قياس التدفق والرواسب لمشروع الخوانق الثلاثة

خلاصة
تُعدّ مشكلة التدفق والترسبات من العوامل الرئيسية التي تؤثر على عمليات التشغيل وعمر مشروع سد الخوانق الثلاثة. وقد استُخدمت العديد من المناهج لدراسة هذه المشكلة خلال مراحل التجربة والتخطيط والتصميم والإنشاء والتشغيل، وحُققت نتائج هامة. لفهم التقدم المُحرز في قياس التدفق والترسبات في المشاريع الصينية الرائدة، وخبرة رصد الترسبات في الخزانات الضخمة، تُقدّم هذه الورقة البحثية عرضًا شاملاً لقياس التدفق والترسبات في مشروع سد الخوانق الثلاثة. يشمل ذلك الوضع العام للمشروع، وتوزيع شبكة محطات الرصد الهيدرولوجية، وعوامل القياس، وتقنيات القياس الحديثة، وتغيرات الترسبات في الخزان والمصب بعد إنشاء السد. تُشير نتائج قياس الترسبات إلى أن الوضع الأساسي لمشكلة الترسبات جيد، إلا أن هذه المشكلة قد تتراكم وتتطور وتتغير بمرور الوقت، لذا ينبغي إيلاءها اهتمامًا مستمرًا.

1. مقدمة
يُعد مشروع سد الخوانق الثلاثة (TGP) أكبر مشروع لحفظ المياه وتوليد الطاقة الكهرومائية في العالم. يقع السد في ساندوبينغ، مدينة ييتشانغ، مقاطعة هوبي، وهو خط فاصل بين المجرى الأوسط والمجرى العلوي لنهر اليانغتسي. يُسيطر السد على منطقة تصريف تبلغ مليون كيلومتر مربع، ويبلغ متوسط ​​حجم الجريان السطحي السنوي 451 مليار متر مكعب. بسعة تخزينية للفيضانات تبلغ 22.15 مليار متر مكعب، يلعب المشروع دورًا محوريًا في السيطرة على فيضانات حوض نهر اليانغتسي. عند مستوى تخزين طبيعي يبلغ 175 مترًا، تبلغ السعة التخزينية الإجمالية للخزان 39,300 مليون متر مكعب، منها 22,150 مليون متر مكعب مخصصة للسيطرة على الفيضانات. يركز تطوير مشروع سد الخوانق الثلاثة على الوقاية من الفيضانات، وتوليد الطاقة، وتحسين النقل المائي. كما سيساهم في تحسين البيئة. خلال هذه الفترة، تحققت فوائد شاملة في مجالات السيطرة على الفيضانات، والملاحة، وتوليد الطاقة، واستغلال موارد المياه.

يُعدّ سد الخوانق الثلاثة جزءًا أساسيًا من نظام مكافحة الفيضانات في المجرى الأوسط والسفلي لنهر اليانغتسي، حيث يتحكم في 96% من تدفق المياه إلى نهر جينغجيانغ، وهو أخطر جزء من النهر خلال الفيضانات، وأكثر من ثلثي تدفق المياه إلى ووهان. ويلعب السد دورًا لا غنى عنه في تخفيف حدة الفيضانات والحدّ من الفيضانات الهائلة في المجرى العلوي لنهر اليانغتسي. وبحلول نهاية أغسطس، كان السد قد حجز 180 مليار متر مكعب من المياه خلال مواسم الفيضانات. وشهد تدفقات مياه تجاوزت 70 ألف متر مكعب في الثانية خلال عامي 2010 و2012، مما ساهم في خفض ذروة الفيضانات بنحو 40%، الأمر الذي خفف بشكل كبير من ضغط مكافحة الفيضانات في المناطق الواقعة أسفل النهر. وخلال المواسم الجافة، ارتفعت معدلات التصريف إلى أكثر من 5500 متر مكعب في الثانية، موفرةً بذلك أكثر من 20 مليار متر مكعب من المياه سنويًا للمجرى الأوسط والسفلي لنهر اليانغتسي.

