عوامل مؤثر در انتخاب ساختگاه سد

هرچند در پروژه‌های سدسازی پایه تمام محاسبات بر تضمین موفقیت اجرای سد قرار دارد اما با وجود این مطلب تعدادی از سدها با مشکلاتی در زمان اجرا و بهره‌برداری مواجه می‌شوند. در ایران نیز عدم موفقیت برخی از سدها کاملاً مشهود است كه بارزترین آنها سد لار (واقع در شمال شرق تهران) می‌باشد. هرچند ظرفیت مخزن سد تقریباً یک میلیارد متر مكعب می‌باشد ولی از زمان بهره‌برداری در سال 1359 تاکنون کمتر از 3/1 مخزن پر شده است و روزانه در حدود یک میلیون مترمكعب فرار آب وجود دارد. سدهای دیگر کشور از  جمله سد لتیان، 15 خرداد، مارون، جیرفت و سفید رود نیز با مشکلاتی مواجه هستند كه مهمترین آنها فرار آب و یا پر شدن مخزن به وسیله رسوبات می‌باشد.

عوامل مؤثر در انتخاب ساختگاه سد
موفقیت یک سد در درجه اول به انتخاب صحیح ساختگاه آن بستگی دارد. در انتخاب محل یک سد لازم است كه دو شاخص اصلی در نظر گرفته شود،
1- تأمین پایداری بدنه و مخزن
2- آب‌بندی محدوده احداث سد.

 

عوامل متعددی در انتخاب ساختگاه یک سد مؤثر می‌باشند كه مهمترین آنها عبارتند از : شرایط توپوگرافی، ساختارهای زمین‌شناسی و وضعیت حوزه آبریز . تأثیر هر کدام از این عوامل در انتخاب ساخت گاه سد به شرح زیر می‌باشد.

 

 

 

 شرایط توپوگرافی
ناهمواری ‌های سطح زمین و مورفولوژی آن معمولاً توسط نقشه‌های توپوگرافی نشان داده می‌شوند. بهترین موقعیت برای احداث سد معمولاً جایی انتخاب می‌شود كه یک دره تنگ به وسیله یک دره باز در سمت بالادست دنبال شود. دره تنگ معرف استقامت بالای سنگ می‌باشد كه در مقابل جریان آب رودخانه مقاومت بیشتری را نشان داده و دره باز محل مناسبی جهت مخزن می‌باشد كه ظرفیت ذخیره‌سازی آب را بالا می‌برد.

 

 

 تأثیر شرایط توپوگرافی در انتخاب ساختگاه سد

 

 

 ساختار زمین‌شناسی
ساختار زمین‌شناسی یک محل به وسیله عواملی همچون امتداد و شیب لایه‌ها، ساختمان‌های چین‌خورده، گسلها و درزه‌ها کنترل می‌شود كه به شرح زیر مورد بررسی قرار می‌گیرند:

 

 

 

امتداد لایه‌ها
در محل هایی كه لایه‌بندی سنگ مشخص باشد بهتر است محل احداث سد جایی انتخاب شود كه محور سد موازی با امتداد لایه‌ها و یا دارای زاویه کمتری با امتداد لایه‌ها باشد.

 

 

       
امتداد لایه‌ها در انتخاب ساختگاه سد

 

 

 

علت این انتخاب را می‌توان در موارد زیر توجیه كرد:
الف) در صورتی كه محور سد دارای زاویه کمتری با امتداد لایه‌ها باشد امکان دور ماندن از نقاط ضعف بیشتر است.
لازم به ذکر است كه نقاط ضعف مورد بحث را می‌توان به شرح زیر بیان داشت.:

 

- لایه‌های سنگی سست و ضعیف مانند سنگهای شیلی و مارنی

 

- لایه‌های سنگی دربر گیرنده حفرات و دیگر پدیده‌های كارستی حاصل از انحلال توده سنگ

 

- لایه‌های سنگی کاملاً خرد شده و یا کاملاً هوا زده شده.

 

- گسلها و مناطق گسله كه عموماً با خردشدگی و شکستگی ‌های زیاد همراه می‌باشد.

