پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد رشته سازه های هیدرولیکی (M.Sc)
عنوان
بررسی نشت آب از سد خاکی شهیدکاظمی بوکان با استفاده ازداده‌های پیزومتریک ونرم افزارSeep/w
مقدمه
شرایط اقلیمی کشور و نیاز آن به احداث سازههای ذخیره‌ی آب احداث سدهای مخزنی بزرگ و کوچک را در دستور کار برنامهریزان قرار داده است که به عنوان سازههای مهارکننده آبهای سطحی و کنترل سیلاب امکان استفاده بیشتر از آب رودخانه‌ها را فراهم می نمایند. و همچنین سدها یکی از پراهمیتترین سازههای ساخت دست بشر میباشند که تخریب آنها به هر دلیلی هزینههای گزاف و گاه جبران ناپذیری را باعث میشوند. آب نگهداشته شده در پشت سد بدلیل داشتن پتانسیل بالا همیشه به دنبال راهی برای فرار می باشد و لذا در توده متخلل پی و بدنة سدهای خاکی نفوذ کرده و بطرف پایین دست نشت پیدا می‌کند. پیش بینی از میزان دقیق نشت آب در سدهای خاکی یکی از مهمترین مسائلی است که در طراحی سدهای خاکی مورد توجه خاص متخصصین امر قرار میگیرد. نشت از بدنة سدیکی ازعوامل مهم تخریب سدهای خاکی میباشد. نشت از بدنة سد به خودی خود پدیده مخربی نیست و در بدنه تمامی سدها وجود دارد، ولی آنچه باعث مخرب شدن این پدیده می شود، عدم کنترل و پیش بینی درست آن است. لذا باید با تشریح عوامل موثر در تخریب هیدرولیکی سدهای خاکی بدلیل نشت از بدنه سد و راهکارهای کنترل و پیشگیری از این پدیده را مورد بررسی قرار داد.]5]
سد شهید کاظمی بوکان که از نوع مخزنی بوده و در ۳۵ کیلومتری جنوب شرقی شهرستان بوکان قرار دارد. ارتفاع سد از کف حدود 50 متر و طول تاج آن حدود 720متر میباشد. این سد قادر است تا میزان752میلیون مترمکعب از آب رودخانه را در پشت سد ذخیره نماید. سد مذکور از نوع سدهای مخزنی است و در سال 1350ساخته شده مقدار آب قابل تنظیم سالانه آن 535 میلیون مترمکعب در سال میباشد. و با افزایش حجم مخزن سد در سال ۱۳۸4، حجم کل مخزن سد به 800 میلیون مترمکعب رسید. این سد علاوه بر تأمین آب شهرهای بوکان٬ میاندوآب و بخشی از شهر تبریز، و در حدود ۵۵ هزار هکتار از زمین‌های کشاورزی منطقههای عجب شیر و آذرشهر را نیز آبیاری می‌کند. برای تنظیم و استفاده از آب و سیلابهای رودخانه زرینه جهت آبیاری اراضی پایین‌دست سدی در محل جنوب شرقی بوکان بر روی این رودخانه بسته شده است. لذاعوامل موثربرروش های کنترل نشت برای سد مورد نظراز قبیل (عمق ترانشه, عرض ترانشه, ضخامت پتوی رسی, عمق پرده آببند, ارتفاع زهکش, زاویه زهکش, ضخامت زهکش, حذف زهکش, تغییر در ساختمان سد از لحاظ مصالح, ...) وعوامل فیزیکی و هندسی سد همانند نفوذ پذیری ، شیب بالا دست و پایین دست دامنههای سدرا می توان اشاره کرد.
