مهندسی عمران

By Administrator,

Published in : مقالات, اصول مهندسی سد

سدهاي مخزني و تنظيمي كرخه

توضیحات :

رودخانه کرخه، پس از رودخانه های کارون و دز، سومین رودخانه بزرگ ایران از نظر آبدهی محسوب می شود. حوضه آبریز این رود در حدود 43 هزار کیلومتر مربع، شامل استان های همدان، کرمانشاه،کردستان، ایلام، لرستان و خوزستان می باشد. این رود در نهایت به مرداب بزرگ هورالعظیم می ریزد. دبی رودخانه کرخه در مواقع کم آبی حدود 300 مترمکعب بر ثانیه است درحالیکه در مواقع سیلابی به 5000 مترمکعب بر ثانیه هم می رسد.
یکی از مشخصه های طبیعی این رودخانه، احتمال وقوع سیلاب و خطرات ناشی از آن است.با هدف کنترل این خسارات، در سال 1335 شرکت آمریکایی گیپس، مطالعه این حوضه آبریز را آغاز نمود و در نهایت سه نقطه را برای احداث سد در بالا دست سد فعلی پیشنهاد می دهد که مراحل بعدی ساخت آن به دليل مشكلات آن زمان ، به سال هاي بعد از انقلاب و جنگ موکول می شود (طول تاج در این محلها حدود 7 کیلومتر پیش بینی شده بود و حجم دریاچه آن هم از حالت فعلی کمتر بوده است). پس از پایان جنگ شرکت مهاب قدس و شرکت لامایر آلمان مطالعات خود را مجدد آغاز کرده و نقطه فعلی در 21 کیلومتری شمال غربی اندیمشک را پیشنهاد می دهند.
عملیات اجرایی این طرح از اسفندماه 1370 با حفاری سیستم انحراف آب آغاز گردید و در مهر ماه 1374 با انجام موفقیت آمیزانحراف آب، کار ساخت بدنه اصلی سد وارد مرحله جدیدی شد.
آبگیری سد در 24 بهمن ماه سال 1378 آغاز گردید. تکمیل فعالیت های ساختمانی طرح، تا پایان سال 1380 بطول انجامید.
سد کرخه، بزرگترین سد تاریخ ایران و ششمین سد طویل جهان با طول تاج 3030 متر، اولین سد بزرگ با طراحی و اجرای نیروهای متخصص داخلی است. احداث این سد موجب ایجاد گسترده ترین دریاچه مصنوعی کشور با مساحت 160 کیلومتر مربع و با ذخیره ای معادل 3/1 کل ذخایر سدهای فعلی کشور گردیده است.
بر روی کرخه تنها دو سد مخزنی کرخه و در پایین دست آن سد تنظیمی کرخه احداث شده است ولی تعدادی سد نیز در دست مطالعه می باشد مانند سد سیمره که بر روی یکی از انشعابات وارده به رودخانه کرخه در بالا دست سد کرخه در دست احداث می باشد.
از دیگر ویژگی های این طرح می توان به آبگیری در بهترین زمان ممکن و در پي يك سال مطالعه پيامدهاي آن دربحبوحه بزرگترین خشکسالی کشور، اولین تجربه مدیریت پروژه کلان ایرانی در صنعت سد سازی با حضور بیش از 120 شرکت پیمانکاری و 8 شرکت مشاور، ارتقاء سطح دانش و فناوری صنعت سد سازی در مقیاس جهانی و راه اندازی اولین نیروگاه بزرگ آبی پس از پیروزی انقلاب با بالاترین سهم تولید داخلی، اشاره نمود.