 

ب) در صورتی كه محور سد موازی با امتداد لایه‌ها باشد سنگهایی با شرایط و خصوصیات یکسان در محدوده تكیه‌گاهها و پی سد قرار می‌گیرند. بنابراین سنگها رفتار مشابهی در طول محل بار گذاری خواهند داشت و پایداری سد بیشتر خواهد بود. در چنین شرایطی طراحی سد نیز ساده‌تر خواهد بود.

 

ج) در صورتی كه محور سد موازی با امتداد لایه‌ها باشد امکان فرار آب کمتر است. دلیل آن به این صورت است كه لایه‌ها در جهت عمود بر مسیر جریان آب قرار داشته و نفوذ پذیری در آن جهت کاهش می‌یابد.

 

 

 

شیب لایه‌ها

 

به طور كلی بهتر است محل احداث سد جایی انتخاب شود كه جهت شیب لایه‌ها به سمت بالا دست باشد یا به عبارت دیگر جهت شیب لایه‌ها در جهت عکس جریان آب باشد.

 

 

تأثیر جهت شیب لایه‌ها در انتخاب ساخت گاه سد

 

 برای توصیه این انتخاب می‌توان به موارد زیر اشاره كرد:

 

الف- از آنجا كه معمولاً تراوش آب در جهت سطوح لایه‌بندی صورت می‌گیرد بنابراین در صورتی كه جهت شیب سطوح لایه‌بندی به سمت بالا دست باشد امکان فرار آب کمتر است و محل احداث سد از شرایط آب‌بندی بهتری برخوردار می‌باشد.

 

ب- پایداری پی و تكیه‌گاههای سد ببیشتر است زیرا كه قسمت اعظم بارهای وارده بر سطوح لایه‌بندی به سمت بالادست منتقل می‌شود.

 

در صورتی كه شیب لایه‌ها به سمت پائین دست باشد امکان فرار آب بیشتر و ناپایداری سطوح لایه‌بندی بیشتر خواهد بود و در نهایت پایداری بدنه سد نیز در معرض خطر قرار می‌گیرد.

 

 

ادامه نوشته

سد لار

سد لار در 75 کیلومتری شمال شرقی تهران و در نزدیکی پلور در محل تلاقی دو رودخانه لار و دلیچای در دامنه کوه دماوند ساخته شده است. سد لار که به منظور تامین بخشی از آب شهر تهران احداث شد، از نوع خاکی با حجم عملیات خاكی 21 میلیون مترمكعب به طول تاج 2500 متر و ارتفاع 105 متر میباشد. در طراحی هدف بر این بود که آب ذخیره شده در مخزن این سد به وسیله تونلی به طول تقریبی 20 کیلومتر و قطر 3 متر تا سه کیلومتری دریاچه سد لتیان انتقال یافته و پس از برق گیری در دو نیروگاه کلان و لوارک جهت تغذیه سد لتیان ازطریق رودخانه به این دریاچه بریزد. این سد توسط یک مشاور انگلیسى و پیمانکار ایتالیایى طراحی و ساخته شد.
با وجود آنکه در سال 60 به مرحله آبگیرى رسید و در نهایت درسال 63 بهره بردارى از آن آغاز شد اما هنوز این سد به بهره برداری کامل نرسیده و هیچگاه هم نخواهد رسید. این سد بدلیل اشتباهات صورت گرفته در مراحل شناسایی و طراحی دچار آبگذری بوده و در مواقع پرآبى در هر ثانیه 12 متر مکعب فرار آب داشته و ذخیره آب خود را از دست مى دهد.
تکیه گاه سمت راست این سد و بخش عمده ای از دیواره سمت راست مخزن آن از سنگ آهک هایی تشکیل شده که تقریبا حالت افقی داشته و شدیدا خرد شده و درز و شکاف هایی حتی به اندازه نیم متر دارند، غاری نیز به ابعاد بسیار بزرگ در این قسمت وجود دارد که مرحله شناسایی مشاهده نشده بود.
در مراحل حفاری های ژئوتکنیک، طراحی و اجرای سد مواردی در ارتباط با بحرانی بودن وضعیت دیواره مخزن در مجاورت تکیه گاه سمت راست دیده شد که متاسفانه توجه چندانی به آن نشد. برخی از این موارد عبارتند از:
1- سنگ آهک سازند لار دارای شکستگی فراوان و حالت کارستی بوده که در نقاط دیگر قبلا مشاهده شده بود. علاوه بر آن در محل سد نشانه های بارزی از توپوگرافی کارستی رویت شد و حتی یک زمین شناس لهستانی احتمال مشکل آفرینی و آبگذری را پیش بینی کرده بود.




