يتضمن بناء السد تخطيط وتصميم وبناء الهياكل التي يتم بناؤها عبر الأنهار أو المسطحات المائية الأخرى بغرض الاحتفاظ بالمياه. يمكن استخدام المياه لأغراض متنوعة ، بما في ذلك الري ، وإمدادات مياه الشرب ، وتوليد الطاقة الكهرومائية ، والتحكم في الفيضانات ، والترفيه.

مشروع سد يوسفيلي في تركيا

يمكن تصنيف السدود إلى عدة أنواع بناءً على طرق التصميم والبناء. وتشمل هذه:

  1. سدود السدود: عادة ما يتم بناؤها من التربة أو الصخور المضغوطة أو مزيج من الاثنين معًا. وهي مصممة لمقاومة قوى ضغط الماء ويمكن بناؤها في مجموعة متنوعة من الأشكال ، بما في ذلك السدود الترابية أو السدود الصخرية أو السدود الخرسانية.
  2. سدود خرسانية: يتم تشييدها من الخرسانة المسلحة ويمكن أن تتخذ عدة أشكال مختلفة ، بما في ذلك سدود الجاذبية والسدود القوسية والسدود الداعمة والسدود متعددة الأقواس.
  3. سدود الجاذبية: هذه السدود مبنية من الخرسانة أو البناء وتعتمد على وزنها وكتلتها لمقاومة قوة دفع المياه ضدها.
  4. السدود المقوسة: هذه السدود مبنية من الخرسانة وتعتمد على شكلها لنقل قوة الماء إلى الدعامات على جانبي الوادي أو الوادي حيث يتم تشييدها.
  5. سدود الدعامة: هذه السدود تشبه السدود المقوسة ، لكنها تحتوي على سلسلة من الدعامات الخرسانية المسلحة على جانب مجرى النهر والتي تساعد على توزيع ضغط المياه.

يعتمد اختيار نوع السد على مجموعة متنوعة من العوامل ، بما في ذلك تضاريس وجيولوجيا الموقع ، وكمية المياه التي يجب تخزينها ، والاستخدام المقصود للمياه.

المحتويات

سدود السدود

تُبنى سدود السدود ، والمعروفة أيضًا باسم سدود ردم الأرض ، عن طريق ضغط طبقات من الأرض أو الصخور أو مواد أخرى مثل الخرسانة ، لإنشاء حاجز للاحتفاظ بالمياه في الخزان. يمكن بناء الجسر بمواد تعبئة متجانسة أو مخصصة للمناطق ، ويمكن بناؤها كمنطقة واحدة أو كمناطق متعددة بمواد وكثافة مختلفة.

سدود السدود

يتكون المقطع العرضي لسد الجسر عادةً من لب مركزي غير منفذة مصنوع من الطين أو الخرسانة أو مادة اصطناعية ، مثل غشاء الأسفلت ، محصور بين ردم الصخور أو المواد الترابية التي تعمل كمنطقة تصفية وتصريف. المنحدر الخارجي للجسر محمي بطبقة مدرعة ، مثل riprap أو الخرسانة ، لمنع التآكل بسبب حركة الأمواج أو القوى الهيدروليكية الأخرى.

تعتبر سدود السدود مناسبة لمجموعة واسعة من ظروف الموقع ، وغالبًا ما تستخدم في المناطق التي توجد بها تربة وفيرة ومواد صخرية متاحة للبناء. يتم استخدامها بشكل شائع لتخزين المياه للري ، والاستخدامات البلدية والصناعية ، وتوليد الطاقة الكهرومائية ، والتحكم في الفيضانات ، والترفيه.

سدود خرسانية

يتم إنشاء السدود الخرسانية باستخدام الخرسانة كمادة أولية. يمكن أن تكون الخرسانة إما عادية أو مقواة ، وتعتمد تقنيات التصميم والبناء المستخدمة على ظروف ومتطلبات الموقع المحددة. هناك نوعان رئيسيان من السدود الخرسانية: سدود الجاذبية والسدود القوسية.

