سد خاکی

استفاده‌ بهینه‌ از آب‌ در کشوری‌ چون‌ ایران‌ که‌ از نظر اقلیمی‌ دارای‌ وضعیت‌ خشک‌ تا نیمه‌ خشک‌ است‌ از اهمیت‌ فراوانی‌ بخصوص در گسترش و توسعه فعالیتهای کشاورزی برخوردار است‌.

 بهره‌ برداری‌ بهینه‌ از این‌ منابع‌ آبی‌ برای این منظور جز با توجه‌ کامل‌ به‌ معیارهای‌ اقتصادی‌ و اجتماعی‌ ممکن‌ نیست‌. توجه‌ به‌ هزینه‌ها و فوائد اجتماعی‌ در تخصیص‌ منابع‌ آب‌ و در بهبود عملکرد اقتصادی‌ بخش‌ آب‌ اهمیت‌ دارد. از طرف‌ دیگر روشهای‌ بهره‌ برداری‌ از منابع‌ آب‌ و بخصوص‌ منابع‌ آب‌ سطحی‌ چون‌ رودخانه‌ متفاوت‌ است‌ که‌ هر کدام‌ از این‌ روشها دارای‌ ویژگی‌های‌ خاص‌ بوده‌ و در شرایط‌ متفاوت‌ رودخانه‌ و زمانهای‌ برداشت‌، عملکردهای‌ متفاوتی‌ را از خود نشان‌ می‌دهد که‌ بررسی‌ و ارزیابی‌ آنها در بهبود استحصال‌ آب‌ نقش‌ مؤثری‌ دارد. بررسی‌ عملکرد این‌ روشها علاوه‌ بر مقایسه‌ اقتصادی‌ و اجتماعی‌ نقاط‌ قوت‌ و ضعف‌ را نمایان‌ ساخته‌ و می‌تواند در انتخاب‌ روش‌ برداشت‌ در شرایط‌ مختلف‌ منطقه‌ و رودخانه‌ مؤثر باشد و حد اقل‌ مشکلات‌ را در بهره‌ برداری‌ ایجاد نماید. سدها سازه‌ هایی‌ هستند که‌ در مسیر رودخانه‌ و برای‌ ذخیره‌ سازی‌ منابع‌ آب‌ رودخانه‌ها احداث‌ می‌شوند. به‌ طور کلی‌ سدها به‌ منظور استفاده‌ آب‌ ذخیره‌ شده‌ در پشت‌ آنها برای‌ آبیاری‌، شرب‌ انسان‌ و دام‌، تولید نیروی‌ برق‌، جلوگیری‌ از طغیانها و سیلابهای‌ و جلوگیری‌ از صدمه‌ زدن‌ به‌ تأسیسات‌ و روستاهای‌ پایین‌ دست‌ و فرسایش‌ و تخریب‌ آبخیز کاربرد دارند.

سدهای‌ خاکی‌

سدهای‌ خاکی‌ سدهایی هستند که از جنس مصالحی طبیعی از قبیل قطعات سنگی نسبتاً بزرگ، شن، مخلوطی از خاک رس و سیلت ساخته می شوند. سدهای‌ خاکی‌ بر خلاف‌ سدهایی‌ که‌ از بتن‌ ساخته‌ می‌شوند، خاصیت‌ شکل‌ پذیری‌ دارند و ممکن‌ است‌ آنها را بر روی‌ تقریباً هر نوع‌ مصالحی‌ ساخت‌. کافی‌ است‌ که‌ مقطع‌ سد را با شکل‌ پی‌ موجود و با مصالح‌ ساختمانی‌ موجود و دسترس‌، تطبیق‌ داد و از مواد طبیعی‌ و شن‌ مخلوط‌ با خاک‌ رس‌ و سیلیت‌ و حتی‌ قطعات‌ سنگی‌ بزرگ‌ استفاده‌ کرد. برای‌ پروژه‌های‌ کوچک‌ سد خاکی‌ متداولترین‌ نوع‌ سد است‌. دلیل‌ عمده‌ آن‌ است‌ که‌ مصالح‌ آن‌ را می‌توان‌ غالباً در محوطه‌ مخزن‌ یا محل‌ مناسب‌ دیگر به‌ قیمت‌ ارزان‌ در حوالی‌ پروژه‌ به‌ دست‌ آورد  فراهم بودن‌ کارگر و ماشین‌ آلات‌ مورد نیاز، در انتخاب‌ این‌نوع‌ سد عاملی‌ مؤثر است.

در ساخت سدهای خاکی، آنچه که در واقع جلوی آب را می‌گیرد، یک هسته نسبتاً نازک رسی است. خاک رس این خاصیت را دارد که با مرطوب شدن، به عایق خوبی برای نفوذ آب تبدیل می‌گردد. بجز هسته رسی،مابقی حجم سد را سنگ و خاک غیر محلول در آب تشکیل می‌دهد. چرا که سنگهای محلول پس از مدتی باعث کاهش وزن سد و به هم خوردن نتایج محاسبات خواهند شد.

سدهای خاکی همواره با مشکل محدودیت ارتفاع مواجهند و به درد دره‌های عریض و کم شیب می‌خورند.بر عکس سدهای قوسی مناسب دره‌های عمیق و کم عرضند.

سد های خاکی از توده غیر قابل نفوذ ی تشکیل شده اند که در جهت عمود بر جریان رود خانه در محل مناسبی به منظور معینی احداث می شوند.

این توده باید:

1-     تعادل خود را در حالات مختلف چه در زمن خشکی یا پر آبی رودخانه و فصول مختلف حفظ نماید.

2-     به عنوان مخزن و منبع آّب غیر قابل نفوذ باشد،غیر قابل نفوذ (نشت)باشد.

با تعاریف فوق می توان به این نتیجه رسید که در سد های خاکی هرگز نباید آب دریاچه از آن سریز شود چرا که  سریزی آب دریاچه  از روی سد با ضایعات بزرگ و جبران ناپذیر همراه خوهد بود . لذا طغیانگر این سد ها باید قادر به تخلیه طغیان های استثنایی باشد.

مواد خاکی مقطع این سد ها صد در صد خاک برداری و یا خاک قرضه نیست و باید به منظور حصول مشخصات مورد لزوم با مواد خاکی و سنگی سایر قرضه ها (یا معادن ) به نسبت های معینی اختلاط یابد.

بستر سد های خاکی

در بستر های سنگی سالم ، سد خاکی را می توان بدون هیچ مشکلی بر روی آن پیادا نمود ولی در صورتی که بستر فوق دارای شکاف و یا ترک هایی (گسل) باشد در این صورت باید مطالعات زمین شناسی کافی برای آن انجام شود.در این نوع زمین ها با تزریق سیمان (تحت فشار) قابلیت نفوذ آب در زیر سد را تا حد قابل قبولی کم می کنند.

در زمین های غیر قابل نفوذ (رسی و یا عمدتا رسی ) مسلما حرکت آب در زیر سد نباید مشکل عمده ای باشد ولی مشکل عمده ی دیگر وجود دارد و آن مشکل عدم امکان بارگزاری سریع در این نوع زمین ها است که مدت زمان ساختمان سد را طولانی تر از سایر زمین ها می کنند.

مسئله فشار آب در داخل فضای بین ذراتی رس:

خاک رس اصولا با ذراتی به درشتی بسیار ریز تشکیل یافته که فضای آن را معمولا آب پر می کند و به مرور که تحت فشار نیرو های وارده (سربار) فشرده می شود ،آب فضای بین ذراتی فشرده تر شده و به مرور (در صورت داشتن زمان کافی ) از آن بیرون کشیده می شود . به عبارت دیگر مقاومت فشاری یک مقطع عمودی در مصالح فوق ترکیبی از مقاومت سطح آب (فضای بین ذراتی) و مقاومت ذرات رس است.

انواع سدهای خاکی :

سد های خاکی را بر حسب فرم و مصالح مقطع عرضی سد به سه دسته تقسیم می کنند.

1-     سد های خاکی با تو ده ی همگن((Homogeneous embankment

2-     سد های با لایه های مایل مختلفZoned embankment) )

3-     سد هایی با پرده  قابل نفوذCored embankment) (

1-سد های خاکی با توده همگن :

این نوع سد ها از یک توده همگن که قسمت عمده ی آن رس و سیلیت می باشد تشکیل شده است.