مشخصات فنی :

نوع سد : خاکی با هسته رسی و پوسته سنگریزه ای
طول تاج سد : 3030 متر
حداکثر عرض سد در پی :1100 متر
عرض تاج سد :12 متر
ارتفاع بدنه سد از پی :127 متر
حجم کل خاک ریزی : 32 میلیون متر مکعب
حجم کل خاک برداری :15 میلیون متر مکعب
حجم کل بتن ریزی :1.6 میلیون متر مکعب
مجموع طول تونل :8550 متر
سیستم آب بندی پی : دیوار آب بند با بتن پلاستیک
وزن کلیه تجهیزات : بیش از 12 هزار تن
حجم مخزن دریاچه سد : 7.3 میلیارد مترمکعب (در زمان بازدید حجم آب پشت سد کرخه حدود 3.5 تا 4.2 میلیارد مترمکعب بود)

اهداف طرح :

- تامین و تنظیم آب جهت آبیاری 340 هزار هکتار از اراضی پایین دست
- کنترل سیلاب های مخرب و جلوگیری از خسارات ناشی از آن
- تولید انرژی برق آبی به میزان 934 گیگاوات ساعت در سال

با توجه به شنی بودن دیواره های اطراف مخزن و همچنین وجود تونل هایی در اطراف نیروگاه، دیواره های آب بند در زمان بازدید (اسفندماه 85) در حال ترمیم می باشد. بدین منظور قرارگاه خاتم الانبیاء دستگاه حفاری هیدروفرز را از شرکت بابر آلمان خریداری کرده که قادر است مساحتی به ابعاد 1.2 در 1 متر را به عمق 120 متر حفاری کند.
در طول دیواره سد از ابتدا تا انتهای آن که 03/3 کیلومتر می باشد، از عمق صفر زمین (خاک رس) تا وقتی که مقداری وارد دیواره سد می شویم، دیواره یا پتوی آب بند زده شده است، که نقش آن جلوگیری از نفوذ تدریجی آب از زیر دیواره سد است که عمق این دیواره با توجه به بافت های متفاوت خاک در طول ديواره سد، مختلف است که بیشترین مقدار آن به 117 متر می رسد که به عنوان یک رکورد جهانی ثبت شده است و این اولین باری است که حفاری تا این عمق انجام می شود.
در جنب سد نیروگاهی بنا شده است که از سه واحد هر یک به ظرفیت 133.3 مگاوات تشکیل شده است. در صورتی که سه فاز نیروگاه در حال کار باشند، به طور متوسط دبی خروجی از نیروگاه سه برابر دبی ورودی به دریاچه سد می باشد. معمولا 2 فاز نیروگاه حتی در زمان اوج مصرف مشغول به کارند و همواره یکی از آنها به عنوان ذخیره غیر فعال است، قابل ذكر است اگر هر 3 فاز تولید انرژی داشته باشند، خروجی نیروگاه حدود 500 متر مکعب بر ثانیه خواهد بود.
سه تونل، هریک به طول 450 متر که توسط شافت های فلزی بر روی بدنه سد باز و بسته می شوند، آب مورد نیاز را جهت مصرف هر یک از سه فاز نیروگاه تامین می کنند.
سرریز سد به طول 1000 متر و عرض 150 متر می باشد که دارای 6 دریچه بوده و هر دریچه قادر به تخلیه 3000 مترمکعب در ثانیه می باشد. طول دریاچه پشت سد حدود 60 کیلومتر می باشد.
در مقایسه با سد کارون 3 ، حجم مخزن سد کرخه دو برابر سد کارون 3 می باشد، ضمن آنکه سد کارون 3 بیشتر جنبه تولید انرژی داشته (حدود 1000 مگاوات) درحالیکه سد کرخه یک سد مخزنی برای ذخیره آب است که تنها یک تونل آن به طول 6 کیلومتر که به تونل دشت عباس معروف است،كه به تنهايي وظیفه حمل آب به دشت عباس و استان ایلام را به عهده دارد. همانطور که گفته شد هدف اصلی این سد تامین آب بیش از 350000 هکتار از زمینهای زراعی استانهای ایلام و خوزستان است. ناگفته نماند كه پس از گذشت زمانی طولانی (حدود 7 سال) از شروع به کار این پروژه ،تنها کانال های درجه یک آن احداث شده و به 40% پیشرفت کلی دست یافته اند و در حال حاضر، بهره برداری به خصوصی از كانال هاي آبياري، صورت نمی گیرد.
شايعاتي مبني بر وجود چشمه هايي با دبي هاي بالا در پايين دست سد مي باشد؛ اما مهندسین مربوطه وجود چنين چشمه هایی را که نشانه نشت آب از زیر دیواره سد است؛ تکذیب می کنند. عمر مفید این سد را 50 سال تخمین زده اند ولی این عدد با توجه روشهای مختلف آبخیزداری می تواند تغيير كرده و کم و یا زیاد شود.
برای اجرای دیوار آب بند در طول دیواره سد، پس از حفاری با دستگاه هیدروفرز از بتن پلاستیک که مخلوطی از بتن و بنتونیت است، استفاده شده است. این سد تا به حال سرریز نشده است، اما در سال 83 به صورت آزمایشی کلیه خروجی های سد را بستند، تا تراز آب به 209 متر رسید. در تراز 220 متر که تراز نرمال است حجم مخزن به 5/5 میلیارد مترمکعب می رسد. حداکثر تراز ممکن پیش از سرریز 234 متر مي باشد؛ که در صورت سرريز كردن حجم مخزن به بیش از 7 میلیارد مترمکعب خواهد رسید.
در هنگام احداث سد، برای انحراف رودخانه از یک کالورت با 4 دهانه که ظرفیت عبوردهی 3500 مترمکعب بر ثانیه را داشته، استفاده کرده اند. البته با توجه به اینکه برای این سد سرریز اضطراری طراحی نشده است، درون سه دهانه از دهانه های فوق لوله گذاری شده است که تا پیش از رسوب گذاری سطح آنها، هریک قادر خواهند بود از کف دریاچه حدود 100 متر مکعب بر ثانیه از آب مخزن دریاچه را تخلیه کنند. البته بر خلاف انتظار، تخلیه اضطراری سد که معمولا در عرض یک ماه باید امکان پذیر باشد، در این سد به گفته مهندس مربوطه قطعا بیش از 1 سال به طول خواهد انجامید.
در ابتدای ورودی محوطه سد، نقشه ای نصب شده است كه مشخص مي كند کارکنان در هنگام وقوع زلزله در کجا قرار بگیرند تا از خطر سیل عظیم پشت مخزن رهایی یابند. چرا که با توجه به حجم عظیم آب پشت سد، یک اشتباه کوچک می تواند به فجایع عظیمی بینجامد.

