سد چیست؟
سد چیست؟
سد (Dam) سازهای است که برای حفظ آب بر روی رودخانهها و نهرها ساخته میشود. به طور مستقیم، سد به منظور تامین آب کافی برای مصارف صنعتی و آبیاری احداث میشود. سدهای مدرن به معنای وسیع در دو نوع از جمله سدهای بتنی و خاکریزی تقسیم میشوند. سدهای بتنی جریانهایی که از تنگههای باریک میگذرند را مسدود میکنند، در حالی که سدهای خاکریزی نهرها و رودخانههایی که از درههای وسیع میگذرند را کنترل خواهند کرد. در هر صورت، برای شناخت بیشتر انواع سدها و اهمیت احداث این ساختارهای حجیم با ما همراه باشید.
تعریف سد
سدها موانعی هستند که معمولاً در سراسر رودخانهها ساخته میشوند تا آب را در یک دریاچه یا مخزن نگه دارند. سدها معمولاً با استفاده از بتن یا مصالح طبیعی مانند خاک و سنگ ساخته میشوند و گاهی اوقات در پروژههای مهندسی بزرگ با برنامه ساخت و ساز سالیان متمادی طول میکشند. سدها برای قرنها بخش مهمی از زیرساختهای آبی بودند و اهداف مختلفی به شرح زیر را برآورده میکردند:
- تامین آب: مخازن آب باران را قبل از فیلتر شدن و پردازش برای استفاده انسانی ذخیره میکنند.
- نیروی برق آبی: مخازن آب باران را ذخیره میکند تا در نیروگاههای برق برای تولید برق استفاده شود.
- کنترل سیل: مخازن جریان آب را پس از باران شدید به رودخانهها کنترل میکنند.
- آبیاری: آب را میتوان در مخازنی برای آبیاری زمین در دورههای خشک ذخیره کرد.
- ناوبری: از سدها میتوان برای بالا بردن سطح آب بالادست برای بهبود شرایط ناوبری استفاده کرد.
اهمیت اجرای سد
سدها برخی از چشمگیرترین و قابل توجهترین جنبههای زیرساخت مدرن هستند و در طول تاریخ نقش مهمی در رشد و گسترش تمدن داشتهاند. بسیاری از برنامه ریزان شهری باستانی برای نگهداری آب در شهرهای خود حتی اگر دور بود، به سدها اعتماد میکردند. رهبران نظامی از سدها برای تغییر زمینی که قصد داشتند در آن بجنگند، استفاده میکردند.
از سویی دیگر، سیل میتواند مواد مغذی با ارزشی را برای خاک فراهم کند و به راحتی منابع آب را دوباره پر نماید اما اگر به درستی کنترل نشود، میتواند خانهها و اموال را نیز از بین ببرد. در نتیجه سدهایی برای ذخیره آب و کنترل مقدار آب در حال حرکت به سمت رودخانه ساخته میشوند.
«سد هوور» در سال 1935 ساخته شد که در آن زمان بزرگترین سازه بتنی روی سیاره زمین بود. در دهههای بعد، کشورهایی مانند پاکستان، هند، اسپانیا و سوئیس نیز سدهایی قابل توجهی ساختند. در حال حاضر «سد نورک» در تاجیکستان بزرگترین سد جهان است. امروزه از سدهایی مانند سد هوور یا «سد سه دره» در چین برای ایجاد برق یا تسهیل آب برای آبیاری و جلوگیری از سیل استفاده میشود. طبق گزارش اکونومیست، چین در حال حاضر رکورددار بیشترین سدها است.
مراحل احداث سد بتنی
یک سد معمولاً در روی رودخانه ساخته میشود تا با ذخیره آبی که به طور طبیعی به آن میریزد را نگه دارد. گاهی اوقات، سدها در میان درههای خشک یا درههایی با نهرهای کوچک ساخته میشوند تا فضای ذخیره سازی برای آبی که از جاهای دیگر منتقل میشود را ایجاد کنند.
