بشر از زمانهاي دور، براي مهار نيروهاي طبيعي و در اختيار گرفتن آنها تلاش و تكاپوي زيادي انجام داده است. يكي از عمده ترين نياز انسان در زندگي، مسئله آب است كه عامل اساسي تشكيل تمدنهاي كهن در مناطق مختلف جهان بوده و عدم آن، باعث نابودي تمدنهاي قديمي زيادي شده است. تاريخ و تمدن بشر نشان مي دهد كه اكثر شهرها و تمدن ها، تا حد امكان در كنار رودخانه ها يا سواحل درياها بنا شده است. با افزايش جمعيت و افزايش آگاهي ها، انسانها سعي نمودند در مناطق دورتر از رودخانه نيز از امتياز آب بهره مند شوند. مهندسي سد از روش هاي ساخت ابتدائي و ساده به شكل پيچيده امروزي، تكامل يافته است. سدسازي كهن را بايد ارج نهاد چرا كه يك هنر اوليه و آزمايشات منتج از تجارب و آزمونهاي ساده بوده است كه بتدريج طي قرنهاي متمادي با علم درآميخته است. سدهاي خاكي ساخته شده در هزاران سال پيش از استحكام چنداني برخوردار نبودند لذا به راحتي بوسيله سيلاب شسته شده و از بين مي رفتند. ولي ساخت سدهاي با مصالح سنگي در بسياري از نقاط دنيا رايج بوده است. يكي از اولين سدهاي سنگريزه اي جهان، سد الكفاره در وادي الغراوي، نزديكي حلوان در كشور مصر است. بقاياي جامانده از اين سد كه زمان ساخت آن بين سالهاي 2600 تا 2900 قبل از ميلاد تخمين زده مي‌شود، نظر هر بيننده اي را به خود جلب مي كند. اين سد از نوع سنگريزه و به ارتفاع 14 متر و طول 115 متر با پوشش ساخته شده از سنگ تراشيده و هسته سنگ لاشه اي – شني بوده است.
مهارت سازندگان سدها به تدريج در طول قرنهاي متمادي افزايش يافت. روميان سدهاي زيادي با مصالح بنائي و ملات بسيار بادوام احداث كردند كه برخي از آنها، هنوز هم مورد بهره برداري قرار مي گيرد و سرريزهاي بزرگ آن سدها، گواه بر درك روميان از مباني مهندسي است. در ايران قديم نيز سد مهمي در تنگه باريكي بروي رودخانه كبار در حدود 24 كيلومتري شهرستان قم ساخته شده است. تصور مي شود اين سد كه قدمت آن به حدود 1300 سال قبل از ميلاد مي رسد، قديمي ترين سد قوسي باشد كه هنوز هم پابرجا مانده است. ارتفاع آن به حدود 26 متر و طول آن به 55 متر بالغ مي شود. بدنه اين سد از سنگ لاشه سخت و رويه آن از ملات و تخته سنگ ساخته شده و دو سر قوس سد به ديواره هاي تنگه قفل و بست گرديده است.
طراحي سدهاي پشتبنددار با احداث سد البوئورادفريا (كه به نام سد المند الجو نيز معروف است) در نزديكي باداجو اسپانيا در سال 1747 پيشرفت نمود. اين سد يك سازة سنگ لاشه اي – بنائي به ارتفاع 5/23 متر و طول 170 متر مي‌باشد. كه سطح پائين دست آن به پشتبندها تكيه دارد. مفاهيم طراحي سدهاي سنگي از اسپانيا به آمريكالي شمالي و آمريكاي جنوبي انتقال يافت در مكزيك سدهاي سنگ لاشه اي – بنائي در موارد زيادي انتخاب گرديد.