سدود خرسانية

سدود الجاذبية هي هياكل خرسانية ضخمة تعتمد على وزنها لمقاومة القوة الأفقية للمياه ضد السد. يتم استخدامها عادةً في ظروف التدفق المنخفض إلى المعتدل وتتميز بحجمها الكبير وقاعدتها العريضة. يشكل وزن السد أساسًا مستقرًا ، مما يسمح له بمقاومة ضغط الماء دون الانزلاق أو الانقلاب.

السدود المقوسة عبارة عن هياكل خرسانية منحنية تعتمد على قوة شكل القوس لمقاومة قوة الماء. يتم استخدامها عادة في الوديان الضيقة أو الوديان حيث توجد مساحة محدودة للسد. يوزع الشكل المنحني للسد ضغط الماء أفقيًا على الدعامات ، وهي التكوينات الصخرية الطبيعية على جانبي الوادي.

يتطلب كلا النوعين من السدود الخرسانية تصميمًا وبناء دقيقين لضمان ثباتهما وقوة تحملهما بمرور الوقت.

سدود الجاذبية

سدود الجاذبية هي هياكل خرسانية صلبة تعتمد على وزنها لمقاومة القوى الأفقية للمياه التي تدفع ضدها. وهي مصممة لاحتواء كميات كبيرة من المياه وغالبًا ما تستخدم في الأخاديد الضيقة أو الوديان حيث توجد صخور صلبة على كلا الجانبين لدعم السد. يمكن أيضًا استخدام سدود الجاذبية في الوديان الأوسع نطاقًا حيث يرسو السد على الصخر على كلا الجانبين.

سد الجاذبية

يتم نقل قوة الماء ضد السد إلى الأساس والدعامات ، والتي يجب أن تكون قادرة على تحمل هذا الضغط. يساعد وزن السد نفسه ووزن الماء في الخزان على تثبيت السد ومنع حركته.

تصنع سدود الجاذبية عادة من الخرسانة لأنها تتمتع بقوة ضغط جيدة وقادرة على مقاومة وزن السد والمياه. غالبًا ما يتم تقوية الخرسانة بالفولاذ لزيادة قوتها ومتانتها.

تشمل بعض مزايا سدود الجاذبية استقرارها ومتانتها وقدرتها على تحمل الكوارث الطبيعية مثل الزلازل. كما أنها تتطلب صيانة قليلة نسبيًا بمجرد إنشائها. ومع ذلك ، فهي عادة ما تكون أكثر تكلفة في البناء من الأنواع الأخرى من السدود ، وقد لا تكون مناسبة لجميع المواقع.

السدود المقوسة

السدود المقوسة عبارة عن هياكل منحنية تعتمد على قوة وثبات شكلها لدعم وزن الماء خلفها. يتم بناؤها عادة في الأخاديد الضيقة أو الوديان حيث يمكن لجدران الوادي أن توفر الدعم الجانبي للقوس. غالبًا ما تكون السدود المقوسة مصنوعة من الخرسانة ، ولكن يمكن أيضًا أن تكون مصنوعة من مواد البناء أو حتى مواد مملوءة بالأرض.

سد القوس

تم تصميم شكل السد المقوس لتوزيع القوى من الماء خلفه على طول منحنى القوس وأسفل الدعامات على جانبي الوادي. هذا يجعل السد المقوس من أقوى أنواع السدود وأكثرها استقرارًا ، وهو قادر على تحمل ضغوط المياه العالية جدًا.

ومع ذلك ، فإن تصميم وبناء السدود المقوسة معقدة وتتطلب هندسة دقيقة لضمان سلامتها واستقرارها. تلعب هندسة القوس ، وانحناء جدران الوادي ، والأساسات ومواد الدعامة أدوارًا مهمة في تصميم وبناء السد المقوس. تعتبر الاعتبارات الزلزالية مهمة أيضًا لتصميم السدود المقوسة ، لأنها عرضة للتلف من الزلازل.

