سد یا بند، یکی از سازه‌های مهم و پرکاربرد مهندسی است که به منظور توقف یا تغییر مسیر آب بر روی رودخانه ساخته می‌شود. در این مقاله، به معرفی تاریخچه، اجزا، انواع، کاربردها، مزایا، معایب و معیارهای انتخاب سدها می‌پردازیم.

فهرست مطالب این نوشته پنهان کردن

شروع سدسازی به چه دورانی بازمی‌گردد؟

شروع تاریخچه سدسازی به حدود 3000 سال پیش از میلاد مسیح در بین‌النهرین و خاورمیانه بازمی‌گردد. در این دوران، به منظور کنترل سطح آب رودهای دجله و فرات از سد استفاده می‌شد. «سد جاوا» (Jawa Dam) در کشور اردن را می‌توان به عنوان اولین سد ساخته دست بشر در نظر گرفت. این سد وزنی، با استفاده از دیوار سنگی به ارتفاع 9 متر و ضخامت 1 متر در طول 50 متر ساخته شده است.

سد جاوا
آثار باقی مانده از سد باستانی جاوا در کشور اردن

قدمت «سد الکفره» (El-Kafara Dam) در کشور مصر به حدود 2800 تا 2600 سال پیش از میلاد بازمی‌گردد. هدف از ساخت این سد، کنترل و انحراف جریان آب بود. البته شواهد نشان می‌دهند که سد الکفره در حین ساخت یا کمی بعد از اتمام ساخت، بر اثر بارش‌های شدید باران تخریب شد.

سد الکفر
آثار باقی‌مانده از سد الکفره در کشور مصر

در دوران آمنمهات سوم و چهارم، کانالی به طول 15 کیلومتر برای اتصال «گودال فایوم» (Fayum Depression) به رود نیل در مصر حفر شد. سپس دو سد بر روی رود نیل ساخته شدند تا به منظور جمع‌آوری بارش‌های سالانه و انتقال آن‌ها به زمین‌های کشاورزی مورد استفاده قرار گیرند.

مهندسی رومی‌ها را می‌توان به عنوان نقطه عطفی سدسازی در دوران باستان در نظر گرفت. مهندسان رومی ایده ساخت سدهایی با مخازن بزرگ برای جمع‌آروی آب و تامین دائمی مصارف خانگی در فصل‌های گرم را مطرح کردند. استفاده رومی‌ها از ملات هیدرولیکی ضد آب، امکان ساخت سدهای بزرگ با مقاومت بالا را فراهم کرد. «سد رود حمص» (Lake Homs Dam) و «سد خربقه» (Harbaqa Dam)، نمونه‌هایی از سدسازی رومیان در سوریه امروزی هستند. بلندترین سد ساخته شده توسط رومیان، یکی از مجموعه «سدهای سابیاکو» (Subiaco Dams) بود که ارتفاع آن به حدود 50 متر می‌رسید.

سد کورنالوو
«سد کورنالوو» (Cornalvo Dam) در کشور اسپانیا، نمونه‌ای از سدهای ساخته شده توسط رومیان که حدود 2000 سال در حال استفاده است.

در دوران ساسانی (حدود 400 سال پیش از هجرت)، سدهایی با کاربری‌های مختلف نظیر تولید نیرو برای چرخ‌های آبی و انحراف مسیر آب در ایران ساخته شدند. از معروف‌ترین سد-پل‌های این دوران می‌توان به بند قیصر در شوشتر استان خوزستان اشاره کرد.

بند قیصر
بند قیصر، یکی از بخش‌های ۱۳ گانه سیستم آبی تاریخی شوشتر (ثبت ملی و جهانی)

در قرون وسطی و در کشور هلند، سدها اغلب به منظور توقف جریان رودها، تنظیم سطح آب و جلوگیری از ورود آب دریا به باتلاق‌ها ساخته می‌شدند. ساخت این سدها، معمولا در ورودی شهر صورت می‌گرفت؛ چراکه بستن راه آب در ورودی شهرها ساده‌تر بود. به عنوان مثال، در حدود سال 1270 میلادی (648 شمسی)، یک سد برای کنترل آب رود آمستردام در مرکز این شهر ساخته شد.

نقشه قدیمی از شهر آمستردام هلند که محل قرارگیری یک سد در آن مشخص شده است.

با شروع انقلاب صنعتی در قرن 19 میلادی (قرن 13 و 14 شمسی)، اولین سدهای قوسی بزرگ با استفاده از مهارت‌های مهندسی و مصالح جدید ساخته شدند. در سال 1856 میلادی (1234 شمسی)، ساخت اولین پل قوسی مهندسی‌شده در استرالیا به پایان رسید.

اولین سد ملاتی و مهندسی‌شده در استرالیا

ساخت «سد پایین اسوان» (Aswan Dam) بر روی رود نیل در سال 1902 میلادی (1290 شمسی) را می‌توان به عنوان شروع دوران ساخت سدهای بزرگ دانست. این سد با ارتفاع ۳۶ متر و طول ۱۹۵۰ متر ساخته شد. تا آن زمان هیچ سدی با این ابعاد ساخته نشده بود. پس از اتمام ساخت، سد پایین اسوان به عنوان بزرگ‌ترین سد جهان شناخته شد.

سد اسوان
نمایی از سد وزنی-ملاتی-پشت‌بنددار اسوان در مصر

دیگر پروژه عظیم و معروف سدسازی، «سد هوور» (Hoover Dam) در کشور آمریکا است. این سازه در بین سال‌های 1931 تا 1936 میلادی (سال‌های 1309 تا 1314) با ارتفاع 221 متر و طول 379 متر به منظور کنترل سیلاب، فراهم کردن آب مورد نیاز برای کشاورزی و تولید برق ساخته شد. تا آن زمان، هیچ سازه بتنی به بزرگی سد هوور ساخته نشده بود.

سد هوور
نمایی از بالادست به پایین دست سد بتنی قوسی هوور

از زمان سد هوور تا به امروز، سدهای بزرگ بسیار زیادی ساخته شده‌اند. بزرگ‌ترین سد ساخته شده در ایران، سد کارون 4 با ارتفاع 230 متر و طول 440 متر است. البته سد بختیاری نیز یکی دیکر سدهای بزرگ در حال ساخت است که در صورت تکمیل، با ارتفاع 325 متر به بلندترین سد ایران و جهان تبدیل خواهد شد.

سد کارون ۴
کارون ۴، بزرگ‌ترین سد از مجموعه سدهای کارون در چهارمحال و بختیاری

سد چیست؟

«سد» (Dam) یا بند، سازه‌ای است که به منظور توقف، تغییر یا انحراف جریان آب‌های سطحی و زیرزمینی برای مصارف کشاورزی، خانگی، صنعتی، تولید برق، پرورش آبزیان و ترابری مورد استفاده قرار می‌گیرد. سد، برای کاربری‌های دیگری مانند جمع‌آوری باطله یا گرفتن رسوب آب نیز ساخته می‌شود. با این وجود، سدهای آبی یا هیدرولیکی، متداول‌ترین نوع سدها است.

اصطلاحات و اجزای سد کدام هستند؟

سدها دارای انوع مختلفی هستند. با این وجود، بسیاری از اجزای سدهای مختلف مشابه یکدیگر است. در ادامه، به معرفی اجزای سدها می‌پردازیم.