سازه بنائي معروف به ميرالوم اولين سد چند قوس شناسائي شده دنيا است كه در حدود سال 1800 ميلادي در نزديكي حيدرآباد هند ساخته شد. ارتفاع اين سد تقريباً 12 متر و طول آن 762 متر است. جدول (1-1) ليست تعدادي از سدهاي مهم ايران را نشان مي دهد. همچنين در جدول (2-1) ليست بزرگترين سدهاي مهم جهان با تقسيم بندي بر حسب ارتفاع و تيپ ساخت و به تفكيك كشورها و زمان ساخت و اجراء، ارائه شده است. با توجه به اينكه اطلاعات ارائه شده در اين جدول، آخرين اطلاعات مأخوذ از شبكه هاي اطلاع رساني جهاني است، لذا حتي بعضي از سدهاي در حال ساخت را نيز شامل مي شود. ]براي مثال بلندترين سد در حال ساخت جهان در حال حاضر در كشور روسيه با تيپ (E-R) به ارتفاع 335 متر مي باشد.
رديف
نام سد
محل سد
نوع سد
ارتفاع‌ازشالوده
و از عمق (m)
طول تاج سد
عرض تاج سد در قاعده (m)
سال اتمام
1
گلپايگان
گلپايگان
پاره‌سنگي
51/56
340
15
1339
2
كرج (اميركبير)
كرج
بتني‌قوسي
165/180
390
82/30
1340
3
دز
شمال دزفول
بتني‌قوسي
190/203
212
5/27
1341
4
سفيدرود
منجيل
بتني‌باپشت‌بند
106
425
5/100
1341
5
اكباتان
همدان
بتني‌وزني‌پايه‌دار
33/54
286
5/36
1342
6
لتيان
شمال تهران
پايه دار
80/107
450
9/99
1346
7
زاينده رود
اصفهان
دو قوسي
88/100
450
5/29
1349
8
زرينه رود
بوكان
خاكي
50/52
720
10/245
1350
9
وشمگير
گرگان
خاكي
8/28
430
12
1349
10
ارس
قزل قشلاق
خاكي
38/46
945
8/182
1349
11
مهاباد
مهاباد
پاره سنگي
46/47.5
700
8/215
1349
12
درودزن
شمال شيراز
خاكي
55/60
700
10/400
1352
13
كارون
مسجدسليمان
بتني‌دو‌قوسي
177/200
380
6/31.5
1356
14
چاه نيمه
سيستان
خاكي
17
170
6/168
1360
15
ميناب (استقلال)
ميناب
بتني‌قوسي
5/60
450
5/58
1362
16
لار
شمال تهران
خاكي
105/105
1170
12/100
1359
17
قشلاق (وحدت)
سنندج
پاره سنگي
80/90
330
10/260
1362
18
سد دوم كوهرنگ
فارسان
بتني وزني
22
73
1364
19
كارده
كارده(مشهد)
بتني‌دو‌قوسي
50/67
144
2/8.5
1366
20
طرق
طرق (مشهد)
بتني‌دو‌قوسي
74/81
330
8/128
1367
21
جيرفت
جيرفت
بتني‌دو‌قوسي
127/133
250
5/17
1370
22
خميران
بالاي‌نجف‌آباد
خاكي
5/31
185
11/148
1371
جدول (1-1): ليست تعدادي از سدهاي مهم ايران
سال تكميل
(m) ارتفاع
تيپ
كشور
رودخانه
نام
رديف
UC
335
E-R
Russia
Vakhah
Kogun
1
1980
300
E
Tajikistan
Vakhah
Nurek
2
1961
285
G
Switzerland
Dixence
Crand Dixence
3
1980
272
A
Ceorgia
Inguri
Inguri
4
1980
261
R
Mexico
Crijalva
Chicoasen
5
UC
261
E-R
India
Bhagirathi
Tehri
6
UC
253
E-R
India
Toas
Kishau
7
UC
245
A
China
Tiang
Erlan Yalong
8
UC
245
A
Russia
Yenisei
Sayano-shushensk
9
UC
243
R
Colombia
Cuavio
Cuavio
10
جدول (2-1): ليست تعدادي از بلندترين سدهاي جهان
Type: E= Earth fill (خاكريز); R=Rockfill (سنگريز);
G=Gravity (وزني); A=Arch (قوسي)
UC=Under construction
Source: Vscold Register of Dams
تقريباً تا سال 1850، معيارهاي ملي براي طراحي سد معدود بود. شكست سد پوئن تس برروي دورخانة ريوگوادالن تين در اسپانيا در سال 1802، عدم كفايت برخي روشهاي تجربي را به نمايش گذاشت.
