هندسة سدود الوديان لحصاد مياه الأمطار

20 يونيو 2023

روابط سريعة :-

إعداد: أ.د.عطية الجيار

أستاذ بمعهد بحوث الأراضي والمياه والبيئة بمركز البحوث الزراعية

إن الماء هو شريان الحياة وعصبها وهي الركيزة الأساسية الأولى التي تقوم عليها التنمية الشاملة فأن المحافظة على المياه وتنمية مواردها كان وما زال هدفا رئيسيا من أهداف الحكومة الرشيدة؛ وقد تضافرت الجهود للارتقاء بمستوى الموارد المائية وأساليبها وتوفير ما من شأنه ضمان نموها واستمرارها وأتضح ذلك من خلال إقامة مشاريع السدود لتحقيق الاستفادة القصوى من مياه الأمطار لدعم المياه الجوفية ولتزويد السكان بالمياه لاستخدامها لأغراض الزراعة ودعم مياه الأفلاج وغيرها بالمنطقة بالنسبة لسدود التخزين السطحي بدلاً من ضياعها بدون استفاددة أو ذهابها الى البحر.

تابعونا على قناة الفلاح اليوم

تابعونا على صفحة الفلاح اليوم على فيس بوك

تدمج الهندسة الجيدة للسدود توازنا جيدا بين التصميم المناسب والاقتصاد، ويعتبر سد الجاذبية أحد أكبر الهياكل التي تم بناؤها على الأرض. يُعرف بهيكل خط الحياة، لأنه يخدم الغرض من الري، وتوليد الطاقة الكهرومائية، والتحكم في الفيضانات، وإمدادات المياه المنزلية والصناعية، وما إلى ذلك، والتي تعتبر مهمة لوجود الإنسان. هذا يجعل السد هيكلا موثوقا به.

لهذا السبب، يجب دائما تصميم السد لتحقيق أعلى درجات الأمان. السد هو أحد الهياكل الهيدروليكية التي تم إنشاؤها لخدمة وظائف معينة. إنها ميزة للتحكم في المياه لحجز إمدادات المياه، أو لتحويل المياه من مجرى مائي، أو لرفع ارتفاع المسطح المائي.

اقرأ المزيد: إدارة مياه الري اقتصادياً

عند إمداد المستهلكين بالمياه، يمنع السد من التدفق إلى الأنبوب والنفق والقناة. تعتبر سدود ملء الأرض بديلاً جيدًا عن المخبأ حيث يجب تخزين كميات أكبر من المياه بتكلفة معقولة وتوجد ظروف موقع مناسبة. التصميم والبناء المناسبان ضروريان للسدود؛ وإلا فإنها ستفشل من الانجراف أو خسائر التسرب. إذا كانت كمية المياه هي أولويتك الرئيسية، فقد يكون السد هو الخيار الأفضل. إذا كانت جودة المياه الأفضل هي العامل المهم، فمن المحتمل أن يكون المخبأ خيارا أفضل.

خذ الوقت الكافي لتخطيط وبناء وفحص وصيانة السد الخاص بك، وسيكون موردا مائيا قيما لمزرعتك لسنوات عديدة قادمة. ومع ذلك فإن سوء إدارة السدود يمكن أن يسبب مشاكل وكوارث من حيث سلامة السدود وكيف تؤثر على الناس والبيئة.

تركز هذه المقالة على كيفية تصميم وتشغيل وصيانة السد لضمان سلامته، فضلا عن الجوانب الاتية: الأول: مقدمة – الثاني: متطلبات التصميم – الثالث استخدامات السدود – الرابع: أنواع السدود الترابية – الخامس: تصميم سدود ترابية صغيرة – السادس: متطلبات التصميم الجيد للسد – السابع: معايير اختيار الموقع – الثامن: معادلات تصميم سدود الوديان – التاسع: سعة السد والمنحدرات الجانبية – العاشر: مجاري التصريف – الحادي عشر: البناء – الثاني عشر: خطوات البناء – الثالث عشر: فشل السد – الرابع عشر: ميزات الأمان – الخامس عشر: السيطرة على الغطاء النباتي – السادس عشر: صيانة السدود الترابية – السابع عشر: اقتصاديات السدود – الثامن عشر: التحديات التي تواجهها – التاسع عشر: تحليل الجدوى الاقتصادية – العشرين: الاستنتاج والتوصيات – المراجع.

الأول: مقدمة Introduction

في الأساس، يُعرَّف سد الجاذبية بأنه هيكل مصمم بحيث يقاوم وزنه القوى الخارجية. إنه في الأساس وزن السد الجاذبي الذي يمنعه من الانقلاب عندما يتعرض لقوة المياه المحجوزة. هذا النوع من الهياكل متين، ولا يتطلب سوى القليل من الصيانة.

السد عبارة عن هيكل أو حاجز يتم بناؤه عبر وادي أو نهر أو مجرى مائي للحفاظ على تدفق المياه أو تخزينه أو التحكم فيه. يمكن استخدام المياه لإمدادات مياه الشرب أو توليد الطاقة الكهرومائية أو الري أو الحفاظ على البيئة. توجد أنواع عديدة من السدود، بناءً على استخدامها، ومواد البناء، وحجمها وشكلها.

اعتمادا على مواد البناء، يمكن أن تكون السدود مصنوعة من الخرسانة أو الردم الصخري أو البناء أو الأرض. قد تتخذ السدود الخرسانية أشكالا مختلفة. وتشمل هذه سدود الجاذبية وهي هياكل ضخمة مصممة لاستخدام وزنها الساكن لمقاومة القوة الأفقية للمياه. تم بناء السد المقوس مع واجهته المحدبة التي تواجه الجانب العلوي للوادي أو الخزان، وتستمد قوتها أساسا من شكلها، وبالتالي، يستخدم السد القوسي خرسانة أقل من السد الجاذبي. السد الخرساني، هو سد الجاذبية المدعوم بالدعامات الهيكلية، وبالتالي تقليل المواد اللازمة لبناء الجدار نفسه باستخدام دعامات الدعم حول القاعدة الخارجية.

تستخدم السدود الأرضية التربة ذات جودة الضغط الجيدة لبناء السد، وتعرف بشكل مختلف باسم سدود ملء الأرض. تعتمد السدود الترابية على وزنها لكبح قوة الماء ، تمامًا مثل سدود الجاذبية. الشكل المقطعي لسد ملء الأرض هو مثلث واسع القاعدة. وبالتالي فإن السد الترابي الصغير هو السد الذي تم بناء السد فيه بشكل أساسي باستخدام الأرض المضغوطة. يمكن أن تكون السدود من مادة موحدة ، أو تحتوي على لب من الطين لتحسين التحكم في التسرب.

لديهم أيضًا مجاري انسيابية لحمايتهم من تجاوز تدفقات الجريان السطحي الزائدة. عادة ما يتم إنشاء السدود الترابية الصغيرة لتجميع مياه الأمطار أو على الأنهار الصغيرة للاحتفاظ بجريان الفيضانات خلال موسم الأمطار، على مجرى مائي قد يكون نهرا دائما أو قاع نهر جاف.

يحتوي جدار السد على لب من الطين، بينما يحتوي المنفذ على ساحة حجرية ومجرى تصريف لتصريف الجريان السطحي الزائد. قد تساعد مصائد الرواسب وآبار التوصيل على تحسين جودة المياه، ولكن كما هو الحال مع مياه السدود الترابية، فإنها عادة لا تصلح للشرب دون أن تخضع للمعالجة. يمكن أن توفر السدود الترابية الصغيرة المياه الكافية لمشاريع الري وكذلك لسقاية الماشية.

سد الوادي Valley Dam

الثاني: متطلبات التصميم Design Considerations

• الظروف المحلية: جمع البيانات عن الظروف المحلية سيتعلق في نهاية المطاف بالتصميم والمواصفات ومراحل البناء للسد. الظروف المحلية ليست مطلوبة فقط لتقدير تكاليف البناء، ولكنها قد تكون مفيدة عند التفكير في التصميمات وطرق البناء البديلة. سيتم أيضًا استخدام بعض هذه الظروف المحلية لتحديد مدى تصميمات المشروع، بما في ذلك عناصر مثل طرق الوصول والجسور ومعسكرات البناء.

• الخرائط والصور: الخرائط والصور الفوتوغرافية لها أهمية قصوى في تخطيط وتصميم السد الخرساني والأعمال الملحقة به. من هذه البيانات ، يمكن إجراء تقييم للمخططات البديلة تمهيدا لتحديد الموقع النهائي للسد ونوع وموقع الأعمال الملحقة به والحاجة إلى ترميم و / أو تطوير المنطقة.

