کنترل بهینه سیلاب در حوضه آبریز با ترکیب سدهای تاخیری پاره سنگی و خاکریز ساحلی
چکیده
چنانچه میزان جریان آب رودخانه بیش از ظرفیت آبگذری مقطع اصلی رودخانه باشد، مناطق همجوار رودخانه در معرض سیلاب قرار می گیرند. روش های سازه ای کنترل سیلاب، معمولا به منظور کاهش دبی اوج و یا جلوگیری از سیل بردگی به کار برده می شوند. سد پاره سنگی یک روش سازه ای کنترل سیل است که بخشی از جریان سیلابی در مخزن آن ذخیره شده و با گذشت زمان بتدریج و با دبی کمتری از میان بدنه سد تخلیه می شود. خاکریزساحلی نیز به عنوان یک روش سازه ای کنترل سیل، بدون تغییر موثر در دبی اوج سیلاب، باعث جلوگیری از سیل بردگی می شود. در صورتی که طرح کنترل سیلاب با مشارکت این دو روش انجام شود، علاوه بر کاهش قدرت و شدت سیلاب و جلوگیری از آبگرفتگی زمین های اطراف رودخانه، گزینه نهایی کنترل سیلاب با انعطاف پذیری بیشتری انتخاب خواهد شد. نکته مهم در رابطه با اقدامات تاخیری کنترل سیل، انتخاب درست موقعیت آنها در سطح حوضه می باشد. بسته به عوامل توپوگرافی و دیگر عوامل محیطی، مکان احداث سدهای پاره سنگی و همچنین طراحی این سدها و خاکریزساحلی متفاوت بوده و بر این اساس هر چینش و طراحی دلخواه از این دو روش سازه ای می تواند در تسکین سیلاب موثر واقع شود. بدیهی است ترکیب مذکور نه تنها از نظر هیدرولیکی بلکه از نظر اقتصادی نیز نمی تواند بهترین ترکیب ممکن باشد. بنابراین هدف از این تحقیق، معرفی روشی است که در آن مناسب ترین طراحی ترکیبی از چینش سدهای پاره سنگی درون حوضه به همراه خاکریزساحلی در محدوده مسکونی پایین دست حوضه را ارائه نماید، به طوری که با در نظر گرفتن محدودیت های حاکم بر حرکت سیلاب، مجموع هزینه ساخت سدها و احداث خاکریزساحلی حداقل مقدار ممکن شود. بدین منظور یک "مدل شبیه ساز - بهینه ساز" تهیه گردید که ضمن روندیابی جریان سیلاب در حوضه آبریز (با توجه به وجود و یا عدم وجود سدهای پاره سنگی)، هزینه احداث سدهای پاره سنگی در سطح حوضه آبریز بالادست و خاکریز ساحلی در محدوده مسکونی پایین دست را محاسبه کرده و در فرآیند بهینه سازی، بهترین چینش و قرارگیری سدهای پاره سنگی به طوری که هزینه های حاکم بر طرح کنترل سیلاب حداقل مقدار ممکن شود را تعیین می نماید. برای روندیابی جریان در حوضه آبریز بالادست متشکل از سدهای تاخیری پاره سنگی و بازه های مختلف، از روندیابی پالس و ماسکینگام - کونژ، در قالب مدل شبیه ساز استفاده گردید. همچنین برای محدوده مسکونی پایین دست نیز، رابطه حجم خاکریز - دبی پیک، تهیه و به مدل بهینه ساز معرفی شد. مدل شبیه ساز، با مدل بهینه ساز الگوریتم ژنتیک در محیط نرم افزار matlab ترکیب شده و در نهایت، شاخص های بهینه سدهای پاره سنگی و خاکریز ساحلی برای ترکیب بهینه به دست آمد. نتایج حاصله از کاربرد مدل مذکور برای حوضه آبریز طالقان بیان گر آن بود که به منظور بالا رفتن راندمان تسکین سیلاب این سدها و همچنین برای کاهش هزینه های طرح کنترل سیل، حتی الامکان سدهای پاره سنگی، در قسمت های میانی و بالادست حوضه آبریز احداث شوند. به طوری که از 6 سد باقیمانده، تنها یکی در پایین دست حوضه واقع شده است و بقیه در قسمت های میانی و بالادست حوضه آبریز استقرار یافته اند. علاوه بر این، در حالت بهینه، هزینه سدها، ????/?? در قیمت واحد حجم سنگریزه، هزینه خاکریزها، ????/?? در قیمت واحد حجم سنگریزه و هزینه کل، ?????/?? در قیمت واحد حجم سنگریزه به دست آمد. بر این اساس، هزینه طرح کنترل سیل، بیشتر از 81 درصد نسبت به استقرار تمامی سدها کاهش داشته است. علاوه بر جنبه اقتصادی طرح، از نظر مسایل هیدرولیکی نیز طرح بهینه، باعث تسکین قابل توجه هیدروگراف سیل گردید به طوری که طرح بهینه سیلاب، موجب کاهش 56 درصدی دبی پیک هیدروگراف خروجی گردید. علاوه بر این، پخشیدگی و کشیدگی هیدروگراف خروجی در حالت بهینه، قابل ملاحظه بود و طرح بهینه کنترل سیلاب به خوبی توانسته بود شدت وقوع سیلاب را کنترل نماید. بنابراین، کاربرد هم زمان سدهای تاخیری پاره سنگی و خاکریز ساحلی به عنوان یک طرح تلفیقی کنترل سیل، از نظر هیدرولیکی و اقتصادی باعث افزایش راندمان طرح کنترل سیل خواهد شد.