1-3-اهمیت و ضرورت انجام تحقیق
استفاده بهینه از آب در کشوری چون ایران که از نظر اقلیمی دارای وضعیت خشک تا نیمه خشک است از اهمیت فراوانی بخصوص در گسترش و توسعه فعالیتهای کشاورزی برخوردار است. بهرهبرداری بهینه از این منابع آبی برای این منظور جز با توجه کامل به معیارهای اقتصادی و اجتماعی ممکن نیست. توجه به هزینه‌ها و فوائد اجتماعی در تخصیص منابع آب و در بهبود عملکرد اقتصادی بخش آب اهمیت دارد. از طرف دیگر روشهای بهرهبرداری از منابع آب و بخصوص منابع آب سطحی چون رودخانه متفاوت است که هر کدام از این روشها دارای ویژگی‌های خاص بوده و در شرایط متفاوت رودخانه و زمانهای برداشت، عملکردهای متفاوتی را از خود نشان می‌دهد که بررسی و ارزیابی آنها در بهبود استحصال آب نقش مؤثری دارد. بررسی عملکرد این روشها علاوه بر مقایسه اقتصادی و اجتماعی نقاط قوت و ضعف را نمایان ساخته و می‌تواند در انتخاب روش برداشت در شرایط مختلف منطقه و رودخانه مؤثر باشد و حد اقل مشکلات را در بهره برداری ایجاد نماید. سدها سازه هایی هستند که در مسیر رودخانه و برای ذخیرهسازی منابع آب رودخانه‌ها احداث میشوند. به طور کلی سدها به منظور استفاده آب ذخیره شده در پشت آنها برای آبیاری، شرب انسان و دام، تولید نیروی برق، جلوگیری از طغیانها و سیلابهای و جلوگیری از صدمه زدن به تأسیسات و روستاهای پایین دست و فرسایش و تخریب آبخیز کاربرد دارند.[6]
نشت بدنه سد، ایجاد ترک‌هایی در طول تاج سد یا دامنه پایاب و افزایش دبی زهکشها در پاشنه سد
می‌توانند نشانه‌هایی از آغاز توسعه یک گسیختگی باشند. با طراحی مناسب شیب دامنههای سراب و پایاب سد با در نظر گرفتن جنس و مشخصات مصالح مصرفی، جلوگیری از افزایش ناخواسته فشار آب در جسم سد و در نظر گرفتن زمین لرزه‌های محتمل مهمترین عوامل برای مرتفع کردن این مساله است. پیزومترها با هدف اندازه‌گیری مقدارنشت آب عبوری از داخل بدنة پی و تکیه‌گاههای جانبی سد نصب می گردند تا ازخروجی زهکشها بعنوان نقاط اندازه‌گیری نشت استفاده می شود. [7]
آب های نشتی از بدنة سد به همراه آبی که در پایین دست پرده تزریق ازتکیه‌گاهها وپی وارد بدنة سد
می‌شود از طریق زهکش افقی تعبیه شده درپوسته پایین‌دست به پشت ناحیه سنگریز واقع در پاشنة سد رسیده و در آنجا با استفاده از یک سرریز مثلثی از بدنة سد خارج می شود. [5]
1-4- اهداف مشخص تحقیق
منظور از پایداری استاتیکی سد خاکی، حفظ تعادل و جلوگیری از حرکت اجزای یک سد خاکی در مقابل نیروهای استاتیکی وارده است. به عبارت دیگر یک سد خاکی وقتی درحال تعادل یا پایدار است که در هرقسمت از سد برآیند تنش های اعمال شده کوچکتر از مقاومت بسیج شده در آن قسمت باشد. بنابراین پایداری سد خاکی یک مسئله نسبی است و برحسب تغییر نسبی مقادیر نیروهای مخرب و نیروهای مقاوم درجات مختلفی از پایداری می‌تواند وجود داشته باشد. از این رو در طراحی سدهای خاکی میزان نسبی پایداری با معیاری به نام ضریب اطمینان سنجیده می‌شود و هرچه این ضریب بالاتر باشد منعکس کننده درجه پایداری بیشتری خواهد بود. ضریب اطمینان در سدهای خاکی کمیتی است که حاشیه ایمنی سازه را در مقابل وقوع گسیختگی برشی نشان می‌دهد. یک سد خاکی نیازمند بازنگری در مورد دو مسئله خاص
می باشد:1- افت آب بر اثر تعیین خط تراوش2- تحلیل پایداری و میزان کنترل نشت از بدنه سد بر اساس تعیین خط تراوش. [8]
هدف بررسی کنترل پایداری سد و میزان نشت آن و ارائه راهکارهای لازم برای جلوگیری از نشت آب از بدنه سد بوکان میباشد. از متولیان و دست‌اندرکاران امور آب بوکان و سد شهیدکاظمی، سازمان آب منطقه‌ای استان آذربایجان‌غربی و شرکت‌های مشاور در این زمینه را می‌توان نام برد. لذا از اهداف مشخص تحقیق بررسی پایداری سد خاکی و افزایش حاشیه ایمنی سد بوکان میباشد.