• البيانات الهيدرولوجية: من أجل تحديد إمكانات الموقع لتخزين المياه أو توليد الطاقة أو أي استخدام مفيد آخر ، يلزم إجراء دراسة شاملة للظروف الهيدرولوجية.

• سعة الخزان وتشغيله: ترتبط تصاميم السد ومعايير تشغيله بسعة المكان وعملياته المتوقعة. يتم اشتقاق الأحمال ومجموعات التحميل التي سيتم تطبيقها على السد من عدة ارتفاعات قياسية لسطح مياه الخزان. يتم استخدام سعة الخزان وعمليات الخزان لحجم أعمال تصريف المياه والمنافذ بشكل صحيح.

• التأثيرات المناخية: تؤثر الظروف المناخية في الموقع على تصميم وبناء السد. التدابير الواجب اتباعها أثناء البناء لمنع تشقق الخرسانة مرتبطة بدرجات الحرارة المحيطة في الموقع.

• مواد البناء: يتطلب بناء سد الجاذبية توافر الركام المناسب بكميات كافية. عادة ما تتم معالجة الركام من الرواسب الطبيعية من الرمل والحصى والحصى أو يمكن سحقها من الصخور المناسبة.

• اختيار الموقع: أهم اعتبارين في اختيار موقع السد هما: أ – يجب أن يكون الموقع ملائمًا لدعم السد والهياكل الملحقة به. ب- يجب أن تكون منطقة المنبع من الموقع مناسبة لخزان.

• تكوين السد: سد الجاذبية هو هيكل خرساني مصمم بحيث يضمن وزنه وسمكه الاستقرار ضد جميع القوى المفروضة.

• تحقيق المؤسسة: الغرض من تحقيق المؤسسة هو توفير البيانات اللازمة لتقييم المؤسسة بشكل صحيح.

• جوانب البناء: جوانب البناء التي يجب أخذها في الاعتبار في مرحلة التصميم.

الثالث: استخدامات السدود وتشمل هذه Dams have various uses

ـ الري: تعتبر السدود الترابية الصغيرة مفيدة بشكل خاص في توفير المياه للري في المناطق الجافة.

ـ إمدادات المياه: السدود الترابية الصغيرة مفيدة بشكل خاص لإمدادات مياه الشرب للمجتمعات الريفية والحضرية على حد سواء. إن الطبيعة متعددة الأغراض للسدود تجعلها مثالية لإمدادات المياه على نطاق المجتمع المحلي للري وسقي الماشية وإمدادات المياه المنزلية.

ـ تحويل المياه: يمكن استخدام سد صغير لتحويل المياه للري أو توليد الطاقة أو غيرها من الاستخدامات. في بعض الأحيان، يتم استخدامها لتحويل المياه إلى مصرف أو خزان آخر لزيادة التدفق هناك وتحسين استخدام المياه في تلك المنطقة بالذات.

ـ تثبيت تدفق المياه: غالبا ما تستخدم السدود للتحكم في تدفق المياه وتثبيته، غالبا للأغراض الزراعية والري.

ـ توليد الطاقة الكهرومائية: يمكن استخدام السدود الترابية الصغيرة لتوليد الطاقة الكهرومائية. هذا ممكن بشكل خاص في السدود ذات التدفق الثابت والمبنية عبر ممر ضيق حيث يوجد انخفاض جيد نسبيًا في الرأس.

ـ استصلاح الأراضي: تستخدم السدود لاستصلاح الأراضي ولمنع غمر المياه في منطقة يمكن أن تغمرها المياه. هذا يسهل استصلاح هذه المناطق لاستخدامات أخرى. عادة يتم استخدام السدود أو السدود لتحويل المياه.

ـ الوقاية من الفيضانات: يتم إنشاء السدود في بعض الأحيان لحجز التدفقات الزائدة خلال موسم الأمطار ومنع فيضان مناطق المصب أو البنية التحتية. إنها تساعد على استقرار تدفق الأنهار خاصةً التيارات سريعة الزوال.

ـ الترفيه والجماليات: توفر سدود الأرض مسطحا مائيا يمكن استخدامه للأنشطة الترفيهية مثل السباحة أو صيد الأسماك أو السياحة. بخلاف المياه نفسها، يسمح السد بإنشاء المساحات الخضراء واستعادة النظام البيئي والتي تضيف فوائد للاستخدام الزراعي.

الرابع: أنواع السدود الترابية Types of earth dams

سدود ملء الأرض Earth-fill dams

يتم إنشاء السدود المملوءة بالأرض، والتي تسمى أيضًا السدود الترابية أو المدرفلة أو السدود الترابية، كجسر بسيط للأرض المضغوطة جيدا. السدود الترابية هي شبه منحرف الشكل. يتم تشييدها حيث تكون الأساس أو المادة الأساسية أو الصخور ضعيفة لدعم سد البناء أو حيث تكون الصخور المناسبة على عمق أكبر. السدود الترابية أصغر نسبيا في الارتفاع وواسعة عند القاعدة. سدود الأرض مبنية بشكل أساسي بالطين والرمل والحصى. عادة ما يكون الوجه العلوي لسد ترابي محميًا من التآكل بواسطة طبقة سطحية من الصخور المسطحة، تسمى rip-rap.

هناك ثلاثة أنواع فرعية من السدود الترابية؛ (1) يتم إنشاء السدود من النوع المتجانس بنوع واحد من التربة في جميع أنحاء المقطع العرضي، (2) السد من النوع المخصص، وله منطقة أساسية غير منفذة تحيط بها منطقة سابقة نسبيا، و(3) سد من نوع الحجاب الحاجز، حيث يحل جدار طويل غير منفذ لسمك أقل من 10 أمتار محل المنطقة المنفذة. يمكن بناء السدود الترابية من مواد موجودة في الموقع أو في مكان قريب، ويمكن أن تكون فعالة للغاية من حيث التكلفة في المناطق التي تكون فيها تكلفة إنتاج أو جلب الخرسانة باهظة.

سدود ملء الصخور Rock-fill dams

السدود التي تملأ الصخور هي مجموعة متنوعة من السدود الترابية، والتي يتم تشييد سدودها باستخدام الصخور والصخور السائبة بدلا من التربة. ومع ذلك يتم إنشاء منطقة غير منفذة على وجه المنبع للسد، مصنوعة من البناء، والخرسانة، والأغشية البلاستيكية، وأكوام الصفائح الفولاذية ، والأخشاب أو غيرها من المواد.

يمكن أيضا إنشاء المنطقة غير المنفذة كدعامة مقطعية مركزية داخل السد وفي هذه الحالة يشار إليها على أنها جوهر. يمكن بناء السدود التي تملأ الصخور بمنحدر أكثر انحدارًا وبالتالي أضيق من السدود الترابية.

عندما تتوفر مادة صخرية مناسبة في الموقع، يتم تقليل النقل مما يؤدي إلى توفير التكاليف أثناء البناء. في الحالات التي يتم فيها استخدام الطين كمادة غير منفذة، يشار إلى السد على أنه سد مركب. لمنع التآكل الداخلي للطين في حشوة الصخور بسبب قوى التسرب، يتم فصل اللب باستخدام مرشح. المرشحات عبارة عن تربة متدرجة مصممة خصيصًا لمنع حركة جزيئات التربة الدقيقة الحبيبية في الحشو الصخري.

تعتبر السدود المملوءة بالصخور مستقرة وأكثر مقاومة للزلازل بسبب حقيقة أن هيكل الجسر يحتوي على جزيئات فضفاضة يمكن أن تهتز بشكل مستقل. ومع ذلك ، يجب ضمان الضغط المناسب ومراقبة الجودة الجيدة أثناء البناء لمنع مشاكل الفشل والتسرب.

السد المنظم Regulating dam

السد المنظم هو السد الذي تم تصميمه بقدرة تخزين الفيضانات المفاجئة من هطول الأمطار في يوم واحد ، ثم إطلاقها ببطء وبالتالي تقليل الخطر الذي قد يمثله مثل هذا الفيضان على سبيل المثال. مما تسبب في تآكل المصب. لذلك يحتوي الخزان على منفذ دائم للمياه يطلق المياه المخزنة بمعدل تدفق أقل خطورة. يتم تصريف المياه المخزنة بعيدا بشكل مستمر حتى يجف الخزان في يوم أو يومين، ويكون جاهزا لاستقبال الفيضانات القادمة. يجب توفير مجرى تصريف مناسب لـلاحترس من انهيار السد. يمكن أن يكون السد من الأرض أو الخرسانة أو القفف الحجرية المعبأة.