أُجريت عملية الرصد النموذجية لخدمة أبحاث الرواسب، وبناء وتشغيل مشروع سد الخوانق الثلاثة خلال فترات زمنية مختلفة. استُخدمت قياسات النموذج الأولي لتحليل التغيرات في الجريان السطحي وحمل الرواسب في المجرى الرئيسي لنهر اليانغتسي، بالإضافة إلى تغيرات وتطور قاع النهر. يوضح الشكل 1 توزيع المواقع. تتوافق نتائج الرصد الحالية بشكل أساسي مع نتائج دراسة الجدوى (لو وهوانغ، 2013)، ولكن نظرًا لانخفاض الرواسب في المنبع وبناء خزانات متتالية على نهر جينشا بعد التسعينيات، أصبح ترسب الرواسب في خزان الخوانق الثلاثة أقل بكثير مما كان عليه سابقًا، مما أدى إلى زيادة شدة وعمق تآكل قاع النهر في اتجاه مجرى مشروع سد الخوانق الثلاثة.

2- تصميم شبكة المياه ونظام القياس
لجمع البيانات الأساسية وتوفير الخدمات اللازمة لهندسة أحواض الأنهار، أنشأت لجنة موارد المياه في نهر اليانغتسي تدريجياً عدداً كبيراً من المحطات الهيدرولوجية على طول المجرى الرئيسي وروافد نهر اليانغتسي منذ خمسينيات القرن الماضي. وبحلول تسعينيات القرن نفسه، تشكلت شبكة متكاملة من المحطات الهيدرولوجية وشبكة رصد الرواسب، تضم 118 محطة هيدرولوجية وأكثر من 350 محطة قياس. إضافةً إلى ذلك، أُنجز قدر كبير من أعمال مسح الأنهار وتحليل الرواسب. وقد وفرت بيانات الرصد الهيدرولوجي ورصد الرواسب على مدى عقود عديدة أساساً علمياً لتصميم وبناء وتشغيل مشروع سد الخوانق الثلاثة.

تم تنفيذ عملية الرصد التجريبية لخدمة أبحاث الرواسب، وبناء وتشغيل سد الخوانق الثلاثة (TGP) خلال فترات زمنية مختلفة. بعد بدء تخزين المياه في الخزان عام 2003، ظهرت مشكلة الرواسب في كل من المجرى العلوي والسفلي، ولذا تم تنفيذ عملية الرصد التجريبية وأبحاث الرواسب ذات الصلة لخدمة تشغيل سد الخوانق الثلاثة بشكل مباشر. تشمل أهداف الرصد الجوانب التالية: إتقان البيانات الأساسية لحالة القناة الطبيعية قبل اكتمال عملية التخزين؛ توفير مرجع لاتخاذ قرار بشأن خطة التخزين التدريجي؛ المراقبة الآنية لتغيرات التعرية والترسيب في كل من المجرى العلوي والسفلي بعد التخزين، وتحديد المشكلات لاتخاذ التدابير اللازمة في الوقت المناسب؛ التحقق من صحة تقنية المحاكاة المعتمدة، وزيادة مصداقية التنبؤ برواسب سد الخوانق الثلاثة.

يشمل نطاق رصد الرواسب الهيدرولوجية النموذجية منطقة الخزان وموقع السد والمجرى السفلي. منذ عام ١٩٤٩، وبناءً على قياسات الرواسب على مدى فترة طويلة، ورصد القنوات، والاستكشاف والبحث، تراكمت بيانات رصد نموذجية كثيرة ونتائج أبحاث تحليلية، مما يلبي متطلبات التخطيط والتصميم والبحث العلمي في مرحلة التعريف. تُعد مرحلة الإنشاء مرحلة انتقالية تلي المرحلة التمهيدية، وتبلغ مدة الإنشاء الإجمالية ١٧ عامًا، لذا من الضروري رصد تغيرات الجريان السطحي والرواسب والظروف الحدودية بشكل مستمر. لا يوفر هذا فقط أساسًا للتصميم والبحث العلمي والإنشاء والتشغيل، بل يُسهم أيضًا في التحقق من صحة التصميم والتنظيم وتحسينهما.