تکیه گاه چیست؟

«تکیه‌گاه» (Abutment)، به بخشی از دیوارهای کناری دره (طبیعی یا مصنوعی) گفته می‌شود که بدنه سدها بر روی آن قرار می‌گیرد. اگر تکیه‌گاه‌های طبیعی از مقاومت کافی و ویژگی‌های مناسب برای نگهداری سدها برخوردار نباشند، با ساخت دیواره‌های بتنی یا تزریق بتن به درون ناپیوستگی‌ها، تکیه‌گاه مصنوعی ساخته می‌شود.

اجزای سد
اجزای یک سد

وضعیت تکیه‌گاه، یکی از مهم‌ترین معیارهای انتخاب نوع سدها است. اصطلاح تکیه‌گاه در مورد دیواره بین سرریز یا دریچه تخلیه و سدها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بالا دست کجاست؟

به سمتی که آب در آن ذخیره می‌شود و در خلاف جهت جریان آب قرار دارد، «بالا دست» (Upstream) می‌گویند.

پایین دست کجاست؟

بخشی که آب بالادست به سمت آن جریان می‌یابد با عنوان «پایین دست» (Downstream) شناخته می‌شود.

مخزن چیست؟

مخزن، حجمی از آب است که در پشت سدها جمع‌آوری می‌شود. ظرفیت مخزن تابعی از ارتفاع است. این ظرفیت، تاثیر زیادی بر روی کاربری سدها دارد. هرچه آب ذخیره شده در مخزن بیشتر باشد، توانایی آن در تامین آب کشاورزی، آشامیدنی و تولید برق نیز بیشتر خواهد بود. حداکثر حجم مخزن، حجمی است که بعد از آن، آب از بالای تاج سد عبور می‌کند.

تاج چیست؟

«تاج» (Crest یا Crown)، به بالاترین بخش سد گفته می‌شود. این بخش برای عبور آب طراحی نشده است. با این وجود، در صورتی که امکان عبور آب از روی بالاترین بخش سدها فراهم شده باشد، آن ناحیه به عنوان سرریز در نظر گرفته می‌شود (سدهای سرریز).

تاج سد
نمایی از تاج به همراه مسیر عبور مرور و جان‌پناه‌های کنار مسیر

سراب یا تراز آب چیست؟

به ارتفاع سطح آب مخزن بالادست، تراز آب سد گفته می‌شود. تراز آب سدها به دبی ورودی از رود، بارش‌های فصلی، دمای هوا (تبخیر) و حجم سیلاب‌ها بستگی دارد. کنترل و تنظیم تراز توسط سرریز صورت می‌گیرد.

ارتفاع آزاد چیست؟

«ارتفاع آزاد» (Freeboard)، فاصله عمودی بین تراز آب مخزن بالادست و تاج سد است. به منظور جلوگیری از سرریز شدن آب از روی تاج، در نظر گرفتن عدم قطعیت‌های احتمالی در محاسبه ارتفاع موج‌های و اطمینان از عملکرد صحیح سد، طول آزاد در طراحی در نظر گرفته می‌شود.

جان‌پناه چیست؟

در بالای تاج، مسیری وجود دارد که کناره‌های آن توسط دیوار محافظت می‌شوند. این دیوارها، با عنوان «دیوار جان‌پناه» (Parapet Wall) شناخته می‌شوند.

محور چیست؟

به خط فرضی گذرنده از مرکز مقطع افقی سد، محور سد می‌گویند.

فونداسیون چیست؟

به مواد طبیعی یا مصنوعی زیر سد (پایین پاشنه و پنجه)، فونداسیون یا پی گفته می‌شود. فونداسیون، یکی از عوامل مهم در انتخاب نوع سدها است.

پنجه چیست؟

بخشی از پایین دست سد که با کف زمین در ارتباط است، با عنوان «پنجه» (Toe) شناخته می‌شود.

پاشنه چیست؟

پایین‌ترین بخش در بالادست سد که با فونداسیون در تماس است، «پاشنه» (Heel) می‌گویند.

پایاب چیست؟

سطح آب در انتهای کانال خروجی و در نزدیکی پایین دست، با عنوان «پایاب» (Tailwater) شناخته می‌شود.

ظرفیت چیست؟

به حجم آب قابل جریان از سرریز، ظرفیت یا ظرفیت هیدرولیکی سد می‌گویند. ظرفیت سدها با یکای متر مکعب بر ثانیه بیان می‌شود.

سرریز چیست؟

«سرریز» (Spillway)، بخشی است که به منظور عبور دادن آب از بالادست به پایین دست توسط دریچه‌های مخصوص مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسیاری از سرریزها دارای دریچه کنترل جریان هستند (سرریز کنترل‌دار).

سررسز سد
نمایی از سرریز سد و بخش‌های مختلف آن

سرریز، یکی از بخش‌های مهم و معرف سدها است. معمولا در کنار نوع سدها، ابعاد آن‌ها و ظرفیت مخرنشان، نوع و ظرفیت (دبی خروجی) سرریز نیز معرفی می‌شود. از اجزای اصلی سرریز می‌توان به تکیه‌گاه (دیواره بین سرریز و سد) و کانال (مجرای عبور آب از مخزن به پایین دست) اشاره کرد. سرریزهای آزاد، اوجی، پلکانی، سیفونی، جانبی، نیلوفری، شوت و مجرایی از انواع مختلف سرریزها هستند.

سرریز نیلوفری
سرریز نیلوفری

ظرفیت سرریز چیست؟

ظرفیت سرریز، بیشترین مقدار آبی است که سرریز می‌تواند در شرایط بحرانی (سیل و یا طوفان) با ایمنی کامل از خود عبور دهد. به منظور طراحی و تخمین حداکثر آب مورد نیاز برای عبور از سرریز در شرایط بحرانی، معمولا از هیدروگراف جریان ورودی (نمودار تغییرات جریان آب رودخانه در گذر زمان) استفاده می‌شود.

تاج سرریز کجاست؟

تاج سرریز، بخش بالایی سرریز است که آب از روی آن به سمت پایین سرازیر می‌شود.

سرریز کمکی یا سرریز اضطراری چیست؟

سرریز سرویس یا سرریز اصلی، جریان عادی آب را از خود عبور می‌دهد. معمولا علاوه بر سرریز سرویس، یک سرریز کمکی در کنار سد ساخته می‌شود تا در هنگام رخ دادن سیل‌های شدید، ایجاد مشکل برای سرریز اصلی یا کافی نبودن ظرفیت سرریز اصلی، تخلیه آب اضافی و بیش از توان سرریز سرویس بدون مشکل انجام بگیرد.

گالری چیست؟

به تونل‌های افقی یا عمودی حفر شده در داخل بدنه سد در ارتفاع‌های مختلف، گالری گفته می‌شود. گالری‌ها به منظور کنترل نفوذ یا نشت آب به داخل سد، تعمیر و نگهداری سدها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

گالری سد
نمونه‌ای از یک گالری سد که به منظور زهکشی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دیوار آب بند یا پرده آب بند چیست؟

«دیوار آب‌بند» (Cut-Off Wall) یا اصطلاحا پرده آب بند، صفحه‌ای است که با تزریق موادی نظیر بتن، آسفالت بتنی و ورق‌های فولادی به فونداسیون سد ساخته می‌شود. پرده آب‌بند از نشست آب جلوگیری می‌کند.

پرده آب بند سد
محل ساخت پرده آب‌بند سد

در صورت عدم انجام مطالعات و برداشت‌های زمین‌شناسی دقیق در نواحی پیشنهادی، احتمال ساخت سد بر روی سنگ‌های نمکی حل‌شونده در آب وجود دارد. در صورت برخورد آب به این سنگ‌ها، حفره‌هایی معروف به «کارست» (Karst) در زیر سد به وجود می‌آیند. این حفره‌ها، با عبور دادن آب از بالادست به پایین دست، مانع از ذخیره آب در مخزن سد و آب‌گیری می‌شوند. پرده آب‌بند می‌تواند یک اقدام اصلاحی برای جلوگیری از این مشکل باشد.

