین معادله بدون بعد ارتفاع - حجم با داده های بدون بعد ارتفاع - حجم مخازن بین 0001/0 تا 0044/0 می باشد، درحالی که متوسط خطای همبستگی بین معادله بدون بعد سطح – ارتفاع با داده های بدون بعد سطح - ارتفاع مخازن بین 001/0 تا 0121/0 می باشد. جهت ارایه یک مدل مناسب برای پیش بینی توزیع رسوب در مخازن سدهای ایران، از داده های حاصل از رسوب سنجی های انجام شده در مخازن 11 سد در نقاط مختلف ایران استفاده شده است. بررسی تغییرات ضریب مخزن این سدها نشاندهنده چهار فاز مختلف رسوب گذاری در این سدها می باشد. این فازها به ترتیب فاز مقدماتی، فاز انتقال، فاز تعادل و فاز تخلیه نامیده شده اند. فاز مقدماتی از زمان بهره برداری از مخزن شروع شده و تا رسیدن پیشانی رسوبات به پشت بدنه سد ادامه می یابد. در طی این فاز ضریب مخزن کاهش می یابد. فاز انتقال بعد از رسیدن پیشانی رسوبات به پشت بدنه سد شروع شده و در طی آن ضریب مخزن افزایش می یابد تا به یک مقدار ثابت برسد. فاز تعادل بعد از فاز انتقال اتفاق می افتد و طی آن با افزایش حجم رسوبات، ضریب مخزن ثابت می گردد. فاز تخلیه بعد از رسیدن تراز رسوبات به تراز اولین دریچه آبگیر سد اتفاق می افتد و طی این فاز رسوبات از طریق دریچه آبگیر از مخزن خارج شده و در نتیجه کف آبگیر به عنوان نقطه کنترل عمل می کند و از افزایش عمق رسوبات در پشت بدنه سد جلوگیری می کند. در طی فاز تخلیه با افزایش حجم رسوبات ضریب مخزن کاهش می یابد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که طی فاز تعادل ضریب مخزن بین 57/0 تا 61/0 ثابت می گردد. با توجه به ثابت ماندن ضریب مخزن طی فاز تعادل و ثابت ماندن عمق مخزن طی فاز تخلیه و استفاده از معادلات به دست آمده، معادلات پیش بینی توزیع رسوب برای دو فاز تعادل و تخلیه به دست آمده است.