ابتدا قرار بود كه اين سازه بنائي وزني، كاملاً برروي سنگ ساخته شود، اما كشف آبرفت عميق در آبراه رودخانه منجر به استفاده از شمعكها و قيدهاي چوبي در پي همان قسمت شد. پس از 11 سال بهره برداري، زيربندي در هم شكست و بريدگي بزرگي در سد ايجاد شد. طي قرن نوزدهم، پيشرفت قابل توجهي در مهندسي سدهاي وزني در اروپا حاصل گرديد. در سال 1853، مهندس فرانسوي ام. دوسازيلي توصيه كرد كه فشار داخلي سد پائين تر از حد معين نگه داشته شده و نيز ابعاد آن طوري تعيين شود كه از لغزش جلوگيري به عمل آيد، 25 سال بعد، مفهوم خط منتجة نيروها در داخل يك سوم مياني هر صفحه افقي بوسيلة دبل يو.جي.ام رانكين انگليسي به تفصيل تشريح و روشن گرديد. مفاهيم پيشنهاد شده بوسيلة ام. دو سازيلي و رانكين راه را براي تحليل منطقي سدها گشود.
درحالي كه معيار يك سوم مياني بطور عام براي تأمين مقاومت سدهاي وزني تحت بار متوسط در مقابل واژگوني پذيرفته شده بود، مهندسين به اهميت فشار بر كنش و لغزش پي مي بردند.
در اين راستا، در طراحي سد ويرنوي در انگليس كه طي سالهاي 1882 تا 1890 ساخته شد، يك سيستم زهكشي براي كاهش فشار بر كنش پيش بيني گرديد.
Number of incidents
Total
Misc
Rockfill
Earthfill
Cravity
Buttress
Arch
72
1
2
49
6
5
9
Exploration
11
-----
-----
8
2
-----
1
Material
25
-----
3
17
4
1
-----
Layout
76
2
3
48
13
6
4
Design
41
-----
5
32
2
1
1
Construction
6
-----
1
5
-----
-----
-----
Operation
5
-----
-----
3
-----
1
1
Supervision
236
3
14
162
27
14
16
Total
جدول (3-1): تعداد حوادث اتفاق افتاده در سدهاي با تيپ هاي مختلف بر اساس انتشارات كميته بين المللي سدهاي بزرگ
از اوايل قرن بيستم پيشرفت مهمي در فن آوري بتن سدها كه شامل مخلوطهاي دقيقاً كنترل شده، لرزش، سيمانهاي مخصوص، انواع پوزولان، دانه بندي شن و ماسه، هوادهي، سرمايش و مواد افزودني مي باشد، به دست آمده است.
سازه هاي شگفت انگيزي چون سد گراندديكسنس سوئيس كه در سال 1962 به ارتفاع 285 متر در كشور سوئيس ساخته شد، نمونه پيشرفت به دست آمده در طراحي و ساخت سدهاي بتني مي باشند. در قرن نوزدهم با آغاز استفاده از ماشين آلات به جاي حيوانات در حمل مصالح و متراكم ساختن خاكريز و غيره توسعة سدهاي خاكي شتاب بيشتري گرفت. انتقال از دورة گريدرها و گاريهاي اسبي، غلطك هاي صاف و ماله كشي بزودي با تعميم استفاده از ماشين آلات سنگين مانند غلطك پاچه بزي و كشنده هاي با يدك چرخ زنجيري به صورت كامل انجام گرفت. تا سال 1940 تجهيزات بزرگ ويژه اي براي جابه جائي و تراكم خاك و سنگ ساخته شده بود. در دو دهه 1950 تا 1970، غلطك لرزان در وهلة اول براي متراكم كردن شن و ماسه و سپس براي متراكم كردن سنگريزه ها مقبوليت گسترده اي پيدا كرد. اين وسيله در انتخاب و ساخت سدهاي سنگريز متراكم به جاي خاكريز يا سنگريز غيرمتراكم تأثير زيادي داشت.