2-سدهای خاکی با لایه های مختلف:

اگرچه مصالح مختلف به وفور در محل کارگاه وجود داشته باشد در این صورت سد خاکی با لایه های مختلف مطرح شده و ممکن است اقتصادی تر از سایر انواع آن جلوه کند. در این سد ها قشر قابل نفوذ در وسط مقطع و یا متمایل به طرف بالا دست قرار می گیرد.

3-سدهای خاکی با پرده غیرقابل نفوذ:

در این نوع سد ها جلوگیری از حرکت آب در داخل توده خاکی توسط یک پرده غیر قابل نفوذ تقریبا عمودی انجام می گیرد که در داخل بستر سنگی (بستر غیر قابل نفوذ) جای گرفته است.

دو طرف این قشر را یک لایه از مصالح دانه ریز می گذارندکه به صورت زه کش کار میکند و لایه های بیرونی را مخلوط پوشانده است.

طرق کم کردن آب در داخل وزیر سد :

1-کم کردن میزان آب در داخل حجم سد:

الف) تعویض سد (ملایم نمودن شیب های دوطرف)

ب)احداث یک قشرغیر قابل نفوذ در ضلع بالا دست

ج)احداث پرده غیر قابل نفوذ(از جنس چوب،بتن،رس،بنتونیت و یا هر مصالح دیگر) در داخل حجم سد

2-کم کردن میزان آب از طریق کم کردن جریان آب در زیر سد:

الف)احداث بستر غیر قابل نفوذ در بالا دست سد (در تراز کف مخزن)

ب)احداث سپر های آب بند در زیر شالوده

ج)احداث سپرهای آب بند تا بستر غیر قابل نفوذ

عملیات خاکی و مصالح آن :

به طور کلی عملیات خاکی (خاک ریزی) در کارهای آبی در سه نوع مختلف وجود دارد:

الف )خاک ریزیAmbankment 

ب) پوشش و لایه سازیLining blanket

ج)پر کردن فضای کنده شده Back fill

الف)خاکریزی مقطع پروژه سد

خاکریزی در پروژه های سد سازی بسته به اهمیت آن از صورت های زیر انجام می گیرد:

الف)هل دادن مصالح مجاورDumped fill

ب)مصالح منتخب selected fill

ج) مصالح کوبیده شده با ماشین آلات Equipment compacted

د)مصالح کوبیده شده در قشر های معین Rolled embankment

ه)مصالح شن ماسه کوبیده شده   Tractor compacted embanked

و)مخلوط کردن دو یا چند مصالح مختلف با هم Blended earth fill

ب) پوشش و لایه سازی :

لایه ها را می توان بر حسب مصالح و مصرف آن ها به 4 دسته عمده تقسیم کرد:

1-سنگ لاشه

2-شن ماسه یا سنگ شکسته

3-سیلیت و رس

4-خاک نباتی

ج)پر کردن فضای کنده شده:

اگر مقصود پر کردن فضای خالی و مجاور ساختمان های بتنی باشد در این صورت به آن خاک کوبیده شده مخصوص می گویند. خکی که ریخته شده باد نوع آن مشخص باشد و به طور معینی کوبیده شده باشد که عکس العمل خطرناکی برای ساختمان مجاور (دیوار ضامن یا غیره) به وجود نیاورد.

به طور کلی پر کردن فضای خالی و کنده شده خود یک نوع خاک ریزی است منتهی بر حسب حالات مختلف ممکن است شرایط مختلف را ایجاب کند.

پر کردن فضای خالی را ممکن است شبیه خاک ریزی ها در قشر های معین و کوبیده شده با ماشین آلات تقسیم بندی نمود که عنوان هریک از عملیات فوق به ترتیب زیر خواهد بود :

1-     پر کردن فضای خالی با خاک معمولی

2-     پر کردن فضای خالی بارس و سیلیت کوبیده شده

3-     پر کردن فضای خالی با ماسه کوبیده شده

علل رایج تخریب سد خای خاکی

آب جمع شده در مخزن ممکن است از محل پی سد یا تکیه گاههای جانبی آن یا از حسم سد تراوش نماید .فرار آب از جسم سد ، به ویژه در سد های خاکی اهمیت خاصی در پایداری سد دارد. روش های متنوعی برای کاستن از میزان آب نشتی و تحت کنترل در آوردن آن وجود دارد.ویژگی های سنگ و خاک سازنده پی سد و تکیه گاه های آن ، مصالح در دسترس برای ساخمان سد ، نحوه طراحی و شکل انتخاب شده برای سد و محدودیت های اجرایی هریک به نحوی می توانند در انتخاب روش های مناسب برای آب بندی سد موثر واقع شوند.