سدود الدعامة

السدود الداعمة هي نوع من السدود الخرسانية التي تستخدم سلسلة من الدعامات الخرسانية المسلحة لدعم وزن السد ومقاومة ضغط الماء. عادة ما تكون الدعامات مثلثة الشكل وتمتد من قاعدة السد إلى الأعلى ، مع سطح مستوٍ يتم بناء الطريق أو الممشى عليه. تمتلئ المساحة بين الدعامات بالخرسانة المسلحة لإنشاء جسم السد.

سد الدعامة

تُستخدم سدود الدعامة عمومًا في الأخاديد الضيقة أو الوديان حيث تكون جدران الوادي شديدة الانحدار وصخرية. يتم تثبيت الدعامات على قاعدة صلبة أو أساس قوي ، وقد تم تصميم جسم السد لنقل ضغط الماء إلى الدعامات.

تشمل مزايا السدود الداعمة قدرتها على تحمل ضغوط المياه العالية ، ومدى ملاءمتها لمواقع الوديان الضيقة ، وتكلفتها المنخفضة نسبيًا مقارنة بأنواع السدود الأخرى. ومع ذلك ، فإن لديهم أيضًا بعض القيود ، بما في ذلك الحاجة إلى أساس قوي ، والقيود المفروضة على ارتفاع وطول السد ، وإمكانية التسوية التفاضلية للدعامات.

العوامل المؤثرة في تصميم وبناء السد

هناك عدد من العوامل التي تؤثر على تصميم وبناء السدود ومنها:

  1. الطبوغرافيا والجيولوجيا: يمكن أن تؤثر التضاريس والجيولوجيا لموقع السد على نوع السد الذي تم بناؤه ، وكذلك حجمه وشكله. قد يتطلب الموقع ذو التضاريس شديدة الانحدار ، على سبيل المثال ، سدًا بقاعدة ضيقة وجوانب شديدة الانحدار.
  2. الهيدرولوجيا وإدارة المياه: تعتبر كمية المياه التي صمم السد لتخزينها أو تنظيمها ، وكذلك خصائص تدفق النهر أو المجرى الذي تم بناؤه عليه ، من الاعتبارات المهمة في تصميم السد.
  3. المناخ والظروف الجوية: يمكن أن تؤثر الظروف المناخية والطقس على تصميم وبناء السد ، لا سيما فيما يتعلق بقضايا مثل إدارة الفيضانات وتكوين الجليد وتأثيرات دورات ذوبان الجليد.
  4. الزلزالية و زلزال المخاطر: يجب تصميم وبناء السدود الواقعة في المناطق المعرضة للزلازل بحيث تتحمل القوى الزلزالية.
  5. العوامل البيئية والاجتماعية: يجب مراعاة تأثير السد على البيئة والمجتمعات المحلية أثناء عملية التصميم والبناء. قد يشمل ذلك قضايا مثل نزوح الناس والحياة البرية ، والتغيرات في النظام البيئي ، والتأثيرات على مواقع التراث الثقافي.
  6. فحص الموقع والاعتبارات الجيولوجية: من الضروري إجراء تحقيق شامل في الموقع لتقييم الجيولوجيا وخصائص التربة والعوامل الأخرى التي يمكن أن تؤثر على سلامة واستقرار السد. يتم استخدام هذه المعلومات للإبلاغ عن عملية التصميم والبناء.

استقصاء الموقع والاعتبارات الجيولوجية

تعتبر دراسة الموقع والاعتبارات الجيولوجية ضرورية لتصميم السدود وبنائها واستقرارها على المدى الطويل. يمكن أن يوفر التحقيق والتوصيف المناسبان للموقع معلومات عن الخصائص الفيزيائية والهندسية للموقع ، والتي يمكن أن تفيد في تصميم السد والهياكل المرتبطة به. تتضمن بعض الاعتبارات الجيولوجية الرئيسية في بناء السدود ما يلي:

