قياس التدفق والرواسب لمشروع الخوانق الثلاثة

خلاصة
تُعد مشكلة التدفق والرواسب أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على عملية الإرسال وعمر مشروع الخوانق الثلاثة (TGP). وقد استُخدمت العديد من الأساليب لبحث مشاكل التدفق والرواسب في مشروع TGP أثناء عرضه التوضيحي وتخطيطه وتصميمه وبنائه وتشغيله، وتم الحصول على العديد من النتائج المهمة. لفهم تقدم قياس التدفق والرواسب في المشاريع التمثيلية للصين وتجربة مراقبة الرواسب في الخزانات الضخمة، يتم تقديم قياس التدفق والرواسب في مشروع TGP بشكل رئيسي في هذه الورقة. ويشمل ذلك الوضع العام لمشروع TGP، وتوزيع شبكة المحطات الهيدرولوجية، وعوامل القياس، وتكنولوجيا القياس الجديدة، وتغيرات الرواسب في الخزان والمصب بعد حجز مشروع TGP. تُظهر نتائج قياس الرواسب أن الوضع الأساسي لمشاكل الرواسب جيد، ومن المحتمل أن تتراكم هذه المشاكل وتتطور وتتحول بمرور الوقت، لذا يجب إيلاء اهتمام مستمر لها.

1 المقدمة
مشروع الخوانق الثلاثة (TGP) هو أكبر مشروع للحفاظ على المياه والطاقة الكهرومائية في العالم. يقع السد في ساندو بينغ، مدينة ييتشانغ، مقاطعة هوبي، وهو الخط الفاصل بين منتصف مجرى النهر الرئيسي ومنبعه. يتحكم في منطقة تصريف تبلغ مساحتها مليون كيلومتر مربع، ويبلغ متوسط حجم الجريان السطحي السنوي 451000 مليون متر مكعب. مع سعة تخزين فيضان تبلغ 22.15 مليار متر مكعب، يلعب المشروع دورًا رئيسيًا في السيطرة على فيضانات حوض نهر اليانغتسي. مع مستوى طبيعي للحجز يبلغ 175 مترًا، تبلغ السعة التخزينية الإجمالية للخزان 39300 منها 22150 مليون متر مكعب هي سعة السيطرة على الفيضانات. يركز تطوير TGP على الوقاية من الفيضانات وتوليد الطاقة وفوائد نقل المياه. كما سيحسن البيئة الإيكولوجية. خلال تلك الفترة، تم تحقيق فوائد شاملة فيما يتعلق بالسيطرة على الفيضانات والملاحة وتوليد الطاقة واستغلال موارد المياه.

كجزء أساسي من نظام التحكم في الفيضانات في الروافد الوسطى والسفلى لنهر اليانغتسي، يتحكم سد TGP في 96٪ من التدفق إلى نهر جينجيانغ، وهو أخطر أقسام النهر أثناء الفيضانات، وأكثر من ثلثي التدفق إلى ووهان. يلعب سد TGP دورًا لا غنى عنه في التخفيف من الفيضانات والحد من الفيضانات الهائلة في الروافد العليا لنهر اليانغتسي. وبحلول نهاية أغسطس، احتجز السد 180 مليار متر مكعب من المياه خلال مواسم الفيضانات. وشهد تدفقات تجاوزت 70000 متر مكعب في الثانية في عامي 2010 و2012 وخفض ذروة الفيضانات بنحو 40٪، مما خفف بشكل كبير من ضغط السيطرة على الفيضانات في المناطق الواقعة في اتجاه مجرى النهر. وخلال مواسم الجفاف، رُفعت عمليات التصريف إلى أكثر من 5500 متر مكعب في الثانية، مما يوفر أكثر من 20 مليار متر مكعب من المياه سنويًا للروافد الوسطى والسفلى لنهر اليانغتسي.

