شبیه سازی عددی و بررسی آزمایشگاهی انحلال کارست نمکی در مخازن سدها

امروزه سدها از سازه های آبی مهمی به شمار می آیند که در همه نواحی جهان بویژه در نواحی خشک و نیمه خشک برای مدیریت و کنترل آب های سطحی احداث می شوند. این سازه ها در ارتباط تنگاتنگ با شرایط زمین شناسی هستند که در آن ساخته شده اند. یکی از منابع آلوده کننده، سیستم های کارست نمکی در محیط های آبی بویژه در مخازن سدها می باشد. کارست یکی از شگفت انگیزترین پدیده های زمین شناسی است که به خاطر تعامل تنگاتنگ میان آن با آب های زیر زمینی و آب های سطحی از اهمیت بسیاری برخوردار است. اگر سد در مناطقی که از سنگ های واکنش پذیر تشکیل شده است ساخته شود مورد تهدید پدیده کارستی شدن، انحلال و در مواقعی خورندگی آب های جاری در حوزه قرار می گیرد و ساخت سدها و مخازن در این سازند ها با ریسک بالایی همراه می گردد. اساس این تحقیق بر سه محور مطالعات میدانی، استفاده از داده های آزمایشگاهی و مدلسازی عددی استوار می باشد. به منظور تعیین ضریب انحلال، مدل فیزیکی مربوط به مخزن بصورت کانال ذوزنقه ای طراحی و ساخته شد و از نمونه های سنگ نمک موجود در مخزن سد به عنوان سازند کارستی در مدل فیزیکی استفاده شد. این مدل در حالت های مختلف اجرا و نتایج مربوط به مقدار انحلال و مقادیر غلظت نمک در مقاطع زمانی مختلف بدست آمد. در مرحله بعد مدل آزمایشگاهی جهت تعیین ضریب انحلال نمک در مدل عددی شبیه سازی گردید. مدل عددی با ضرایب انحلال مختلف اجرا و نتایج حاصله با داده های بدست آمده از مدل آزمایشگاهی مقایسه شد. از طریق این مقایسه و بهترین تطبیق نتایج، میزان نمک ورودی به مخزن در مقاطع مختلف تعیین و وارد مدل عددی شد. در مرحله بعد مدل عددی به مخزن واقعی تعمیم داده شد و با شبیه سازی مخزن واقعی با استفاده از ضریب انحلال بدست آمده از مطالعه آزمایشگاهی، چگونگی تاثیر سازند کارستی نمکی بر شرایط کیفی مخزن مورد تحلیل و بررسی قرارگرفت. در ادامه تحلیل حساسیت پارامترهای موثر بر توزیع شوری و رفتار سازند نمکی، مانند ضریب انحلال، دبی، دما و رطوبت نسبی انجام شد و نتایج مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. مدل عددی مورد استفاده، مدل مشهور mike21 ساخت شرکت dhi می باشد. با استفاده از مطالعه آزمایشگاهی و شبیه سازی عددی و تطبیق نتایج حاصل از آن ها، مقدار ضریب انحلال سازند کارست نمکی در شرایط جریان مخزن حدود 0.2 سانتیمتربرساعت محاسبه شد. نتایج حاصل از شبیه سازی مخزن با استفاده از ضریب انحلال بدست آمده از مطالعه آزمایشگاهی، نشان داد که حتی در زمان پربودن کامل مخزن، مقدار غلظت نمک در آب مخزن می تواند به 3 برابر حد مجاز برسد. نتایج تحلیل مدل عددی نشان داد که ماه های اول بهره برداری نسبتاً ماه های بحرانی برای پروژه مورد مطالعه محسوب نمی شوند و غلظت وزنی نمک موجود در آب مخزن در حدود 0.8 تا 0.9 مقدار مجاز خواهد بود. ولی در ادامه با توجه به تغییراتی که در شرایط مخزن ایجاد می شود، روند توزیع شوری در مخزن شدت بیشتری گرفته و مقدار غلظت نمک با گذشت زمان افزایش می یابد. با مقایسه مقادیر واقعی غلظت نمک در مخزن و مدل عددی مشخص شد که متوسط درصد خطای مقادیر غلظت حدود 13.65 درصد می باشد و مدل عددی در اکثر زمان های اندازه گیری شده مقادیر غلظت را اندکی کمتر از مقادیر واقعی نشان می دهد. در ادامه با انجام تحلیل حساسیت پارامترهای موثر بر توزیع شوری، مشخص شد که این پارامترها تاثیر قابل توجهی در نحوه توزیع شوری و مقدار غلظت نمک در مخزن دارند. این نتایج نشان داد که بطور متوسط با 10درصد تغییر در پارامترهای بررسی شده، پارامتر ضریب انحلال به میزان 21درصد، دمای هوا 18درصد، دبی 21.1درصد و رطوبت نسبی 6.1درصد موجب تغییر در مقادیر شوری آب مخزن می شوند. باتوجه به این نتایج مشهود است که پارامترهای ضریب انحلال نمک و دبی مهمترین عوامل تاثیرگذار بر رفتار توزیع شوری در مخزن هستند.