السد الجاف Dry dam

السد الجاف المعروف أيضا باسم هيكل تثبيط الفيضانات. إنه سد مصمم للسيطرة على الفيضانات. عادة لا يمنع أي ماء ويسمح للقناة بالتدفق بحرية، إلا خلال فترات التدفق المكثف التي من شأنها أن تتسبب في حدوث فيضان في اتجاه مجرى النهر، وفي ذلك الوقت، تخزن المياه مؤقتًا. السد الجاف هو نوع من السد المنظم، ولكن بدون تخزين المياه خلال موسم الجفاف.

سدود مصيدة الطمي Silt trap dams

يتم إنشاء سدود مصيدة الطمي عبر مجاري المياه / الأنهار لحماية الهياكل الواقعة في اتجاه مجرى النهر من الترسيب. تم تصميمها مثل السدود الترابية العادية، ولكن مجرى تصريف المياه مرتفع لتمكين الرواسب من الجلوس في السد. هناك تقنية بسيطة يمكن أن يتبناها المزارعون أصحاب الحيازات الصغيرة، وهي تتضمن استخدام أكياس خيش قديمة معبأة بالتربة على بعضها البعض.

يتم تجريف التربة من المناطق المجاورة. إنها تقنية منخفضة التكلفة للغاية. هذا النوع من الهياكل مؤقت ولا يجب أن يتجاوز ارتفاعه مترين لأنه ليس قويًا جدًا. يمكن إعادة بناء الجسر المصنوع من الأكياس المعبأة بالتربة كل موسم لتحسين قدرته التخزينية واستقراره.

سدود الوادي Valley dams

سدود الوادي هي السدود التي يتم بناؤها عادة عبر الوديان ومجاري المياه الموسمية الصغيرة، والتي قد تكون على الحدود بين اثنين أو أكثر من ملاك الأراضي. عادة ما تكون سدود الوادي مصنوعة من الأرض، وبالتالي فهي عبارة عن سدود تملأ الأرض.

ومع ذلك فهي أقصر وبالتالي تحتوي على خزانات أصغر. نظرًا لأن سدود الوادي يمكن أن تنهار أثناء هطول الأمطار الغزيرة بشكل استثنائي بسبب سوء الصيانة أو التصميم غير الصحيح أو أعمال البناء السيئة، فقد يعرض ذلك الأشخاص والمنشآت للخطر.

اقرأ المزيد: الأمن المائي والغذائي

سد التلال Hillside dam

سد التلال عبارة عن خزان تخزين بعيدا عن التيار، تم بناؤه على أرض منحدرة أو على سفح تل. يتكون النظام من سد صغير، ومنطقة تجميع، وخزان، وسد، ومجرى تصريف وجهاز سحب المياه. يتم تشييده في مناطق جبلية لالتقاط الجريان السطحي من مستجمعات المياه من مساحة 100 إلى 2000 هكتار.

قد تدخل المياه إلى السد من حصاد الجريان السطحي من مستجمعات المياه فوقه، أو يتم نقلها عن طريق الأنابيب أو القناة إلى السد (بالضخ أو عن طريق الجاذبية). الميزة الرئيسية لسد التلال هي أنه يمكن إزالة المياه لاستخدامها عن طريق الجاذبية للري أو لأغراض أخرى.

يمكن بناء السد من التربة المتماسكة، على الرغم من إمكانية استخدام الخرسانة أيضا. يمكن أن تتراوح السعة التخزينية للخزان من حوالي 10000 إلى 400000 متر مكعب. نظرًا لوقوعها على تل ، يتم سحب المياه بسهولة عن طريق الجاذبية عبر أنبوب.

تميل خزانات التلال إلى أن تكون أكثر تكلفة من أنظمة حصاد المياه التقليدية الأخرى بسبب حجمها وموقعها، ولكن لها العديد من المزايا حيث يمكن أن تصل المياه إلى مناطق أكبر أسفل مجرى النهر بسبب اختلاف الارتفاع. الفرق مع الأحواض والبرك العادية هو أن خزان التل قد لا يكون موجودًا في الوادي، مما يجعل من الممكن حصاد كميات كبيرة من المياه من التلال. يمكن تغطية السد بالخرسانة أو بالطين لمنع التسرب. على الرغم من أن سدود التلال أقل عرضة للفشل من سدود الأخاديد، إلا أنها لا تزال تتطلب تصميما وبناءً سليما لتكون ناجحة.

سدود حفير Hafir dams

عادة ما تكون سدود “حفير” خزانات ترابية صغيرة يتم حفرها في الأرض في مناطق منحدرة بلطف وتتلقى الجريان إما من تدفق الفيضانات المحول من الجداول أو من مناطق مستجمعات المياه الكبيرة. بشكل عام، يتراوح حجمها بين 500-10000 متر مكعب وتستخدم لتخزين المياه للاستهلاك البشري والحيواني. تقع الحفائر في المنخفضات الطبيعية وتستخدم التربة المحفورة لتشكيل سد حول الخزان لزيادة قدرته.

قد تساعد جدران الجناح والتحسينات التي تم إدخالها على ساحة تجميع المياه في زيادة الجريان السطحي في الخزان، ولكن التسرب والتبخر غالبًا ما يكونان مرتفعين في موسم الجفاف. تختلف الحفائر عن أحواض المياه من حيث أنها أكبر حجمًا بشكل عام ولديها أيضًا أحواض ترسيب جيدة.

في الحفائر يتم تخصيص مناطق الري بشكل جيد ، والموقع مسور بشكل آمن ويتم إزالة الطمي من الخزان كل موسم. العيب الرئيسي في الحفائر هو الحاجة إلى التنظيف الدوري لإزالة الطمي ، وهي ليست مهمة سهلة. قد تساعد مصائد الرواسب وآبار التوصيل على تحسين جودة المياه، ولكنها كما هو الحال مع مياه السدود الترابية، لا تصلح عادة للشرب دون أي شكل من أشكال المعالجة.

سدود الأخدود Gully dams

سدود الأخاديد هي أيضًا سدود خارج مجرى النهر لأنها تميل إلى أن تكون موجودة على مجرى مائي اصطناعي على منحدر تل. تتشكل معظم الأخاديد من تآكل التربة الشديد بسبب الجريان السطحي غير المنضبط المنبثق من مستجمعات المياه فوق الأخدود أو من مصارف الطرق. وهكذا ، يجمع سد الأخدود بين حصاد المياه والحفاظ على التربة. تستفيد الطريقة فقط من الأخاديد أو المنخفضات التي تكون مستقرة بدرجة كافية ومناسبة لتخزين المياه.

تم تصميم سد الأخدود تماما مثل أي سد ترابي صغير آخر. ومع ذلك ، يتم الحرص على تثبيت السد بشكل صحيح على الجانبين. أيضا، يوصى عادةً بمجرى تصريف كبير في وسط الهيكل ، ليكون بمثابة حاجز وبالتالي منع المياه الزائدة من تقويض الهيكل.

بُنيت ضفاف السد من مادة التربة المحفورة من الحفريات الموجودة داخل منطقة التخزين. تستخدم سدود الأخاديد بشكل شائع للمخازن التي تتراوح من 1000 إلى 50000 متر مكعب. عادة ما تكون تكلفة رأس مال منخفضة لكل وحدة من سعة المياه المخزنة.

دليل تحديد المواقع والتصميم والبناء والإدارة في سدود المزارع A Guide of Dams

الخامس: تصميم سدود ترابية صغيرة Design of small earth dams

مكونات السد Components of a dam
يتكون السد الترابي الصغير من منطقة أو خزان مائي، وجسر السد نفسه، ومخرج المياه وأعمال التوصيل، والمجرى، ومرافق التحكم. يجب مراقبة تدفق المياه إلى الخزان بشكل مستمر ويجب التحكم في التدفق الخارج لتحقيق الفوائد المثلى.

في ظل ظروف التشغيل العادية، يتم التحكم في الخزان من خلال أعمال المخرج، التي تتكون من قناة أو قناة على مستوى تيار مع بوابات تحكم. تشمل الأجزاء الرئيسية للسد ما يلي:
أ) الكعب: ملامسة الأرض على جانب المنبع.
ب) إصبع القدم: الاتصال على جانب المصب.
ج) الدعامة: جوانب الوادي التي يرتكز عليها هيكل السد.
د) صالات العرض: غرف صغيرة مثل الهيكل متروك داخل السد لعمليات الفحص.
هـ) نفق التحويل: يتم إنشاء أنفاق لتحويل المياه قبل إنشاء السد. هذا يساعد في الحفاظ على قاع النهر جافًا.
و) مجاري الصرف: هي الترتيب بالقرب من الجزء العلوي لتحرير المياه الزائدة من الخزان إلى جانب مجرى النهر
ز) طريق السد: فتحة في السد بالقرب من مستوى الأرض، تستخدم لتنظيف تراكم الطمي في جانب الخزان.
ح) التخزين الميت: كمية المياه التي تبقى في السد عند أدنى مستوى. كما أنه يشتمل على جزء من الخزان لا يمكن تصريفه عن طريق منفذ أو عن طريق الضخ. هذا الأخير يعتمد إلى حد كبير على ترتيبات الشفط لإعداد الضخ. تجدر الإشارة إلى أنه ليس من الحكمة دائمًا تجفيف السد تمامًا ، خاصةً إذا تم استخدام “طين التكسير” في الجسر أو اللب أو أرضية الخزان.

