بررسی کارآیی روش پمپ و جت آب در رسوب‌زدایی از مخازن سدها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری عمران - مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان

2 دانشیار، گروه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان،

3 دانشیار گروه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، ایران

4 استاد، پژوهشکده مهندسی آب و آب‌های معدنی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

در این پژوهش یک فناوری جدید برای رسوب‌زدایی مستمر و کنترل‌شده از مخزن سد بررسی شده است. این فناوری از یک سیستم مکنده با دو پمپ مجزا تشکیل شده است: یک پمپ لجن‌کش برای برداشت و انتقال رسوبات و یک پمپ شناور فشارقوی برای تولید جت آب برای ایجاد اغتشاش در لایه‌های رسوبی کف مخزن. آزمایش‌های محلی در مخزن سد زنوز به‌عنوان مطالعه موردی در دو حالت با و بدون جت آب انجام شده است. نتایج نشان داده‌اند که جرم رسوبات برداشت‌شده در طول زمان آزمایش از سه فاز رشد، کاهش و تعادل پیروی می‌کند. با توجه به شرایط محلی، خصوصیات خاک و سیستم لایروبی، مقادیر حداکثر جرم رسوبی برداشت‌شده توسط پمپ در حالت بدون جت آب 100 گرم بر ثانیه و برای حالت با جت 200 تا 430 گرم بر ثانیه بوده است. تحلیل ابعادی برای پارامتر نرخ تولید رسوب - مقدار حجم مصالح لایروبی در واحد زمان - انجام و روابط تناسبی مربوط به دبی حجمی رسوب و دبی جرمی رسوب به دست آمد که نشان می‌دهند دبی رسوب با منحنی‌های مشخصه (دبی – ارتفاع) پمپ همگراست. راندمان متوسط رسوب‌زدایی در حالت پمپ با جت آب به ترتیب 7-14% و در حالت بدون جت آب 2-3% بوده است. این نشان می‌دهد که جریان جت آب تأثیر قابل‌ملاحظه‌ای بر افزایش راندمان رسوب‌زدایی دارد و بدون آن برداشت رسوبات ته‌نشین شده قابل‌طرح نمی‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the Efficiency of Pump and Water Jet Technique for Desilting Dam Reservoirs

نویسندگان [English]

  • Hossein Hossein Ebadi 1
  • Hojat Karami 2
  • Saeed Farzin 3
  • akbar safarzadeh 4
1 Ph.D. Student, Department of Water Engineering and Hydraulic Structures, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Associate Professor, Department of Water Engineering and Hydraulic Structures, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran,
3 Associated Professor, Department of Water Engineering and Hydraulic Structures, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran.
4 Professor, Department of Civil Engineering, Technical and Engineering Faculty, Mohaghegh Ardabili University, Ardabil, Iran
چکیده [English]

