هنا

[ثامر الحيدري]

هندسة السدود والموارد المائية



هندسة السدود وأنواعها
تعتبر السدود - باستثناء سور الصين العظيم - أعظم وأضخم الإنشاءات المدنية التي يبنيها الإنسان على الإطلاق . وخلال حلقات التاريخ بنيت السدود الضخمة لدرء أخطار الفيضانات ، وري الأراضي الزراعية ، وتوليد كفايات هائلة من الطاقة الكهربائية باستغلال قدرات الطبيعة الكامنة في الماء المحجوز . فالسدود غيرت منذ زمن مضى معالم واضحة في الحضارة البشرية .تعتبر السدود من الإنشاءات الهندسية القديمة جدا ،فقد بنيت أوائل السدود في العالم قبل أكثر من 5.000 سنة ، حيث كان المصريون القدامى السباقون لبناء أول وأضخم
السدود التي عرفتها البشرية ، وليس هذا فحسب ، بل ابتكروا أيضا العديد من النماذج المختلفة للسدود الكفيلة بمقاومة جبروت مياه الأنهار العنيفة .

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.

السدود القوسية Arch dams

يرتبط تصميم السدود دائما وكأي إنشاء هندسي بجيولوجية المنطقة وطبيعة التربة والتضاريس .
يعتبر من أبسط أشكال السدود وأقلها تكلفة من حيث المواد والتصميم من أي نمط من أنماط السدود الأخرى ، وأشهر أمثلته سد الأتازار El Atazar Dam في إسبانيا .
تستخدم هذا النوع من تصميم السدود في الأماكن الضيقة والصخرية ، حيث يكون السد على شكل قوس منحني يحجز خلفه الكميات الهائلة من مياه الأنهار .
توزع القوى يقوم الشكل الهندسي المقوس للقوس خلال عملية ضغط المياه المحجوزة خلف السد ، حيث تقوم المياه بتطبيق ضغوط كبيرة على السطح الخلفي المحدب للجدار ، مما يسبب انضغاط القوس الجداري باتجاه التماسك والتقارب للمادة الجدارية من بعضها البعض بسبب شكلها الهندسي الواضح في الشكل .
أما وزن السد فيضغط أيضا على القاعدة المصممة أساسا لهذا العمل الإنشائي الصخم

السدود المدعمة Buttress dams

قد تكون هذه السدود منبسطة قليلا أوكثيرا أو مقوسة ، لكن هناك دائما أساسيات تصميمية تميزها عن غيرها وهي سلسلة من الدعائم أو التعزيزات ( تستخدم لنقل القوى المؤثرة على الجدار الى منطقة أخرى أكثر قوة وتحمل كالأرض أو أساسات داعمة أخرى ) . حيث تقوم هذه الدعائم الإنشائية بتقوية ودعم بناء السد من الجهة الخارجية في اتجاه مجرى النهر .
من أهم الأمثلة على السدود المدعمة بدعائم إسمنتية هو سد بارتليت Bartlett Dam في ولاية أريزونا الأمريكية .

توزع القوى بحسب التصميم الهندسي لهذه الأنماط من السدود ، تقوم المياه بتوليد قوى ضغط كبيرة ناتجة عن وزنها باتجاه جدار السد مسببة دفعه أو انقلابه بينما تقوم الدعائم في
الجهة المقابلة بردفعل معاكس تماما في محاولة لتثبيت البناء في مكانه تماماً ، بينما يكون وزن كامل الدعائم مطبقا بالكامل الى الأرض كما في الشكل .

السدود الردمية Embankment dam

وهي سدود ضخمة مكونة من الصخور والأتربة ، مشابهة لنمط سدود الجاذبية ، حيث تعتمد هذه السدود على أوزانها الهائلة في مقاومة القوى الهائلة الناتجة عن المياه المحجوزة ، وما يميز هذه السدود هو كثافة المادة داخلها ، فالعازل الداخلي يمنع ترشح أو تسرب المياه عبر بناء السد . تعتبر السدود الناتئة التي تتميز بالإنشاء الضخم الذي يحجز خلفه المساحات الزائدة من المياه أشهر أنواع هذه السدود .
أحد الأمثلة سد نيو واديل New Waddell Dam في الصورة.


توزيع القوى تدفع قوى ضغط المياه على طول الجدار باتجاه دفعه للانقلاب ، في حين يعمل الوزن الهائل لمادة السد أو الجدار على تثبيت الجدار في مكانه بسبب الجاذبية التي تدفعه
باتجاه الأرض بشكل دائم وعلى طول حائط السد كما في الشكل .

سدود الجاذبية Gravity dams

وهي سدود ضخمة تقوم بمقاومة القوى الجبارة للمياه بشكل كلي من خلال أوزانها ( قوة الجاذبية الأرضية للجدار المانع الإسمنتي المصمم بطريقة هندسية ذات قواعد
ضخمة ومتوازنة ) .

تتم عملية تشكيل الإسمنت من خلال تفاعلات كيميائية تعطي كميات كبيرة من الطاقة الحرارية .وعندما يتم تبريد الإسمنت يترافق تدريجيا بانكماش للمادة ، تترافق هذه التقلصات للمادة عند التبريد المفاجئ أو الغير منتظم بتشققات في المادة قد لاتكون ذات أهمية في حال عمليات الصب الجدارية البسيطة ولكنها تشكل كارثة في حالة السدود التي تستهلك 12 مليون يارد مكعب من الإسمنت كما في سد غراند غولي Grand Coulee لذلك يتم التحكم بشكل دقيق أثناء عملية إنشاء هذه السدود ، ففي مثالنا هذا قام المهندسون بضخ مياه باردة خلال شبكة معقدة من الأنابيب في الخرسانة الإسمنتية للمساعدة في تبريد الإسمنت خلال تصلبه ، وهذه العملية بالإضافة
الى الحماية من حدوث التشققات الإسمنتية من شأنها أن تسرع عملية التبريد التي من الممكن أن تستغرق أكثر من 200 عام فيما لو تركت لتبرد بشكل حر في الطبيعة .

وتعتبر معظم سدود الجاذبية كسد غراند غولي في العاصمة واشنطن ، من الأنماط المكلفة جداً في الإنشاء بسبب حاجتها لكميات هائلة من مواد البناء كالإسمنت .حيث يعتبر هذا السد أحد أضخم الإنشاءات الإسمنتية في العالم ، فكميات الإسمنت التي استهلكها بناء السد هذا تكفي لبناء طريق سريع highway يقطع الولايات المتحدة بالكامل . حيث تعادل مساحة قاعدة السد أربع أضعاف مساحة قاعدة أكبر أهرامات الجيزة في مصر .وبلغت المساحة السد التخزينية 421 مليار قدم مربع ، أما تكلفته فقد بلغت سنة 1942م أكثر من 300 مليون دولار أميركي

[فقار الكرخي]

تسلم الايادي