ل HEC_ RAS دارد.
واژه‌های کلیدی:
شکست سد، پدیده‌های سرریز شدن آب از روی سد، پدیده ایجاد لوله در بدنه سد، پارامترهای شکست، روندیابی سیلاب، معادلات سنت ونانت، مدل کامپیوتری، توسعه شکاف سد، شکست تدریجی.
فصل اول
کلیات تحقیق
1-1- مقدمه
با توجه به اینکه مقاله حاضر در ادامه مطالعات خانم الهام مینا میباشد بنابراین در قسمتهایی از این پایاننامه، از مطالعات نامبرده استفاده شده است. سد سازه‌ای است که می‌تواند مقادیر زیادی آب را برای مصارف شرب یا کشاورزی و حفاظت، تفرج یا کنترل سیلاب ذخیره کند و از سدهای خاکی بطور گسترده‌ای در آبخیزداری استفاده می‌شود. از طرف دیگر برخی پدیده‌‌ها مانند آتشفشان، یخچال، زمین لغزش و زمین لرزه بطور طبیعی سدهای خاکی را ایجاد می‌کنند. از نقطه نظر کنترل سیلاب این سدها اهمیت ویژه‌ای دارند، زیرا سیل ناشی از شکست سدهای خاکی طبیعی1 و دست ساخت2 در اغلب موارد بسیار بزرگ‌تر از سیل‌هایی است که به دلیل رگبارهای شدید و ذوب سریع برف ایجاد می‌شوند. نکته قابل توجه در این جا این است که گاهی ایجاد نموده و سیل بوجود آمده در رگبارهای شدید سیلی بزرگتر از سیل طرح ورودی اثر تخریب و انهدام سد و رها ساختن آب موجود در مخزن بسیار خطرناک‌تر را منجر میشود. در مقایسه با سایر مخازن، هزینه ساخت سد به ازای هر مترمکعب آب ذخیره شده بسیار کمتر است. زیرا سد، آب را هم در پشت خود و هم در قسمت حفاری شده برای ساخت سازه ذخیره میکند، در حالی ‌که مخازن فقط در قسمت حفاری شده آب را ذخیره می‌کنند. از طرف دیگر به دلیل زیادبودن سطح آب در پشت سد، میزان تبخیر از پشت سدها زیادتر از سایر مخازن بوده و کیفیت آب آنها نیز پایین‌تر است.
سدسازی کهن یک هنر اولیه و آزمایشی منتج از تجارب و آزمون‌های ساده بود اما طی قرن‌های متمادی به تدریج با علم در آمیخت. سدهای اولیه با استفاده از آبرفت‌های در مسیر جریان و مصالح سنگی ساخته میشد. به تدریج مهارت سازندگان در طول قرن‌های متمادی افزایش یافت و سدهای با مصالح بنایی و ملات احداث شد. با پیشرفت علم سدسازی، مهندسان دریافتند که یک سوم میانی سد برای تأمین مقاومت سدهای وزنی تحت بار متوسط در مقابل واژگونی حائز اهمیت است و سپس به وجود فشار برکنش، پی برده و از سیستم زهکشی برای کاهش آن بهره گرفتند. در قرن نوزدهم با آغاز استفاده از ماشین آلات به جای حیوانات در حمل مصالح و متراکم ساختن خاکریز و غیره، توسعه سدهای خاکی شتاب بیشتری گرفت. انتقال از دوره گریدرها و گاری‌های اسبی، غلطک‌های صاف و ماله‌کشی بزودی با تعمیم استفاده از ماشین‌آلات سنگین مانند غلطک پاچه بزی، غلتک لرزان و کشنده‌های با یدک چرخ زنجیری به صورت کامل انجام گرفت. تا قرن بیستم بخش اعظم دانش مورد استفاده در طراحی سدهای خاکی، تجربی بوده و مقاومت آنها در مقابل نیروهای وارده به آسانی قابل تعیین نبود. مقادیر حدی، عمدتاً براساس حوادث و شکست‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. برعکس، روش‌های تحلیلی برای طراحی سدهای بتنی و بنایی، با وجود اینکه از مفاهیم ساده برگرفته شده بود، نسبتاً قابل اطمینان بودند.
بطور کلی تا سال 1940 حدود 40 درصد از سدهائی که به ارتفاع بیش از 15 متر احداث گردیدند از نوع بتنی بودند. اما از آن دوره به بعد، نسبت سدهای بتنی ساخته شده به کل سدها کاسته شده و استفاده از سدهای بتنی قوسی در دره‌های تنگ رو به افزایش بود. بنابراین کاهش سدهای بتنی مربوط به دره‌های عریض میشد که به جای سدهای بتنی وزنی، سدهای خاکی و سنگریزه‌ای احداث گردید که ارزان‌تر و بیشتر قابل توجیه بودند. دلیل این امر بازده خیلی بالای ماشین‌آلات، تجهیزات و روش ساخت در این نوع سدها بود. در خلال این زمان، هر چند هزینه ساخت سدهای خاکی نسبت به سدهای بتنی در حال کاهش بود ولی از طرف دیگر تجارب نشان دادند که سدهای خاکی ایمنی کمتری نسبت به سدهای بتنی دارند. دلیل اصلی تخریب سدهای خاکی روگذری3 فرسایش درونی مصالح خاکریز بود. با توجه به آسیب‌پذیری سدهای خاکی، متخصصین بدنبال نوع جدیدی از مصالح برای سدسازی بودند که ایمنی سد بتنی و سرعت اجرای سد خاکی را تواماً دارا باشد، تا اینکه در اوایل سال‌های1960و1970ابتکار جدید احداث سد بتن غلتکی4 مطرح شد. این نوع سدها با توجه به هزینه و زمان مورد نیاز نسبتاً کوتاه، بطور سریع در سراسر دنیا مورد قبول واقع شده و پیشرفت ناگهانی قابل توجهی را در امر طراحی و ساخت بوجود آوردند. این نوع سدها با هزینه کمتر و ایمنی نظیر سدهای بتنی کلاسیک قابل ساخت می باشند. سد بتن غلتکی بیش از آنکه یک نوع مصالح جدید باشد روشی جدید برای اجرا است.