هيكل السد Dam Structure

السادس: متطلبات التصميم الجيد للسد Requirements of a good dam design

• يأخذ تصميم السد الترابي بعين الاعتبار البيانات الفنية والاجتماعية والاقتصادية والبيئية. يتم إعداد التصاميم الأولية وتقديرات التكلفة ومراجعتها من قبل المهندسين الهيدرولوجيين والهيدروليكيين والجيوتقنيين والإنشائيين، فضلاً عن الجيولوجيين. يتم أيضا مراعاة الجودة البيئية للمياه والأنظمة البيئية والبيانات الثقافية في عملية اختيار الموقع. تشمل العوامل التي تؤثر على نوع وحجم الهيكل التضاريس والجيولوجيا وظروف الأساس والهيدرولوجيا وإمكانية حركات الأرض وتوافر مواد البناء. يجب أن يكون أساس السد سليما وخاليا من العيوب قدر الإمكان.

تم تصميم وبناء جميع السدود لتلبية بعض المتطلبات الأساسية والتي تشمل:
• ينبغي أن يأخذ في الاعتبار تدفقات ذروة الفيضانات، وتصميم مجاري الصرف وغيرها من الهياكل الوقائية.
• يجب أن يظل السد مستقرا في جميع الظروف، أي أثناء الإنشاء وأثناء التشغيل، سواء على مستوى تشغيل الخزان العادي وفي جميع ظروف الفيضانات والجفاف.
• يجب أن يكون جدار السد وأساساته مانعة لتسرب المياه للسيطرة على التسرب والحفاظ على مستوى الخزان المطلوب.
• يجب أن يكون للسد مجاري تصريف ومخارج كافية.
• عادة ما يتم تضمين لوح الطفو في التصميم لمنع تجاوز مياه الفيضانات.
• تأثيرات السد على منسوب المياه في المناطق المتأثرة، وهل هذا مرغوب فيه أم لا.
• طمي الخزان ، والذي يجب التقليل منه أو احتسابه في تصميم السد.
• التأثيرات البيئية على الحياة المائية النهرية، على سبيل المثال النباتات النهرية والأسماك والصيادين.
• الآثار على المساكن البشرية وإعادة التوطين هناك تكاليف مرتبطة بالتعويض عن الأرض التي غمرتها الفيضانات وكذلك إعادة توطين السكان. قد يشمل ذلك أيضًا إزالة المواد والمباني السامة من منطقة الخزان المقترحة.

السابع: معايير اختيار الموقع Site selection criteria

• أنسب موقع لسد ترابي صغير هو المكان الذي سيمكن فيه الوادي من بناء سد مستقيم. توجد هذه المواقع عادة في مقاطع الوادي حيث يوجد ممر عميق طبيعي. في بعض الأحيان، يمكن أن يوفر المنخفض الطبيعي على الأرض المنحدرة موقعا جيدا لسد منحدر التل. من الضروري تحديد موقع يكون فيه أساس السد مانعا للماء وبدون تسرب، بينما يوفر سهولة في البناء ويمكن ضمان هيكل مستقر. وبالتالي، يجب إقامة سدود ترابية صغيرة في المناطق التي تحمل الخصائص التالية:

• يجب أن يتم تحديد الموقع حيث يمكن للجريان السطحي من الأمطار على منطقة مستجمعات المياه، أو تدفقات الجريان السطحي الأخرى، أن تملأ خزانات السد مرة واحدة على الأقل في السنة. يجب أن يكون للسد القدرة على ملء الخزان بالجريان السطحي (معظم السنوات) أو تخزين كمية كافية من المياه بين أحداث الجريان السطحي التي تملأ الخزان. من الضروري أن يتمتع السد والخزان بعمق وحجم كافيين للبقاء خلال فترات الجفاف الطويلة.

• يتم عادة إجراء مسح طوبوغرافي لموقع السد المقترح لتحديد خصائص مثل انحدار السد وعرضه وارتفاعه وسعة الخزان وكذلك لتقدير التكاليف وإعداد المعلومات اللازمة للترخيص وتقديم تفاصيل البناء.

• يجب اختيار موقع السد في واد طبيعي والذي سيوفر عمقا مرتفعا نسبيا لنسبة مساحة السطح (لحجم تصميم معين)، لتقليل خسائر التبخر. هناك طريقة بسيطة لتحديد مثل هذا الموقع حيث يحد الوادي منحدرات التلال شديدة الانحدار.

يمكن أيضا أن يقع السد أسفل التقاء رافدين للحصول على حجم أكبر. من أفضل المواقع لبناء السد هو الجزء الضيق من وادي نهر عميق. ثم تعمل جوانب الوادي كجدران طبيعية. تتمثل الوظيفة الأساسية لهيكل السد في سد الفجوة في خط الخزان الطبيعي الذي تتركه قناة التيار. عادة ما تكون المواقع هي تلك التي تصبح فيها الفجوة الحد الأدنى لسعة التخزين المطلوبة. يجب الاستغناء عن الاستخدام الحالي للأرض المراد غمرها.

• يلزم إجراء تحقيقات شاملة في الموقع خاصة بالنسبة لأساس السد لتجنب تربة متشققة أو مفكوكة أو غيرها من نقاط الضعف التي قد تسبب تسربًا أو فشلًا. يجب أن تكون أساسات السد صخور صلبة غير منفذة للنافذة ولا تحتوي على جيوب تربة أو خطوط تكسير ، بينما لا ينبغي تكسير أو تشقق أسطح الصخور لتجنب حدوث خسائر في التسرب. في بعض الحالات ، يتم إجراء اختبارات الضخ الميداني لتقييم إمكانية التسرب.

• يجب أن تكون ظروف التربة مناسبة لكل من الدك والوقاية من خسائر التسرب عبر السد. يجب إجراء اختبار التربة قبل البناء في الموقع المقترح. يمكن إجراء هذا الاختبار عن طريق حفر عدة حفر اختبار حيث سيتم وضع السد والخزان. يجب فحص التربة حتى أعماق لا تقل عن متر واحد عن أي أعمال حفر مقترحة للسد أو الخزان.

• يجب ألا يكون هناك تآكل للتربة في منطقة مستجمعات المياه أو حفر، أو منافذ صرف صحي، أو تربة مالحة أو كلسية. يجب إجراء تقييم للمخاطر المحتملة في اتجاه مجرى النهر. يتم أيضا تقييم أنشطة مستجمعات المياه التي يمكن أن تؤثر على جودة المياه أو كمية الجريان السطحي.

• يجب أن يكون الموقع مناسبا لمجموعة المستخدمين. قد يكون هذا هو المكان الذي يحتاج فيه الناس والماشية إلى المياه وحيث ينفذ المجتمع تدابير للحفاظ على التربة على أي أرض تم تطهيرها في منطقة مستجمعات السد.

• حيازة الأرض وملكيتها تؤثر أيضا على موقع السد. يجب أن يقع السد، حيثما أمكن، على أرض عامة مع وجود طريق وصول لأفراد المجتمع ومستخدمي السد.

• موقع السد يراعي أيضا الظروف الثقافية والاجتماعية والاقتصادية لخدمة عدد كبير من السكان، دون التعدي على القوانين والأعراف والهياكل الاجتماعية للمجتمعات المستفيدة. كلما كان ذلك ممكناً، يجب أن تكون المجتمعات المحلية داعمة للسد.

الثامن: معادلات تصميم سدود الوديان Design equations for valley dams

معادلات تصميم سدود الوديان Design equations for valley dams

التاسع: سعة السد والمنحدرات الجانبية Dam capacity and side slopes

لتحقيق الاستقرار، يجب أن يكون منحدر المنبع 3 : 1 كحد أدنى. الحماية من التآكل مطلوبة لحماية السد من حركة الأمواج. يمكن تحقيق هذه الحماية من خلال مزيج من الصخور الأصغر والأكبر (أو مواد أخرى مناسبة) ومع المشاريع الأصغر، مع ذراع جذعي عائم. يتطلب منحدر مجرى النهر منحدرا بحد أدنى 2: 1، مزروعا بأعشاب محلية لمنع تآكل السطح. يجب أن لا يقل عرض قمة السد أو قمته عن 3 أمتار (ويفضل 5 أمتار) لاستيعاب حركة المرور على الطرق وتقليل احتمالية التعرية. يجب أن يكون ارتفاع القمة بحد أدنى 1 متر فوق مستوى الإمداد الكامل (FSL) للخزان.