نهرها و رودخانهها باید منحرف شوند تا یک منطقه خشک برای ساخت سد ایجاد شود. رودخانهها و نهرهای کوچک معمولاً از طریق یک تونل یا کانالی که در اطراف سد ساخته شده است، منحرف خواهند شد. خاکها و سنگهای نرم برای تشکیل مسیر حفاری میشوند، در حالی که سنگهای سختتر باید با مواد منفجره تخریب شوند. گاهی اوقات سدهایی بر روی رودخانههای بزرگ با حجم زیادی از آب جاری ساخته میشوند.
ساخت یک کانال مجزا برای انحراف آب، غیرعملی و بسیار پرهزینه خواهد بود. در عوض، یک گودال ساختمانی خشک در یک طرف رودخانه تشکیل میشود و طرف دیگر را برای عبور آب باز میگذارد. قسمت اول سد در گودال خشک ساخته شده است. پس از اتمام کار، منطقه خشک دیگری در آن سوی رودخانه تشکیل میشود و در قسمت باقی مانده از سد ساخته خواهد شد. در همین حال، رودخانه از دهانههای قسمت تکمیل شده سد میگذرد و مخزن میتواند در پشت آن شروع به پر شدن کند.
آماده سازی فونداسیون
سد بر روی پی خاکی یا سنگی ساخته میشود. فونداسیون باید به اندازه کافی قوی باشد که بتواند وزن سد و فشارهای آب وارد بر آن را تحمل کند. پی سد زیر سطح زمین اصلی قرار دارد و توسط خاکها یا سنگهای ضعیفتری پوشیده شده است که باید با حفاری یا انفجار با مواد منفجره حذف شوند.
گاهی اوقات، مناطقی از خاکها یا سنگهای ضعیف تر در زیر سطح فونداسیون برنامه ریزی شده یافت میشوند که باید حذف شده و با مواد قویتری جایگزین شوند. برخی از پیهای سنگی دارای شکاف هستند. اینها باید با دوغاب پر شوند تا پس از اتمام ساخت سد، نشت آب از مخزن از طریق شکافها متوقف شود. این کار با حفاری سوراخها در سنگ و با پمپاژ دوغاب به داخل آنها انجام میشود که به سمت بیرون پخش شده تا شکافها را پر کند.
ساخت سد بتنی
از آنجایی که بتن زیادی در یک سد مورد نیاز است، ساختاری خاصی به نام بچینگ پلانت بتن که در محل ساخت و ساز ساخته میشود، بتن تولید میشود. برای سدهای بسیار بزرگ، ممکن است تعدادی بیشتری بچینگ پلانت وجود داشته باشند. بتن را میتوان به دو روش زیر در سد اجرا کنند:
1- روش سنتی بتن ریزی سد با بتن معمولی
روش سنتی این است که مخلوط تازه بتن را در قالب ساخته شده به شکل مورد نیاز اجرا میکنند. قالب معمولاً از ورقههای فلزی و چوبی ساخته شده است. قالب به ارتفاع کامل سد ساخته نمیشود زیرا سد در مراحلی حدود 1 تا 2 متر در یک زمان به سمت بالا ساخته میشود. بتن قبل از اینکه قسمت بعدی در بالا تشکیل شود، خشک میشود. بتن را میتوان با روشهای مختلفی از کارخانه بچینگ به سد منتقل کرد. گاهی از سیستم تسمه نقاله استفاده میشود و گاهی بتن توسط کامیونها به پایین سد برده شده و در محل ریخته میشود.
2- روش مدرن بتن ریزی سد با بتن غلتکی
سدهای بتن فشرده غلتکی (RCC) با پخش یک خشک کن از مخلوط بتن و متراکم کردن آن با استفاده از غلتکها تشکیل میشوند. سد در پلههای حدود 600 میلی متر بالا میرود. بتن ریزی ابتدا با ایجاد دیوارهای بتنی کم ارتفاع در سطوح بالادست و پایین دست سد انجام میشود. سپس بتن به منطقه بین دیوارها منتقل و با استفاده از بولدوزر در یک لایه نازکی پخش میشود. سپس غلتکها بر روی بتن رانده میشوند تا فشرده سازی را اجرا کنند.
مراحل ساخت سد خاکی
سدهای خاکی به سمت بالا در یک سری لایههای نازک ساخته میشوند. برای هر لایه، مواد پر شده توسط کامیونها به سد منتقل شده و سپس بتن ریزی اجرا میشود. سپس از بولدوزر برای پخش مواد در یک لایه نازکی استفاده میشود. ضخامت لایه بستگی به مواد مورد استفاده دارد. لایههای خاکی حدود 300 میلیمتر ضخامت دارند و لایههای سنگریزی میتوانند تا یک متر ضخامت داشته باشند. لایهها با استفاده از غلتکها فشرده میشوند.
هنگامی که سد دارای یک هسته باشد، هسته نیز به صورت لایهای ساخته میشود تا در ارتفاعی مشابه با بقیه سد اجرا شود. هنگامی که سد به ارتفاع کامل خود برسد، یک لایه محافظ در سطح بالادست تشکیل میدهد. این لایه سد را در برابر آسیب امواج محافظت میکند و گاهی اوقات ضد آب نیز میباشد.
مزایای سد
سدها فواید بسیاری دارند که در زیر به آنها اشاره میکنیم:
تولید برق آبی
یکی از سودمندترین جنبههای سدها، پتانسیل ایجاد نیروی برق است. نیروی هیدروالکتریک زمانی ایجاد میشود که آب از طریق یک توربین از سد عبور کند. برق آبی یکی از بهترین اشکال انرژی جایگزین است زیرا نسبتاً قابل اعتماد و پایدار بوده و اکثر نیروگاههای برق آبی هزینههای نگهداری و عملیاتی کمی دارند. برق آبی در حال حاضر 8 تا 12 درصد نیاز برق فعلی را تشکیل میدهد و به طور کلی حدود 100 هزار مگاوات برق تولید میکند.
کنترل آبراهها
سیل میتواند برای بسیاری از جوامع فاجعه آمیز باشد، به خصوص اگر کنترل منابع آبی سخت باشد! سدها میتوانند آبراهها را دوباره به مناطق دیگری منحرف کنند تا جوامع را ایمن نگه دارند یا زمینهای بیشتری را برای ساخت و ساز باز نمایند. سدهای کنترل سیل به طور خاص با جمع کردن آب و سپس هدایت ایمن آن به سمت مکانهای دیگر، سیلاب را کاهش میدهند.
منبع عالی آبیاری
وجود سد، مخزنی را ایجاد میکند که میتواند به عنوان منبع عالی آب به ویژه برای فعالیتهای کشاورزی و صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. سدها برای قرنها، برای آبیاری مورد استفاده قرار میگرفتند. «سد بلند اسوان» در مصر با کنترل آب رودخانه قدرتمند نیل به کشاورزان محلی در برابر خشکسالیهای سخت و قحطی صحرا محافظت میکند. درحقیقت، حدود 10 درصد از زمینهای زراعی در ایالات متحده توسط سد آبیاری میشوند.
حفاظت از محیط زیست
برخی از سدها با به دام انداختن مواد خطرناک در آب و جمع آوری رسوباتی که میتوانند حاوی مواد مضر یا سمی باشند، به حفاظت از محیط زیست کمک میکنند. برخی از سدها همچنین دارای پسماندهای معدنی هستند که این به تسهیل پردازش مواد معدنی به روشی سازگار با محیط زیست کمک میکند. سدها همچنین به تسهیل آبراههای کشور کمک کرده، حمل و نقل رودخانهای را آسان میکنند و خطر حوادث ناشی از آب یا سایر مشکلات را کاهش میدهند که این مهم میتواند بر محیط زیست تأثیر منفی بگذارد.
معایب سد
سدها همچنین معایبی نیز دارند که به شرح زیر هستند:
خطر رسوب گیری
هنگامی که آب از سد و توربینهای داخلی آن عبور میکند، میتواند یک نقطه عالی برای به دام افتادن و تجمع لایههای رسوب ایجاد نماید که پس از آن میتواند آب را آلوده کرده و اکولوژی محیط آب را مختل کند.
آسیب رساندن به اکوسیستم
سیلابهای سریع، مواد مغذی موجود در خاک را در آب پر میکنند که برای تمام جانوران گیاهی و جانوری در رودخانهها و دیگر آبراهها مفید هستند. هنگامی که آب به دلیل سد منحرف میشود، میتواند تا حد زیادی اکوسیستم طبیعی ظریف را مختل کند. برخی از گیاهان و جانوران قادر به سازگاری با شرایط در حال تغییر هستند اما بسیاری از موجودات زنده ممکن است در محیط جدید از بین بروند.
پس از ساخت سد بلند اسوان در مصر، دانشمندان متوجه کاهش قابل توجه تولید ماهی در اطراف این منطقه شدند زیرا میزان مواد مغذی و غذا در حال حاضر کمتر از قبل سد بود. در برخی از سدها نردبانهای ماهی برای کمک به مهاجرت ماهیها ساخته شدهاند اما برخی نمیتوانند به درستی از نردبان استفاده کنند، به خصوص اگر به آب با جریان سریع عادت کرده باشند.
فرسایش خاک اطراف
پس از احداث سدهای فراوان، فرسایش زمینهای اطراف مورد توجه قرار گرفته است. مخزن بزرگ سد سه دره چین، خط ساحلی مجاور را فرسایش داده است که منجر به رانش زمین در امتداد مخزن شده است. دلتای نیل به دلیل کاهش رسوب پس از ساخت سد بلند اسوان دچار فرسایش شده است. بسیاری از رسوبات نیز در مخزن ریخته شده است، به این معنا که زمین کمتری در اطراف برای کشاورزی و کار وجود دارد.
هزینه و خطر بالا برای فاجعه
هزینه ساخت یک سد اغلب خیلی زیاد است. جنبههای مهندسی و فنی همراه با ساخت و ساز واقعی، یک فرآیند زمان بر و پر زحمتی است که باید با دقت کاملی انجام شود. سد سه دره چین در منطقهای با فعالیت لرزه خیزی ساخته شده و شکافهای کوچکی در زیرساخت آن پیدا شده است. ریزش یا شکستن سد، یک فاجعه بزرگ خواهد بود!
پس از آنکه طوفان «هاروی» تگزاس را درنوردید، سدهای منطقه هیوستون به دلیل سیل عظیم به بالاترین حد خود رسیدند. نگرانی اصلی این است که آب از برخی از نقاط سد سرریز شود و کنترل نشود.
انتخاب مکان مناسب برای احداث سد
در انتخاب محل برای احداث انواع مختلف سدها باید به نکات زیر توجه کرد:
- یک پایه خوب (زمین سخت) باید در دسترس باشد.
- باید در یک دره باریک واقع شود.
- باید فضای کافی برای سرریز داشته باشد.
- دارای بستر و کنارههای غیر قابل نفوذی برای به حداقل رساندن فرسایش هستند.
- باید هدف آبیاری، شرب و سایر را تامین کند.
- مصالح ساختمانی ساخت سد باید به راحتی در سایت مجاور در دسترس باشند.
- باید سطح زیر آب کن باشد (یعنی بیش از 10 درصد نباشد).
- سایت باید به گونهای باشد که طول سد به حداقل برسد زیرا مستقیماً بر هزینه تأثیر میگذارد.
- در طول سال باید به راحتی در دسترس و قابل استفاده باشد.
انواع سد براساس هدف
انواع سدها بر اساس هدف به شرح زیر طبقه بندی میشوند:
سد ذخیره
این سدها برای ذخیره آب در فصول بارندگی مورد استفاده قرار میگیرند و میتوان از آنها برای مصارف مختلفی مانند تامین آب، تولید برق آبی و آبیاری در فصل دیگر استفاده کرد.
سد کوفردام
کوفردام یک سازه موقتی است که در یک رودخانه یا دریاچه ساخته شده است، به طوری که منطقه زیر کاملاً عاری از آب است تا کار ساخت و ساز را به حالت خشک برساند این سد به طور موقت برای پروژههایی مانند پایههای پل و تکیه گاهها، سدها یا قفلها و سایر ساخته میشود.
سد واریزه
این سدها برای جلوگیری از جریان شن و زبالههای پساب در کنار آب باران در رودخانه ساخته میشوند. به این ترتیب آب پس از عبور آوار از روی سد، نسبتاً تمیز خواهد شد.
سد انحرافی
این سد انحرافی دارای ارتفاع نسبتاً کمی است که به طور ویژه برای تبدیل آب رودخانه به کانال یا زهکشی بسته ساخته شده است.
انواع سد براساس عملکرد هیدرولیکی
انواع سدها براساس عملکرد هیدرولیکی به شرح زیر طبقه بندی میشوند:
سد سرریز
سدی که در آن آب اضافی از تاج سرریز عبور کند، سد سرریز نامیده میشود.
سد غیر سرریز
سدی که در آن جریان آب از تاج عبور نکند، سد غیر سرریز نامیده میشود.
انواع سدها براساس اقدامات سازهای
در زیر انواع سدها بر اساس عملکرد سازه ای به شرح زیر طبقه بندی میشوند:
سد گرانشی
سد گرانشی یک سازه بتنی است که از بتن ساخته شده است، در حالی که بر روی وزن خود در عرض رودخانه ساخته میشود. از آنجایی که کل بار در ناحیه کوچکی از فونداسیون منتقل میشود، سدها در جایی ساخته میشوند که سنگها قابلیت و پایداری داشته باشند.
سد قوسی
سدهای قوسی از سدهای بتنی که در داخل پلان خمیده یا محدب هستند، ساخته میشوند. در حالی که این شکل به تجزیه بخش عمده بار آبی کمک میکند. سد قوسی بر روی رودخانههای باریک و عمیقی ساخته شده است اما در زمانهای اخیر تنها در چند نقطه جهان مورد استفاده قرار گرفته است.
سد پشتبنددار
سد پشتبنددار کمکی است که از یک سقف یا دیوار به یک سازه حمایتی متفاوت فشار وارد میکند. سد پشتبنددار سد گرانشی است که توسط تکیه گاه سازه ای تقویت شده است، حتی زمانی که سنگهای پی کمی ضعیف هستند، ممکن است مورد توجه قرار گیرند.
سد خاکی
این سدها سازههای غیر صلب هستند که بر روی درههای وسیع ساخته شدهاند. سدهای خاکی به شکل ذوزنقه هستند که از انواع مواد یکسان مانند پرکننده خاک یا سنگ پرکننده یا ترکیبی از تعدادی مصالح دیگر ساخته میشوند. مزیت اصلی این سدها این است که دارای هسته غیر قابل نفوذ در وسط بدنه خاکریزی است.
سد کامپوزیت
مصالح مورد استفاده برای چنین سدی سنگ و خاکریز است. اغلب بخش بزرگی از یک سد ممکن است خاکریزی یا یک سد ثقلی باشد که مسئول تولید انرژی الکتریکی است.
انواع سد براساس مصالح ساختمانی
انواع سدها براساس مصالح مورد استفاده به شرح زیر طبقه بندی میشوند:
سد بتنی
سدهای بتنی، سدهای ثقلی هستند که با بتن ساخته میشوند. سدهای بتنی دارای دو نوع زیر است:
1- سد ثقلی
سد ثقلی بتنی یک سد غیر قابل انعطاف است که توسط آن فشار خارجی مانند فشار آب، کرنش موج، فشار سیلت، فشار بالابر وزن خود سد ساخته میشود. تمام سدهای گرانشی اصلی و بحرانی بتنی ساخته شده، ممکن است در داخل طرح مستقیم یا منحنی باشند.
2- سد بتنی
این سد بتنی متشکل از تعدادی پایه یا تکیه گاه است که در تعدادی دهانه شکسته شده و فضا را تقسیم میکند. پنلها در قالب قوسهای افقی یا دالهای مسطح برای حفظ آب بین تکیه گاهها ساخته میشوند.
سد چوبی
سدی که عناصر اصلی سازه باربر آن از چوب است و عمدتاً از گونههای سوزنی برگ مانند کاج و صنوبر ساخته میشود. سدهای چوبی کوچک هستنند.
مزایای سدهای چوبی:
- سرعت زیادی در ساخت و ساز وجود دارد.
- این سدها برای هر نوع پی مناسب هستند.
