الســـــــــدود
تعتبر السدود من أعظم وأضخم اإلنشاءات المدنية التي يبنيها اإلنسان على اإلطالق .وخالل حلقات التاريخ بنيت السدود الضخمة لدرء أخطار الفيضانات ،وري األراضي الزراعية ،وتوليد كفايات هائلة من الطاقة الكهربائية باستغالل قدرات الطبيعة الكامنة في الماء المحجوز .وبذلك نجد أن السدود غيرت منذ زمن مضى معالم واضحة في الحضارة البشرية .وتعتبر السدود من المنشأت الهندسية القديمة جدا ،فقد بنيت أوائل السدود في العالم قبل أكثر من 0.555سنة ،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 قوة مياه األنهار العنيفة إن األنواع 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 Arch dams ...السدود القوسية
يرتبط تصميم السدود دائما وكأي إنشاء هندسي بجيولوجية المنطقة وطبيعة التربة والتضاريس .وتعتبرالسدود القوسية من أبسط أشكال السدود وأقلها تكلفة من حيث المواد والتصميم من أي نمط من أنماط في El Atazar Damالسدود األخرى ،وأشهر أمثلته سد األتازار إسبانيا .ويستخدم هذا النوع من تصميم السدود في األماكن الضيقة والصخرية ،حيث يكون السد على شكل قوس منحني يحجز خلفه .الكميات الهائلة من مياه األنهار
...توزع القوى
يقوم الشكل الهندسي المقوس للقوس خالل عملية ضغط المياه المحجوزة خلف السد ،حيث تقوم المياه بتطبيق ضغط كبيرعلى السطح الخلفي المحدب للجدار ،مما يسبب انضغاط القوس الجداري باتجاه التماسك والتقارب للمادة الجدارية من بعضها البعض بسبب شكلها الهندسي كما .هو موضح في الشكل السابق Buttress dams ...السدود المدعمة
قد تكون هذه السدود منبسطة قليال أوكثيرا أو مقوسة ،لكن هناك دائما
أساسيات تصميمية تميزها عن غيرها وهي سلسلة من الركائز ( تستخدم لنقل القوى المؤثرة على الجدار الى منطقة أخرى أكثر قوة وتحمل حيث تقوم هذه الركائز اإلنشائية بتقوية ودعم ) .كاألرض أواألساسات بناء السد من الجهة الخارجية في اتجاه مجرى النهر .ومن أهم األمثلة Bartlett Damعلى السدود المدعمة بركائز إسمنتية هو سد بارتليت .في والية أريزونا األمريكية ...توزع القوى
بحسب التصميم الهندسي لهذه األنماط من السدود ،تقوم المياه بتوليد قوى ضغط كبيرة ناتجة عن وزنها باتجاه جدار السد مسببة دفعه أو انقالبه بينما تقوم الركائز في الجهة المقابلة برد فعل معاكس تماما في محاولة لتثبيت البناء في مكانه ،بينما يكون وزن الركائز مطبقا بالكامل . .الى األرض Embankment dam...السدود الردمية
وهي سدود ضخمة مكونة من الصخور واألتربة ،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 .وتعتبر هذا النوع من السدود التي تتميز باإلنشاء الضخم أشهر New Waddellأنواع هذه السدود .وأحد األمثلة سد نيو واديل Dam . ...توزع القوى
تدفع قوى ضغط المياه على طول الجدار باتجاه دفعه لالنقالب ،في حين يعمل الوزن الهائل لمادة السد أو الجدار على تثبيت الجدار في مكانه بسبب الجاذبية التي تدفعه باتجاه األرض بشكل دائم وعلى طول حائط .السد
Gravity dams ...سدود الجاذبية وهي سدود ضخمة تقوم بمقاومة القوى الضخمه للمياه بشكل كلي من قوة الجاذبية األرضية للجدار المانع اإلسمنتي المصمم (خالل أوزانها ).بطريقة هندسية ذات قواعد ضخمة ومتوازنة