يجب أن يتم تسييج السد لمنع حركة المواشي، حيث يمكن أن تكون هذه الحركة سببا رئيسيا لتدهور المنحدرات والقمة. يمكن تقدير سعة تخزين المياه للسد والخزان على النحو التالي:
سعة السد = [طول الخزان × العرض (عند السد) × (أقصى عمق للمياه)] / 3
تصميم البوند الترابي Design of earthen Bund
تشمل المكونات المختلفة للحزمة الترابية ما يلي:
• الأساس بما في ذلك الخندق الرئيسي أو القطع.
• ارتفاع الباقة.
• المنحدرات الجانبية.
• العرض العلوي.
• مجلس مجاني.
• بدل تسوية.

من الممكن بناء سدود ترابية مستقرة واقتصادية و يجب تجنب المواقع ذات الظروف الأساسية التي تتطلب تدابير بناء موسعة نسبيا. الأساس الأكثر إرضاءً هو الأساس الذي يتكون من، أو يقع تحته على عمق ضحل بطبقة سميكة من مادة موحدة غير منفذة نسبيًا.

مثل هذه الأسس لا تسبب مشاكل الاستقرار. في حالة وجود طبقة مناسبة على السطح، لا يلزم اتخاذ تدابير خاصة. يكفي إزالة التربة العلوية (بالنباتات والجذور) وحرث المنطقة لتوفير رابطة جيدة مع مادة الحشو الجديدة للحزمة.

تحديد العرض العلوي Determining Top width، ويجب أن يكون الحد الأدنى المسموح به للعرض العلوي (W) للجسر هو البعد الأكبر البالغ 3 متر، كما هو محسوب بالصيغة التالية:
W = (0.67H + 3); where H is the height of the embankment (in meters)

يجب أن تنحدر جوانب السد بزاوية توفر هيكلا مستقرا اعتمادا على نوع مواد الردم. يجب ألا يزيد انحدار المنحدر العلوي للسدود الترابية عن 1 عموديا على 3 أفقيا. يجب ألا يكون منحدر المصب للسدود الترابية بدون تدابير التحكم في التسرب أكثر من 1 عموديا على 3 أفقيا. إذا تم توفير تدابير التحكم في التسرب، فيجب ألا يكون منحدر المصب أكثر من 1 عموديا على 2 أفقيا. يجب تغطية جانب المنبع بمبشرة حجارة (rip-rap) وتصفية بالعمق الموصى به من 20 إلى 30 سم.
ارتفاع البوند Height of Bund

سيعتمد ارتفاع السد على حجم الجريان السطحي المراد تخزينه وتضاريس منطقة الخزان. يجب أيضا اختيار ارتفاع الحزمة بطريقة تجعل تكلفتها لكل وحدة تخزين هي الحد الأدنى. أثناء حساب التكلفة المقابلة لأي ارتفاع، يمكن إضافة بعض المخصصات للتسوية واللوحة المجانية، ويمكن إضافة تخزين مؤقت للفيضانات لإعطاء ارتفاع الحزمة الفعلي أو بمعنى آخر الكمية الفعلية للعمل الأرضي.
العرض العلوي للسد Top Width of Embankment

يتم توفير عرض علوي مناسب للحزمة بحيث يمكن استخدامه كطريق وطرق اتصال للقرى المجاورة أو مستجمعات المياه. يمكن استخدام صيغ بسيطة للعرض العلوي (T.W.) كدالة للارتفاع (H).
Up to 10 m height, T.W. = H/5+2

10 to 15 m height, T.W. = H/5+3

Where,

H = Maximum height in m

T.W. = Top width in m
المنحدر الجانبي للبوند Side Slope of Bund
يجب توفير منحدرات جانبية كافية عند المنبع والمصب للجسر لتلبية متطلبات الاستقرار للخزان المملوء بالماء، والتراجع المفاجئ لتقليل التآكل، وتسهيل إنشاء عشب جيد.
قطع الأساس Foundation Cutoffs

عادة ما يكون هناك حاجة إلى قطع يصل إلى الطبقة غير المنفذة في الأساس مع قاعدة السد. أكثر أنواع القطع شيوعا هو النوع المصنوع من مادة الطين المضغوطة أو المتراكمة. يتم قطع الخندق، المعروف أيضًا باسم خندق المفتاح، بالتوازي مع الخط المركزي للحزمة إلى عمق يمتد جيدا إلى الطبقة غير المنفذة.

يجب أن لا يقل عرض قاع الخندق عن 1.5 متر ولكنه كافٍ للسماح باستخدام المعدات الميكانيكية إذا لزم الأمر، للحصول على ضغط مناسب. يجب ملء جوانب الخندق بالطين البرك أو بطبقات رقيقة متتالية من مادة غير منفذة نسبيا يتم ضغط كل طبقة بشكل صحيح.
مجلس مجاني Free Board
إنه الارتفاع الإضافي للحاجز المقدم كعامل أمان لمنع الأمواج والجريان السطحي للفيضانات من تجاوز السد.
• الحد الأدنى للوح الحر (F.B.) لأطوال البركة حتى 400 م 50 سم.
• ف. يصل طول البركة إلى 800 م 75 سم.
• ف. لأطوال البركة أكثر من 800 م 100 سم.
بدل تسوي Settlement Allowance

يتضمن ذلك دمج مواد الحشو ومواد الأساس بسبب وزن الحزمة وزيادة الرطوبة الناتجة عن تخزين المياه.
• حشو مضغوط يدويا (مصنوع يدويا) = 10٪ من ارتفاع التصميم.
• الآلة مدمجة = 5٪ من ارتفاع التصميم.

العاشر: مجرى التصريف (المفيض )Spillways

مجرى التصريف عبارة عن قناة يتم إنشاؤها على سد ومصممة لتمرير المياه من أعلى مجرى النهر إلى جانب مجرى النهر من السد. تحتوي العديد من قنوات الصرف على بوابات للسيطرة على التدفق عبر مجرى تصريف المياه.

يجب أن يكون مجرى الصرف مصممًا بقاعدة عريضة ومنحدر لطيف، مما يقلل من سرعة المياه وتآكل التربة في مجاري الصرف. يجب أيضا أن يتم زرع قاعدة المجرى والجوانب على العشب. لمنع تآكل مجرى المياه، قد تكون هناك حاجة إلى riprap (مجموعة من الأحجار السائبة) بمفردها أو بالاشتراك مع مادة التكسية الأرضية إذا كان منحدر قاعدة مجرى تصريف المياه شديد الانحدار.

يجب ألا تقل المنحدرات الجانبية للمجرى المقطوع عن 2: 1 (يفضل 4: 1 منحدرات). يجب أن يكون مجرى الصرف بعيدًا عن السد، وليس من خلال الردم أو بجواره مباشرة. سيقلل هذا الموضع من مخاطر غسل السد. غالبا ما تستخدم المجاري في تصميم مجاري الصرف، وإذا كانت صغيرة الحجم، فإنها يمكن أن تقيد تدفق المجاري وتؤدي إلى فشل المشروع.
مجرى التصريف ( المفيض ) Spillways

أنواع المجاري) المفيض ) Types of spillways
هناك العديد من قنوات التصريف المصممة حسب التشغيل:
• مجرى سدادي ثابت – والذي يكون عادة في مركز الهيكل ويسمح بالفيضان الزائد للفيضانات الشائعة.
• مجرى تصريف الخدمة أو مجرى تصريف أولي هو الذي يسمح بمرور التدفق الطبيعي.
• تم تصميم مجرى تصريف الطوارئ للظروف القاسية، مثل عطل خطير في مجرى تصريف الخدمة.
• يحرر مجرى تصريف إضافي تدفقًا يزيد عن سعة مجرى تصريف الخدمة.
• إن مفيض قابض الصمامات عبارة عن جسر منخفض مصمم ليتم تغطيته وجرفه بعيدا في حالة حدوث فيضان كبير.
• عناصر بوابة الصمامات عبارة عن كتلة مستقلة قائمة بذاتها موضوعة جنبا إلى جنب على قناة تصريف المياه للسماح بزيادة البركة العادية للسد دون المساس بأمن السد لأنها مصممة ليتم تفريغها تدريجيًا للأحداث الاستثنائية.
يجب على مصممي مجاري الصرف والجسور تنسيق جهودهم بشكل وثيق بحيث يكون مخطط الصرف متوافقًا مع كل من احتياجاتهم.