هسته چیست؟

«هسته» (Core)، یک بخش عمودی در مرکز سد است که به منظور جلوگیری از نشست آب و توسط موادی با نفوذپذیری پایین ساخته می‌شود.

آبگیر چیست؟

«برج آب‌گیر» (Intake Tower)، یک سازه عمودی است که به منظور انتقال آب از مخزن بالادست به ژنراتور نیروگاه برق-آبی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برج آبگیر وظیفه انتقال آب تمیز و بدون رسوب برای مصارف بعدی را بر عهده دارد.

برج آبگیر سد
نمونه‌ای از برج‌های آبگیر

حوضچه آرامش چیست؟

«حوضچه آرامش» (Plunge Pool یا Stilling Basin)، یک حوضچه طبیعی یا مصنوعی در پایین دست سد است. این حوضچه به منظور اتلاف انرژی جریان آب آزاد و جلوگیری از پرش آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

حوضچه آرامش سد
حوضچه آرامش سد (سمت راست) و دریچه تنظیم جریان (سمت چپ)

شیر تخلیه چیست؟

«شیر تخیله» (Valve)، وسیله‌ای است که به منظور توقف یا کنترل جریان آب خروجی از مجراها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تونل انحراف آب چیست؟

به منظور انحراف آب در هنگام ساخت سد، از تونل انحراف آب استفاده می‌شود.

مجرای تخلیه رسوب چیست؟

در بخش پایینی سد، مجرایی وجود دارد که به منظور کنترل و تخلیه رسوبات جمع‌شده در مخزن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

رسوب زدایی یا لایروبی چیست؟

«لایروبی» (Dredging) یا رسوب‌زدایی، فرآیندی برای تخلیه رسوبات موجود در مخزن سد است. ته نشین شدن مواد در مخزن سد، ظرفیت آن را کاهش می‌دهد. به همین دلیل، یکی از اقدامات مهم در طول عمر سد، کنترل و تخلیه رسوبات آن است. لایروبی معمولا به دو روش مکانیکی و هیدرولیکی انجام می‌شود. در لایروبی هیدرولیکی، دستگاه‌های لایروب شناور بر روی آب و در لایروبی مکانیکی، ماشین‌آلاتی نظیر بیل مکانیکی برای تخلیه رسوب سد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

لایروبی سد
نمونه‌هایی از تجهیزات مورد استفاده برای لایروبی سد

در رابطه با طراحی و حل مسائل سازه‌های هیدرولیکی نظیر سد، یک فیلم آموزشی در مجموعه فرادرس تهیه شده است که می‌تواند در فراگیری این مبحث به شما کمک کند. لینک این فیلم در ادامه آورده شده است.

هدف از احداث سد چیست؟

سد، سازه‌ای است که برای مقاصد متعددی از جمله تامین برق، تامین آب کشاورزی، تامین آب آشامیدنی، جلوگیری از سیل، احیای زمین، انحراف مسیر آب و ترابری مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه به معرفی اصلی‌ترین کاربردهای می‌پردازیم.

نیروگاه برق-آبی چیست؟

به نیرویی که از حرکت آب به دست می‌آید، انرژی آبی یا هیدرولیک گفته می‌شود. نیروگاه برق-آبی، نیروگاهی است که با استفاده از قوانین مکانیکی، انرژی هیدرولیک را به برق تبدیل می‌کند. یکی از کاربردهای اصلی سد، استفاده از آن به عنوان نیروگاه برق-آبی است.

سد نیروگاهی
تجهیزات نیروگاه برق-آبی در پایین دست

انرژی الکتریکی حاصل از حرکت آب یا اصطلاحا «هیدروالکتریسیته» (Hydroelectricity)، از اصلی‌ترین منابع تولید برق در جهان به شمار می‌رود. بسیاری از کشورها از رود یا رودخانه‌هایی با جریان مناسب بهره می‌برند. ذخیره این جریان با استفاده از سدها می‌تواند امکان تولید انرژی پاک را فراهم کند. هم اکنون در ایران (سال 1399)، بین 10 تا 15 درصد از برق کشور توسط نیروگاه‌های برق-آبی تامین می‌شود.

تامین آب کشاورزی توسط سد چگونه انجام می‌‌شود؟

کنترل و ذخیره آب در سدها، اغلب به منظور تامین منابع مورد نیاز برای آبیاری و کشاوزی انجام می‌شود. در بسیاری کشورها، سدها به منظور انحراف جریان آب به کانال‌ها یا خطوط لوله برای آبیاری زمین‌های کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آب سد در کشاورزی
آبیاری زمین‌های کشاورزی توسط آب کانال‌های متصل به مخزن سدها

طبق تحقیقات صورت گرفته، بیشتر از 50 درصد از ذخایر آبی سدها در جهان، به مصارف کشاورزی اختصاص می‌یابد. در کشور ما نیز همین شرایط حاکم است. البته در برخی از موارد، آب سدها برای مصارفی نظیر توسعه مجتمع‌های شیلاتی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تامین آب آشامیدنی توسط سد چگونه انجام می‌شود؟

منبع آب آشامیدنی بسیاری از مناطق شهری در جهان، آب ذخیره شده در سدها یا سرریزها است. این ذخایر پس از انتقال به تصفیه‌خانه، طی فرآیند شیرین‌سازی به آب آشامیدنی تبدیل می‌شوند. ظرفیت مخازن سدهای ایران تا سال 1395، حدود 49.6 میلیارد مکعب بوده است. در شهرهای بزرگ ایران، بین 30 تا 50 درصد آب آشامیدنی از طریق ذخایر سدها تامین می‌شود. البته در مجموع، میزان ذخایر مورد استفاده برای آب آشامیدنی نسبت به میزان ذخایر مورد استفاده برای آبیاری محصولات کشاورزی بسیار کم است.

سد کرج
سد کرج یا امیرکبیر، یکی از منابع تامین‌کننده آب شرب شهرهای تهران و کرج

نقش سد در جلوگیری از سیل چیست؟

یکی دیگر از کاربردهای سد، جلوگیری از رخ دادن سیل در مناطق ساحلی و پربارش است. به عنوان مثال، سدهای تاخیری، با جمع‌آوری آب در بازه‌های زمانی مشخص، از رخ دادن سیل جلوگیری می‌کنند. پس از عبور از این بازه‌ها یا رسیدن به یک سطح خاص، آب مخزن به طور کنترل‌شده و بدون تاثیر قابل توجه بر روی جریان رود، تخلیه می‌شود.

کنترل سیلاب‌ها با تنظیم خروجی سرریزها در هنگام بارش‌های شدید

نقش سد در احیای زمین چیست؟

«احیای زمین» (Reclamation)، فرآیندی است که در آن، بخشی از زمین اقیانوس، دریا، دریاچه و بستر رودخانه برای مصارف مسکونی، تجاری و کشاوزی آماده استفاده می‌شود. در این فرآیند، ابتدا باید از ورود آب به ناحیه مورد نظر جلوگیری کرد. سد یا خاکریز، سازه‌ای است که به این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرد و امکان احیای زمین را فراهم می‌کند.