وتتم عملية تشكيل اإلسمنت من خالل تفاعالت كيميائية تعطي كميات كبيرة من الطاقة الحرارية .وعندما يتم تبريد اإلسمنت يترافق تدريجيا بانكماش للمادة ،تترافق هذه التقلصات للمادة عند التبريد المفاجئ أو الغير منتظم بتشققات في المادة قد التكون ذات أهمية في حال عمليات الصب الجدارية البسيطة ولكنها تشكل كارثة في حالة السدود التي تستهلك 21مليون يارد مكعب من اإلسمنت كما في سد غراند غولي لذلك يتم التحكم بشكل دقيق أثناء عملية إنشاء هذه Grand Coulee السدود لمنع تكون شروخ اإلنكماش ،ففي مثالنا هذا قام المهندسون بضخ مياه باردة خالل شبكة معقدة من األنابيب في الخرسانة اإلسمنتية للمساعدة في تبريد اإلسمنت خالل تصلبه ،وهذه العملية باإلضافة الى الحماية من حدوث التشققات اإلسمنتية من شأنها أن تسرع عملية التبريد التي من الممكن أن تستغرق أكثر من 155عام فيما لو تركت .لتبرد بشكل حر في الطبيعة
وتعتبر معظم سدود الجاذبية كسد غراند غولي في العاصمة واشنطن ، من األنماط المكلفة جداً في اإلنشاء بسبب حاجتها لكميات هائلة من مواد حيث يعتبر هذا السد أحد أضخم اإلنشاءات اإلسمنتية .البناء كاإلسمنت في العالم ،فكميات اإلسمنت التي استهلكها بناء السد هذا تكفي لبناء يقطع الواليات المتحدة بالكامل .حيث تعادل highwayطريق سريع مساحة قاعدة السد أربع أضعاف مساحة قاعدة أكبر أهرامات الجيزة في مصر .وبلغت المساحة التخزينية للسد 112مليار قدم مربع ،أما تكلفته .فقد بلغت سنة 2411م أكثر من 055مليون دوالر أميركي
السدود الحجريةRock - Fill Dams ..
هي سدود اشبه بالسدود الترابية إال ان مادة االمالء الرئيسية فيها هي الحجر .حيث يتم االمالء بالقاء الحجر اكواماً او رصفه باليد او فرشه على شكل طبقات يتم حدلها بالحدل اإلهتزازي (vibratory compaction ) . السدود الحجرية الكبيرة يتم انشاؤها على تربة حجرية اال ان االسس فيها ال تحتاج إلى تلك القوة المطلوبة في غيرها من السدود التي تعتمد على وزنها في مقاومة ضغط المياه كالسدود والكونكريتية الوزنية ان السدود الحجرية لها من االستقرارية الجيدة بحيث انها تقاوم الهزات االرضية دون تخلخل السد ,ولهذا السبب فإن السدود الحجرية تستعمل كثيرا في السدود ذات االرتفاع العالي جدا مثل سد ) (nurekفي االتحاد السوفيتي (سابقا) حيث يعتبر اعلى سد في العالم فهو سد من االمالء الحجري.
ان الصفة االساسية للسدود لكي تحجز المياه ال بد من وجود طبقة صماء
تمتد على طول السد واستناداً لنوع الطبقة الصماء في السد الحجري هناك نوعان من: 1ذات الغشاء غير النفاذ)(Impervious membraneحيث تتكون الطبقة الصماء في هذا النوع من الكونكريت او الكونكريت االسفلتي واحيانا من الحديد .توضع هذه الطبقة على جانب مقدم السد فوق طبقة من قطع الحجر المرصوفة باليد والطبقة االخيرة تغطي الحجر المفروش عشوائياً في جسم السد. 2ذات اللب الترابي حيث تكون الطبقة الصماء عبارة عن لب معمولمن التربة الصماء في وسط السد ,ومثل هذه تسمى ايضا السدود الترابية . -ان اللب الترابي يمكن اي كون في الوسط وبصورة عمودية كما في الترابية او مائال وغير متماثل الجهتين. في مثل هذه يفصل اللب عن االمالء بالحجر بمرشحات يتم اختيار مادتها جيدا وعلى جانبي اللب. في السدود القديمة ال يوجد حدل اما في الوقت الحاضر فإن الحاالت االهتزازية ) (vibratory rollersتستعمل بنجاح في حدل مثل هذه السدود. مالحظات مهمة: *ان اكبر حجم مسموح به للحجر يتحدد بمعدات النقل ونوعها ،القطع يصل حجمها إلى 1م 0كانت تستعمل في الماضي .اما في الوقت الحاضر فإن الحجر المستعمل واالكثر شيوعا هو اصغر حجما من ذلك. *ان ذات الغشاء غير نقاذ)(membrane type اكثر كلفة من ذات اللب الترابي .اضافة إلى ذلك في ارتفاعات المياه تزيد على 255متر فإن الغشاء غير النفاذ يندر استعماله وذلك لعدم وجود المعلومات الكافية عن كيفية سلوك هذا الغشاء وعمله تحت
هذا االرتفاع من المياه.