الحادي عشر: البناء Construction

تقييم الأثر البيئي Environmental impact assessment
قبل إنشاء أي سد، عادة ما يتم إجراء تقييم الأثر البيئي (EIA) لضمان عدم وجود آثار ضارة على سبل عيش الإنسان وكذلك النظم البيئية المتأثرة بالسد. تحتوي الخزانات على كميات كبيرة من المياه والتي يمكن أن تؤثر على العديد من الجوانب البيئية للنهر، وخاصة التدفق إلى مستخدمي المياه في اتجاه مجرى النهر.

يمكن أن يأخذ تقييم الأثر البيئي عدة سيناريوهات، مثل الفوائد التي تعود على المجتمع البشري من السد (الزراعة والمياه ومنع الضرر والطاقة)، والضرر أو المنفعة للطبيعة والحياة البرية، والتأثير على جيولوجيا المنطقة. كما يأخذ في الاعتبار ما إذا كان التغيير في تدفق المياه ومستوياتها سيزيد أو يقلل من الاستقرار، ويعطل حياة الإنسان. عادةً ما تحتوي تسربات المياه من الخزان، بما في ذلك تلك الخارجة من التوربينات، على القليل جدا من الرواسب المعلقة، وهذا بدوره يمكن أن يؤدي إلى تجريف مجاري الأنهار وفقدان ضفاف الأنهار؛ تسبب تآكل. قد يحتوي الخزان أيضا على آفات وكائنات أخرى مسببة للأمراض لم تكن متوطنة في المنطقة. يجب أيضًا مراعاة الخصائص البيئية الإيجابية للسد مثل الغطاء الشجري المحسن وإعادة شحن موارد المياه الجوفية.

التعامل مع التدفقات الحالية Handling existing flows
من الاعتبارات المهمة في بناء السد كيفية التعامل مع تدفق التيار حول أو عبر موقع السد أثناء أعمال البناء. توفر سجلات التدفق المعلومات لاستخدامها في تحديد أكبر فيضان يتم تحويله خلال فترة البناء المحددة. تتضمن إحدى الممارسات الشائعة للتحويل إنشاء أعمال المخرج الدائم، والتي قد تكون قناة أو نفقًا في الدعامة ، جنبًا إلى جنب مع أجزاء من السد المجاورة للدعامات، في فترة البناء الأولى.

يتم تحويل التيار إلى مخرج يعمل بواسطة سد مرتفع بدرجة كافية لمنع تجاوزه أثناء البناء. كما يلزم وجود سد في اتجاه مجرى النهر للحفاظ على جفاف موقع السد. سد الحاجز عبارة عن حاجز مؤقت أو سد أو جسر تم تشييده لتحويل المياه عن مسارها الطبيعي أثناء بناء سد أو جسر أو مثل هذه الهياكل الأخرى. يمكن تصنيعها باستخدام الخرسانة أو دعامات ألواح الصلب أو الخشب.

عند اكتمال البناء ، قد يتم هدم سد أو إزالته. في بعض الأحيان، قد يتم إنشاء سد الوعاء كقناة مغلقة أو مفتوحة، والتي يتم تحويلها إلى عمود أنبوب عند الانتهاء من المشروع.

الثاني عشر: خطوات البناء Steps in construction

تجريد Stripping
هذا يعني حقا تطهير الأرض. يجب تجريد المنطقة المغطاة بقاعدة السد من جميع النباتات والتربة العضوية. يمكن تخزين التربة العضوية واستخدامها على منحدر الحشو في اتجاه مجرى النهر. يجب تسوية جميع المنحدرات شديدة الانحدار من 1.5: 1 على جوانب السحب إلى 2: 1 على الأقل.
مفتاح الخندق Key trench

يتم حفر خندق رئيسي (خندق قطع) أسفل قاعدة الحشو في اتجاه مجرى الخط المركزي للحشو. تم دمج الخندق الرئيسي في التصميم لسببين: لتثبيت السد على المادة الأساسية ومنع الأنابيب (التسرب تحت الردم). يجب أن يكون عمق الخندق الرئيسي ثلاثة أقدام على الأقل لسد يبلغ ارتفاعه حوالي 4 أمتار. يجب أن يمتد الطول الكامل للسد ويصل إلى ثلث إلى نصف الطريق أعلى المنحدر الجانبي للسحب.
ملء البناء Fill construction

عادة ما يتم بناء السد الترابي باستخدام الطين غير المنفذ أو المواد القائمة على الطين. يتم استخدام اختبار ميداني بسيط لتحديد مدى ملاءمة المادة للضغط يتطلب إضافة كمية صغيرة من الرطوبة إلى حفنة من التربة ثم لفها بين راحة اليد واليدين. المواد التي تتمتع بخصائص ضغط جيدة هي تلك التي يمكن دحرجتها إلى قطر قلم رصاص ، بطول ست بوصات تقريبًا ، ثم ثنيها في حلقة دون أن تنكسر.

يجب وضع مواد البناء المأخوذة من سفوح التلال المحيطة أو التنقيب في منطقة الخزان بالقرب من الأفقي في الحشو في طبقات ست بوصات وضغطها. إذا كانت المادة جافة ، فسيتعين إضافة الرطوبة، واستخدام معدات ضغط مناسبة للحصول على الضغط المناسب.

اختبار بسيط لتقييم الضغط المناسب هو وضع حافة كعب الحذاء بنعل صلب على الحشوة والضغط بقوة لأسفل بكل وزنك. إذا تم ترك علامة فقط، يكون الضغط مرضيا. إذا غرق الكعب للداخل، يكون الضغط ضعيفًا. يجب عدم وضع صخور يزيد قطرها عن 15 سم في الحشوة.

الثالث عشر: فشل السد Dam failure

تتطلب معايير تصميم السد أن يتحمل السد الأحمال المختلفة، مثل أحمال البناء والخزان. تم تصميم السدود بحيث يكون احتمال حدوث عطل فيها منخفضًا خلال فترة بنائها وتشغيلها. قد يحدث فشل السد بسبب مجموعة متنوعة من الأسباب. قد تفشل السدود الترابية بسبب التصميم الخاطئ والبناء غير السليم وممارسات الصيانة السيئة، إلخ. يمكن تصنيف أسباب الفشل المختلفة على النحو التالي: أ) فشل هيدروليكي (40٪)، ب) فشل تسرب (35٪)، ج) فشل هيكلي (25٪) الأسباب الأكثر شيوعا لفشل السدود هي التسرب والأنابيب (35٪)، الانقلاب (25٪)، تآكل المجاري (14٪)، التشوه المفرط (11٪)، الانزلاق (10٪)، فشل البوابة (2٪)، خلل في البناء (2٪) وعدم استقرار الزلازل (1٪).

من الواضح أن أحداث فشل السدود تشكل تهديدا كبيرا ليس فقط على حياة الإنسان ولكن أيضا على البيئة وبشكل عام للتنمية الاقتصادية. وبالتالي من الضروري التحقيق بشكل صحيح في هذه الإخفاقات وإيجاد حلول تقنية لتقليل مخاطر حدوثها. في الآونة الأخيرة، تجذب سلامة السدود اهتماما متزايدا من السلطات العامة.

ولأن الفيضانات الناتجة عن انهيار السدود يمكن أن تؤدي إلى كوارث مروعة مع خسائر فادحة في الأرواح والممتلكات، خاصة في المناطق المكتظة بالسكان. فيما يلي حالات فشل السدود:

• الأسباب الأكثر شيوعا لفشل السدود الترابية هي التجاوز والأنابيب في جسم السد أو الأساس.

• الفهم الجيد لأسباب الفشل يؤدي إلى منع حدوث حالات فشل مماثلة في المستقبل وهذا مطلوب للوقاية من الكوارث.

• نقل معلومات فشل السدود إلى نطاق واسع من سلامة السدود والمجتمع بحيث يمكن تصحيح أوجه القصور المماثلة في السدود القائمة وتجنبها في السدود الجديدة.

• تعتبر التحقيقات الجيوتقنية والهيدرولوجية المناسبة ضرورية قبل تصميم السد أو إعادة تأهيله.

• بالنسبة لسدود ردم الأرض المتجانسة، يُعتقد أن مجاري الصرف والأساسات ومنحدرات المصب هي مواقع محتملة معرضة لخطر الانهيار المفرط؛ في حين أن أي جزء من جسم / أساس السد يمكن أن يكون موقعا محتملًا معرضًا لخطر تعطل الأنابيب.