منافع اقتصادی و اجتماعی طرح :

اجرای سد با توجه به ابعاد گسترده اجرائی آن و با بکارگیری نیروهای متخصص داخلی، متضمن افزایش دانش فنی و بومی سازی تکنولوژی ساخت و تجهیزات آن می باشد. بعنوان مثال در احداث سد کرخه برای اولین بار در ایران، طراحی و ساخت دریچه های هیدرومکانیکال و همچنین ساخت جرثقیل های سنگین انجام پذیرفته است.
طرح کرخه با توجه به افزایش اشتغال و در آمد در منطقه موجبات زمینه سازی بروز پدیده مهاجرت معکوس و بازگشت مهاجران به مناطق یاد شده و ارتقای شاخص های توسعه انسانی را فراهم آورد. ارتقای توسعه انسانی منطقه به نوبه خود تضمین کننده توسعه پایدار خواهد بود.
در زمینه منافع این طرح می توان به نکات زیر نیز اشاره نمود :
- تولید ناخالص ملی : کل سهم طرح در اقتصاد ملی 1.91 درصد
- سطح اشتغال : ایجاد 76030 فرصت شغلی معادل 5/0 درصد اشتغال کل کشور
- افزایش اراضی زیر کشت با بهره برداری از شبکه : افزایش 110 درصد اراضی آبی استان ایلام، 60 درصد اراضی آبی استان خوزستان و 6.2 درصد کل اراضی آبی کشور
- قیمت کل طرح ( سد و نیروگاه) :3500 میلیارد ریال ( به قیمت ثابت سال 78)
- کل در آمد طرح ( سد، نیروگاه و شبکه) : 68086 میلیارد ریال ( به قیمت ثابت سال 78) که حدود 4 برابر هزینه های سد و نیروگاه و شبکه به قیمت های مشابه می باشد.