با افزايش زياد توانائيهاي انسان در سدسازي، روند كار به سوي احداث سدهاي خاكي بزرگ گرايش يافت و با شناخت عمومي از قابليت اين نوع سد براي انطباق با شرائط مختلف ساختگاه نسبت به سدهاي صلب تر، اين گرايش رو به فزوني گذاشت.
ساخت سدهاي سنگريز با احداث سد سالتسپرينگز به ارتفاع بي سابقة 100 متر در كاليفرنياي آمريكا (1931) جذابيت بيشتري يافت. اين سد از نوع سنگريز غيرمتراكم با رويه بتني است كه تا اواسط قرن حاضر رايج بود.
2-1. اهداف سدسازي
هريك از سدها، داراي ويژگي خاصي است و براي اهداف مشخصي نيز طراحي و اجراء مي شوند. بعضي از سدها براي يك هدف مشخص مثل جلوگيري از سيلاب و تخريب شهرها و روستاها ساخته مي شوند و بعضي ديگر اهداف متعددي در ساخت آنها منظور شده است. در زير به اغلب اين اهداف اشاره مي شود كه هر سدي چه در گذشته و چه حال براي پوشش دادن به يكي از اين نيازها و يا تركيبي از اين موارد، ساخته شده و يا ساخته خواهد شد.
كشاورزي (توسعه اراضي و بهبود نوع كشت)
تامين آب شرب مردم و آب مورد نياز كارخانجات
توليد برق شهري و برق صنعتي
سياحتي و گسترش صنعت توريسم
تلطيف هواي منطقه و بهبود محيط زيست
پرورش ماهي و مرغابي (توليد پروتئين)
مهار آبهاي سطحي و سيلابهاي فصلي
رسوبگيري و جلوگيري از گسترش رسوب در اراضي پائين دست
3-1. طبقه بندي انواع سدها
بطور كلي انواع و اقسام سدهايي كه در سطح جهان براي پوشش هركدام از اهداف سدسازي، ساخته شده اند به شرح زير طبقه بندي مي شوند. لازم به ذكر است كه اين طبقه بندي بر اساس مصالح تشكيل دهنده اجزاء سد و شكل سد صورت گرفته است:
الف) سدهايي كه توسط مواد متصل به هم ساخته مي شوند.
ب) سدهايي كه توسط مواد غير متصل به هم ساخته مي شوند.
ج) سدهاي ساخته شده با مصالح خاص.
مورد الف بيشتر شامل سدهاي بتني و سدهاي ساخته شده با مصالح بنايي (در گذشته) است داراي تقسيم بندي زير مي باشد:
1-سدهاي وزني
2-سدهاي قوسي
1-2. تك قوس
1-1-2. قوس با شعاع ثابت
2-1-2. قوس با شعاع متغير
2-2. دو قوس
3-سدهاي پايه دار يا پشت بنددار
1-3. تك قوسي
2-3. چند قوسي
3-3. ساده
4-سدهاي انحرافي
1-4. انحرافي كاملاً متحرك
2-4. انحرافي نيمه متحرك
3-4. انحرافي ثابت
مورد ب در خصوص سدهاي ساخته شده با مواد غير متصل شامل انواع سدهاي خاكي و سنگي و سنگريزه اي مي باشد كه به ترتيب زير طبقه بندي مي شوند:
1-سدهاي خاكي
سدهاي خاكي همگن.
سدهاي خاكي مغزه دار
سدهاي خاكي ديافراگمي
2-سدهاي سنگي
سدهاي سنگي
سدهاي سنگريزه اي
مورد ج، سدهاي ساخته شده با مصالح خاص شامل سدهاي لاستيكي و زيرزميني است كه در فصل مربوطه توضيح بيشتر ارائه شده است.