پس از اتمام ساخت سد، در سال 1362 یکی از کارکنان متوجه میشود که در دیواره سمت راست آب به صورت آبشار مانند و با صدایی زیاد به داخل یک غار زیرزمینی میریزد، این غار تا 18 متری دنبال شد و به شکافی رسید که تا اعماق بیشتری امتداد داشت، از سویی دیگر پس از آبگیری دریاچه دبی چشمه های پایین دست سد به میزان بسیار زیادی افزایش یافت. 3- در زمان حفر شفت عمودی تونل انتقال آب غاری مشاهده شد که از رس و لای پر شده بود. 5- وجود چشمه های متعددی در پایین دست سد و پایین بودن سطح آب زیر زمینی در محدوده رودخانه دلیل عمده ای برای نامناسب بودن محل برای احداث سد بود اما توجیه شد که با آغاز آبگیری و حمل رسوب به دریاچه مسیر جریان آب زیرزمینی به تدریج مسدود خواهد شد در حالیکه کلا رودخانه لار رسوب چندانی ندارد. 2- در زمان آتشکاری های مربوط به عملیات اکتشافی در ساحل راست، بعضی مواقع سنگ ها فرو می نشستند که این مسئله وجود غار یا حفره های بزرگی را به اثبات میرساند. 4- در زمان تزریق سیمان برای آب بندی در سمت راست تکیه گاه، در برخی از پیزومترها جریان هوا دیده شد که میتوانست دلیلی برای وجود حفره های زیرزمینی باشد.
به دنبال بروز این مشکلات آبگیری سد کاملا ناموفق بود و هیچگاه ارتفاع سطح آب دریاچه به محل تونل انتقال به سد لتیان نرسید و امکان انتقال آب به صورت ثقلی میسر نشد. برای حل مشکلات عدیده این سد تمهیدات زیادی اندیشیده شد و در نهایت عملیات اجرایی برای مسدود کردن غار اصلی انجام گرفت که پس اتمام عملیات، تغییر محسوسی در ارتفاع آب دریاچه داده نشد. در سایر قسمت های سمت راست در سطحی به میزان 5000 متر مربع عملیات تزریق سیمان در عمق درزها انجام شد که متاسفانه تا سالهای اخیر هم ادامه یافت و به نتیجه قابل قبولی نرسید. (در جایی خوانده بودم که حدود 200 میلیون دلار تنها برای عملیات تزریق هزینه شده است.) با بررسی های صورت گرفته معابر کارستی و حفره های مختلفی تا دهها متر پایین تر از غار و تا اعماق چند صد متری کشف شد و هیچ نتیجه ای دال بر وجود لایه های نفوذ ناپذیر در اعماق دریاچه بدست نیامد.
به دلیل نیاز تهران به منابع آب بیشتر نهایتا طرح انتقال آب از كف دریاچه سد لار به طریق پمپاژ مطرح شد و اخیرا به بهره برداری رسید. سد و تونلی که برای انتقال آب بصورت ثقلی طراحی شده بود، در نهایت با احداث تونلی دیگر و پمپاژ، درصد ناچیزی از آب برآورد شده را به شهر تشنه تهران میرساند. پس از 30 سال صرف هزینه، وقت، نیروی انسانی و ...
البته نباید کتمان کرد که این سد با تمامى مشکلات موجود، نقش موثرى در کنترل بحران آب سال های اخیر تهران داشته است.

علل تخریب سدهای خاکی

مهمترین علل رایج تخریب سدهای خاکی :

سر ریز شدن سد
• نحوه ایجاد و خسارات :
این امر موجب شسته شدن تاج و نهایتا تخریب سد می‌شود. حدود 30 درصد از خرابیهای سد خاکی ناشی از سر ریز شدن آنها بوده است.
• روشهای مقابله :
برآورد دقیق بزرگترین سیلاب محتمل و طراحی سرریزهایی با ظرفیت مناسب تخلیه آنها ، علاوه بر آن باید
فاصله سطح آزاد آب مخزن تا تاج سد (ارتفاع آزاد ) بگونه‌ای در نظر گرفته شود تا بر اثر نشست سد یا
امواج حاصل از زمین لرزه ، آب از روی سد سر ریز نکند.