احیای زمین
احیای زمین «خلیج ایساهایا» (Isahaya Bay) در کشور ژاپن به منظور ساخت جاده

هدف از انحراف آب توسط سد چیست؟

سدهای کوچک معمولا به منظور انحراف آب برای مصارف کشاورزی، تولید برق، کنترل جریان آب، انتقال جریان به رودهای دیگر ، ایجاد ذخایر آب زیزمینی و یا زهکشی آب باران مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سد انحرافی
«سد امپریال» (Imperial Dam) که برای انحراف رود کلرادو به جنوب غربی ایالات متحده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نقش سد در حمل نقل آبی چیست؟

ذخیره آب پشت سد می‌تواند میزان جریان آب در پایین دست رود را تغییر دهد. در صورت ایجاد جریانی با عمق کافی، امکان استفاده از وسایل حمل نقل آبی مانند قایق یا کشتی برای جابجایی در مسیر آب فراهم می‌شود. از سدهای بزرگ و سدهای سلولی می‌توان به این منظور استفاده کرد.

انواع سد کدام هستند؟

سدها، سازه‌هایی هستند که به دست انسان، طبیعت یا حتی حیوانات ساخته می‌شوند. سدهای ساخت دست بشر را می‌توان بر اساس مصالح مورد استفاده، روش ساخت، نوع شیب یا مقطع، نحوه مقاومت در برابر نیروهای هیدرواستاتیک، تجهیزات مورد استفاده برای کنترل جریان و نوع کاربری به انوع مختلفی تقسیم‌بندی کرد. در ادامه به معرفی تقسیم‌بندی‌های کلی سد می‌پردازیم.

انواع سد از نظر طراحی هیدرولیکی کدام هستند؟

سدها از نظر خصوصیات هیدرولیکی به دو دسته سرریز و غیر سرریز تقسیم می‌شوند.

  • «سد سرریز» (Overflow Dam): سدی است که اجازه می‌دهد تا آب اضافی موجود در مخزن از روی تاج عبور کند.
  • «سد غیر سرریز» (Non-Overflow Dam): سدی که اجازه عبور آب از روی تاج را نمی‌دهد. در این سدها، سرریزهای مجزا به منظور کنترل جریان و سطح آب مخزن مورد استفاده قرار می‌گیرند.
سد سرریز و سد غیر سرریز
مقایسه سد سرریز (سمت چپ) و سد غیر سرریز (سمت راست)

انواع سد از نظر ابعاد کدام هستند؟

سدها را می‌توان از نظر ابعاد به سه دسته کوچک، متوسط و بزرگ تقسیم‌بندی کرد:

  • سد کوچک: سدی که ارتفاع آن کمتر از 30 متر است.
  • سد متوسط: سدی که ارتفاع آن بین ۳۰ تا ۱۰۰ متر است.
  • سد بزرگ: سدی که ارتفاع آن بیشتر از ۱۰۰ متر است.

البته کوچک، متوسط یا بزرگ بودن یک سد فقط به ارتفاع آن بستگی ندارد. به عنوان مثال، یک سد با ارتفاع 10 متر را می‌توان در شرایط زیر به عنوان یک سد بزرگ در نظر گرفت:

  • طول تاج بیشتر از ۵۰۰ متر باشد.
  • ظرفیت مخزن بیشتر از یک میلیون متر مکعب باشد.
  • دبی خروجی آب بیشتر از ۲۰۰۰ متر مکعب بر ثانیه باشد.
  • فونداسیون دارای شرایط پیچیده باشد.
  • طراحی سد نامتعارف باشد.

انواع سد از نظر صلبیت مواد سازنده کدام هستند؟

سدها از نظر صلبیت مواد سازنده به انواع صلب و غیر صلب تقسیم می‌شوند.

  • «سد غیر صلب» (Non-Rigid Dam): به سدهایی گفته می‌شود که از مواد غیر صلب نظیر خاک و سنگ (به طور کلی باطله) ساخته شده باشند. مقطع عرضی سدهای غیر صلب به شکل ذوزنقه‌ای است.
  • «سد صلب» (Rigid Dam): به سدهایی که با استفاده از مواد صلب نظیر بتن، فولاد، چوب و غیره ساخته شده باشند.مقطع عرضی سدهای صلب معمولا به شکل مثلثی است.

سدها از نظر ساختار، کاربرد و ماده سازنده، دارای تقسیم‌بندی گسترده‌تری هستند. در بخش‌های بعدی به معرفی این موارد خواهیم پرداخت.

انواع سد بر اساس ماده سازنده کدام هستند؟

به طور کلی، موادی نظیر خاک، سنگ، باطله معدنی یا کارخانه‌ای، بتن، مصالح بنایی (آجر، سنگ، ملات)، فولاد، چوب، پلاستیک یا ترکیبی از این مواد در ساخت سدها قابل استفاده هستند. امروزه، بتن، خاک و سنگ به عنوان مصالح اصلی در اکثر پروژه‌های سدسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سد ملاتی چیست؟

سازه بنایی، سازه‌ای است که از کنار هم قرار دادن چندین جز تشکیل می‌شود. به طور کلی، اجزا اصلی سازه‌هایی بنایی، آجر یا سنگ و ماده اتصال‌دهنده آن‌ها، ملات سیمانی است. «سدهای ملاتی» (Masonry Dams) یا سد با مصالح بنایی، با استفاده از سنگ یا آجر ساخته می‌شوند. در این نوع سد، ملات سیمانی به منظور اتصال بلوک‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. از انواع سدهای ملاتی می‌توان به سدهای قوسی و وزنی اشاره کرد.

سد ملاتی یا سد با مصالح بنایی
«سد ناگارجونا» (Nagarjunasagar Dam) در کشور هند، بزرگ‌ترین سد ملاتی دنیا است.

سد بتنی چیست؟

بتن، متداول‌ترین ماده مورد استفاده برای ساخت سدها است. چگالی مناسب و مقاومت بالای بتن، آن را به یک گزینه مناسب برای ساخت این سازه‌ها تبدیل می‌کند. اکثر سدهای بزرگ دنیا با استفاده از بتن ساخته شده‌اند. این ماده پرکاربرد در انواع مختلف سدها (وزنی، قوسی و پشت‌بنددار) مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سد بتنی

سد خاکی چیست؟

«سدهای خاکی» (Erathen Dams)، با استفاده از خاک معمولی ساخته می‌شوند. این نوع سدها در مواردی مورد استفاده قرار می‌گیرد که فونداسیون خاکی بسیار ضعیف یا قادر به تحمل وزن سدهای ملاتی نباشد. به دلیل استفاده از خاک معمولی، هزینه ساخت سدها خاکی نسبت به انواع دیگر سدها بسیار کم‌تر است.

سد خاکی

سد سنگریزه ای چیست؟

«سدهای سنگریزه ای» (Rock-Filled Dams)، با استفاده از مواد سنگی ریز و درشت ساخته می‌شوند. بالادست این نوع سدها، از خشکه چین بدون ملات و پایین دست آن‌ها از سنگ‌های آواری است. یک لایه دال بتن آرمه نیز به منظور جلوگیری از نفوذ آب در بخش بالادست مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سد سنگریزه ای

پایداری سدهای سنگ‌ریزه‌ای از سدهای خاکی بیشتر است. به علاوه، ماهیت انعطاف‌پذیر آن‌ها، مقاومت‌شان در برابر بارهای دینامیک را افزایش می‌دهد.

سد لاستیکی چیست؟

«سدهای لاستیکی» (Rubber Dams)، استوانه‌های لاستیکی هستند که به منظور افزایش سطح آب بالادست در مسیر کانال، رودخانه، سرریز یا تاج سد قرار می‌گیرند.