تشمل عوامل الرصد بشكل رئيسي علم المياه، والرواسب، وتضاريس القناة. ويهدف مسح تضاريس القناة بشكل أساسي إلى تحديد انتظام تطور القناة في حالتها الأصلية، وترسب الرواسب في الخزان، والتآكل في اتجاه المصب، وتطور المقاطع الرئيسية بعد إنشاء سد الخوانق الثلاثة.

2- تصميم شبكة المياه ونظام القياس
لجمع البيانات الأساسية وتوفير الخدمات اللازمة لهندسة أحواض الأنهار، أنشأت لجنة موارد المياه في نهر اليانغتسي تدريجياً عدداً كبيراً من المحطات الهيدرولوجية على طول المجرى الرئيسي وروافد نهر اليانغتسي منذ خمسينيات القرن الماضي. وبحلول تسعينيات القرن نفسه، تشكلت شبكة متكاملة من المحطات الهيدرولوجية وشبكة رصد الرواسب، تضم 118 محطة هيدرولوجية وأكثر من 350 محطة قياس. إضافةً إلى ذلك، أُنجز قدر كبير من أعمال مسح الأنهار وتحليل الرواسب. وقد وفرت بيانات الرصد الهيدرولوجي ورصد الرواسب على مدى عقود عديدة أساساً علمياً لتصميم وبناء وتشغيل مشروع سد الخوانق الثلاثة.

تم تنفيذ عملية الرصد التجريبية لخدمة أبحاث الرواسب، وبناء وتشغيل سد الخوانق الثلاثة (TGP) خلال فترات زمنية مختلفة. بعد بدء تخزين المياه في الخزان عام 2003، ظهرت مشكلة الرواسب في كل من المجرى العلوي والسفلي، ولذا تم تنفيذ عملية الرصد التجريبية وأبحاث الرواسب ذات الصلة لخدمة تشغيل سد الخوانق الثلاثة بشكل مباشر. تشمل أهداف الرصد الجوانب التالية: إتقان البيانات الأساسية لحالة القناة الطبيعية قبل اكتمال عملية التخزين؛ توفير مرجع لاتخاذ قرار بشأن خطة التخزين التدريجي؛ المراقبة الآنية لتغيرات التعرية والترسيب في كل من المجرى العلوي والسفلي بعد التخزين، وتحديد المشكلات لاتخاذ التدابير اللازمة في الوقت المناسب؛ التحقق من صحة تقنية المحاكاة المعتمدة، وزيادة مصداقية التنبؤ برواسب سد الخوانق الثلاثة.

يشمل نطاق رصد الرواسب الهيدرولوجية النموذجية منطقة الخزان وموقع السد والمجرى السفلي. منذ عام ١٩٤٩، وبناءً على قياسات الرواسب على مدى فترة طويلة، ورصد القنوات، والاستكشاف والبحث، تراكمت بيانات رصد نموذجية كثيرة ونتائج أبحاث تحليلية، مما يلبي متطلبات التخطيط والتصميم والبحث العلمي في مرحلة التعريف. تُعد مرحلة الإنشاء مرحلة انتقالية تلي المرحلة التمهيدية، وتبلغ مدة الإنشاء الإجمالية ١٧ عامًا، لذا من الضروري رصد تغيرات الجريان السطحي والرواسب والظروف الحدودية بشكل مستمر. لا يوفر هذا فقط أساسًا للتصميم والبحث العلمي والإنشاء والتشغيل، بل يُسهم أيضًا في التحقق من صحة التصميم والتنظيم وتحسينهما.

تشمل عوامل الرصد بشكل رئيسي علم المياه، والرواسب، وتضاريس القناة. ويهدف مسح تضاريس القناة بشكل أساسي إلى تحديد انتظام تطور القناة في حالتها الأصلية، وترسب الرواسب في الخزان، والتآكل في اتجاه المصب، وتطور المقاطع الرئيسية بعد إنشاء سد الخوانق الثلاثة.

مستشعر رادار لقياس مستوى وسرعة تدفق المياه، مناسب لسيناريوهات مثل السدود والقنوات المفتوحة وشبكات الأنابيب تحت الأرض، حيث يمكنه مراقبة البيانات في الوقت الفعلي.