تم تنفيذ عملية الرصد الأولية لدعم أبحاث الرواسب، وبناء وتشغيل خزان الخوانق الثلاثة (TGP) خلال فترات زمنية مختلفة. استُخدمت قياسات النموذج الأولي لتحليل التغيرات في الجريان السطحي وحمل الرواسب في القناة الرئيسية لنهر اليانغتسي، بالإضافة إلى التغيرات والتطورات في مجرى النهر. يوضح الشكل 1 توزيع المواقع. تتوافق نتائج الرصد الحالية بشكل أساسي مع مرحلة دراسة الجدوى (لو وهوانغ، 2013)، ولكن نظرًا لانخفاض الرواسب في المنبع وبناء خزانات متسلسلة على نهر جينشا بعد التسعينيات، أصبح ترسيب خزان الخوانق الثلاثة (TGR) أقل بكثير من ذي قبل، مما أدى إلى زيادة شدة وتباعد تآكل مجرى النهر في اتجاه مجرى خزان الخوانق الثلاثة.

2 تصميم الشبكة الهيدرولوجية ونظام القياس
لجمع البيانات الأساسية وتقديم الخدمات اللازمة لهندسة بناء الأحواض، أنشأت لجنة موارد المياه في تشانغجيانغ تدريجيًا عددًا كبيرًا من المحطات الهيدرولوجية على طول مجرى نهر اليانغتسي الرئيسي وروافده منذ خمسينيات القرن الماضي. وبحلول التسعينيات، تم تكوين شبكة متكاملة من المحطات الهيدرولوجية وشبكة رصد الرواسب. وتضم الشبكة 118 محطة هيدرولوجية وأكثر من 350 محطة قياس. بالإضافة إلى ذلك، أُنجزت أعمال مسح الأنهار وتحليل الرواسب على نطاق واسع. وقد وفرت بيانات رصد الرواسب والهيدرولوجية، التي جُمعت على مدى عقود من الزمن، أساسًا علميًا لعرض وتصميم وبناء وتشغيل مشروع TGP.

تم تنفيذ نموذج الرصد الأولي لخدمة أبحاث الرواسب، وبناء وتشغيل خزان TGR خلال فترات مختلفة. بعد بدء تخزين الخزان عام ٢٠٠٣، ظهرت مشكلة الرواسب في كل من المجرى العلوي والسفلي، وتم تنفيذ نموذج الرصد الأولي وأبحاث الرواسب المقابلة لخدمة تشغيل خزان TGP بشكل مباشر. يتضمن هدف الرصد الجوانب التالية: إتقان البيانات الأساسية لحالة القناة الطبيعية قبل الحجز الكامل؛ اتخاذ مرجع لاتخاذ قرار بشأن خطة الحجز بالتقسيط؛ المراقبة الفورية لتغيرات التعرية والترسب في كل من المجرى العلوي والسفلي بعد الحجز، وتحديد المشاكل لاتخاذ إجراءات مضادة في الوقت المناسب؛ التحقق من صحة تقنية المحاكاة المستخدمة، وزيادة مصداقية تنبؤات رواسب خزان TGP.

يشمل نطاق رصد الرواسب الهيدرولوجية النموذجية منطقة الخزان، وموقع السد، والمجاري المائية السفلية. منذ عام ١٩٤٩، واستنادًا إلى قياس الرواسب على مدى فترة طويلة، ومراقبة القنوات، والاستكشاف والتحقيق، جُمعت بيانات رصد النماذج الأولية ونتائج أبحاث التحليل، مما يُلبي متطلبات التخطيط والتصميم والبحث العلمي في مرحلة التحديد. تُعدّ مرحلة البناء مرحلةً انتقاليةً تلي المرحلة التمهيدية، وتبلغ مدتها الإجمالية ١٧ يومًا، لذا من الضروري رصد تغيرات الجريان السطحي، والرواسب، والحالة الحدودية باستمرار. وهذا لا يُوفر الاعتماد على التصميم، والبحث العلمي، والبناء، والتشغيل فحسب، بل يُتيح أيضًا التحقق من صحة التصميم والتنظيم وتحسينهما.