• أي سد ينهار له تأثير ضار على البيئة. سيختلف هذا حسب حجم الفشل. من المحتمل أن تؤثر السدود الصغيرة على جزء صغير جدًا من البيئة في اتجاه مجرى النهر.

الرابع عشر: ميزات الأمان Safety features

يمكن أن تفشل السدود في حالة اختراق الهيكل أو تعرضه لأضرار كبيرة. قد تفشل السدود أيضًا ببطء من خلال ترسب الطمي في الخزان أو فقدان المياه من خلال التسرب. إذا فشل السد بسبب الضعف الهيكلي، فقد يتسبب في أضرار جسيمة بما في ذلك الوفيات ويجب تجنب ذلك بأي ثمن. لذلك من الضروري مراقبة علامات الضعف مثل الشقوق أو الغمر أو التسرب حول الهيكل.

تم تصميم معظم السدود بآليات تسمح بخفض الخزان أو حتى تصريفه في حالة حدوث مثل هذه المشكلة. يمكن معالجة الشقوق والتشققات الأخرى من خلال حقن الصخور – والتي تتضمن الضخ تحت ضغط لمزيج الخرسانة في الصخور الضعيفة المكسورة. يجب تسييج السدود الترابية الصغيرة وحماية منطقة مستجمعات المياه من التلف لتقليل أضرار الطمي. لا ينبغي للحيوانات والناس الوصول إلى المياه مباشرة من السد ، ولكن يجب أن يشتمل التصميم على هياكل سحب المياه لتقليل حركة المرور البشرية والدوس. يجب تدريب المجتمعات على استخدام وإدارة السد.

الخامس عشر: السيطرة على الغطاء النباتي Vegetation control

لا يُسمح باستخدام الأشجار والشجيرات على السدود الأرضية للأسباب التالية: (1) يمكن أن توفر أنظمة الجذر الواسعة مسارات تسرب للمياه، (2) يمكن للأشجار التي تنفجر أو تسقط أن تترك ثقوبًا كبيرة في سطح الجسر مما يؤدي إلى إضعاف الجسر ويمكن أن يؤدي إلى إلى زيادة التعرية، و(3) تحجب الأشجار والشجيرات السطح البصري الذي يحد من السطح، وتوفر موطنًا للحيوانات التي تختبئ وتؤخر نمو النباتات العشبية. يجب إزالة جذوع الأشجار المقطوعة حتى يمكن إنشاء نباتات عشبية وقص السطح. يجب إزالة جذوع الأشجار إما عن طريق السحب أو باستخدام آلات طحنها.

يجب إزالة جميع المواد الخشبية إلى حوالي 15 سم تحت سطح الأرض. يجب ملء التجويف بتربة مضغوطة جيدًا ونباتات عشبية. عادة ما تُزرع النباتات العشبية على السدود لأنها طريقة فعالة وغير مكلفة لمنع التآكل وتثبيت السطح. يعزز العشب أيضا مظهر السد ويوفر سطحًا يمكن فحصه بسهولة.
مشاكل فنية في السدود Technical problems with dams

السادس عشر: صيانة السدود الترابية Maintenance of earth dams

تتطلب سدود ملء الأرض فحصا وصيانة دورية. يعد الفحص قبل جريان المياة أمرا بالغ الأهمية لضمان عدم انسداد مجرى التصريف. يجب إزالة جميع العوائق لمنع التجاوز وانجراف السد. أثناء الجريان السطحي، يجب إجراء عمليات تفتيش إضافية لمراقبة علامات التآكل أو انسداد مجاري الصرف أو تجاوز السد. بعد تحرير السد، يمكن إجراء فحص بصري لتقييم المنحدرات للتآكل أو تلف القوارض أو التسرب أو الانهيار.

يجب إزالة القوارض المختبئة مثل القنادس والمسك والغوفر من السد على الفور. يجب إصلاح جميع المشاكل المحتملة في أسرع وقت ممكن لحماية السد. يجب تنظيف المنحدرات الجانبية من نمو الأشجار بشكل منتظم.
صيانة الهيكل والتخزين Maintenance of the Structure and the Storage:

• إذا تطلب الأمر وضعا إضافيا للتربة مع الضغط اليدوي حيث توجد أي شقوق من اجل الاستقرار.
• في فصل الجفاف، إذا أصبح السد فارغا، فإن إزالة الترسبات في الغمر من شأنه أن يوفر مزيدا من التخزين.
• سجلات مستوى المياه في سد الفحص وسجلات مستوى الفيضان ستساعد في التحليل الهيدرولوجي في المستقبل.
• في منطقة مسار الفيضان، لا ينبغي إعاقة الماء.
• للدراسات والتحليلات المستقبلية يجب تركيب مقياس مطر على الأقل بالقرب من سد الفحص. من شأنه أن يوفر بيانات أكثر موثوقية ودقة وأصلية.
• يجب الحفاظ على نظافة المياه المخزنة لأغراض مياه الشرب.
التحكم في التسرب Seepage Control
يحدث فشل التسرب أو فشل الأساس بسبب تشبع مادة الأساس مما يؤدي إما إلى انجراف المادة أو إضعاف الصخور باتجاه الانزلاق. يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار تدابير التحكم في التسرب مثل:
• قطع الأساس
• نواة بعرض مناسب من مواد غير قابلة لنفاذ المياة.
• البطانيات المنبع من المنبع
• مناطق الانتقال والمرشحات. الصرف الداخلي مثل المصارف المائلة أو الرأسية أو بطانيات الصرف .
• مصارف أصابع القدم
• آبار الإغاثة
• تدابير دفاعية ضد التسرب والأنابيب في جميع واجهات الجسور / الهيكل.

بالإضافة إلى ذلك، يلزم التحكم الوثيق في البناء لضمان المعالجة المناسبة للمؤسسة، واستخدام مواد التعبئة، والتحكم في التدرج، والتحكم في محتوى الماء، والتحكم في الضغط، وتركيب قطع و / أو مرافق الصرف.

حماية التآكل Erosion Protection
يجب تصنيف أسطح الجسور النهائية وحمايتها بشكل صحيح من تآكل الأمواج والسطح لمنع حدوث مشاكل في الشواطئ أو مشاكل الصيانة الخطيرة. يتم توفير هذه الحماية عن طريق riprap، وأسمنت التربة، والعشب، والنباتات، وما إلى ذلك. التحكم في التآكل مطلوب عند ملامسات دعامة السد لأن التدفقات السطحية تتركز هناك. يجب أن تتحكم الخطوط والدرجات النهائية للجسر وحماية السطح في التآكل وأن تكون ممتعة من الناحية الجمالية.

حماية البيئة Environmental protection
أصبحت اعتبارات حماية البيئة مهمة للغاية في تصميم السدود ويمكن أن تؤثر على نوع وأبعاد السد وموقع مجرى تصريف المياه والمرافق التابعة له.الهدف هو تحقيق مستجمعات المياه النظيفة والصحية التي تدعم الحياة المائية والتنمية الاقتصادية واحتياجات الإنسان.

تؤثر إدارة الموارد المائية في حوض النهر، بما في ذلك تصميم وبناء سد الجسر، على دورة المياه الطبيعية لحوض النهر. يعتمد حجم التأثير على الحجم الفعلي والظروف الطبيعية للمنطقة التي سيتم تطويرها ومدى التنمية.

تدابير التخفيف هي عناصر أساسية في تخطيط وتصميم وبناء وتشغيل السد، بما في ذلك إزالة الغطاء النباتي في المنطقة المراد غمرها، ومنافذ متعددة المستويات لتحسين درجة حرارة وجودة المياه في اتجاه مجرى النهر، وأحكام هجرة الأسماك وغيرها.

الكائنات المائية، والقواعد التشغيلية لتنظيم التدفقات في اتجاه مجرى النهر في الأوقات الحرجة لحماية العوائل للتكاثر أو طرق الهجرة. سيؤدي الاختيار المناسب للموقع، جنبا إلى جنب مع تنفيذ هذه التقنيات، إلى مشاريع جديدة ومعاد تأهيلها تقلل من الآثار البيئية غير المقبولة.

يجب مراعاة الاعتبارات البيئية التالية في مراحل التصميم والبناء والتشغيل لسدود السدود:
• الحد الأدنى من البناء أو عدم وجوده خارج نطاق أثر السد والمجرى.
• الحد الأدنى من الاضطرابات أو عدم حدوث أي إزعاج للغطاء الأرضي أثناء البناء وبعده.
• تقليل التعرية أثناء وبعد البناء.
• توفير التحكم الكافي في الترسيب.
• تقليل التأثير على جودة المياه أثناء البناء.
• تأثير ضئيل أو معدوم أثناء التشغيل في المستقبل.