*سمك الغشاء الكونكريتي يعتمد بصورة عامة على اعلى منسوب للمياه في الخزان ويجب ان ال يقل عن %2من ارتفاع الماء امام السد ويجب وجود تسليح حديدي في الكونكريت بمقدار % 5.0باالتجاهين. عندما يكون االمالء بالحجر عشوائيا على شكل طبقات او اكوام فإن ميل الجوانب يكون حوالي 2.1افقي إلى 2عمودي .ميل جانب مؤخر السد يأخذ نفس الميل المذكور او اكثر انحدارا(flatter) .
*ميل مقدم السد ذو غشاء غير النفاذ يمكن ان يكون مساويا لما ذكر او اكثر انحدارا منه ولحد ( ) 2 - 2,,0ويمكن ان يصل إلى ( 1.0إلى )2 للسدود العالية ذات اللب الترابي. *ان الطبقة التي يفرش عليها الشغاء غير النفاذ والتي ترصد باليد عادة يجب ان يؤخذ الحذر عند الرصف بحيث ترصف كل القطع الحجرية على سطوح مستقرة جيدا وتمأل كافة الفراغات بقطع الحجر الصغيرة وان سمك هذه الطبقة يزداد من ( 2.0إلى 0متر) عند القمة إلى % 5,0من االرتفاع الكلي عند القعر
*في ذات اللب الترابي يتم تصميم اللب غير النفاذ بموجب نفس االسس المتبعة في تصميمه في الترابية.
سد بيز) (beas dam يقع هذا السد في البنجاب .يبلغ ارتفاعه 201.1متر عن اعمق مستوى االسس. تم انشاء لب مركزي عريض غير نفاذ للمياه محمي من الجهتين بمواد مرشحة مع اكتاف من الحصو والرمل نفاذة للمياه. بلغ مجموع الكميات الترابية االمالئية التي جهز بها السد 01,50مليون متر مكعب .تبلغ سعة الخازن الحي لخزانه ) (live capacityما
مقداره 8,14بليون متر مكعب من المياه على مساحة مقدارها 101كيلومتر مربع. وقد زاد حجم االمالء الكلي للسد على 11مليون متر مكعب.
انــــواع الســـدود... تقسم السدود الى نوعين حسب الشكل وحسب مواد األساس foundation materials القسم األول ويسمى السدود الخراسانيةconcrete dams القسم الثاني وتسمى السدود األمالئية او التخزينيةfile dams وتنقسم الى نوعين امالئية ترابية earth fill damsوامالئية صخريةrock fill dams --------------------------------------السدود الخراسانية (االسمنتية) CONCRETE DAMS وتقسم هذه السدود الى ثالثه انواع خراسانية تثاقليه وخراسانية مقوسة وخراسانية ذات دعائم BUTTERS وتقسم هذه السدود الى ثالثه انواع بناء على شكلها ومواد االساس المستخدمه في بنائها 1السدود الخراسانية التثاقلية : gravity damsوتعتمد في قوتهاعلى وزن االسمنت المقاوم للضغط الجانبي للماء side pressure والهزات األرضية EARTHQUKESوقوة الجاذبية األرضية
GRAVITY
السدود الخراسانية المقوسةوتعتمد ايضا مثل التثاقليه في كمية االسمنت المستخدمة في السد لمواجهة مختلف القوى المؤثرة على السد ولكن هنا كمية االسمنت اقل وتتحذ شكال مقوسا الح الصوره
تعبتر هذا النوع من السدود مفيدا في المناطق الضيقة وشوف استعرض فيما بعد انواع القوى المؤثرة على كل نوع من هذه السدود النوع الثالث من السدود الخراسانية ويسممى السدود الخراسانية المدعمه اوButtress Dam وتعتمد على دعائم كما نرى في الصورة التالية وكمية اسمنت اقل من السدود التثاقلية
القوى المؤثرة على السدود...... تؤثر على السدود بشكل عام قوى مختلفة وتهدد ثبات السد ويجب علينا معرفة هذه القوى لنعرف اهمية دراسة الموقع جيولوجيا قبل بدء العمل في السد ا-قوى ناتجة عن ضغط وزن المواد المستخدمة في بناء السد.... نوع الضغوط الناتجه عن وزن السد نفسه وتوزيعها يعتمد على شكل السد والمواد المستخدمه في بنائه فالسدود الخرسانية (concrete )damsيمكن اعتبارها تراكيب متماسكه تشكل كتلة واحدة لذلك تكون الضغوط المسلطة من هذه السدود تكون موزعه فوق المساحة الكلية لالساس
بينما تتصرف السدود االمالئية بشكل لدن (semi-plastic )behaviorويعتمد الضغط على اي نقطة يعتمد على سمك السد فوق تلك النقطه فقط
ب -قوى ناتجة عن ضغط مياة الخزان.... الماء يضغط باتجاه وجه السد المواجه ألعلى النهر وتزداد الضغوط مع العمق حيث يسبب تأثيرات كبيره على القاعده أكثر من االماكن العليا من خالل الصورة السابقه للخزان االمالئي الح االسهم التي تشير باتجاه اليمين حيث توضح اتجاه ضغط المياه على جسم السد االمالئي ج-قوى ناتجه عن ضغط المياه في الفراغ.... اذا تسربت المياه من االسفل بفعل الشقوق او المسامية فأن هذه المياه تولد ضغوطا رافعه uplift pressuresتؤثر على السطح الكلي للسد حيث تكون قوة الرفع الى االعلى مساوية تقريبا لقوة الضغط الهيدروستاتيكي عند العمق نفسه وتتأثر بهذه النوع من القوى السدود
التثاقلية
وتعالج هذه المشكله بزياده كتلة السدود التثاقلية اما السدود المقوسه Archالتخضع لمثل هذه الضغوط نتيجة المساحة القليلة لقاعدة السد التي تؤثر عليها الضغوط التحتية ولكن هناك خطر من ناحية تصدع الصخر مباشرة تحت االساس بعد ان عرفنا في الماضي السدود الخراسانية وانواعها ننتقل اليوم الى النوع االخر من السدود وهي السدود االمالئية fill (embankment) damsاو السدود التخزينية
وينقسم هذا النوع من السدود الى قسمين السدود االمالئية االرضية الترابية السدود االمالئية االرضية الركامية وسوف اتناول كل واحد منهما السدود االمالئية االرضية Earth Fil Damsالترابية هي سدود تتكون اساسا من المواد المفككة مثل الطين والحصى والرمل وفتات الصخور والحجر الطيني الح الصور التالية
نالح من الصورتين ان السدود االمالئية الترابية تتكون من نواه core وعلى جانبيها طبقتين من الطين او الفتات السدود االمالئية Rock Fill Damsالركامية وتشابة هذا النوع مع السدود الترابية االمالئية من حيث ان كالهما من مواد مفككة ولكن هنا المواد المفككة من مكاسير الصخور ويمكن ان تكون هذه السدود كتله واحدة
نالح جانبي السد مواد صخرية وليش طين او فتات كما في السدود االمالئية الترابية بشكل عام تبنى السدود االرضية االمالئية عاده في الظروف التالية: 1اسسس غير متجانسة hetrogenous foundationوغيرقوية التحمل لتتحمل ضغوطا عالية لتتحمل ضغوط عالية تنتج من سد كونكريتي مثالً 2وجود صخور مالئمة يستفاد منها لبناء السد3وجود كمية كافية من الطين ألستعمالها نواة للسدclay core4سهولة الوصول الى الموقع ومالئمة الموقع لحركة المكائن الضخمةومناورتها سد تربال(Terbela dam ):
يعتبر هذا السد من أكبر السدود المالئية في العالم ,إرتفاعه 210.15 متر فوق مستوى الوادي ويتكون من 1,15متر طول من اإلمالء الحجري والترابي على عرض وادي النهر الرئيسي ,وفيه اربعة انفاق ) (tunnelsللمياه تمر في الجانب الحجري
األيمن من السد لتحويل المياه خالل المرحلة األخيرة من عملية انشاء السد وإلغراض الري وتوليد الطاقة .وتوجد محطة للطاقة, وممرين للسفج العلوي ) (spill waysيمران في الجانب الصخري االيسر من السد تصب في واد جانبي .اضافة إلى سدين مساعدين اضافيين .مقدار الحفر الكلي )(total wxcanationيساوي ,0,15مليون متر مكعب .مقدار االمالء الكلي 211مليون متر مكعب .كمية الكونكريت الكلية المستعملة 1.02مليون متر مكعب. تم تقدير فترة 05سنة أو تقريبا من ذلك سيفقد الخزان سعته الخزنية خاللها كلياً بسبب الترسبات من المياه الواردة رغم أن توليد الطاقة سيستمر بعد هذه الفترة .وقد وضعت بعض الخطط بإجراءات معينة لزيادة عمر الخزان ضد الترسيب وفقدان السعة إلى 255سنة.
موقع السد
يقع السد على نهر اندوس) (Indusبمسافة 11كم شمال غرب راولبندي على حافة منطقة جبية وان الماء المخزون سوف يطلق إلى نهر االندوس ثانية مراحل التنفيذ:
تم تقسيم مراحل العمل الى ثالث مراحل. خالل المرحلة االولى يبقى مجرى النهر كما هو في موقعه االصلي . ويحول خالل المرحلة الثانية الى قناة نفذت خصيصا ً لهذا الغرض على الكتف االيمن للنهر ويستمر انشاء السد الرئيسي .خالل المرحلة الثالثة يسمح للمياه بالجريان في االنفاق االربعة المنفذة على الجهة
اليمنى للسد .تم بناء سد مؤقت ) (buttressعلى قناة التحويل بحيث يمكن بدء توليد الطاقة خالل المرحلة الثالثة من المياه المحجوزة في الخزان .وعليه فإن كلفة سد الدعامة سوف تغطى بعد سنة من توليد الطاقة خالل المرحلة الثالثة عندما يكون السد الرئيسي قد امتد ليقطع قناة التحويل فإن سد الدعامة ) (buttressسوف يغلق وان الماء سيجري خالل االنفاق.
قناة التحويل) (Diversion channel
عرض قناة التحويل يتغير من 242متر في جزءها االول إلى 122., في مقطعها الثاني بطول 111متر .أعلى تصريف يمكن أن يمر في القناة 21200م/ 0ث بمعدل عمق 20.,متر.
Buttress dam سد الدعامة
تم بناء هذا السد على قناة التحويل عند حافة مقدم السد الرئيسي لتحقيق عملية قطع سريع وتحويل مجرى النهر إلى االنفاق عند نهاية المرحلة الثانية من المشروع .ارتفاع السد 01متر فوق االساس وله 1,دعامة )(buttressesعرض كل منها 2.20مع 12بوابة عرض كل منها 0,2وعدد االبواب مثبته بعجالت تستعمل لقطع الجريان وتحويله إلى االنفاق فقط وليس للسيطرة على الجريان او تنظيمه .الثلث الوسطي منه نظم ليحمل) (stoplogsبينما الثلث السفلي منه جهز بأبواب ذات عجالت .ان هذا السد مصمم ألمرار تصرف مقداره 12155م/ 0ث قبل تنزيل الـ ) (stoplogsواألبواب.