نیروگاه:

نیروگاه کرخه یکی از نیروگاه های برقابی کشور می باشد. این نیروگاه در سه فاز با ظرفیت تولید 133 مگاوات برای هر فاز و 400 مگاوات در کل ساخته شده است. البته با توجه به عدم نیاز و میزان خروجی بالای آب از نیروگاه که حدود 150 متر مکعب در ثانیه برای هر فاز می باشدو پایین دست تحمل این حجم از آب را ندارد، فقط در مواقع اضطراری که کمبود نیرو وجود دارد (روزی حدود 10 ساعت) نیروگاه مشغول به کار است. دبی ورودی رودخانه کرخه در زمان بازدید حدود 300 متر مکعب در ثانیه می باشد درحالیکه در فصول کم آبی، به کمتر از 30 متر مکعب در ثانیه هم می رسد. تجهیزات برقی این نیروگاه متعلق به شرکت اتریشی پلین می باشد و تجهزات مکانیکی آن بیشتر چینی می باشد.
ارتفاع آبی که در حال حاضر بر روی توربین وجود دارد حدود 85 متر می باشد. حداقل ارتفاع لازم برای فعالیت توربین ها هم 65 متر است. (حداکثر تراز مجاز پشت سد 237 بوده و در زمان بازدید آب در تراز 200 قرار دارد). با توجه به اینکه هدف اصلی سد کنترل سیلابهاست، ساخت نیروگاه به عنوان یک هدف جانبی و صرفا جهت به هدر نرفتن انرژی آب خارج شده از سد، پیش از رسیدن به پایین دست می باشد. این نیروگاه در چهار طبقه احداث شده که پایین ترین آن در تراز 104 و در زیر توربین قرار دارد. در این تراز آبی که از طریق کانال وارد نیروگاه شده به پره ها برخورد نموده و موجب چرخش آنها می گردد.در طبقه بالاتر و در تراز 114 توربین قرار دارد. در این تراز دستگاه های مربوط به کنترل هد روی توربین، مقدار دبی ورودی و مقدار نیروی مورد نیاز برای شبکه برق کشور قرار دارد.
در طبقه بالاتر در تراز 118 ژنراتور قرار دارد و بالاترین طبقه که روی واحد می باشد در تراز 122 واقع شده است. در این تراز عملیات مربوط به تعمیر یا مونتاژ دستگاه های مربوطه صوت می گیرد.
کنترل این نیروگاه به سه طریق انجام می شود. اول به صورت کاملا دستی و توسط اپراتور، دوم توسط سیستم های کامپیوتری نصب شده در محل و سوم توسط سیستم اتوماتیک و پیشرفته اتاق کنترل. کامپیوتری که در محل تاسیسات قرار دارد را گاورنر می نامند که در حقیقت مغز سیستم می باشد و به کمک آن می توانند کلیه عملکرد سیستم را اعم از ارتفاع آب، قدرت سیستم، ورودی آب و خروجی آن کنترل کنند. شافت اصلی توربین را پیک می نامند که به کمک قدرت فشاری آب با سرعتی حدود 150 دور در ثانیه برای تولید انرژی الکتریکی می چرخد. برای تنظیم فرکانس باید این قابلیت در نیروگاه موجود باشد که بتواند در عرض کوتاهترین زمان ممکن، انرژی تولیدی را به ماکزیمم برسانند که این امر فقط در نیروگاه های برقابی ممکن است و در نیروگاه های سوختی انجام نمی شود. در حال حاضر فقط نیروگاه های دز و شهید عباسپور قادر به تنظیم فرکانس می باشد. برای اولین بار به صورت آزمایشی می خواهند با کنترل این نیروگاه از تهران، از این نیروگاه هم برای تنظیم فرکانس استفاده کنند. در ایران با توجه به تغییر پیک مصرفی که در تابستان و زمستان از جنوب به شمال داریم بدین ترتیب که در تابستان مصرف در جنوب کشور زیاد است و در زمستان در شمال، لذا کلیه نیروگاه ها به صورت یکسان برق خود را وارد شبکه سراسری می کنند. گرچه این سیستم با شرایط ایران سازگار است اما خرابی قسمت کوچکی از سیستم، موجب قطع برق در قسمتهای زیادی از شبکه سراسری می شود. به طور مثال در چند سال گذشته، یک خرابی در سیستم سراسری در نزدیکی گرمسار، موجب قطع برق در قسمتهای زیادی از کشور شده بود.