السابع عشر: اقتصاديات السدود Dam economics

يجب أن يسعى المصممون باستمرار لتحقيق توازن عادل بين الاقتصاد والغرض والسلامة والاهتمامات البيئية. يجب أن يفي السد بأغراض المشروع ومتطلبات سلامة السد، ولكن في نفس الوقت يكون مجديا اقتصاديا. يجب أن تستند استثمارات البنية التحتية إلى تحليل منهجي للفوائد والتكاليف المتوقعة، بما في ذلك المقاييس الكمية والنوعية. تدمج الهندسة الجيدة توازنًا جيدًا بين التصميم المناسب والاقتصاد.

الثامن عشر: التحديات التي تواجهها Challenges Faced

• توريد المواد والآلات: التحدي الخطير المتمثل في احتكار مورد المواد والآلات، للمواد مثل الأنقاض والمعادن وما إلى ذلك ولآلات تحريك التربة بسبب القوة الاجتماعية والسياسية للمورد.
• بيئة العمل: بسبب التوترات الاجتماعية في المنطقة ، تعرض المهندسون لضغوط نفسية كبيرة خاصة من وجهة نظر سلامة الحياة.
• مشكلة العمالة: كانت القرى في البداية مترددة للغاية في العمل وكانت غير منتظمة إلى حد كبير. تسبب هذا في نقص حاد في اليد العاملة وبالتالي تجاوز الوقت في الجداول الزمنية. مع التفاعل مع لجنة المياه ، تحسن الوضع تمامًا وتم تقليل الوقت الزائد.
• ندرة المياه: أدى ذلك إلى زيادة تكلفة صهريج المياه وتكلفة الري. كما تم إعاقة وقت دورة الآلات ، أي كفاءة العمل.
• عدم توفر تربة القلوب بالقرب من موقع السد: هذا أيضا تسبب في تأخير العمل.

التاسع عشر: تحليل الجدوى الاقتصادية Economic feasibility analysis

1- الجدوى القانونية والاجتماعية والبيئية – Legal, social and environmental feasibility.
• توافر المياه: سيمكن السد بمجرد تشغيله من إجراء تعديلات على ممارسات الوصول إلى المياه المشتركة وإدارتها.
• زيادة الضرائب الحكومية: سيحفز السد، بمجرد تشغيله، أنشطة مثل إمدادات المياه المنزلية / المنزلية، والري، وصيد الأسماك، وركوب القوارب من بين أمور أخرى والتي ستكون أيضا مصدرا للضرائب.
• تنمية المهارات: سيحصل السكان المحليون العاملون في المشروع على تدريب تقني أثناء الخدمة.
• البنية التحتية: سيتم تحسين الطريق المؤدي إلى موقع السد.
• السيطرة على الفيضانات: سيوفر إنشاء الخزان وسيلة لاحتواء التدفق الزائد أثناء موسم الأمطار.
2- الجدوى الاقتصادية Economic feasibility
• تعزيز الري: سيؤدي ذلك إلى تحسين الأمن الغذائي في المنطقة والبلد ككل.
• فرص العمل: سيأتي هذا بشكل أساسي من المنطقة المحلية ، وبالتالي فإن مشاركتهم ستولد دخلاً يؤدي إلى تحسين مستويات المعيشة.
• الاقتصاد المحلي المعزز: التأثيرات الإيجابية على الاقتصاد المحلي.

العشرين: الاستنتاج و التوصيات Conclusion and Recommendations

وجد من هذه الدراسة ان السد هو إنشاء هندسي يقام فوق وادى أو منخفض بهدف حجز المياه. والسدود من أقدم المنشآت المائية التي عرفها الإنسان. وعادة ما يتم تصنيفها حسب أشكالها والمواد التي استخدمت في بنائها والأهداف التي شيدت من أجلها. إن الأنواع الشائعة من السدود هي التي تنشأ من نوع واحد من المواد أو ذات الردم الترابي والردم الصخري مع قالب ترابي، أو ذات الواجهة الخرسانية، والسدود الخرسانية التي تعتمد على الجاذبية أو القوس أو الدعامات الواقية.

تستعمل في إقامة السدود أنواع متعددة من مواد البناء الأساسية وبصفة خاصة التراب والخرسانة والحجارة، أما المواد الأخرى مثل الطوب والأخشاب والمعادن والإسفلت والبلاستيك والمطاط وغيرها من المواد الغريبة فهي تستخدم على نطاق ضيق، ويعتمد اختيار المادة التي يبنى منها السد بصفة أساسية على الاعتبارات الاقتصادية حيث أنه من الممكن تشييد السد من أي مادة تقريبا.

يمكن أيضا تصنيف السدود كسدود تخزين لإمدادات المياه والري وتوليد الطاقة والملاحة وغيرها من الأغراض، ثم سدود الحماية من الفيضانات وسدود التغذية الجوفية والسدود تحت سطح الأرض والسدود التي تشيد لأغراض خاصة ومعينة.

يمكن أن يفي السد بأكثر من غرض من هذه الأغراض. تمثل التضاريس والجيولوجيا والمناخ والعوامل الأساسية في ترجيح أفضل المزايا لأنواع السدود حيث أن أفضل موقع ملائم لإقامة السد هو الموقع الضيق بالوادي، الذي تكون فيه الجيولوجيا مناسبة كأساس للسد والمنطقة التي أمام السد قادرة على تخزين كميات كبيرة من المياه.

أهم أجزاء السد هى جسم السد والمفيض وبحيرة التخزين والمفيض عبارة عن وسيلة لتحويل أو لتصريف مياه الفيضان الزائدة من بحيرة التخزين لمنعها من أن تتجاوز حد الامتلاء مما قد يتسبب في إحداث أضرار بالسد، أما بحيرة التخزين فهي أي شكل من أشكال أحواض تخزين المياه أو بحيرة صناعية.

إن إدارة الطلب على المياه يتطلب وضع استراتيجية عامه لتنظيم الطلب عليها في مختلف القطاعات (الزراعية – الصناعية – الاستخدامات المنزلية) وإيجاد إدارة مائية مثلى تضمن الاستخدام الأمثل والدائم للمياه، ويحد من الاستخدام العشوائي ويتخذ أي إجراء من شأنه أن يقلل من استهلاك كمية المياه العذبة وموارد المياه بدون الاضرار بالنظم البيئية.

المراجع

• Armstrong, E. L., (1977), Selection of the Type of Dam, Handbook of Dam Engineering, pp 267-287, Van Nostrand Reinhold Company, New York.
• Bergkamp, G., McCartney, M., Dugan, P., McNeely, J., and Acreman, M., Dams, (2000), Ecosystem Functions and Environmental Restoration, Technical Report, World Commission on Dams, Cape Town.
• British Dam Society (BDS), (2012), About Dams, http://www.britishdams.org/about_dams/, Accessed 24 May 2012.
• Department of Irrigation and Drainage (DID/JPS), Malaysia, (2009), Volume 9 – Dam Safety, Inspections and Monitoring, DID Manual Vol. 9
• Department of Irrigation and Drainage (DID/JPS), Malaysia, (2012), Dam Information, http://www.water.gov.my/our-services-mainmenu-252/dams/dam-informations-mainmenu-834?lang=en, Accessed 24 May 2012.
• Frost and Sullivan, (2010), CEO 360 – Sustainable Water and Wastewater Market, World Water, Sept/Oct 2010, pp 13.
• Lane, N., (2008), Aging Infrastructure: Dam Safety, Technical Report for Congress, U.S. Congressional Research Service.
• Murphy, M., (1977), Planning and Environmental Studies, Handbook of Dam Engineering, pp 3-5, Van Nostrand Reinhold Company, New York.
• Rahimah Abdullah, (2009), Dam Break Analysis : A Case Study at Durian Tunggal Dam, Paper presented at the 22th JTJAD Annual Meeting and JTJAD Exco Meeting No. 8, 2007-2010 Session, Melaka, 22-23 Dec. 2009
• United States Federal Energy Regulatory Commission (USFERC), (2012), Embankment Dams, Hydropower Safety Guideline, pp. 4-5 – 4-7.
• United States Army Corps of Engineers (USACE), (2000), Design and Construction of Leeves, USACE Manual No. 1110-2-1913, Washington.
• Washington State Department of Ecology (WSDOE), (2011), Guidelines for Developing Dam Emergency Action Plans, Water Resources Program, Olympia.
• Yang, H., Haynes, M., Winzenread, S. and Okada, K., (1999), the History of Dam, Department of Civil and Environmental Engineering, College of Engineering, University of California, Davis.

الوسوم

20 يونيو 2023