تحلیل اثر خشک سالی های متوالی و نوسانات مخزن بر تراوش و فرسایش داخلی سدهای خاکی

خشک سالی های متوالی و نوسانات شدید تراز آب مخزن از پیامدهای شاخص تغییرات اقلیمی محسوب می شوند که می توانند شرایط پایداری سدهای خاکی را به طور جدی تهدید کنند. کاهش بارندگی و افت طولانی مدت سطح مخزن، همراه با دوره های پرشدگی ناگهانی، منجر به تغییرات قابل توجه در گرادیان هیدرولیکی، توزیع فشار منفذی و رژیم جریان تراوش در بدنه و پی سد می گردد. این تغییرات در بسیاری از موارد موجب افزایش گرادیان بحرانی و تسریع پدیده فرسایش داخلی (piping) شده و به شکست تدریجی یا ناگهانی سدهای خاکی منتهی می شود. در این پژوهش، با هدف شناسایی و تحلیل دقیق این فرآیندها، ابتدا آمار هیدرولوژیکی بلندمدت یک سد خاکی نمونه تحت شرایط خشک سالی های پیاپی مورد بررسی قرار گرفته و سپس با استفاده از مدل عددی SEEP/W رفتار تراوشی بدنه سد در سناریوهای مختلف خشکسالی و پرشدگی بازتحلیل شد. نتایج نشان داد که افت شدید مخزن و خشک شدن تدریجی مصالح بدنه، ضمن کاهش اشباع و تغییر مشخصات هیدرولیکی خاک، زمینه افزایش ناگهانی گرادیان هیدرولیکی در هنگام پرشدگی بعدی را فراهم می کند. این پدیده منجر به تسریع فرآیند واش شدگی ذرات ریز (internal erosion) و توسعه کانال های تراوشی می شود. تحلیل حساسیت پارامترهای کلیدی (ضریب نفوذپذیری، منحنی خاک-آب، شرایط زهکشی) نشان داد که وجود لایه های با نفوذپذیری ناهمگن و کاهش کارایی فیلترها در اثر خشک شدن، احتمال بروز piping را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. در پایان، راهکارهای عملی از جمله بهبود زهکشی، بهسازی فیلترها، تزریق موضعی و مدیریت تطبیقی تراز مخزن به منظور کاهش خطر فرسایش داخلی ارائه گردید. نتایج این تحقیق می تواند به عنوان مبنایی علمی برای بازنگری دستورالعمل های ایمنی سدهای خاکی در شرایط تغییر اقلیم و خشکسالی های متوالی مورد استفاده سازمان های آب منطقه ای و ملی قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

خشکسالی ، مخزن ، فرسایش ، سد خاکی ، تراوش