احداث موفق یک سد مستلزم طی مراحل متعددی از جمله؛ جانمایی، ارزیابی محل، طراحی، ساخت و نگهداری است. عدم توجه کافی به هر یک از این مراحل سازه سد را در معرض خطر و آبشستگی قرار می‌دهد. شکست سد یک مسأله هیدرولیکی است که در پی آن حجم زیاد آب انباشته شده در مخزن در زمان کوتاهی به صورت نا گهانی تخلیه و سیلاب عظیمی در پایین دست سد جریان می‌یابد که در این حالت امواج بزرگ سیلاب زیان‌های عظیمی در نواحی پایین دست بوجود می‌آید. این امواج سبب خسارات جانی و مالی فراوان، فرسایش زمین و اثرات زیست‌محیطی نامطلوب می‌گردند. انهدام و شکست سد می‌تواند به علت پدیده‌های سرریز شدن آب و روگذری از روی سد به دلیل ناتوانی ظرفیت تخلیه سرریز، تراوش، پدیده ایجاد لوله و رگاب5 در بدنه سد، لغزش شیب خاکریز، اثر زلزله و روانگرایی در سدها می‌باشد.
1-2- بیان مسأله اساسی تحقیق
شکست سد یک مساله هیدرولیکی است که در پی آن حجم زیاد آب انباشته شده در مخزن در زمان کوتاهی بصورت ناگهانی تخلیه و سیلاب عظیمی در پایین دست سد جریان مییابد که در این حالت امواج بزرگ سیلاب زیانهای عظیمی در نواحی پایین دست بوجود میآید. این امواج سبب خسارات جانی و مالی فراوان، فرسایش زمین و اثرات زیست محیطی نامطلوب میگردند. سیلاب حاصل از شکست سد، چه از لحاظ ابعاد آن و چه از لحاظ اثرات دینامیکی موج سیلاب، قابل مقایسه با سیلابهای طبیعی حوضه آبریز مربوطه نمیباشد و بنابراین از قدرت تخریب بالایی برخوردار است. علاوه بر آن در اکثر موارد، کانال رودخانه در پایین دست سد چنین سیلابی را تجربه نکرده و لذا قادر به مهار آن در کانال اصلی خود نمیباشد. از این رو انجام تحلیل شکست سد و ارزیابی تبعات ناشی از آن برای همه سدها ضروری به نظر میرسد. این تحلیل علاوه بر ارزیابی خسارت و میزان خطر موجود در پایین دست سد، امکان برنامهریزی عملیات نجات و تسکین فاجعه ناشی از شکست سد را نیز فراهم میکند. انهدام و شکست سد میتواند به علت پدیدههای سرریز شدن آب و روگذری از روی سد به دلیل ناتوانی ظرفیت تخلیه سرریز، تراوش، پدیده ایجاد لوله و رگاب در بدنه سد، لغزش شیب خاکریز، اثر زلزله و روان گرایی در سدها میباشد. تحقیق مربوط به تعیین پارمترهای هیدرولیکی ناشی از شکست موج سد و متعاقب روندیابی سیل ناشی از شکست سد و پهنهبندی سیلاب ارزیابی میگردد به این منظور مطالعه موردی بر روی رودخانه تاکستان میباشد. به منظور انجام تحلیل غیر دائمی جریان و شکست سد از تحلیل سیستم رودخانه با استفاده مدلهای هیدرولیکی مبتنی بر مدلسازی مخزن با استفاده از قابلیت مدلسازی شکست سد در محیط نرم افزار Hec -Ras و اعمال نحوه شکست سد و جریان سیلاب در شرایط غیر ماندگار مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت و تحلیل شکست سد مرتفع میگردد لذا متعاقب سیلاب حاصل از شکست سد مورد نظر، ارزیابی و در رودخانه پایین دست آن روند یابی میشود. به جهت انجام آنالیز شکست سد و تعیین پارامترهای هیدرولیکی در طول رودخانه و در مقاطع مختلف از این نرم افزار به عنوان یک مدل برای آنالیز شکست با شبیه سازی جریانهای یک بعدی غیر دائمی در کانال و در محل شکستگی سد بر اساس گسسته سازی ضمنی چهار نقطهای6 روش عددی تفاضل محدود معادلات سنت ونانت 7 تحلیل و مورد بررسی قرار گرفته که این نرمافزار توانایی مدل کردن انواع سد اعم از بتنی و خاکی را با لحاظ کردن سازههای عرضی داشته و در حالت سد خاکی قابلیت شبیه سازی هر دو مدل شکست از نوع روگذری و حفرگی را دارد میباشد. از این رو این نرم افزار مبنای محاسبات قرار خواهد گرفت.
1-3-اهمیت و ضرورت انجام تحقیق
سابقه بررسی شکست سد میباشد با توجه به خاصبودن تحقیق که مبتنی بر مطالعه موردی بر روی رودخانه تاکستان است، تحلیل شکست سد با پدیده روگذری توأم با مطالعه موردی توسط نرمافزار ver.4.