This paper presents a novel technology for desilting dam reservoirs in a continuous and controlled manner. The proposed technology utilizes a suction system that incorporates two pumps: a dredge pump for removing and transporting sediments, and a high-pressure submersible pump for generating water jets to create turbulent flows in the bottom sediment layers. To evaluate the effectiveness of the proposed technology, local experiments were conducted in two cases: with the suction pump alone and with the addition of water jet flow. These experiments were conducted at the end of the reservoir of Zenouz Dam, which serves as a case study. The collected sediment mass was measured over time, and the resulting mass-time graphs revealed three distinct phases: ascending, descending, and constant. Based on the local conditions, soil properties and dredging system, the maximum sediment mass removal rates by the pump were 100 g/s for the case without water jet and ranged from 200 to 430 g/s for the case with water jet. Dimensional analysis was performed to determine the relationship between sediment yield and parameters such as sediment volumetric flow rate and sediment mass flow rate. The results showed that the variations of sediment discharge followed the same characteristic curves (discharge - height) of the pump. The average de-sedimentation efficiency was found to be 7-14% and 2-3% for the experimental pump modes with and without the jet flow, respectively. This indicates that the water jet flow has a significant influence on enhancing the de-sedimentation efficiency, and without it, the sediment removal would not be feasible.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dam Reservoir
  • Desiltation
  • Pump
  • Jet Flow
  • Zenouz Dam
پرورش­ریزی، ع.، سادات هلبر، س. و فرهودی، ج. 1393. امکان­سنجی فنی و به­گزینی اقتصادی روش­های مختلف رسوب­زدایی در مخازن سدهای برق­آبی (مطالعه موردی سد باراسونا-اسپانیا). نشریه علمی- پژوهشی سد و نیروگاه برق­آبی. ایران. 1 (3): ۶۳-۷۳.
پیشگر، ر.، ایوب­زاده، س. و قدسیان، م. 1394. بررسی آزمایشگاهی اثر آرایش روزنه­های مکش رسوب بر عملکرد روش لوله دفن­شونده در لایروبی مخازن. مجله علمی- پژوهشی عمران مدرس، دانشگاه تربیت مدرس. 10 (1): 1-14.
پیشگر، ر.، ایوب­زاده، س.، صانعی، م. و قدسیان، م. 1395. بررسی آزمایشگاهی اثر روزنه­های مکش رسوب بر عملکرد روش لوله       دفن­شونده در لایروبی مخازن. مجله علمی- پژوهشی عمران مدرس، دانشگاه تربیت مدرس. 16 (2): 1-14.
شرکت سهامی آب منطقه­ای گیلان امور سدها. 1385. گزارش عملیات رسوب­زدایی سد سفیدرود. وزارت نیرو.
شهیرنیا، م.، ایوب­زاده، س. و سامانی، ج. 1393. بررسی تأثیر تراز رسوب مخزن بر راندمان رسوب­زدایی تحت‌فشار. مجله علمی-پژوهشی مهندسی آب و خاک، دانشگاه تربیت مدرس. 9 (1): 1-14.
کمیته ملی سدهای بزرگ ایران. 1378. مسائل رسوب در سدهای بزرگ. وزارت نیرو، معاونت امور آب. چهارمین کارگاه آموزشی کمیته تخصصی هیدرولیک در سدها.
مددی اسفاد، ز.، احمدی، م. و رحیم‌پور، م. 1397. مطالعه آزمایشگاهی اثر جریان جت دایره‌ای بر رسوب شویی مخازن. نشریه هیدرولیک. 13 (4): 111-120.
مهندسین مشاور بندآب. 1377. مجموعه گزارش‌های طرح سد مخزنی زنوزچای. شرکت آب منطقه­ای آذربایجان­شرقی، تبریز.
مهندسین مشاور دریا ترسیم. 1395. گزارش فنی عملیات هیدروگرافی و رسوب­سنجی سد زنوز. شرکت آب منطقه­ای آذربایجان­شرقی، تبریز.
معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی .1391. راهنمای مطالعات رسوب­گذاری و رسوب­زدایی مخازن سدها. وزارت نیرو، دفتر مهندسی و معیارهای فنی آب و آبفا. نشریه شماره 589.
وزارت نیرو. 1396. راهنمای کاربرد مدل­های ریاضی در   رسوب­گذاری و رسوب­زدایی مخازن سدها. معاونت امور آب و آبفا، دفتر استاندارها. نشریه شماره 309.
Althaus, J., De Cesare, G. and Schleiss, a. 2015. Sediment Evacuation from Reserv oirs through Intakes by Jet Induced Flow. Journal of Hydraulic Engineering. 141 (2): 9.
Chen, S.-C., Wang, S.-C. and Wu, C.-H. 2010. Sediment removal efficiency of siphon dredging with wedge-type suction head and float tank. International Journal of Sediment Research- INT J SEDIMENT RES. 25 (2): 149-160.
Cao, D. and Chiew, Y.-M. 2013. Suction Effects on Sediment Transport in Closed-Conduit Flows. Journal of Hydraulic Engineering. 140 (5): 04014008.
Cao, D., Chiew, Y.-M., and Liu, X. 2014. Effect of Suction Zone Length on Sediment Transport. Journal of Hydraulic Research. 53 (1): 49–59.
Chang, M.-J., Lin, G.-F., Chen, P.-A., Lee, F.-Z., and Lai, J.-S. 2020. Development of a real-time forecasting model for turbidity current arrival time to improve reservoir desilting operation. Hydrological Sciences Journal. 65 (6): 1022-1035.
Hassanzadeh, Y. 1995. The Removal of Reservoir Sediment. Water International (IWRA). 20 (3): 151-154.
Hotchkiss, R. and Huang, Xi. 1995. Hydro suction sediment – Removal System (HSRS): Principles and Field Test. Journal of Hydraulic Engineering-asce. 121 (6): 479-489.
Jokiel, C. and Detering, M. 2011. An Innovative Sediment Removal Solution-Application and Project Experiences. Germany: DB Sediments GmbH.
Mohammadzadeh-Habili, J. and Heidarpour, M. 2010. New empirical method for prediction of sediment distribution in reservoirs. Journal of Hydrologic Engineering. 15 (1): 813-821.
Remini, B. 2022. Sustainable desilting of dams. LARHYSS Journal. 19 (3): 43-68.
Shrestha, H. 2012. Application of Hydrosuction Sediment Removal System (HSRS) on Peaking Ponds. Hydro Nepal: Journal of Water, Energy and Environment. 11 (12): 43-48.
Sakurai, T., Kashiwai, J. and Kubo, Y. 2007. Sediment discharge facility using sheet and pipe. Civil Engineering Journal. 48 (12): 30-35 (in Japanese).