4-1. انتخاب نوع سد مناسب براي ساختگاه
در اجراء پروژه هاي سدسازي، ابتدا درخواست مطالعه لازم جهت اجراي سد در يك منطقه خاص توسط مردم يا نمايندگان آنها يا كارشناسان سازمان ها، به واحدهاي ذيربط ارائه مي شود. (اين در صورتي است كه در آن منطقه شناسائي پتانسيل هاي سدسازي و محل هاي مناسب براي تمام منطقه صورت نگرفته باشد). در اين صورت منطقه مورد نظر ابتدا روي نقشه هاي مربوطه مورد مطالعه اوليه قرار مي گيرد. در اين مطالعه وجود آب كافي و محل مناسب براي مخزن و محور سد مد نظر قرار مي گيرد. همچنين وضعيت كلي منطقه از لحاظ پوشش دادن به ديگر اهداف سدسازي از قبيل كشاورزي و حتي سطح زير كشت مورد محاسبه قرار مي گيرد. سپس در صورت وجود محل يا محل هاي مناسب، كارشناساني مركب از كارشناسان مسائل ژئوتكنيك، هيدرولوژي، زمين شناسي و نقشه برداري به محل مورد نظر اعزام مي شوند تا از نزديك منطقه را مورد بازديد صحرائي قرار دهند. در پي اين بررسي، علاوه بر مسائل هيدرولوژي، ژئوتكنيك، زمين شناسي و توپوگرافي منطقه، وجود رسوبات، مسائل محيط زيست، مسائل اجتماعي و اقتصادي و غيره مطرح مي شود. در اين انتخاب، محل سد و نوع سد و ابعاد آن و هزينه تقريبي آن جهت بررسي هاي بيشتر تعيين مي گردد.
در انتخاب نوع سد، شرايط توپوگرافي و زمين شناسي محل، عوامل اوليه در ارزيابي مناسب بودن نسبي انواع سدها است. اين مشخصات ساختگاه سد، كه ارتباط متقابل با هم دارند، بر نحوه بارگذاري روي پي و الگوي نشت از حاشيه هاي مخزن تأثير مي گذارند. اگر تغيير شكل پذيري يا شكل پي سد از نقطه اي به نقطه اي ديگر بسيار متغير باشد، ممكن است منجر به تمركز تنش در قسمتهاي خاصي از سد شود. مخصوصاً سدهاي خاكي ممكن است در اثر تغيير شكل، در نقاط بحراني آسيب پذير باشند. همچنين ممكن است در تكيه گاههاي پرنشيب و در سطوح مشترك سازه اي، كه امكان متراكم نمودن مصالح به اندازه كافي وجود ندارد، نشستهاي نامساوي ايجاد شود. در اين محلها، تغيير شكل خاكريز ممكن است باعث بازشدن مجاري خطرناك براي نشست آب گردد. به همين دليل، شكستهاي زيادي در طول مجاري تخليه صورت گرفته است. هرچند خاكريزهائي كه به نحو صحيح ساخته شده است، قادر به تحمل حركات زيادي مي باشند ولي مقاومت آنها در مقابل سرريز شدن آب نسبتاً كم است، لذا ارتفاع آزاد و ظرفيت سيستم سرريز آنها بايد مقداري دست بالا و محافظه كارانه درنظر گرفته شود. برعكس اين نوع سدها، اغلب سدهاي بتني مي توانند در شرايط استغراق (عبور آب از روي تاج آنها) حداقل تا چندين ساعت مقاومت كنند. رمز ايمني آنها ممكن است مقاومت پي در مقابل ضربة آب سرريز كننده باشد.