- هزینه اولیه پایینی دارد.
- این سدها در مکانهایی که قرار است فقط سدهای موقتی ساخته شود، مناسبترند.
معایب سد چوبی:
- عمر چنین سدی کوتاه است.
- هزینههای نگهداری بالایی دارد.
- تلفات تراوش در این سد بیشتر است.
- این سدها فقط برای ارتفاعات کوچک مناسب هستند.
سد فولادی
سد فولادی نوعی سد است که از فولاد به جای بتن ساخته میشود.
مزایای سدهای فولادی:
- این سدها در مقایسه با سدهای صلب ارزانتر هستند.
- سرعت ساخت آنها بالا است.
- این سدها تحت تأثیر سرمازدگی قرار نمیگیرند.
- تنشها در سدهای فولادی بهتر تحمل میشوند.
- انعطاف پذیری زیادی برای مقاومت در برابر نشستهای ناهموار بدون نشت بیش از حد دارد.
معایب سدهای فولادی:
- سد فولادی در مقایسه با بتن نیاز به نگهداری مداومی دارد.
- این سدها سبک وزن هستند، بنابراین شوک ناشی از ارتعاشات آب در گردش را جذب نمیکنند.
- عمر سدهای فولادی کوتاهتر از سدهای بتنی است.
- لنگر انداختن فونداسیون دشوار است.
سد خاکی
سدهایی که از مواد رسی مانند ماسه رسی، سیلت و رس ساخته میشوند، سدهای خاکی نام دارند که به شکل ذوزنقه و در ارتفاع نسبتاً کوچک و در قاعده پهنی اجرا میشوند. این سدها در جایی ساخته میشوند که پیها یا مصالح زیرین یا سنگها برای حمایت از یک سد بنایی آسیب پذیر هستند.
مزایای سد خاکی:
- از مواد موجود در محل ساخت و ساز استفاده میشود.
- طراحی و ساخت نسبتا ساده و آسان است.
- این گونه سدها در برابر نشست و حرکت در زیر زمین مقاومت بالایی دارند.
- تجهیزات و کارخانه مورد نیاز ساده و کوچک هستند.
معایب سدهای خاکی:
- هزینه نگهداری بالاتر از یک سد بتنی دارد.
- سدهای خاکی برای سرریزها نامناسب هستند.
سد سنگی
سد سنگی نوعی خاکریز است که به آن سد خاکی سنگی نیز میگویند.
مزایای سدهای سنگی:
- سدهای سنگی را میتوان بر روی هر نوع فونداسیون ساخت.
- این سدها به طور کلی در مقایسه با انواع دیگر مقرون به صرفه هستند.
- این سدها را میتوان با سرعت بیشتری و با نیروی کار غیر ماهرانهای ساخت.
- ارتفاع این سدها در آینده بدون مشکل قابل افزایش است.
معایب سدهای سنگی:
- ممکن است در اثر سیل آسیب ببینند.
- میتوانند به طور ناگهانی بدون هیچ هشدار قبلی ترک بردارند.
- به هزینههای نگهداری سنگین نیاز دارند. این امر مستلزم نظارت مستمر است.
- از آن ها نمیتوان به عنوان سدهای سرریز استفاده کرد.
کلام آخر
سد، سازهای بسیار بزرگ است که معمولاً در اطراف رودخانه برای ذخیره آب برای مصارف متعددی مانند آبیاری، منابع صنعتی، برق آبی، تفریحی و سایر ساخته میشود. طراحی و ساخت سد اغلب دشوار است و به مطالعات مدل سازی هیدرولیک و سایر تحلیلهای پیشرفته مهندسی نیاز دارد.
تصور تمدن بدون وجود سدهایی برای کنترل آبراهها و ساختن مخازن آب بسیار سخت است. اگرچه سدها بخش عمدهای از زیرساختهای مدرن را تشکیل میدهند اما نکات مثبت و منفیشان بر جامعه و محیط زیست هنوز در حال بررسی هستند.
منابع:
https://britishdams.org/about-dams/dam-information/building-dams/
https://blog.arcadia.com/pros-cons-dams/
https://constructionor.com/types-of-dams/