سد لاستیکی یا سد پلاستیکی

سد چوبی چیست؟

سدهای چوبی، نوعی از سدهای موقتی هستند که با استفاده از الوار و تخته‌های چوبی ساخته می‌شوند. ارتفاع این نوع سدها معمولا بین ۲ تا ۴ متر و حداکثر ۸ متر است. سدهای چوبی در گذشته رواج زیادی داشتند. این سدها به منظور انحراف آب برای ساخت سد اصلی، کنترل جریان آب سیل و دیگر مقاصد موقتی مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

سد چوبی

سدهای چوبی نسبت به سدهای دیگر، هزینه کم‌تری دارند. با این وجود، به دلیل طول عمر پایین و کاربری‌های محدود، استفاده از چوب به عنوان ماده اصلی سدها در حال منسوخ شدن است.

سد فولادی چیست؟

در اوایل قرن 19 میلادی (اواخر قرن 12 شمسی)، فولاد به طور آزمایشی برای ساخت چند سد مورد استفاده قرار گرفت. سدهای فولادی از قرار دادن چندین ورق به صورت شیب‌دار و جانمایی چندین تیر باربر در پشت این ورق‌ها ساخته می‌شوند. به دلیل هزینه بالای سدهای فولادی نسبت به سدهای ملاتی، بتنی و خاکی، استفاده از آن‌ها به عنوان سازه‌های دائمی را می‌توان یک آزمایش شکست‌خورده در نظر گرفت.

سد فولادی

در مجموع، فولاد نیز مانند چوب، فقط برای ساخت سدهای موقت مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع سد، برای ارتفاع 15 تا 18 متر مناسب هستند.

انواع سد بر اساس ساختار چه هستند؟

یکی از تقسیم‌بندی‌های رایج برای تعیین نوع سدها، دسته‌بندی آن‌ها بر اساس ساختارشان است. سدها بر اساس ساختار به انواع قوسی، وزنی، پشت‌بنددار و خاک‌ریزی تقسیم می‌شوند.

سد قوسی چیست؟

«سدهای قوسی» (Arch Dams)، نوعی از سدهای بتنی هستند که در خلاف جریان آب، انحنای محدب دارند. طراحی سدهای قوسی به گونه‌ای است که با اعمال نیروی افقی آب (فشار هیدرواستاتیک)، قوس سد به مقدار کمی صاف می‌شود و به سمت فونداسیون یا تکیه‌گاه‌ها حرکت می‌کند. به این ترتیب، فشار هیدرواستاتیک از طریق قوس به تکیه‌گاه‌ها منتقل می‌شود. در نتیجه، مقاومت سازه افزایش می‌یابد.

سد قوسی
نمای جانبی سد قوسی (فشار آب از سمت راست به سطح بالادست اعمال شده و از طریق قوس به تکیه‌گاه‌ها منتقل می‌شود.)

دره‌های باریک با تکیه‌گاه‌های پرشیب و سنگ‌های مقاوم، گزینه بسیار مناسبی برای ساخت سدهای قوسی هستند. به دلیل نحوه عملکرد بهینه سدهای قوسی، ضخامت آن‌ها نسبت به دیگر سدها کم‌تر است. این موضوع، میزان مصالح مصرفی را کاهش می‌دهد و سدهای قوسی را به یک گزینه اقتصادی و کاربردی در مناطق دورافتاده تبدیل می‌کند.

سد هوور
سد مشهور هوور در ایالات متحده، نمونه‌ای از یک سد قوسی وزنی با شعاع ثابت

سدهای قوسی دارای انواع مختلفی هستند که تقسیم‌بندی آن‌ها به زاویه، شعاع و انحنا بستگی دارد. بر این اساس، انواع سدهای قوسی را می‌توان به موارد زیر تقسیم کرد:

  • «سدهای قوسی با شعاع ثابت» (Constant Radius Arch Dams): قوس خارجی (در تماس با آب)، دارای شعاع ثابت در تمام ارتفاع‌ها است. در طرف مقابل، قوس داخلی (رو به جریان آب) به گونه‌ای است که با کاهش ارتفاع، شعاع نیز کاهش می‌یابد.
  • «سدهای قوسی با شعاع متغیر» (Variable Radius Arch Dams): مقدار شعاع قوس خارجی و داخلی با کاهش ارتفاع کاهش می‌یابد.
  • «سدهای قوسی با زاویه ثابت» (Constant Angle Arch Dams): شعاع مرکزی قوس در برای تمام ارتفاع‌ها یکسان است.
  • «سدهای دوقوسی» (Double Curvature Arch Dams): اگر سدهای قوسی هم در راستای افقی و هم در راستای عمودی دارای انحنا باشند، به آن‌ها سد دوقوسی گفته می‌شود.
  • «سدهای قوسی وزنی» (Arch-Gravity Dams): از ویژگی‌های سدهای قوسی و وزنی بهره می‌برد.
سد دوقوسی
نمونه‌ای از سدهای دوقوسی

از مزایای سدهای قوسی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • کم بودن مشکلات ناشی از فشار آپلیفت (رو به بالا) به دلیل عرض کم دره
  • کم بودن مصالح مصرفی و اقتصادی بودن
  • امکان اجرا بر روی فونداسیون متوسط

معایب اصلی سدهای قوسی عبارت هستند از:

  • پایین بودن سرعت ساخت
  • نیاز به نیروی کار ماهر
  • نیاز قالب‌بندی حرفه‌ای و دقیق
  • مناسب نبودن برای تکیه‌گاه‌های ضعیف

سد وزنی چیست؟

«سد وزنی» (Gravity Dam)، با استفاده از وزن خود (نیروی عمودی رو به پایین)، در برابر نیروهای خارجی نظیر فشار هیدرواستاتیک، آپلیفت، موج، باد، یخ، زلزله و غیره مقاومت می‌کند. به دلیل ماهیت سدهای وزنی، برای ساخت آن‌ها به یک فونداسیون مناسب (ترجیحا یک لایه سنگی ضخیم) نیاز است. سدهای وزنی با استفاده از بتن (معمولی یا غلتکی)، مصالح بنایی یا بتن آرمه ساخته می‌شوند.

سد وزنی
نمونه‌ای از یک وزنی ساخته شده توسط بتن غلتکی

شکل سطح مقطع سدهای وزنی تقریبا مثلثی و محور آن‌ها مستقیم است. به منظور مقاومت در برابر فشار آپلیفت در این نوع سدها می‌توان از مجرای نفوذ آب استفاده کرد. سدهای وزنی برای مقاصد مختلفی نظیر کنترل جریان برف‌های آب‌شده در یک رود و یا ذخیره آب در فصل گرما مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سرریز در اکثر سدهای وزنی به مقدار کمی پایین‌تر از تاج قرار دارد. این سدها، نوعی از سدهای سرریز به حساب می‌آیند. اکثر سدهای وزنی بدون انحنا هستند. البته در برخی از سدهای وزنی بتنی یا سنگی، به منظور بهره‌مندی از رفتار قوسی و افزایش مقاومت، محور سد با انحنا ساخته می‌شود. به این سدها، سدهای قوسی-وزنی می‌گویند.