برخورد خط تراوش با دامنه پایاب:
• نحوه ایجاد و خسارات:
اگر سطح ایستایی درون سر دامنه پایاب را قطع نماید، شسته شدن ذرات ریز و ناپایداری سد را به همراه خواهد داشت.
• روشهای مقابله :
با بقیه زهکشهای مناسب در پاشنه سد ، خط تراوش آب به داخل جسم سد منتقل می‌شود.

رگاب
• نحوه ایجاد و خسارات :
شسته شدن ذرات ریز از میان ذرات درشت تر به تدریج به ایجاد مسیر های آزاد گذر آب منجر می‌شود.
• روشهای مقابله :
این کار از طریق به حداقل رساندن مقدار و سرعت آب نشتی توسط انتخاب مصالح مناسب و تعبیه هسته نفوذ ناپذیر و صافیهای مناسب صورت می‌گیرد.

مسیر آزاد گذر آب
• نحوه ایجاد و خسارات :
در امتداد ترکهای ناشی از شست سد یا ترکهای ایجاد شده در مراحل آغازین گسیختگی ایجاد می‌شود. به موازات سطح خارجی لوله‌ها و مسیر آب بر ، در امتداد سطح تماس بخشهای بتنیبا خاک ، در سطح لایه‌های خاکی که به دقت کوبیده یا متراکم نشده‌اند و از طریق سوراخهای ایجاد شده توسط حیوانات حفار و ریشه گیاهان بوجود می‌آید.
• راههای مقابله :
چون در سدهای خاکی پس از تشکیل مسیر گذر آب ، مقابله با آن دیگر امکانپذیر نیست. لذا باید در مراحل طراحی و اجرای سد دقت کافی جهت جلوگیری ار این شکل به عمل آید.

ناپایداری دامنه‌ها
•نحوه ایجاد و خسارات :
نشست بدنه سد ، ایجاد ترکهایی در طول تاج سد یا دامنه پایاب و افزایش دبی زهکشها در پاشنه سد می‌توانند نشانه‌هایی از آغاز توسعه یک گسیختگی باشند.
•روشهای مقابله :
طراحی مناسب شیب دامنه‌های سراب و پایاب سد با در نظر گرفتن جنس و مشخصات مصالح مصرفی ، جلوگیری از افزایش ناخواسته فشار آب در جسم سد و در نظر گرفتن زمین لرزه‌های محتمل مهمترین عوامل برای مرتفع کردن این مساله است.

گسیختگی پی
•نحوه ایجاد و خسارات :
اگر بر اثر بار گذاری ناشی از ایجاد سد ، آبگیری آن با نیروهای ناشی از زمین لرزه ، تنشهای برشی ایجاد شده در پی سد از مقاومت برشی مصالح بیشتر شود، پی گسیخته می‌شود. این شرایط در رسهای تحکیم نیافته اغلب بلافاصله بعد از اولین آبگیری و در رسوبات ماسه‌ای بیشتر بر اثر بار گذاری چرخه‌ای زمین لرزه ایجاد می‌شود.
•روشهای مقابله :
تحکیم کافی خاکهای چسبنده و متراکم نمودن خاکهای بدون چسبندگی به روش تحکیم دینامیکی یا لرزش و ایجاد امکان زهکشی آب در زمان وقوع زمین لرزه به توسط ایجاد ستونهای سنگی یا چاههای زهکش.

فرسایش پذیری
•نحوه ایجاد و خسارات :
فرسایش سطح خارجی سد ، گر چه در کوتاه مدت همانند مشکلات دیگری که ذکر شد نمی‌تواند خطر آفرین باشد. ولی در دراز مدت ممکن است از کارآیی سد بکاهد.
•روشهای مقابله :
انتخاب سنگریز مناسب در دامنه سراب برای محافظت آن از اثر امواج و در دامنه پایاب برای مقابله با اثرات زیانبار نزولات جوی و هوازدگی.