1-کلیات وتعاریف2
1-1-مقدمه3
1-2-طرح مسئله4
1-3-اهمیت وضرورت انجام تحقیق 4
1-4-اهداف مشخص تحقیق 5
1-5-پیشینه تحقیق 6
1-6-مراحل انجام تحقیق7
1-7-سوالات تحقیق7
1-8-فرضیه های تحقیق7
1-9-واژه ها واصطلاحات فنی بکار رفته در تحقیق8
2- مفاهیم وتئوری موضوع 9
2-1-مفهوم نشت آب10
2-1-1- روشهای کاهش مقدار نشت10
2-2-استفاده از هسته با نفوذپذیری بسیار کم در بدنه سد11
2-2-1-انتخاب مصالح هسته11
2-2-2-ضخامت هسته 11
2-2-3- شکل وموقعیت استقرار هسته در مقطع سد13
2-3-استفاده از ترانشه آب بند14
2-4- استفاده از دیواره آب بند 16
2-5- استفاده از رویه آب بند در سطح بالادست 16
2-6- استفاده از پرده تزریق 16
2-7- استفاده از رویه با نفوذپذیری بسیار کم در کف مخزن 17
2-1-2- روش های کنترل وجمع آوری آب نشتی 21
2-8- کنترل آب نشتی با استفاده از زهکش ها 21
2-9- زهکش توسط پوسته پایین دست سد 22
2-10- چاه های زهکش یا فشارشکن 22
2-11- تخلیه پوسته بالادست 23
2-12- تخریب حاصل از نشت 25
2-12-1- ایجاد فرسایش داخلی 25
2-12-2- فرسایش وریزش پیش رونده 26
2-12-3- تخریب ساختمانی 27
2-13- معیارهای لازم برای حفظ ایمنی سدهای خاکی 27
2-14- هیدرولیک بدنه سدها 28
2-14-1- محاسبه عمق آزاد29
2-14-2- تعیین عرض تاج سد 30
2-14-3- محافظت از شیب 31
2-14-3-1-وزن مورد استفاده برای محافظت از شیب سدها 31
2-14-4- ضخامت لایه ریپ رپ با سنگ های درهم 33
2-14-5- پایداری ریپ رپ در پایین دست حوضچه های آرامش 34
2-14-5-1- کمیته کاری ASCEدرباره تهیه روش راهنمای رسوب گذاری34
2-14-5-2- روش USBR35
2-15- تراوش از درون بدنه سد 37
2-16- تراوش از درون هسته ناتراوا37
2-16-1- موقعیت خط تراوش 37
2-16-2- شبکه جریان 39
2-16-3- دبی جریان تراوش از درون هسته ناتراوا40
2-16-3-1- تحلیل شبکه جریان 40
2-16-3-2- محاسبه دبی تراوش با استفاده از روابط ریاضی 41
2-17- قوانین حاکم بر حرکت آب وخاک 42
2-17-1- قانون دارسی 42
2-18- تعریف خطوط جریان وهم پتانسیل 44
2-19- شیب خطوط جریان وهم پتانسیل 44
3- مواد وروش ها وداده های ابزارسنجی ورفتارنگاری 46
3-1- هدف از احداث سد بوکان 47
3-1-1- مشخصات سد وتاسیسات وابسته 48
3-2- عوامل اصلی طرح 48
3-3- مشخصات ساختمان وتاسیسات 49
3-4- موقعیت وراههای دسترسی 51
3-5- مشخصات سازه ای 52
3-6- زمین شناسی سد54
3-7- تاریخچه ساخت،آبگیری وبهره برداری55