سدهای وزنی دارای انواع مختلفی هستند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان موارد زیر را نام برد:

  • بتنی حجیم (معمولی یا غلتکی)
  • ملاتی (مصالح بنایی مانند سنگ)
  • توخالی (بتن آرمه)

از مزایای اصلی سدهای وزنی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • مناسب برای درهای پرشیب (احتمال لغزش سدهای خاکی)
  • استحکام و پایداری بیشتر نسبت به سدهای خاکی
  • نیاز به تعمیر و نگهداری کم
  • عدم رخ دادن شکست ناگهانی
  • مناسب برای نواحی با احتمال بارش‌های شدید
  • لایروبی مخزن توسط آبگیرهای عمیق

معایب سدهای وزنی عبارت هستند از:

  • هزینه اولیه بالا
  • زمان اجرای نسبتا زیاد
  • نیاز به فونداسیون قوی
  • عدم امکان افزایش ارتفاع پس از اتمام ساخت
  • نیاز به نیروی کار ماهر در هنگام استفاده از بتن

سد پشت بند دار یا سد پایه دار چیست؟

«سد پشت بند دار» (Buttress Dam)، سد پایه‌دار یا سد توخالی، نوعی از سدهای بتن آرمه است که از دو بخش تشکیل می‌شود. بخش بالادست این سد، یک دیوار توپر ضد آب و شیب‌دار است که توسط چندین پشت‌بند با فاصله مشخص در بخش پایین دست نگهداری می‌شود. دیوار سد، می‌تواند به صورت صاف یا منحنی باشد.

سد پشت بند دار
نمونه‌ای از یک سد پشت‌بنددار دال تخت

سدهای پشت‌بنددار، وزن بالایی دارند. به همین دلیل، کف آن‌ها معمولا مقداری به داخل زمین فرو می‌رود. سدهای پشت‌بنددار را می‌توان به عنوان نسخه اصلاح‌شده سدهای وزنی در نظر گرفت. به طور کلی، بتن زیادی در ساخت سدهای وزنی مصرف می‌شود. برای به حداقل رساندن مصرف بتن در سدهای پشت‌بنددار، نواحی بدون تنش (کم تنش) در سدهای وزنی حذف شده است. آب پشت دیوار به سد نیرو وارد می‌کند اما عدم انعطاف‌پذیری پشت‌بندها، مانع از افتادن سازه می‌شود.

انواع سد پشت‌بنددار بر اساس ساختار پشت‌بند عبارت هستند از:

  • دال تخت، پیوسته و طره‌ای
  • چندقوسی
  • چندگنبدی
  • ستونی
سد پشت بند دار چند گنبدی
نمونه‌ای از یک سد پشت‌بنددار چندگنبدی

هر چه ارتفاع سد پشت‌بنددار بیشتر باشد، تعداد پشت‌بندهای مورد استفاده نیز بیشتر خواهد بود. این نوع سد، برای نواحی با فونداسیون بسیار ضعیف مناسب است. مزایای سدهای پشت‌بنددار عبارت هستند از:

  • عدم نیاز به فونداسیون قوی
  • فعال کردن مقاومت عمودی پشت‌بندها با اعمال فشار آب به دیوار شیب‌دار و افزایش پایداری سد
  • ضریب ایمنی بسیار بالاتر از سدهای وزنی
  • عدم تاثیر فشار یخ به دلیل لغزش بر روی سطح شیب‌دار
  • امکان افزایش ابعاد سد
  • مصرف پایین بتن (یک‌سوم سدهای وزنی)
  • هزینه کم‌تر نسبت به سدهای وزنی
  • امکان راه‌اندازی تجهیزات تصفیه آب یا نیروگاه برق-آبی در فضای خالی بین پشت‌بندها

از معایب سدهای پشت‌بنددار نیز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • نیاز به نیروی کار ماهر به دلیل پیچیدگی قالب‌بندی
  • هزینه بالای قالب‌بندی و استفاده از میلگرد
  • احتمال فرسودگی و آسیب دال‌های نازک

سد خاکریزی چیست؟

«سد خاکریزی» (Embankment یا Levee)، با استفاده از جانمایی مواد مختلفی نظیر خاک، شن، رس یا سنگ و تراکم آن‌ها ساخته می‌شود. سدهای خاکی و سنگ‌ریزه‌ای از انواع شناخته‌شده سدهای خاکریزی هستند. ساختار این سدها از هسته نفوذناپذیر و پوشش طبیعی ساخته شده است. سدهای خاکریزی، نوعی از سدهای غیر صلب محسوب می‌شوند.

انواع سدهای خاکریزی عبارت هستند از:

  • سد خاکریزی همگن: این نوع سد، فقط از یک نوع خاک ساخته می‌شود. همگن بودن این سد، امکان نشت آب را افزایش می‌دهد. برای حل این مشکل می‌توان از خشکه‌چینی سنگ در سطح بالادست استفاده کرد.
  • سد خاکریزی ناهمگن: این نوع سد، از یک هسته نفوذناپذیر (رس، سیلت یا مخلوط این دو) با پوشش نفوذپذیر (خاک معمولی) ساخته می‌شود.
  • سد خاکریزی دیافراگمی: این نوع سد، از یک دیافراگم مرکزی نفوذناپذیر از جنس خاک، بتن، فولاد یا چوب ساخته می‌شود.

از مزایای اصلی سدهای خاکریزی می‌توان موارد زیر را نام برد:

  • در دسترس بودن مصالح
  • طراحی ساده، اجرای آسان و عدم نیاز به تجهیزات زیاد
  • امکان اجرای بر روی تمام فونداسیون
  • به حداقل رساندن نشت و نشست فونداسیون‌های ضعیف
  • هزینه پایین ساخت

معایب اصلی سدهای خاکریزی عبارت هستند از:

  • احتمال آسیب‌دیدگی بر اثر جریان‌های سنگین و نیاز به سازه‌های نگهبان
  • احتمال آسیب‌دیدگی فونداسیون در صورت تراکم نامناسب
  • نیاز به نگهداری و بررسی مداوم رشد گیاهان، هوازدگی، نشت و غیره
  • دشوار و نامناسب بودن برای ایجاد سرریز

جدول زیر، مقایسه کلی انواع سدها بر اساس ساختار را نمایش می‌دهد.

نوع (مصالح مورد استفاده) مقطع عرضی (دید از کناره‌ها) مقطع پلان (دید از بالا)
وزنی
قوسی
پشت‌بنددار
خاکریزی

انواع سد بر اساس کاربرد کدام هستند؟

در بخش‌های قبلی، انواع سدها را بر اساس مصالح مورد استفاده و ساختار معرفی کردیم. هر یک از این سدها برای یک یا چند کاربری مورد استفاده قرار می‌گیرند. به طور کلی، انواع سدها بر اساس کاربرد را می‌توان به موارد زیر تقسیم کرد:

  • مخزنی
  • انحرافی
  • تاخیری، رسوب‌گیر و اصلاحی
  • صندوقه ای
  • تلمبه ذخیره‌ای
  • زیرزمینی
  • باطله

کاربرد سد مخزنی چیست؟

«سدهای مخزنی» (Storage Dams)، به منظور ذخیره آب در فصل‌های بارندگی و آزادسازی آن در فصل‌های خشک یا هنگام افزایش نیاز به آب مورد استفاده قرار می‌گیرند. آب ذخیره شده در سدهای مخزنی را می‌توان برای مصارف خانگی، کشاورزی و تولید برق استفاده کرد.

در اکثر موارد، هدف اصلی از ساخت سد، ذخیره آب است. به این ترتیب، هنگام بحث کلی در مورد سدها، منظور سدهای مخزنی است؛ مگر اینکه به کاربری دیگری در بحث اشاره شده باشد.