تشمل عوامل الرصد بشكل رئيسي علم المياه، والرواسب، وتضاريس القناة. يهدف مسح تضاريس القناة بشكل رئيسي إلى رصد انتظام تطور القناة في الخام، وترسب الرواسب في الخزان، والتآكل في مجرى النهر، وتطور المجاري الرئيسية بعد حجز حوض نهر تي جي بي.

2 تصميم الشبكة الهيدرولوجية ونظام القياس
لجمع البيانات الأساسية وتقديم الخدمات اللازمة لهندسة بناء الأحواض، أنشأت لجنة موارد المياه في تشانغجيانغ تدريجيًا عددًا كبيرًا من المحطات الهيدرولوجية على طول مجرى نهر اليانغتسي الرئيسي وروافده منذ خمسينيات القرن الماضي. وبحلول التسعينيات، تم تكوين شبكة متكاملة من المحطات الهيدرولوجية وشبكة رصد الرواسب. وتضم الشبكة 118 محطة هيدرولوجية وأكثر من 350 محطة قياس. بالإضافة إلى ذلك، أُنجزت أعمال مسح الأنهار وتحليل الرواسب على نطاق واسع. وقد وفرت بيانات رصد الرواسب والهيدرولوجية، التي جُمعت على مدى عقود من الزمن، أساسًا علميًا لعرض وتصميم وبناء وتشغيل مشروع TGP.

تم تنفيذ نموذج الرصد الأولي لخدمة أبحاث الرواسب، وبناء وتشغيل خزان TGR خلال فترات مختلفة. بعد بدء تخزين الخزان عام ٢٠٠٣، ظهرت مشكلة الرواسب في كل من المجرى العلوي والسفلي، وتم تنفيذ نموذج الرصد الأولي وأبحاث الرواسب المقابلة لخدمة تشغيل خزان TGP بشكل مباشر. يتضمن هدف الرصد الجوانب التالية: إتقان البيانات الأساسية لحالة القناة الطبيعية قبل الحجز الكامل؛ اتخاذ مرجع لاتخاذ قرار بشأن خطة الحجز بالتقسيط؛ المراقبة الفورية لتغيرات التعرية والترسب في كل من المجرى العلوي والسفلي بعد الحجز، وتحديد المشاكل لاتخاذ إجراءات مضادة في الوقت المناسب؛ التحقق من صحة تقنية المحاكاة المستخدمة، وزيادة مصداقية تنبؤات رواسب خزان TGP.

يشمل نطاق رصد الرواسب الهيدرولوجية النموذجية منطقة الخزان، وموقع السد، والمجاري المائية السفلية. منذ عام ١٩٤٩، واستنادًا إلى قياس الرواسب على مدى فترة طويلة، ومراقبة القنوات، والاستكشاف والتحقيق، جُمعت بيانات رصد النماذج الأولية ونتائج أبحاث التحليل، مما يُلبي متطلبات التخطيط والتصميم والبحث العلمي في مرحلة التحديد. تُعدّ مرحلة البناء مرحلةً انتقاليةً تلي المرحلة التمهيدية، وتبلغ مدتها الإجمالية ١٧ يومًا، لذا من الضروري رصد تغيرات الجريان السطحي، والرواسب، والحالة الحدودية باستمرار. وهذا لا يُوفر الاعتماد على التصميم، والبحث العلمي، والبناء، والتشغيل فحسب، بل يُتيح أيضًا التحقق من صحة التصميم والتنظيم وتحسينهما.

تشمل عوامل الرصد بشكل رئيسي علم المياه، والرواسب، وتضاريس القناة. يهدف مسح تضاريس القناة بشكل رئيسي إلى رصد انتظام تطور القناة في الخام، وترسب الرواسب في الخزان، والتآكل في مجرى النهر، وتطور المجاري الرئيسية بعد حجز حوض نهر تي جي بي.

مستشعر سرعة تدفق مستوى المياه بالرادار للسيناريوهات مثل السدود والقنوات المفتوحة وشبكات الأنابيب تحت الأرض، يمكنه مراقبة البيانات في الوقت الفعلي