سد تنظیمی کرخه :

در یازده کیلومتر پایین دست سد مخزنی کرخه، سد تنظیمی کرخه در دست احداث می باشد. خروجی آب سد مخزنی کرخه و انشعابات فرعی بین راه، به این سد منتهی می شود. هدف از ساخت این سد، انحراف آب به سمت کانال دشت ایوان و اراضی غرب این بخش،کنترل سیلاب های منشعب به رودخانه و نیز تامین آب نیروگاهی 8 مگاواتی می باشد (نیروگاهی که برای تامین شهری در حد دزفول و اندیمشک کافی است و یا می توان از آن به عنوان برق اضطراری استفاده نمود).
این سد تنظیمی، دارای کانالی است که آب را با دبی 80 متر مکعب بر ثانیه برای اراضی پایین دست می فرستد. ورودی این کانال در بالادست، دیواره ای است که به موازات جریان آب در نظر گرفته شده و در ورودی آن آشغال گیر فلزی نصب شده است.
این سد بر اساس سیلاب 10000 ساله بنا شده است (به میزان 12000 مترمکعب بر ثانیه)، ضمن آنکه هر واحد نیروگاه نیز 53 متر مکعب بر ثانیه آب می گیرد.
در زمان بازدید، ساختمان این سد در جناح راست تقریبا تکمیل شده بود و در جناح چپ نیز در حال بتن ریزی بودند. بهره برداری کامل طرح بر طبق برنامه زمان بندی، نیمه دوم سال 87 خواهد بود. ظرفیت نهایی دریاچه سد 10.2 میلیون مترمکعب می باشد.
بر روی این سد 13 درچه نیز وجود دارد. از این 13 عدد دریچه، دو تا برای تخلیه رسوب در کنار نیروگاه در پایین ترین تراز مخزن درنظر گرفته شده است. دریچه های استاپ دایک ، دریچه هایی هستند که به هنگام ساخت یا تعمیر دریچه های اصلی در جلوی جریان آب قرار می گیرند و به هنگام بازدید، درمحل دریچه هایی که در حال ساخت بودند، از این نوع دریچه ها استفاده شده بود.
از آن جایی که زمین این منطقه از جنس کنگلومراست و تزریق جواب نمی دهد؛ در این سد پرده آب بند نیز اجرا می شود. این پرده با بتن پلاستیک در عمق 34- 18 متری کار شده است.
برای کنترل هد در بدنه، هر 60-50 متر یک چاه پیزومتر پیش بینی شده است.یک سری نقاط نشانه نیز وجود دارد که در پایان پروژه و به هنگام بهره برداری، مختصات آنها برداشت می شود و هر چند وقت یک بار کنترل می شود و بر این اساس حرکت های افقی و میزان نشست را اندازه گیری می کنند.
یک فراز بند خاکی نیز در جناحی که هنوز تکمیل نشده، بر روی جریان آب قرار گرفته تا محوطه کارگاه را خشک نگه دارد.
در مغزه سد از بتن غلطکی (R.C.C) استفاده شده است. این اولین پروژه ای در ایران بوده است که در آن از بتن غلطکی استفاده شده است. بعد از این سد، تنها سد جگین که به تازگی به بهره برداری رسیده است، از این فراورده استفاده نموده است. در پوسته سد که در مقابل فرسایش آب قرار دارد از بتن با مقاومت بالاتر استفاده می شود.
در این سد 5 عدد سرریز آزاد نیز در نظر گرفته شده است که هریک دارای حوضچه آرامشی در پایین دست سد می باشند.

منبع : http://www.abangah.net/