سدهاي قوسي مي توانند بارهاي سنگيني را تحمل كنند، اما مقاومت و يكپارچگي آنها ذاتاً به مقاومت تكيه گاهها بستگي دارد. شكست اين نوع سدها ممكن است در اثر فرسايش سنگ يا برش ناشي از فشار آب اتفاق افتد. تضعيف تكيه گاه قوس شايد در اثر فرسايش پي نيز حادث شود. سدهاي وزني به دليل عمر زيادشان مورد توجه قرار گرفته اند. حجم زياد اين نوع سدها مقاومت آنها را در مقابل هوازدگي و نارسائي هاي ساختگاه افزايش مي دهد. با وجود اين، برخي از همين سدها نيز كه اجزاي پي آنها نسبت به لغزش آسيب پذير و حساس بوده است، شكسته اند. اين نقطه ضعف در معدودي از سدهاي پشتبنددار نيز ديده شده است. هر يك از انواع سدها داراي ويژگيهاي مشخصي مي باشند، اما نبايد آنها را غيرقابل تغيير دانست. مطمئناً هر نوع سد براي يك ساختگاه معين، داراي برخي معايب و محاسن مي باشد. با وجود اين، ارزيابي بر اساس موارد استثنائي مي تواند گمراه كننده باشد. مثلاً سدهاي سنگريز عموماً به تحمل مقادير زياد نشت طي مدتهاي طولاني، معروفند. و اين در موارد زيادي صحيح مي باشد، اما برخي از آنها مقادير زيادي مصالح ريزدانه دارند كه آنها را، مخصوصاً اگر غير متراكم و يا از لايه هاي ضخيم تشكيل يافته باشند، مستعد فرسايش مي كند.
ويژگي سدهاي خاكي و پاره سنگي اين است كه اين سدها را مي توان با حجم فوق العاده زياد و در منطقه اي وسيع بر شالوده هاي غيرسنگي نيز بنا نمود. در صورتيكه اگر عرض منطقه آبگير (يا عرض دره) خيلي وسيع باشد و يا شالوده اي آبرفتي و بطور كلي غيرسنگي وجود داشته باشد، ساختن سدهاي بتني يا اقتصادي نيست و يا اصلاً مقدور نمي باشد و معمولاً در مواردي كه سد خاكي انتخاب مي شود تنها نوع ممكن براي آن منطقه است. مزيت ديگر سد خاكي اينست كه مصالح ساخت آن به فاصله كمي در دسترس است و به هر حال ارزان تر از مصالحي مانند بتن و فولاد تمام خواهد شد.
بنابراين در شرايط خاص مي توان با اطمينان بيشتر تصميم گرفت. مثلاً هنگامي كه عرض رودخانه كم و ديوراهاي محكم سنگي و بستر سنگي محكم وجود دارد مناسب ترين نوع سد، سد بتني است كه سرريز آن از تاج باشد و برعكس، اگر رودخانه بر يك دشت يا دره وسيع و بر يك بستر غيرسنگي مي گذرد، ساختن سدهاي بتني مقدور نيست و تنها روش ممكن سد خاكي است. در موارد بينابين كه امكان ساخت انواع سد ميسر است، انتخاب يكي بر ديگري به سادگي ميسر نيست.
در اين موارد تجربه كارشناسان و مهندسين مجرب نقش تعيين كننده را دارد. كه همراه با اين عنصر اصلي، پارامترهاي اقتصادي، وضعيت زمين محل، كارائي نوع سد براي هدف مورد نظر، امكان تهيه و حمل مصالح مورد نظر، مدت زمان ساخت و گاهي مدت زمان انحراف آب، امكان دسترسي به نيروي انساني، مسأله هزينه سرريز، حفاظت آن و مسايل مربوط به دريچه ها هركدام به نحوي در تصميم گيري دخالت دارد. در سد انتخاب شده، كليه موارد، مورد بررسي قرار گرفته است.
5-1. مطالعه، تحليل و بررسي انواع سدها
علوم مهندسي سد، با توجه به گسترده بودن دامنه مطالعاتي آن در شاخه هاي مختلف علمي از پيچيدگي خاصي برخوردار است. همچنين با توجه به اين تنوع و گستردگي، حجم مطالب مورد بحث در اين علم، بسيار زياد مي باشد. لذا به هيچ عنوان بررسي تمام جزئيات مطالعات، تحليل، طراحي و اجزاء در خصوص تمام انواع سدها در يك مجلد امكان پذير نمي باشد. اين درحالي است كه روز به روز بر حجم مطالعات و يافته هاي علمي در اين شاخه از علم افزوده مي شود. و حتي سدهاي جديدي با فن آوري هاي جديد ايجاد مي شود. در ادامه تعدادي از انواع سدها از نكته نظرات مختلف مورد بررسي قرار گرفته است.
عضو شوید
عضویت سریع
آمار مطالب
آمار بازدید