مهم ترین علل رایج تخریب سد های خاکی

1-سریز شدن سد:

این امر موجب شسته شدن تاج و نهایتا تخریب سد می شود . حدود 30 درصد از خرابی های سد خاکی ناشی از سریز شدن آن ها بوده است.برای مقابله با آن براورد دقیق بزرگترین سیلاب محتمل و طراحی سریز هایی با ظرفیت مناسب تخلیه آنها ، علاوه بر آن باید فاصله سطح آزاد آب مخزن تا تاج سد (ارتفاع آزاد) به گونه ای در نظر گررفته شود تا بر اثر نشت سد یا امواج حاصل از زمین لرزه ، آب از روی سد سریز نکند.   

2-برخورد خط تراوش با دامنه پایاب:

اگر سطح ایستابی درون سر دامنه پایاب را قطع نماید ، شسته شدن ذرات ریز و ناپایداری سد را به همراه خواهد داشت .

روش مقابله این است که با بقیه زهکش های مناسب در پاشنه سد ،خط تراوش آب به داخل جسم سد منتقل می شود.

3-رگاب :

شسته شدن ذرات ریز از میان ذرات درشت تر به تدریج به ایجاد مسیر های آزاد گذر آب منجر می شود.روش مقابله با آن از طریق به حداقل رساندن مقدار و سرعت آب نشتی توسط انتخاب مصالح مناسب و تعبیه هسته نفوذ ناپذیر و صافی های مناسب صورت می گیرد.

4-مسیر آزاد گذر آب:

در امتداد ترک های ناشی از شست سد یا ترک های ایجاد شده در مراحل آغازین گسیختگی ایجاد می شود . به موازات سطح خارجی لوله ها و مسیر آب بر ، در امتداد سطح تماس بخش های بتنیا خاک، و سطح لایه خاکی که به دقت کوبیده یا متراکم نشده اند و از طریق سوراخ های ایجاد شده توسط حیوانات حفار و ریشه گیاهان به وجود می آید.

روش مقابله : چون در سد های خاکی پس از تشکیل مسیر گذر آب ، مقابله با آن دیگر امکان پذیر نیست . لذا باید در مراحل طراحی و اجرای سد دقت کافی جهت جلوگیری از این شکل به عمل آید.

5-ناپایداری دامنه ها :

نشت بدنه سد ، ایجاد ترک هایی در طول تاج سد یا دامنه پایاب و افزایش دبی زهکش ها در پاشنه سد می توانند نشانه هایی از آغاز توسعه یک گسیختگی باشند. با طراحی مناسب شیب دامنه های 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 لرزه های محتمل مهم ترین عوامل برای مرتفع کردن این مساله است.

6-گسیختگی پی :

اگر بر اثر بار گذاری ناشی از ایجاد سد ، آبگیری آن با نیرو های ناشی از زمین لرزه ، تنش های برشی ایجاد شده در پی سد از مقاومت برشی مصالح بیشتر شود ، پی گسیخته می شود . این شرایط در رس های تحکم نیافته اغلب بلافاصله بعد از اولین آبگیری و در رسوبات ماسه ای بیشتر بر اثر بار گذاری چرخه ای زمین لرزه ایجاد می شود .

روش مقابله: تحکیم کافی خاک های چسبنده و متراکم نمودن خاک های بدون چسبندگی به روش تحکیم دینامیکی یا لرزش و ایجاد ستون های سنگی یا چاه های زهکش .

7-فرسایش پذیری:

فرسایش سطح خارجی سد ، گرچه در کوتاه مدت همانند مشکلات دیگری که ذکر شد نمی تواند خطر آفرین باشد . ولی در دراز مدت ممکن است از کارایی سد بکاهد.

روش مقابله:

انتخاب سنگریز مناسب در دامنه سراب برای محافظت آن از امواج و در دامنه پایاب برای مقابله با اثرات زیانیار جوی و هوازدگی.