کاربرد سد انحرافی چیست؟

«سدهای انحرافی» (Diversion Dams)، تمام جریان آب موجود در رودخانه را از مسیر اصلی به سمت مسیر مشخص شده منحرف می‌کنند. معمولا هدف اصلی در سدهای انحرافی، انتقال آب به آبراه‌های مصنوعی یا کانال‌ها برای مصارف کشاورزی، تولید برق و غیره است. سد تاریخی الکفره در کشور مصر را می‌توان به عنوان قدیمی‌ترین سد انحرافی شناخته شده در نظر گرفت.

سدهای انحرافی به صورت خاکی، پشتبنددار، قوسی و وزنی طراحی می‌شوند.

کاربرد سد تاخیری چیست؟

کاربرد اصلی «سدهای تاخیری» (Detention Dams)، کنترل سیلاب‌ها است. این سدها، با ذخیره آب در فصل‌های پربارش، از آسیب‌های احتمالی سیل به پایین دست جلوگیری می‌کنند.

کاربرد سد رسوب‌گیر چیست؟

«سدهای رسوب‌گیر» (Debris Dams)، نوعی از سدهای تاخیری هستند که به منظور جمع‌آوری رسوبات رودخانه مورد استفاده قرار می‌گیرند. شن، ماسه، سنگریزه، تکه‌چوب و مواد دیگر معمولا به همراه جریان آب حرکت می‌کنند. تجمع این مواد در پایین دست سدها می‌تواند باعث مشکلاتی نظیر فرسایش بستر رودخانه، تغییر جریان آب و غیره شود. سدهای رسوب‌گیر با نگه‌داشتن مواد رسوبی و زباله‌ها در بالادست، از رخ دادن مشکلات احتمالی جلوگیری می‌کنند.

کاربرد سد اصلاحی چیست؟

«سدهای اصلاحی» (Check Dams)، نوعی از سدهای تاخیری کوچک و در برخی از موارد، موقتی هستند که معمولا به منظور کاهش فرسایش از طریق کاهش سرعت جریان آب مورد استفاده قرار می‌گیرند. از کاربردهای دیگر سدهای اصلاحی، کنترل کیفیت آب و افزایش سطح آب زیرزمینی (در نواحی کم‌آب) است.

کاربرد فرازبند یا سد صندوقه ای چیست؟

فرازبندها یا «سدهای صندوقه‌ای» (Coffer Dam)، سازه‌های موقتی با عملکردی مشابه با سدهای انحرافی هستند. سدهای صندوقه‌ای، با انحراف جریان آب به یک مسیر دیگر، فضای مورد نیاز برای ساخت سد اصلی را فراهم می‌کنند. این نوع سدها معمولا در بالادست یا اطراف محل ساخت سد اصلی ساخته می‌شوند.

کاربرد سد تلمبه ذخیره ای چیست؟

سد یا در اصل «نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای» (Pumped-Storage Hydroelectricity)، نیروگاهی است که با ذخیره آب بالادست و پمپاژ آن به توربین‌ها، زمینه تولید برق را فراهم می‌کند.

کاربرد سد زیرزمینی چیست؟

«سدهای زیرزمینی» (Underground Dams) یا «سدهای آب زیرزمینی» (Groundwater Dams)، برای به دام اندختن و ذخیره آب زیرسطحی جهت استفاده در یک ناحیه خاص استفاده می‌شوند. در برخی از موارد، سدهای زیرزمینی به منظور جلوگیری از ورود آب شور به سفره‌های آب زیرزمینی مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربرد اصلی این سدها در مناطقی با ذخایر آب کم است.

کاربرد سد کمکی چیست؟

«سد زینی» (Saddle Dam)، یک نوع سد کمکی است که به منظور افزایش ذخیره مخزن اصلی یا محدود کردن محدوده مخزن برای افزایش بهره‌وری مورد استفاده قرار می‌گیرد. سدهای زینی معمولا در قعر دو تپه (به شکل زین) و عقب‌تر از سدهای اصلی ساخته می‌شوند. با سرازیر شدن آب از طرفین به درون این ناحیه و ذخیره آن، کنترل بر روی ذخیره مخزن اصلی افزایش می‌یابد.

کاربرد سد باطله چیست؟

«سدهای باطله» (Tailings Dams)، نوعی از سدهای خاکی هستند که به منظور جمع‌آوری باطله‌های حاصل از استخراج مواد معدنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. سدهای باطله معمولا با مقطع ذوزنقه‌ای شکل ساخته می‌شوند. برخلاف سدهای دیگر، ساخت این سدها در طول عمر معدن و به مرور صورت می‌گیرد. در ابتدای کار، یک پایه یا سد اولیه ساخته می‌شود و با پر کردن آن توسط مخلوط باطله و آب، ارتفاع آن افزایش می‌یابد.

کاربرد سد سلولی چیست؟

«سدهای سلولی» (Lock Dams)، بندهایی هستند که به منظور تغییر ارتفاع وسایل حمل و نقل آب مانند قایق و کشتی در یک کانال آب مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربرد آب‌شکن چیست؟

آب‌شکن‌ها یا «سدها جناحی» (Wing Dams)، به منظور تغییر سرعت جریان آب ساخته می‌شوند. آب‌شکن بر خلاف دیگر سدها، مسیر رودخانه را به طور کامل مسدود نمی‌کند؛ بلکه با بستن بخشی از مسیر، سرعت جریان آب در مرکز رودخانه را افزایش و سرعت جریان آب در کناره‌ها را کاهش می‌دهد. این عملکرد باعث کاهش نرخ تجمع رسوبات در رودخانه می‌شود.

سد طبیعی چگونه ساخته می‌شود؟

سدهای طبیعی،‌ بر اثر عوامل طبیعی نظیر انباشته شدن مذاب آتشفشان، رانش زمین یا زلزله به وجود می‌آیند. این سدها معمولا به همراه حوادث طبیعی ایجاد می‌شوند و بر روی ساختمان‌ها و تجهیزات انسانی تاثیر می‌گذارند. دریاچه‌های تشکیل‌شده از سدهای طبیعی، اغلب باعث رخ دادن سیلاب در مناطق مسکونی می‌شود. با این وجود، شکست این سدها می‌تواند آسیب‌های بیشتری را در پی داشته باشد.

مزایا و معایب سدسازی چه هستند؟

در بخش‌های قبلی با انواع سدها و کاربردهای آن‌ها آشنا شدید. تمام کاربری‌های سدها را می‌توان به عنوان مزایای سدسازی در نظر گرفت. این کاربری‌های عبارت هستند از:

  • تامین آب کشاورزی
  • تامین و کنترل آب آشامیدنی
  • تولید انرژی پاک (کاهش دی اکسید کربن)
  • کنترل سیل
  • جمع‌آوری باطله‌های معدنی برای جلوگیری از آسیب رسیدن به محیط زیست
  • ذخیره آب برای پرورش ماهی و دیگر آبزیان
  • حمل و نقل آبی
  • احیای زمین

در کنار مزایای معرفی‌شده، سدسازی بی‌رویه و غیر اصولی می‌تواند اثرات منفی زیادی بر روی زندگی انسان‌ها و محیط زیست داشته باشد. از مهم‌ترین معایب سدسازی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • زیر آب رفتن زمین‌های مسکونی و کشاورزی بر اثر آبگیری سدها و پرداخت هزینه به صاحبان زمین‌ها
  • ریسک‌های جانی و مالی بسیار بزرگ در صورت رخ دادن شکست در سد
  • هدررفت آب در صورت ذخیره بیش از اندزه (تبخیر یا جذب به صورت زیرزمینی) و رعایت نکردن الزامات
  • تحت تاثیر قرار دادن چرخه و محیط زندگی موجودات آبزی نظیر ماهی‌ها
  • افزایش فرسایش بستر رودخانه به دلیل جابجایی واریزه‌ها
  • کاهش تنوع و تولید مثل گونه‌های جانوری به دلیل کاهش جریان آب تازه

معرفی فیلم آموزش ساختمان‌های انتقال و توزیع آب

سد، یک سازه هیدرولیکی است که به منظور ذخیره و هدایت آب برای مصارف گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. طراحی سدها و سازه‌های مشابه برای انتقال و توزیع آب، یکی از حوزه‌های فعال در مهندسی عمران، آب و شهرسازی است. به منظور آشنایی دانشجویان، فارغ‌التحصیلان و علاقه‌مندان به یادگیری طراحی و حل مسائل سازه‌های هیدرولیکی، فرادرس، آموزشی را به مدت ۷ ساعت و ۳۴ دقیقه در قالب شش درس آماده کرده است.

