Seepage investigation of Al-Fulaij recharge dam using a numerical model

Seepage investigation of Al-Fulaij recharge dam using a numerical model

Author

Al-Hashmi, .Salem Majed Khamis

Publisher

Sultan Qaboos University

Gregorian

2010

Language

English

Subject

Seepage

Artificial groundwater recharge

Drainage

English abstract

It is well known and established by many researchers that, Gypsum dissolves on contact with circulating water leading to volume reduction and Anhydrite expands on contact with water leading to volume increase. Al-Fulaij recharge dam (3.3 km long, 7.7 m high and 3.7 million m' storage capacity) which is located in Barka-Rumays area of Al Batinah coast, about 40 km west of Muscat has the problem of excessive seepage (estimated approximately between 5,000 and 12,500 m/day). Some remedial measures have been carried out which included mainly construction of upstream blankets and cutoff walls. Unfortunately these measures did not stop the seepage due to many reasons and almost the same amount of seepage was noticed again during impoundment. The objective of this study was to investigate possible causes for excessive seepage at Al-Fulaij recharge dam and to suggest remedial measures. A finite element program (SEEP W 2007) was used to simulate the dam with the most possible causes and with the suggested remedial measures. It was found that the most possible cause of the excessive seepage is the presence of permeable soil layer underneath the dam due to the dissolution of the gypsum material. As a result of this cause the seepage quantities increased tremendously than the expected amounts between 70% and 104%. There is also a sign of settlement that has taken place because of gypsum leaching from foundation. Two methods were proposed to control the seepage and they have been modelled by the program to validate their efficiency. The first method is the installation of geomembrane at the upstream face of the dam. The second method is performing grouting at the foundation of the dam. It is expected that, using geomembrane will reduce the current seepage by about 57% while conducting grouting at the dam foundation will reduce the seepage by about 45%. It was concluded that performing grouting is the best option although geomembrane gave better results. This is the case because the total process of installation is costly and needs special care as well as it needs protection from sunlight and vandalism. Grouting is more suitable and has also the advantage of enhancing the dam stability by filling the voids and cavities which were created by gypsum leaching.

Member of

Theses and Dissertations

Resource URL

https://hdl.handle.net/20.500.12408/180

Arabic abstract

من المعلوم أن مادة الجبس المختلطة بالتربة تذوب عند تعرضها للماء مؤدية إلى خفض حجم التربة والأنهایدرایت (صورة أخرى للجبس تحت درجات ضغط وحرارة معينة تنتفخ عند تعرضها للماء مؤدية إلى زيادة في حجم التربة مما يعرض المنشأت فوقها لخطر الانهيار. يعاني سد الفليج للتغذية الجوفية (طوله ۳٫۳ کلم ، ارتفاعه ۷٫۷ م وسعته التخزينية ۳٫۷ مليون متر مكعب) والذي يقع في منطقة الرميس بولاية بركاء (منطقة الباطنة) بحوالي 40 كيلومتر غرب مسقط من مشكلة التسربات الزائدة (تم تقديريها بحوالي 5000 إلى ۱۲۰۰۰ متر مكعب في اليوم). وقد تم سابقا القيام بأعمال معالجة لهذه المشكلة من خلال إنشاء قاطع ترابي قليل النفاذية في الجهة العلوية للسد مربوط مع السد بواسطة طبقة ترابية لها نفس مواصفات مواد القاطع. لكن للأسف لم تنجح هذه الأعمال بسبب عدة عوامل وتقريبا نفس كمية التسربات تم ملاحظتها أثناء تخزين السد للمياه بعد أول فيضان من إجراء أعمال المعالجة .
الهدف من هذا البحث هو التحري عن أسباب التسربات الزائدة واقتراح حلول لمعالجة المشكلة. إذ تم استخدام برنامج رياضي يسمي (2007 SEEP W) لمحاكاة التسربات من السد مع الأسباب المؤدية للتسربات الزائدة وبدونها. بالإضافة إلى محاكاة التسربات من السد بعد تغذية البرنامج بالحلول المقترحة. حيث ووجد أن السبب الرئيسي هو ذوبان مادة الجبس المختلطة بالمواد الترابية الموجودة تحت أساساته وأيضا عدم ربط أساسات السد بالطبقة الصخرية المجودة تحت الأساسات. ونتيجة لهذه الأسباب زادت كمية التسربات عن المتوقع بما نسبته ۷۰ إلى ۱۰4 %.
هذا بالإضافة إلى وجود علامات على حدوث هبوط بجسم السد نتيجة ذوبان مادة الجبس .
تم اقتراح طريقتين لمعالجة المشكلة وقد تم تغذية البرنامج الرياضي بهما لمعرفة فعاليتهما في التقليل من التسربات الزائدة. الطريقة الأولى هي تركيب مواد نسيجية قليلة النفاذية للمياه (Geomembrane) على الميول العلوية للسد أما الطريقة الثانية هي إنشاء ستارة خرسانية تحت السد عن طريق إجراء أعمال حقن للأسمنت تحت ضغط عالي. بناءا على نتائج المحاكاة الرياضية من المتوقع أن تنخفض التسربات الحالية بنسبة 57 % في حال تركيب المواد النسيجية قليلة النفاذية للمياه بينما من المتوقع أن تنخفض التسربات بنسبة 45 % في حال القيام بأعمال الحقن الإسمنتية .
تم الإستنتاج أن القيام بأعمال الحقن الإسمنتية هي أفضل حل للمشكلة بالرغم من أن تركيب المواد النسيجية قليلة النفاذية أعطت نتائج أفضل في خفض كمية التسربات وذلك لأن تركيب المواد النسيجية سيكون أكثر كلفة بسبب تطلب الأمر توفير طبقة ناعمة لتركيب هذه المواد وعمل مثبتات اسمنتية بالإضافة إلى توفير إلى طبقة حماية لها من أشعة الشمس والتخريب في حين أن السيارة الإسمنتية بالإضافة إلى دورها المقبول في خفض التسربات فإن لها إيجابية أخرى في الحفاظ على سلامة السد وذلك من خلال ملئ الفجوات المتكونة نتيجة ذوبان مادة الجبس وبالتالي التقليل من خطر هبوط جسم السد.