  1. الجيولوجيا وخصائص الكتلة الصخرية: تلعب جيولوجيا الموقع وخصائص الكتلة الصخرية الأساسية دورًا مهمًا في تصميم وبناء السد. يمكن أن تؤثر خصائص القوة والتشوه والنفاذية للكتلة الصخرية على استقرار السد وسلامة المياه المحجوزة.
  2. الهياكل الجيولوجية: التراكيب الجيولوجية مثل أخطاءوالمفاصل وطائرات الفراش يمكن أن تؤثر على استقرار السد وسلوك الأساس والدعامات. يمكن أن توفر هذه الهياكل مسارات للتسرب ويمكن أن تؤثر أيضًا على سلوك كتلة الصخور تحت التحميل الزلزالي.
  3. مخاطر الزلازل: تصمم السدود عادة لتحمل المخاطر الزلزالية ، وينبغي أن يشمل فحص الموقع تقييمًا لمخاطر الزلازل وإمكانية حدوث حركات أرضية ناتجة عن الزلازل. يمكن لتقييم المخاطر الزلزالية أن يوجه تصميم السد والهياكل المرتبطة به لضمان قدرتها على الصمود أمام التحميل الزلزالي.
  4. خصائص التربة والصخور: بالإضافة إلى الخصائص الجيولوجية للكتلة الصخرية ، فإن خصائص التربة والصخور المستخدمة في بناء السد مهمة أيضًا. يمكن أن تؤثر هذه الخصائص على استقرار الجسر أو السد الخرساني ، وكذلك السلوك طويل الأجل للسد في ظل ظروف التحميل المختلفة.
  5. ظروف المياه الجوفية: يمكن أن تؤثر ظروف المياه الجوفية في الموقع على استقرار السد وسلامة المياه المحجوزة. يجب أن يشتمل فحص الموقع على تقييم لظروف المياه الجوفية ، بما في ذلك عمق المياه الجوفية ، والتوصيل الهيدروليكي ، وإمكانية التسرب والأنابيب.
  6. مواد بناء: يمكن أيضًا أن يكون توفر مواد البناء المناسبة في الموقع أو بالقرب منه اعتبارًا مهمًا في تصميم وبناء السد. يمكن أن تؤثر خصائص هذه المواد على استقرار السد وسلوك الهيكل على المدى الطويل.

بشكل عام ، يعد إجراء تحقيق شامل في الموقع وتحديد خصائصه أمرًا ضروريًا للتصميم والبناء الناجح للسد ، وكذلك لضمان سلامة الهيكل واستقراره على المدى الطويل.

تصميم السد

يتضمن تصميم السد مجموعة من الاعتبارات والعوامل ، بما في ذلك اختيار نوع السد واختيار المواد وتقنيات البناء وتصميم المكونات والميزات المختلفة. تتضمن بعض الجوانب الرئيسية لتصميم السد ما يلي:

تصميم السد
  1. اعتبارات التصميم الأساسية: وتشمل هذه عوامل مثل الغرض المقصود من السد ، وتخزين المياه المتوقعة ومتطلبات إطلاقها ، والعمر المتوقع للسد.
  2. أساس السد ودعائمه: يجب تصميم الأساس والدعامات لتحمل وزن السد والمياه التي يحتويها ، وكذلك أي أحمال زلزالية أو غيرها من الأحمال التي قد يتم فرضها.
  3. مجاري الصرف والمنافذ: وهي مصممة لإخراج المياه من الخزان لمنع تجاوز السد والفيضان في اتجاه مجرى النهر. يعتمد حجم ونوع مجرى التصريف والمخرج على معدل تدفق التصميم وعوامل أخرى.
  4. تصميم السد والخرسانة: يجب أن يأخذ تصميم السد أو المكونات الخرسانية للسد في الاعتبار عوامل مثل الاستقرار والتحكم في التسرب والحماية من التآكل.
  5. الأجهزة والمراقبة: يمكن تركيب أجهزة استشعار وأدوات مختلفة داخل السد وحوله لقياس عوامل مثل مستويات المياه والتسرب وحركة الأرض. تعد المراقبة جانبًا مهمًا من جوانب سلامة السدود وإدارة المخاطر.

بشكل عام ، يجب أن يوازن تصميم السد بين مجموعة من العوامل ، بما في ذلك السلامة والأثر البيئي وتكلفة البناء ومتطلبات الصيانة طويلة الأجل.

تقنيات البناء

عادةً ما تتضمن تقنيات بناء السدود عدة خطوات ، بما في ذلك:

  1. نقل التربة والحفر: يتضمن ذلك تنظيف الموقع من أي نباتات وتربة سطحية ، وحفر أساس السد بالعمق والشكل المطلوبين.
  2. مناولة المواد ونقلها: يتم نقل مواد البناء مثل الخرسانة والصلب والركام إلى الموقع وتخزينها استعدادًا للبناء.
  3. وضع الخرسانة ومعالجتها: بالنسبة للسدود الخرسانية ، يتم بناء القوالب على شكل السد ويتم وضع الخرسانة والسماح لها بالعلاج.
  4. وضع وضغط ردم الصخور: بالنسبة لسدود السدود ، يتم نقل ردم الصخور أو ردم التربة إلى الموقع ووضعها في طبقات ، مع ضغط كل طبقة على الكثافة المطلوبة.
  5. الأجهزة والمراقبة: يتم تثبيت أنظمة المراقبة لتتبع أداء السد أثناء وبعد البناء ، بما في ذلك التدابير مثل التسرب والتشوه ودرجة الحرارة.

يمكن أن تختلف تقنيات البناء اعتمادًا على نوع السد والظروف الخاصة بالموقع والموارد المتاحة.

تحديات وحلول البناء

يمثل بناء السد تحديات عديدة ، منها ما يلي:

  1. الوصول إلى الموقع والخدمات اللوجستية: غالبًا ما يتم بناء السدود في مواقع بعيدة ، مما يجعل من الصعب الوصول إلى موقع البناء ونقل المواد والمعدات إلى الموقع.
  2. سلامة البناء وصحة العمال: يشمل بناء السد المعدات الثقيلة والمواد الخطرة وظروف العمل التي يحتمل أن تكون خطرة ، لذا فإن ضمان سلامة العمال وصحتهم يمثل مصدر قلق بالغ.
  3. التصميم الزلزالي وتخفيف المخاطر: يجب تصميم السدود لتحمل الزلازل والكوارث الطبيعية الأخرى ، ويجب اتخاذ التدابير المناسبة للتخفيف من هذه المخاطر.
  4. الآثار البيئية وتدابير التخفيف: يمكن أن يكون لبناء السد آثار بيئية كبيرة ، بما في ذلك فقدان الموائل ، وتغير تدفق المياه ، والآثار على تجمعات الأسماك ، لذلك يجب اتخاذ تدابير التخفيف لتقليل هذه الآثار.
  5. سلامة السدود وإدارة المخاطر: يجب تصميم السدود وإنشاؤها لتحمل أنماط الفشل المحتملة ، ويجب وضع تدابير مناسبة لإدارة المخاطر لضمان سلامة السكان في المصب.

تتضمن بعض الحلول المحتملة لهذه التحديات ما يلي:

  1. تخطيط ما قبل البناء وإدارة اللوجستيات لضمان كفاءة النقل والوصول إلى الموقع.
  2. برامج تدريب السلامة الشاملة للعمال واستخدام معدات الحماية الشخصية.
  3. الاختيار الدقيق للموقع والتحقيقات الجيولوجية لضمان بناء السدود في مناطق أقل عرضة للنشاط الزلزالي.
  4. تنفيذ تدابير التخفيف ، مثل سلالم الأسماك ، لتقليل الآثار البيئية.
  5. عمليات التفتيش والرصد المنتظمة لاكتشاف ومعالجة أي مشكلات محتملة تتعلق بالسلامة ، والصيانة المستمرة لضمان سلامة السد بمرور الوقت.

عمليات الخزان وادارة المياه

تعتبر عمليات الخزان وإدارة المياه من الجوانب الحاسمة لبناء السدود وتشغيلها. الغرض الأساسي من السد هو تخزين المياه ، والتي تستخدم بعد ذلك لأغراض مختلفة مثل الري ، وإمدادات المياه المنزلية والصناعية ، وتوليد الطاقة الكهرومائية ، والتحكم في الفيضانات.

تتم إدارة الخزان الموجود خلف السد لضمان إمداد موثوق وآمن للمياه لهذه الأغراض المختلفة. وهذا يشمل إدارة مستوى المياه لتلبية الطلب مع الحفاظ على احتياطيات كافية للاستخدام في المستقبل. تتضمن عمليات الخزان أيضًا إدارة جودة المياه ، بما في ذلك مراقبة الترسيب وإدارته ، فضلاً عن ضمان عدم تأثر النظم البيئية في المصب سلبًا.

عادة ما يتم تطوير عمليات الخزان وخطط إدارة المياه بالتشاور مع أصحاب المصلحة ، بما في ذلك المجتمعات المحلية والوكالات الحكومية ومستخدمي المياه. تأخذ هذه الخطط في الاعتبار عوامل مثل التباين الموسمي في الطلب على المياه ، وتغير المناخ ، والحاجة إلى الموازنة بين المصالح المتنافسة لاستخدام المياه.

بالإضافة إلى إدارة إمدادات المياه ، تلعب عمليات الخزان أيضًا دورًا مهمًا في سلامة السدود. تتم إدارة مستوى المياه في الخزان لضمان بقائه ضمن النطاق الآمن ، سواء في ظروف التشغيل العادية أو أثناء الأحداث الشديدة مثل الفيضانات والزلازل.

دراسات حالة لمشاريع بناء السدود.

بالتأكيد ، فيما يلي بعض الأمثلة على مشاريع بناء السدود:

  1. سد الخوانق الثلاثة ، الصين: سد الخوانق الثلاثة هو أكبر سد لتوليد الطاقة الكهرومائية في العالم ، ويقع على نهر اليانغتسي في الصين. بدأ بناء السد في عام 1994 واكتمل في عام 2012. يبلغ طول السد 2.3 كيلومتر وارتفاعه 185 مترًا ، وبقدرته على توليد 22,500 ميجاوات من الكهرباء.
  2. سد هوفر ، الولايات المتحدة الأمريكية: تم بناء سد هوفر ، الواقع على نهر كولورادو على حدود أريزونا ونيفادا في الولايات المتحدة ، خلال فترة الكساد الكبير في ثلاثينيات القرن الماضي. يبلغ ارتفاع السد 1930 متراً وطوله 221 متراً ، وبقدرته على توليد 379 ميغاواط من الكهرباء.
  3. السد العالي بأسوان ، مصر: السد العالي بأسوان هو سد صخري على نهر النيل في مصر ، اكتمل بناؤه عام 1970. يبلغ ارتفاع السد 111 مترًا وطوله 3,830 مترًا ، ولديه القدرة على توليد 2,100 ميجاوات من الكهرباء. كما يستخدم السد للسيطرة على الفيضانات والري.
  4. سد تاربيلا ، باكستان: سد تاربيلا هو سد صخري ذو واجهة خرسانية على نهر السند في باكستان. تم الانتهاء منه في عام 1976 وهو أكبر سد مملوء بالأرض في العالم. يبلغ ارتفاع السد 143 متراً وطوله 2,743 متراً ، وتبلغ طاقته الإنتاجية 3,478 ميغاواط من الكهرباء.
  5. سد إتايبو بالبرازيل وباراغواي: سد إيتايبو هو سد خرساني على نهر بارانا على الحدود بين البرازيل وباراغواي. تم الانتهاء من السد عام 1984 وهو ثاني أكبر سد لتوليد الطاقة الكهرومائية في العالم ، وقدرته على توليد 14,000 ميغاواط من الكهرباء.