3-7-1- پی سد 55
3-8- اقلیم شناسی منطقه 56
3-9- راههای دسترسی سد 56
3-10- سیستم ارتباطی سد 56
3-11- مشخصات بدنه سد (قبل از افزایش ارتفاع )57
3-12- تاسیسات سد 58
3-12-1- سرریز 58
3-12-2- مشخصات سد قبل از افزایش ارتفاع 63
3-12-3- برج آبگیر وتاسیسات خروجی 64
3-13- توسعه سد (طرح افزایش ارتفاع سد)67
3-13-1- مشخصات سد بعد از افزایش ارتفاع 69
3-14- مشخصات سیستم ابزاربندی ورفتارسنجی 71
3-14-1- پیزومتر الکتریکی 71
3-14-2- پیزومتر قائم 71
3-14-3- چاههای فشارشکن 71
3-14-4- کلکتور71
3-14-5- شتابنگار72
3-15- ابزار دقیق منصوبه 72
3-15-1- ابزارهای اندازه گیری هیدرولوژیک 72
3-15-2- ابزارهای هواشناسی 73
3-15-3-ابزار اندازه گیری شبکه لرزه نگاری 74
3-15-4- ابزارهای اندازه گیری فشارهای پیزومتریک ونشت 74
3-15-4-1- پیزومترهای الکتریکی 74
3-15-4-2- پیزومترهای لوله قائم 75
1-15-4-3-چاههای فشارشکن و اندازه گیری تراوش آب 76
3-5-15- ابزارهای اندازه گیری تغییرشکلهای بدنه سد 77
3-15-5-1- نقاط میکروژئودتیک وپیلارهای نقشه برداری 77
3-15-5-2- درزسنجها 77
3-15-5-3- انبساط سنج ها 77
3-15-6- ابزارهای اندازه گیری موارد خاص 77
3-15-6-1- ترازسنج های دیجیتالی 77
3-15-6-2- لیمینوگراف 78
3-15-6-3- عمقیاب الکتریکی 78
3-16- مقاطع ابزارگذاری ولیست ابزاردقیق 79
3-17- داده های رفتارنگاری 86
3-17-1- فشار منفذی پیزومترها 86
3-18- سطح آب در چاه های مشاهده ای 93
3-19- میزان دبی چشمه ها، چاههای فشارشکن 93
4- آنالیز نشت آب با نرم افزار SEEP/W وبررسی نتایج حاصله 95
4-1- آنالیز نشت آب با نرم افزار SEEP/W 96
4-2- مشخصات هندسی سد 96
4-3- ترسیم سطح آزادآب توسط نرم افزار 97
4-4- ترسیم خطوط جریان در سد بوکان توسط نرم افزار 98
4-5- ترسیم خطوط هم پتانسیل توسط نرم افزار99
4-6- محاسبه دبی عبوری جریان توسط نرم افزار برای سد بوکان99
4-7- محاسبه فشار آب زیر سد100
4-8- خروجی های نرم افزار برای نشت آب از بدنه سد بوکان101
4-9- تحلیل نتایج خروجی نرم افزار101
5- نتایج وپیشنهادات 103
5-1- تحلیل نتایج داده ها 104
5-3- پیشنهادات 112
منابع ومآخذ113
چکیده انگلیسی116
تعداد صفحات پایان نامه: 129
فرمت: ورد و با قابلیت ویرایش
دانلود پایان نامه بررسی نشت از بدنه سد خاکی شهید کاظمی بوکان با استفاده از داده های پیزومتریک