درس یکم تا ششم این فرادرس به ترتیب به آموزش بررسی پایداری سد، طراحی کانال‌ها، معرفی ساختمان‌های انتقال آب، پرش هیدرولیکی، حوضچه آرامش، تنظیم‌کننده‌ها، آبگیرها و سازه‌های اندازه‌گیری آب می‌پردازد.

  • برای مشاهده فیلم آموزش ساختمان‌های انتقال و توزیع آب (مرور و حل تست) + اینجا کلیک کنید.

عوامل موثر بر انتخاب نوع سد کدام هستند؟

انتخاب مناسب‌ترین و اقتصادی‌ترین گزینه، اولین مرحله در سدسازی است. به طور کلی، عواملی نظیر توپوگرافی (هندسه زمین)، خصوصیات ژئومکانیکی زمین (شرایط زمین‌شناسی و مقاومت بستر)، مصالح موجود، ابعاد و محل سرریز، شرایط لرزه‌خیزی، ارتفاع مورد نیاز، هزینه ساخت، تعمیر، نگهداری، طول عمر و ظاهر بر روی نوع سدهای انتخابی تاثیرگذار هستند. در ادامه، به معرفی هر یک از این موارد می‌پردازیم.

تاثیر توپوگرافی بر انتخاب نوع سد چیست؟

توپوگرافی و هندسه زمین در ناحیه مورد نظر، اولین عامل موثر بر انتخاب نوع سدها است. این عامل، گزینه‌های موجود را به سه گروه زیر تقسیم‌بندی می‌کند:

  • دره باریک U شکل: برای جریان‌های کم‌عرض با دیواره‌های سنگی بلند، سدهای سرریز بتنی گزینه مناسبی هستند.
  • دره کم ارتفاع: برای بسترهای کم ارتفاع و تقریبا مسطح، سدهای خاکی با سرریزهای مجزا می‌توانند گزینه مناسبی باشند.
  • دره باریک V شکل: سدهای قوسی، بهترین گزینه برای دره‌های کم‌عرض با دیواره‌های پرشیب هستند.

البته باید موارد بالا را به عنوان پیشنهادهای اولیه در نظر گرفت و با بررسی عوامل دیگر، صحت آن‌ها را مورد بررسی قرار داد.

تاثیر شرایط زمین شناسی و فونداسیون بر انتخاب نوع سد چیست؟

به منظور تعیین وضعیت زمین‌شناسی و فونداسیون، ابتدا باید چندین برداشت زمین‌شناسی دقیق و مفصل در محل‌های پیشنهادی انجام شود. فونداسیون، اهمیت بالایی در انتخاب نوع سدها دارد؛ چراکه وظیفه تحمل وزن سد بر عهده این بخش از زمین است. به طور کلی، فونداسیون رودخانه را می‌توان به گروه‌های زیر تقسیم‌بندی کرد:

  • فونداسیون سنگ سخت: سنگ‌هایی نظیر گرانیت دارای ساختار یکپارچه و ظرفیت باربری بسیار بالا هستند. فونداسیون سنگ سخت، امکان ساخت هر نوع سدی را فراهم می‌کند.
  • فونداسیون سنگ‌دانه: رودخانه‌هایی با بستر سنگدانه‌ای، گزینه مناسبی برای ساخت سدهای خاکریزی و سنگریزه‌ای هستند.
  • فونداسیون لای و ماسه ریز: در زمین‌هایی با مواد ریز، سدهای خاکی یا سدهای وزنی با ارتفاع کم می‌توانند گزینه‌های مناسبی باشند.
  • فونداسیون رسی: در زمین‌های رسی، احتمال رخ دادن نشست بسیار زیاد است.به این ترتیب، ساخت سدهای وزنی یا سنگ‌ریزه‌ای در این نواحی مناسب نخواهد بود. در این شرایط، معمولا از سدهای خاکی با اصلاحات خاص استفاده می‌شود.

تاثیر مصالح موجود بر انتخاب نوع سد چیست؟

مصالح موجود، یکی از عوامل مهم در انتخاب نوع سدها و همچنین هزینه تمام‌شده آن‌ها است. برای صرفه‌جویی در هزینه‌ها، باید از مصالحی استفاده کرد که در فواصل نزدیک به پروژه، موجود بوده و به راحتی قابل انتقال باشند.

تاثیر نوع، ابعاد و محل سرریز بر انتخاب نوع سد چیست؟

وظیفه سرریز، تخلیه آب اضافی در مخزن است. ظرفیت سرریز، به مقدار جریان عبوری مورد نیاز و مقدار سیلاب‌های مورد انتظار بستگی دارد. به همین دلیل، تاثیر نوع، ابعاد و ظرفیت سرریز برای رودخانه‌هایی با احتمال سیلاب‌های بزرگ، بیشتر خواهد بود. دسترسی به محل سرریز نیز در انتخاب نوع سدها بسیار مهم است. معمولا در اکثر سدهای خاکریزی، به دلیل عدم امکان ساخت سرریزهای مجزا، آب از روی تاج سد عبور می‌کند. بنابراین، در صورتی که ظرفیت طراحی سرریز از مقدار محاسبه شده برای این سدها کمتر باشد، باید گزینه‌های دیگر را مد نظر قرار داد.

تاثیر زلزله بر انتخاب نوع سد چیست؟

شکست سد می‌تواند زیان‌های جانی و مالی جبران‌ناپذیری را در پی داشته باشد. یکی از عوامل موثر بر شکست سد، تاثیر بارهای دینامیک، مخصوصا بارهای ناشی از زلزله است. از این‌رو، در صورت قرارگیری سد درون ناحیه لرزه‌خیز، طراحی آن باید با در نظر گرفتن نیروهای زلزله و اصول دینامیک سازه انجام شود. بهترین نوع سد برای مقاومت در برابر بارهای زلزله، سدهای خاکی و بتنی وزنی هستند.

تاثیر ارتفاع بر انتخاب نوع سد چیست؟

بهره‌وری سدها برای ارتفاع‌های مختلف، متفاوت است. سدهای خاکی با ارتفاع‌های بیشتر از 30 متر اجرا نمی‌شوند. به منظور احداث سد برای ارتفاع‌های بیشتر، سدهای وزنی و قوسی گزینه‌های مناسبی خواهند بود.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

حسین زبرجدی دانا (+)

«حسین زبرجدی دانا»، کارشناس ارشد مهندسی استخراج معدن است. فعالیت‌های علمی او در زمینه تحلیل عددی سازه‌های مهندسی بوده و در حال حاضر آموزش‌های مهندسی عمران، معدن و ژئوتکنیک مجله فرادرس را می‌نویسد.

بر اساس رای 3 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *