آب مایه حیات است. این منبع طبیعی بی‌نظیر نه‌تنها برای رفاه و آسایش انسان ضروری است؛ بلکه برای توسعه و پیشرفت جوامع هم بسیار ارزشمند است. با افزایش جمعیت و توسعه شهرنشینی، مدیریت صحیح این منابع اهمیت بیشتری پیدا کرده است. به همین دلیل سدها به‌عنوان سازه‌هایی اساسی و مهم در مدیریت آب و تامین نیازهای آبی جامعه بسیار مهم هستند. سد سازی یک فرآیند پیچیده و حساس است که نیازمند روش‌های مهندسی نوین و مواد پایدار و مقاوم است. امروزه مواد جدیدی نظیر محصولات ژئوسنتتیک عرضه شده‌اند که در اجرای سد نقش مهمی ایفا می‌کنند.
در این مقاله ضمن آشنایی با اهداف و مراحل مختلف سد سازی، با کاربرد محصولات ژئوسنتتیک در ساخت آنها بیشتر آشنا می‌شوید؛ پس تا پایان این مقاله همراه ما باشید.
هدف از ساخت سد چیست؟
سدها به عنوان منبع آب دارای مزایا و کاربردهای فراوانی هستند. هنگامی که جریان آب اضافی وجود دارد، سدها آب را ذخیره می‌کنند. علاوه‌براین ساخت سد می‌تواند چندین هدف مختلف داشته باشد که در ادامه به مهم‌ترین کاربردهای آن اشاره شده است:
- آبیاری: از آب ذخیره‌شده در سدها می‌توان برای آبیاری استفاده کرد. این آب به کشاورزان کمک می‌کند تا بر اساس آن برای محصولات خود برنامه‌ریزی کنند و باعث عرضه بیشتر غذا در جامعه شوند
- تولید برق: یکی از مزیت‌های اصلی سد، تولید برق است. این کار چندین مزیت زیست‌محیطی از جمله انعطاف‌پذیری، مقرون‌به‌صرفه‌بودن و تجدیدپذیر بودن را دارد. یک سد پس از ساخته‌شدن می‌تواند برق ثابتی تولید کند و هیچ نیازی به سوخت برای تولید آن وجود ندارد
- کنترل سیل: در زمان سیل، می‌توان از سدها برای کنترل جریان آب استفاده کرد؛ در نتیجه مدیریت شرایط راحت‌تر خواهد و از ایجاد مشکلات بعدی جلوگیری می‌شود
- ذخیره آب: سد سازی دارای ویژگی‌های مفید بسیاری است که بارزترین آن ذخیره آب خواهد بود. از آب ذخیره‌شده می‌توان در بخش‌های مختلف از جمله کشاورزی، شیلات و … استفاده کرد
- اهداف تفریحی: همچنین سدها می‌توانند برای اهداف تفریحی استفاده شوند. آب‌های پشت سد آرام هستند و به این دلیل می‌توانند محیطی ایده‌آل برای قایقرانی، قایق‌سواری و شنا باشند. افراد می‌توانند از این فرصت برای لذت بردن از طبیعت و ورزش در آب استفاده کنند
معرفی انواع سد بر اساس ساختار سازه ای
یکی از تقسیم‌بندی‌های شناخته‌شده برای تعیین نوع سد، دسته‌بندی آنها بر مبنای ساختارشان است. برای اجرای سد از ساختار مختلفی استفاده می‌کنند که می‌توان به سدهای قوسی، وزنی، پشت‌بنددار و خاکریزی اشاره کرد. در زیر انواع سد بر اساس ساختار تشریح شده‌اند:
- سد قوسی: سد قوسی بر خلاف جریان آب دارای انحنای محدب است. این نوع سد به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که با وجود فشار هیدرواستاتیک، قوس سد کمی صاف می‌شود و به طرف فونداسیون یا تکیه‌گاه حرکت می‌کند. با این کار مقاومت سد افزایش پیدا می‌کند؛ چراکه نیروی افقی آب به کمک قوس به تکیه‌گاه‌ها منتقل می‌شود. سدهای قوسی بر اساس زاویه، شعاع و انحنا به چند نوع مختلف تقسیم می‌شوند
- سد وزنی: این نوع سد با استفاده از وزن خود، در مقابل نیروهای خارجی مانند فشار هیدرواستاتیک، آپلیفت، موج، باد، یخ، زلزله و … مقاومت می‌کند. به دلیل ماهیت خاص این نوع سد، برای سد سازی به فونداسیونی مناسب نیاز است. جهت اجرای سد وزنی از بتن معمولی، مصالح بنایی یا بتن آرمه استفاده می‌شود
- سد پشت‌بنددار: سد پست‌بنددار که به آن سد پایه‌دار یا سد توخالی هم گفته می‌شود، نوعی سد آرمه است دو بخش مختلف دارد. بخش بالادست سد، دیوار توپر ضدآب و شیب‌دار است که به کمک چندین پشت‌بند با فاصله مشخص نگهداری خواهند شد. در این نوع سد، دیوار می‌تواند به‌صورت صاف یا منحنی باشد
- سد خاکریزی: این نوع سد با استفاده از مواد مانند خاک، شن، رس یا سنگ و تراکم آنها اجرا می‌شود. سدهای خاکریزی جزء سدهای غیرصلب به‌حساب می‌آید. این نوع سد به چند دسته مختلف شامل سد خاکریزی همگن، ناهمگن و دیافراگمی تقسیم می‌شود.
مطالعه بیشتر: لاینینگ چیست و چه کاربردی دارد؟
سد ها چگونه ساخته می شوند؟
زمانی که به سازه عظیم سد نگاه می‌کنید، احتمالا در جای خودتان توقف کنید و فکر به ذهنتان خطور کند که این سازه بزرگ چگونه ساخته شده است؟ اگر این سوال شما هم است به مطالعه این مطلب ادامه دهید؛ چراکه در ادامه مراحل اجرای سد به‌صورت قدم‌به‌قدم تشریح شده است:
- منحرف کردن آب: اولین قدم در ساخت سد، منحرف کردن آب است. مهندسان چند راه برای انجام این کار دارند؛ اما ایجاد سد موقت و کانال‌های انحرافی از محبوب‌ترین روش‌هاست
- آماده‌سازی پایه سد: با انحراف آب از محل ساخت‌وساز، کارگران می‌توانند پایه‌گذاری سد را آغاز کنند. برای اینکه سد ایمن باشد، باید فونداسیون به اندازه کافی قوی باشد تا وزن سد را حفظ کند و در مقابل فشاری که سدها ایجاد می‌کنند، مقاومت کند.
- تامین مصالح: ساخت سدها اغلب به مقادیر زیادی بتن نیاز دارد. معمولا به دلیل این نیاز شدید به بتن، شرکت کارفرما برای اطمینان از تامین نیاز، کارخانه بچینگ بتن را در محل پروژه سد می‌سازند.
- ایجاد سد: با آماده شدن مصالح، ساخت سد می‌تواند آغاز شود. این مرحله شامل ریختن بتن در قالب‌های ساخته شده از چوب است. اما کارگران نمی‌توانند تمام بتن را به یکباره بریزند؛ چراکه برای خشک‌شدن آن به زمان بسیار زیادی نیاز است.
- پر کردن مخزن: با تکمیل سد، کارگران می‌توانند شروع به هدایت مجدد جریان آب به مخزن تازه ایجاد شده کنند. برای حفظ جریان آب مطلوب، کارگران از چندین ویژگی در سد سازی استفاده می‌کنند.
ماشین آلات مورد استفاده در ساخت سد
برای ساخت انواع مختلف سد شامل سد قوسی، سد انحرافی، سدهای خاکی، سدهای ثقلی، سدهای آوار و سد سرریز از ماشین‌آلات مختلفی استفاده می‌شود که از بین آنها سه نوع ماشین‌آلات سنگین استاندارد به‌عنوان اصلی‌ترین تجهیزات کاربرد بیشتری دارند. در ادامه به معرفی این سه نوع ماشین‌آلات مورد استفاده برای سد سازی و ویژگی هر یک از آنها پرداخته‌ایم.
بیل مکانیکی
در زمان احداث سد در رودخانه اولین گام منحرف‌کردن آب است. برای انجام این کار کارگران برای حفاری زمین از یک بیل مکانیکی استفاده می‌کنند تا مسیر جدیدی برای جریان آب ایجاد شود. بیل مکانیکی یکی از بهترین ماشین‌آلات برای انجام کارهای حفاری و ساخت انواع سد محسوب می‌شود. بیل‌های مکانیکی انواع مختلفی دارند که مینی بیل مکانیکی ۳۰۸D VR SB، بیل مکانیکی هیدرولیک ۳۳۵F L در سایز متوسط و بیل مکانیکی ۳۹۰ FL از جمله آنها هستند.
مینی بیل مکانیکی ۳۰۸D CR SB قدرت بسیار بالایی دارد و اپراتور در کابین راحت آن به‌خوبی می‌تواند ماشین را کنترل کند. استفاده از بیل مکانیکی هیدرولیک ۳۳۵F L بسیار آسان است و با پروتکل‌های ایمنی پیشرفته ارائه می‌شود. بیل مکانیکی ۳۹۰ FL نیز برای لایروبی زیر آب و تکمیل برنامه‌های حفاری شدیدتر کاربرد دارد.
لودرها
یکی دیگر از ماشین‌آلات موردنیاز برای اجرای سد که بعد از حفاری برای حذف آوارها مورداستفاده قرار می‌گیرد، لودر است. لودرهای چرخدار یکی از پرطرفدارترین ابزارها برای پاکسازی انواع مختلف زباله هستند و تنوع بالایی دارند. در پروژه‌های احداث سد می‌توانید از لودر ۹۸۰ M به‌عنوان یک لودر چرخ متوسط بادوام و همه‌کاره و لودر ۹۹۳k به‌عنوان یک لودر چرخ‌بزرگ برای کارکردن در شرایط سخت استفاده کنید.
کمپکتورها یا متراکم کننده‌ها
کمپکتورها نیز از ماشین‌آلات اصلی موردنیاز برای ساخت سد هستند و به شما کمک می‌کنند که زمین را در مکان‌های مناسب به خوبی صاف کرده و ساختن سد را آغاز کنید. انواع کمپکتور عبارت‌اند از:
- کمپکتور CD8 با درام‌های ۱۵۰۰ میلی‌متری و قدرت استثنایی
- کمپکتور پنوماتیک CW34 با هشت چرخ و دارای قدرت تراکم پیشرفته برای انواع مواد
مطالعه بیشتر: همه چیز درباره آب بندی بتن
اثرات بیولوژیکی سدها کدامند؟
پیامدهای زیست محیطی سد سازی متفاوت است. این تاثیرات می‌توانند به شکل‌های مختلفی شامل تاثیرات بیولوژیکی، اکولوژیکی، اجتماعی و اقتصادی ظاهر شوند. در زیر به چند مورد از اثرات بیولوژیکی سدها آورده شده است:
- تاثیر منفی بر آبزیان
- تأثیر بر پهنه آبی
- تأثیر بر اکوسیستم کلی آبی
- فرسایش خاک فراگیر
- تاثیر بر زیست‌کره یا بیوسفر
- تاثیر بر سطح آب‌های زیرزمینی
آشنایی با عوامل موثر بر انتخاب سد
یکی از قدم‌های اصلی برای سد سازی، انتخاب مناسب‌ترین و اقتصادی‌ترین نوع سد است. برای انتخاب سد مناسب چند عامل مختلف تاثیرگذار هستند. توپوگرافی، خصوصیات ژئومکانیکی زمین، مصالح، نوع، ابعاد و محل سرریز، شرایط لرزه‌خیزی، ارتفاع موردنیاز، مقدار بودجه، طول عمر و ظاهر از جمله عواملی هستند که در سد سازی تاثیر دارند. اما هر یک از عوامل چه تاثیر بر انتخاب سد دارند؟ در زیر به تاثیر عوامل مهم پرداخته شده است:
- توپوگرافی: توپوگرافی زمین، اولین عامل در انتخاب نوع سد است. بر این اساس برای دره باریک U شکل، سدهای سرریز بتنی بهترین گزینه است. در دره‌های کم ارتفاع، سدهای خاکی با سرریزهای جداگانه پیشنهاد خوبی است. همچنین اگر توپوگرافی زمان به‌صورت دره باریک V شکل است، سدهای قوسی بهترین گزینه خواهد بود
- وضعیت ژئومکانیکی: برای بررسی وضعیت زمین، باید چندین برداشت زمین‌شناسی دقیق را در محل انجام داد. فونداسیون اهمیت زیادی در انتخاب نوع سد دارد؛ چراکه این بخش شامل وزن کلی سد است. معمولا فونداسیون به انواع سنگ سخت، سنگ‌دانه، رسی و لای و ماسه ریز تقسیم می‌شود
- مصالح موجود: یکی از مهم‌ترین فاکتورها در سد سازی، مصالح و هزینه تمام‌شده آن است. برای اینکه در هزینه مصالح صرفه‌جویی شود، باید از مصالحی استفاده کرد که در دسترس باشند و به راحتی بتوان آن را انتقال داد
- نوع، ابعاد و محل سرریز: سرریز وظیفه تخلیه آب اضافی از مخزن سد را برعهده دارد. ظرفیت سررزیر بر اساس جریان عبور مورد نیاز و همچنین سیلاب‌های احتمالی تعیین می‌شود. برای رودخانه‌هایی که احتمالا سیلاب‌ها بزرگ در آنها وجود دارد، تاثیر نوع، ابعاد و ظرفیت سررزیر بیشتر خواهد بود
- شرایط لرزه‌خیری: بارهای دینامیکی ناشی از زمین‌لرزه می‌تواند یکی از عوامل موثر در شکست سد باشد. قبل از سد سازی باید، شرایط منطقه از نظر زلزله‌خیری بررسی گردد. در صورت وجود این شرایط باید سازه متناسب ساخته شود
اشتباهات رایج در فرآیند ساخت سد
باتوجه‌به به پیچیده‌بودن فرآیند سد سازی وجود برخی اشتباهات در آن یک امر اجتناب‌ناپذیر است. برخی از رایج‌ترین اشتباهات در ساخت سد عبارت‌اند از:
- مطالعات ناکافی زمین‌شناسی و هیدرولوژیکی مکان انتخاب‌شده برای ساختن سد
- نادیده‌گرفتن داده‌های تاریخی سیل و رویدادهای نادر و شدید هواشناسی و طراحی نادرست سد
- استفاده از مصالح ساختمانی بی‌کیفیت و ضعیف و کاهش یکپارچگی سد
- طراحی نادرست سرریز و کوچک‌بودن آن و افزایش احتمال شکستن سد
- بی‌توجهی به اثرات زیست‌محیطی پروژه سد سازی و تهدید اکوسیستم‌های محلی
- نظارت ناکافی در طول ساخت‌وساز سد و عدم اطمینان از همسو بودن آن با طرح
- عدم توجه کافی به فعالیت‌‌ها و خطرات لرزه‌ای و ایجاد خسارات شدید به سد درصورت وقوع زلزله
- عدم توجه به بازرسی منظم، تعمیر، نگهداری و ارتقای سد و به‌خطرافتادن طول عمر و ایمنی آن
- عدم توجه به استراتژی‌های اسکان مجدد و برنامه‌ریزی‌شده و ایجاد مسائل اجتماعی بلندمدت و درگیری‌های قانونی
- نادیده‌گرفتن تخصص کارشناسان محلی آشنا به ویژگی‌های ظریف محل انتخاب‌شده برای اجرای سد
کاربرد ژئوسنتتیک ها در سد سازی
با وجود فناوری‌های پیشرفته و اقدامات ایمنی، سدها به‌ویژه برای نواحی پایین‌دست تهدید قابل‌توجهی هستند. حتی کیفیت ساخت بهتر، مصالح ساختمانی درجه یک و فناوری پیشرفته نمی‌تواند سازه‌ای بدون خطر را تضمین کند. کاستی‌های سازه‌ای یا اتفاقات خارجی هم می‌تواند باعث ایجاد یا تهدید ایمنی سد شود. شکست سدها منجر به سیلاب‌های شدیدی می‌شود که باعث ایجاد خسارت‌های جیران‌ناپذیری خواهد شد.
محصولات ژئوسنتتیک نظیر ژئوممبران و ژئوتکستایل مصالح مدرنی هستند که عملکرد مواد را اصلاح و بهبود می‌بخشند. ژئوسنتتیکها نقش مهمی در بخش آب ایفا می‌کنند و جزء پرکاربردترین مواد در سد سازی‌های مدرن هستند. ژئوسنتتیک‌های مختلف نقش‌های متفاوتی را در ساخت و بازسازی سد بر عهده می‌گیرند.
وظایف اولیه ژئوسنتتیکها شامل زهکشی، جداسازی، فیلتراسیون و تقویت است. این مواد در هر پروژه، یک یا چند مورد از این عملکردها را انجام می‌دهند. کاربردهای عملی زیادی از ژئوسنتتیکها در سدها وجود دارد. چند نمونه از این کاربردها در زیر آورده شده است:
- حفاظت از شیب پایین دست
- زهکشی‌های سطح پایین‌دست برای جلوگیری از نشت
- حفاظت از شیب بالادست
- بهبود حفاظت در برابر فرسایش
- عایق رطوبتی در سد سنگی
- برای بالا بردن خاکریزها
- احیای سدهای دارای مشکلات عایق رطوبتی و نشتی
- پیشگیری از ترک در هسته سدها
جمع‌بندی
سدها به عنوان سازه‌های حیاتی در مدیریت منابع آبی و تامین آب و تولید برق برای جوامع، اهمیت بسیاری دارند. در اکثر موارد سد سازی نیازمند استفاده از روش‌های پیچیده و مواد ساختاری متنوع است. ژئوسنتتیک به‌عنوان یک راهکار نوین و موثر در سد سازی معرفی می‌شود که مزیت‌های بسیاری برای سدها دارد. استفاده از محصولات ژئوسنتتیک در اجرای سد مزایای بسیاری از جمله کاهش هزینه‌ها، افزایش سرعت ساخت و افزایش مقاومت و پایداری سدها به همراه دارد. استفاده از مواد ژئوسنتتیک به مهندسین این امکان را می‌دهد تا سدها را کارآمدتر و پایدارتری بسازند و آنها را بهتر مدیریت کنند.
