پروژه سد خاکی

چکیده:

بررسی کارشناسی در سطح کلی و بین المللی نشانگر این است که کره زمین در سالهای نه چندان دور با بحران جدی در رابطه با تأمین اب مطمئن و قابل مصرف  روبرو خواهد شد . . لذا اتخاذ روشهای اصولی و عملی در زمینه توسعه حفاظت و بهره برداری و مدیریت منابع اب امری اجتناب ناپذیر است .

بر این اساس لازم است . متدهای عملی استحصال اب که کمترین اثرات مخرب زیست محیطی را داشته و نیز هدر رفت آب را به حداقل برسانند و توسعه یابند .

امروزه در جهان سدهای زیر زمینی جهت توسعه و جلوگیری از خروج بدون استفاده منابع اب قابل مصرف به خصوص در نواحی خشک و نیمه خشک مورد توجه قرار گرفته اند .

ایران به علت اقلیم گرم و خشک و نیمه خشک که دارد همواره دغدغه آب داشته اند لذا در مناطقی که دارای آب زیر زمینی و بستر مناسب هستند ، احداث سدهای زیر زمینی می تواند یکی از گزینه های مطلوب باشد . . لازم به ذکر است که فن استفاده از جریانات ابهای زیر سطحی از ابتکارات ایرانیان بوده و سابقه استفاده از ابهای زیر زمینی به صورتهای مختلف از جمله قناتها و کاریزها از دیر باز در کشور ما وجود داشته است . اما تا کنون در خصوص احداث سدهای زیر زمینی مطالعه جدی به عمل نیامده است .

در این مقاله بطورمختصر به معرفی و شناخت سدهای زیر زمینی و شرایط مورد نیاز جهت مطالعه و احداث انها در مناطق مختلف پرداخته شده و مزایاو معایب و اهداف حاصله از اجرای آنها تشریح گردیده است ودراختیار دانشجویان عمران قرار داده شده است.به امیدروزی که یکی ازهمین دانشجویان باعث وبانی ساخت یکی از سدهای زیرزمینی درکشور باشد.

مقدمه:

هنگامی که بارندگی اتفاق می افتد .مقداری ازآن جاری می شود  (رواناب سطحی ) و به رودخانه ها و دریاها می پیونددو مقداری نیز تبخیر شده و به جو باز گردانده می شود  و حدود شش درصد آن نیز به زمین نفوذ می نماید وتشکیل سفره های اب زیر زمینی را می دهد . بدون شک می توان گفت در هر جایی که بارندگی اتفاق می افتد منابع آب زیر زمینی نیز در آنجا موجود می باشد . ابهای زیر زمینی در واقع بخشی از آبهای سطحی اند که به طور طبیعی از طریق چشمه به سطح زمین راه می یابند . و یا توسط چاه و قنات و....از سفرهای زیر زمینی استخراج می شوند .این آبها یکی از منابع مهم تأمین آب شیرین مورد نیاز بوده که معمولا عاری از ارگانیسم های بیماری زا بوده و احتیاج به تصفیه خاصی ندارند . انها همچنین بی رنگ و فاقد ترکیب شیمیایی هستند و دمای انها نیز ثابت است . و غالبا" تحت تأثیر خشک سالیهای کوتاه مدت قرار نگرفته و در بیشتر نقاطی که آبهای سطحی قابل اطمینانی ندارند یافت می شوند .همچنین آلودگی های سطحی نیز تأثیر کمی روی آبهای زیر زمینی دارند . امروزه پدیده نشست زمین و تغییر کیفیت منابع آب ، پایین افتادن سطح ایستابی سفره های زیر زمینی و پیشروی آب شود در حاشیه کویرهاو از اثرات خانمان سوز برداشت بی رویه از این منابع گرانبها به شمار می ایند . در مناطق خشک و گرم ، آبهای زیر زمینی به دلیل کم بودن میزان بارش و رواناب حاصل از آن و بالا بودن میزان تبخیر همواره از اهمیت بالایی برخوردار می باشد.

سطح ایستایی:

حد فوقانی منطقه اشباع از آب است که در مطالعات آبهای زیر زمینی و پیش بینی وبهره برداری از چاههاو همچنین تغییرات آب چشمه ها ، رودخانه ها ، و دریاچه ها از اهمیت زیادی برخوردار است .

لایه های نفوذ ناپذیر :

 لایه هایی در زیر زمین هستند از جنس سنگ یا رس که هنگامی که آب به آنها می رسد نمی توانند عبور کنند و یا با کندی مواجه می شود . لایه های نفوذ ناپذیر مانند سطح زمین دارای پستی و بلندی می باشند .

سیستم آبخوان :

سفره های اب زیر زمینی هم مانند یک سیستم عمل می کنند . یعنی تعدادی ورودی و تعدادی هم به عنوان فاکتورهای خروجی دارند . هرگاه که این ورودیها بیشتر از خروجهاباشد و یا بر عکس خروجها  بیشتر از ورودیها باشد معادله سیستم به هم می خورد و دچار مشکل خواهد شد .

ورودی های سیستم :

1- اصلی ترین ورودی سیستم نفوذ مستقیم آب باران به زمین می باشد .

2-  آبهای جاری انهار ، برگه ها ؛ رودخانه ها و مسیل ها در مسیر و بستر خود به زمین نفوذ می کنند .

3-آبهای زراعی مصرف شده در مزراع پس از مشروب نمودن زمین به درون زمین نفوذ می کنند

4- آبهای لوله کشی شهری و روستایی بعد از مصرف به صورت فاضلاب به درون زمین نفوذ می کنند.

تمامی این آبها پس از نفوذ در اثر نیروی زمین به سمت یک هدف و آن تأمین ترین نقطه تراز ممکن حرکت می کنند تا به لایه نفوذ ناپذیر برسند و سپس بر روی هم انباشته شده و سیستم آبخوان را تشکیل می دهد .

خروجی های سیستم :

خروجی های سیستم می توانند قنوات – چاههای عمیق و نیمه عمیق – چشمه و غیره و.... باشند.

مشکلات سیستم :

الف) بالا آمدگی سطح ایستابی:

هنگامی که آب ورودی سیستم بیش از میزان خروج باشد سطح ایستابی بالا آمده و باعث ایجاد خسارتهایی می شود از جمله نمناک شدن کف اتاقها – جمع شدن آب در طویله روستاییان – نمور و تخریب شدن دیوارها – آلوده شدن آبهای زیر زمینی با فاضلاب های خانگی – افزایش بیماریهای ناشی از آب-کاهش راندمان زراعی و.......

راهکارها:

بازهکشی سطحی و زیر زمینی و پمپاژو خارج کردن آبهای زیر زمینی مازاد و انتقال آن به دیگر مناطق می توان از خسارتهای بالا آمدن آب زیر زمینی جلوگیری کرد .

ب) پایین رفتن سطح آب :

هنگامی که میزان خروج بیشتر از میزان ورودی می باشد سطح ایستابی پایین آمده و باعث خسارتهایی از جمله خشک شدن چاههای عمیق و نیمه عمیق ، قناتها ، چشمه ها ، خشکسالی و کاهش راندمان زراعی – شوری آب چاهها در اثر پیشروی جبهه آب شور در حاشیه کویر و...

راهکارها :

تغذیه سیستم آبخوان به روشهای مختلف می باشد که یکی از این روشها برای تغذیه سیستم آبخوان احداث سدهای زیر زمینی می باشد .

تعریف سد زیر زمینی :

سدهای معمولی را در مقابل جریان سطحی رودخانه ها می سازند تا آبها را در مخزن خود و در پشت سد جمع آوری کرده و به هدف برسانند. سد زیر زمینی در حقیقت عکس سدهای معمولی است و ارتفاع آن نیز معمولا" بالاتر از سطح رودخانه نخواهد بود . با خاکبرداری بستر رودخانه و پر کردن آن با خاکها و مواد نفوذ ناپذیر و ایجاد لایه های نفوذ ناپذیر در مقابل جریان یک مخزن زیر زمینی را ایجاد می کنند . در بالا دست نیز کف بستر رودخانه را برداشته و یا باقلوه سنگها به گونه ای سنگ چینی می کنند که قسمت عمده ای از جریان ظاهری رودخانه در بستر نفوذ نموده و به اصطلاح غرق شود و آب غرق شده  در حقیقت به آبخوان افزوده گردد .

 

تاریخچه سدهای زیر زمینی :

مهندسی سد جزئی جدا نشدنی از تمدن بشریت است . چرا که سدهایی که برای تأمین آب احداث شده اند بدون شک از اولین سازه های ساخته شده توسط انسان به حساب می آیند و همانطور که شواهد در مهد های تمدن بابل – مصر- ایران- و شرق اروپا نشان می دهد سدها حداقل از پنج هزار سال قبل در خدمت تمدن بشری بوده اند . نمونه هایی از سدهای زیر زمینی در ایران و جزیره ساردینا در زمان رومیان ساخته شده است . ولی رشد و تکوین سدهای زیر زمینی به صورت علمی از قرن بیستم آغاز گردیده و در سه دهه اخیر بین کشورهای جهان رشد بسیاری کرده است .  لازم به ذکر است فن استفاده از جریانات آب زیر سطحی بویژه سدهای زیر زمینی و قناتها از ابتکارات ایرانیان بوده و علی رقم آنکه شرایط توپوگرافی و اقلیمی ایران در بسیاری از مناطق پتانسیل بالایی ایجاد سدهای زیر زمینی را نشان می دهد . و سابقه و اهمیت دیرینه استفاده از آبهای زیر زمینی به صورتهای مختلف از جمله قناتها و کاریزها نیز در کشور ما وجود دارد . اما تا کنون در مورد احداث سدهای زیر زمینی مطالعات جدی به عمل نیامده است .

همچنین قابل ذکر است که یکی از قدیمی ترین سدهای زیر زمینی جهان در میمه اصفهان و در نزدیکی کاشان احداث شده است . این سد زیر زمینی 9 متر ارتفاع داشته و قادر به ذخیره حدود 270 هزار متر مکعب آب ، برای مصرف در دوره آبیاری و خشکسالی بوده است . همچنین در حال حاضر در کشور چندین سد زیر زمینی در حال ساخت وجود دارد که می توان از آن جمله سد زیرزمینی خرانق شهرستان اردکان یزد را نام برد و چند سد زیر زمینی نیز به مرحله بهره برداری رسیده اند . از جمله سد زیر زمینی کهنوج در استان کرمان . این سد به عرض چهل متر و ارتفاع دوازده متر در شیب چهار درصد با هسته رسی ساخته شده که حجم ذخیره آن 10000 هزار متر مکعب می باشد . و جهت تأمین آب شرب منطقه می باشد . همچنین در دیگر کشورهای جهان مانند تایلند- تانزاینا – چین – ژاپن و برزیل نمونه های ساخته شده که در ادامه ذکر می نماییم .

محاسن سدهای زیرزمینی :

1-      هزینه ساخت بسیار پایین نسبت به سدهای رو زمینی

2-      تبخیر آب این سدها نسبت به سدهای روزمینی بسیار کمتر می باشد .

3-      کم بودن خطر شکست سدهای زیر زمینی در مقایسه با سدهای رو زمینی .

4-      طولانی تر بودن عمر سدهای زیر زمینی در صورت اجرای صحیح و در نظر گرفتن نکات لازم

5-      بهداشتی تر بودن اب در سدهای زیر زمینی به علت گندزدایی از میکروب و ویروسهایی که اغلب در آبهای پشت سدها وجود دارد .

6-      ممانعت در مقابل هجوم آب شور دریا ها و یا ورود آبهای آلوده به حوضه آبهای سالم .

7-      نزدیک بودن سد به محل مصرف .

8-      تکنولوژی ساخت بسیار ساده .

9-      توزیع آب بسیار ارزان تر از توزیع آب در سدهای روزمینی است که توسط لوله کشی و تصفیف  خانه انجام می شود .

10-  در صورت در نظر گرفتن ملاحظات طراحی و جلوگیری از زیر آب رفتن سطح  مخزن – از سطح مخزن به عنوان اراضی در مواقع کمبود اراضی استفاده کرد .

11-  سدهای زیر زمینی روشی جهت بهره برداری بهینه از منابع آب موجود می باشند که نه تنها باعث جلوگیری از هدر رفتن آبهای زیر زمینی میگردند بلکه تأثیر این سدها در مهار آبهای زیر سطحی قابل مقایسه با همان نقشی است که سدهای رو زمینی نسبت به کنترل رواناب های سطحی در مسیلها و رودخانه ها دارند . به طوریکه جریان های آب زیر سطحی که ساکن نبوده و در فصول نیمه آبیاری از دسترس خارج می شوند می توانند متناسب با ابعاد طرح در مخزن سد زیر زمینی ذخیره و در زمان مناسب و با راندمان بیشتر که به علت بالا رفتن سطح آب در سفره های زیر زمینی حاصل می گردد مورد بهره برداری قرار گیرند .

هدف از اجرای سدهای زیر زمینی :

1-ممانعت از فرار آبهای زیر زمینی و خروج از حوضه

2- از هرز روی و تبخیر آب جلوگیری شود.

3- ایجاد یک منبع ذخیره مطمئن و همیشگی در تأمین آب.

4- بدور بودن از آلودگیهای شیمیایی و میکروب آبهای سطحی.

5- امکان تصفیه فیزیکی و مکانیکی به علت لایه های متخلخل آبرفتی در زمین

6- جلوگیری از فرسایش خاک و جابه جایی رسوبات و پایداری خاک.

7- تقویت آبخوان و تغذیه سفره های بالا دست .

موارد کاربرد سدهای زیر زمینی :

الف) ذخیره آب زیر زمینی (تأمین آب مصرفی ):

در کشور ما این نوع سدها را می توان جهت تامین آب کشاورزی و همچنین آب شرب نقاط ساحلی به کار برد . اما معمولا" به علت پایین بودن حجم ذخیره مخازن و بالا بودن هزینه ساخت آنها نسبت به سایر سازه های آبی بیشتر با انتقال آب از حوضه های مجاور نیاز آبی مناطق مورد نظر تأمین می گردد. همچنین این نوع سازه ها در دنیا برای تامین آب کشاورزی و شرب و همچنین تغذیه مصنوعی کاربرد دارند . باید توجه داشت که سدهای زیر زمینی در ابعاد و اندازه های مختلفی اجرا شده و مورد استفاده قرار می گیرند . لذا کوچک بودن ابعاد آن دلیل کم اهمیت بودن نبوده و در بسیاری از مناطق به علت آنکه تنها منبع تامین آب بشمارمی آیند از اهمیت زیاد و حیاتی برخوردارند ..

ب) جلوگیری از نفوذ آب شور به مخازن اب شیرین در کنار سواحل و دشت نمک

اینگونه سدها معمولا  در مناطق ساحلی و دشتهای نمک و جزایر ساخته می شوند . در این مناطق در اثر برداشت آب زیر زمینی تراز اب پایین آمده و به علت افزایش گرادیان هیدرولیکی ، آب شور وارد مخازن شیرین زیر زمینی شده و استفاده از آبهای زیر زمینی را محدود و غیر ممکن می کند . سدهای ناکاجیما  در ژاپن و بانگ تو در تایلند نمونه هایی از این سدها هستند . از کاربرد جانبی این سدها می توان کنترل سیلابها ، افزایش کیفیت  آب زیر زمینی و جلوگیری از فرسایش خاک اشاره نمود .

ج) مدیریت منابع آب :

در بعضی مواقع که چشمه اصلی و یا مادر چاه و قناتها در یک منطقه با بحران آب مواجه می شود . می توان با احداث سدهای زیر زمینی و مسدود کردن چند چشمه یا قنات آب آنها را به سمت چشمه اصلی یا مادر چاه  قناتها هدایت کرد و مانع خشک شدن آنها شد .

انواع مخازن آب زیرزمینی :

الف) سفره ها یا مجموعه های آبی که در محیط هایی با تخلخل بین دندانه ا ی تشکیل می شوند و اکثر مخازن زیرزمینی که ازلحاظ بهره برداری اهمیت بیشتری دارند  در این سری از مخازن واقع شده اند که در شکل به صورت شماتیک نمایش داده شده است.

سفره های آب زیرزمینی خود به دو قسمت تقسیم می شوند :

1- سفره های آزاد : در این نوع سطح ایستابی همان سطح فوقانی منطقه اشباع بوده و مقدار فشار در سطح ایستابی برابر فشار اتمسفر می باشد .

سفره های تحت فشار : به سفره های آرتزین یا محصور معروفند و در محلهایی تشکیل می شوند که اب زیرزمینی توسط لایه ای نسبتآ" نفوذ ناپذیر  از بالا محدود شده و در نتیجه آن  آب زیر زمینی تحت فشاری بیش از فشار اتمسفری دارد .

ب) گروه دوم مخازنی هستندکه در لایه های شکافدار، توده های آهکی و دولومیتی و همچنین بر اساس اطلاعاتی که در چند سال اخیر بدست آمده در توده های باز التی شکافدار تشکیل می شوند .مجموعه این مخازن  به عنوان هیدروژئولوژی کارستیک شناسایی می شوند که به جای یک سفره زیر زمینی گسترده پیوسته یک مجموعه از شکافهای مرتبط که بعد عبور جریان آب است را به وجود می اورد . برای نمونه این نوع مخازن می توان غار آبی علی صدر در همدان را اشاره نمود شکل زیر به صورت شماتیک این مخازن را نمایش می دهد

 

الف ) طبیعی :

لایه های نفوذ پذیر همانطور که قبلا گفته شد از سنگ یا رس تشکیل شده اند که حرکت آب در برخورد با آنها با کندی مواجه شده  ویا قطع می شود . این لایه ها همانند سطح زمین دارای پستی و بلندی می باشند که حاصل حرکت گسلها – آتش فشانها – حرکتهای پوسته ای و.... هستند هنگامی که آبهای زیر زمینی در هنگام حرکت در شیب زمین به یک لایه نفوذ ناپذیر بلند با ارتفاع زیاد برخورد می کنند از حرکت باز ایستاده و در پشت لایه نفوذ ناپذیر که به عنوان سد زیر زمینی عمل می کند جمع میشوند شکل روبرو به صورت شماتیک یک سد زیر زمینی طبیعی را نمایش می دهد .

ب) سدهای مصنوعی :

سدهایی هستند که ساخته دست بشر هستند و به دو دسته مدفون و نیمه مدفون تقسیم می شوند .

ب-1 ) سدهای مدفون :

این نوع سدها شامل دیواره ای هستند که به طور کامل داخل زمین قرار گرفته اند و مخزن آن در داخل آبرفت بالا دست تشکیل می گردد . اکثر سدهای زیر زمینی از این نوع هستند . سدهای مدفون به دو دسته نزدیک سطح زمین و در اعماق زمین تقسیم می شوند .

ب-1-1) سدهای مدفون نزدیک سطح زمین :

لایه نفوذناپذیر مصنوعی هستند که عمود بر مسیر آب زیرزمینی  قرار گرفته اند و ارتفاع آن از سطح زمین بالاتر نمی آید .

ب -1-2-) سدهای مدفون در اعماق زمین :

در بعضی مواقع به منظور جلوگیری از خروج آب قنوات در زمان غیر ابیاری وزمستان می توان در محل مناسبی از مسیرقنات اقدام به احداث سد زیرزمینی نمود و آب مازاد را در داخل سفره بالا دست ان ذخیره ساخت . این روش به طور سنتی در بعضی از نقاط کشور به کار گرفته شده است . همچنین با احداث این گونه سدها می توان مسیر برخی از چشمه ها و قناتها را مسدود کرد و اب انها را به سمت چشمه اصلی و مادر چاه قناتها هدایت نمود .

ب-2) سدهای نیمه مدفون )

در سدهای نیمه مدفون دیواره نفوذناپذیر غالبا" تا ارتفاع بالاتری از سطح زمین نیز امتداد پیدا می کند که این نوع سدها می توانند علاوه بر یک مخزن زر زمینی با ایجاد یک مخزن معلق سطحی و رسوب گیری جریان رودخانه یا سیل بر حجم مخزن زیر سطحی خود بیفزاید و آن را توسعه دهد  بنابراین برای کنترل سیل نیز مناسب خواهند بود . نمونه ای از این سدها در ژاپن ( سد نیمه مدفون جوگین) .ساخته شده او مورد بهره برداری قرار گرفته است .شکل روبرو شماتیک یک سد زیر زمینی نیمه مدفون نمایش داده شده است .

انواع سدهای زیر زمینی از لحاظ نوع مصالح به کار رفته :

مصالح به کار رفته در سدهای زیر زمینی باید مصالحی باشند که در مقابل رطوبت مقاومت زیادی داشته باشند . متداولترین سدهای زیر زمینی که ساخته شده و یا در دست احداث می باشند سدهای زیر زمینی با هسته رسی متراکم شده است و یا سدهای زیر زمینی محافظت شده  با ورق های قیراندود و یا پلاستیکی می باشند . که در ادامه نحوه ساخت این سدها توضیح داده خواهد شد .

طراحی سدهای زیر زمینی :

الف) مطالعات احداث سد :

دره های کوچک v یا u شکل مکان های مناسبی جهت احداث سدهای زیر زمینی می باشند که با انجام مطالعات دورفولوژیکی ،زمین شناسی ،هیدرولوژیکی و بهره گیری از دانش ژئوفیزیک نسبت به شناخت محلهای مناسب انها می توان اقدام نمود. اصول اجرای سدهای زیرزمینی سنتی برا ی ایجاد دیواره های غیر قابل نفوذ به منظور جلوگیری از فرار اب زیر زمینی می باشد . بگونه ای که با مطالعات فیزیکی و تعین سنگ بستر ، تعیین ضخامت نهشته های ابرفتی ، تعیین سطح استابی ، ضخامت لایه آبی ؛ شرایط نفوذ پذیری سفره ، مطالعات چینه  شناسی ، و سنگ شناسی به مکانیابی و تعیین محل مناسب سدهای زیر زمینی پرداخته می شود . بدیهی است دره های کم عرض V شکل و آبرفتهای کوهستانی مشرف به مخروطه افکنه ها بهترین نواحی احداث این قبیل سدها می باشند . از نظر زمین شناسی لایه های آبرفتی با ضخامت کم و لایه های نفوذ ناپذیر سنگ بستر نزدیکتر به سطح زمین به همراه حرکت آبهای زیر زمینی در جهت شیب هدرولیکی به عنوان بهترین شرایط مناسب در پتانسیل یابی سدهای زیر زمینی محسوب می شوند . بنابراین با بهره گیری از تکنیک های اکتشاف منابع تحت لارضی مشتمل بر دانش زمین شناسی یا رئوفیزیک و حتی سنجش از راه دور امروزه می توان علاوه بر روشهای معمول یعنی تامین اب به صورت حفر چاههای عمیق و نیمه عمیق و قنوات که به استحصال اب سفره های زیرزمینی منجر می شود ، با استفاده از فنون جدید مهندسی به منابع جدیدی جهت استعمال ابهای زیر زمینی دست یافت ، همچنین تعیین شکستگیها و درزهای تکتونیزه ، وجود زمین لغزشهای احتمالی و تعیین دقیق شیب گرادیان هیدرولیک اب زیر زمینی و تغییرات مسیر و انشعابات فرعی آن از دیگر مواردی است که باید در مطالعات مربوط به انتخاب محل سدهای زیر زمنی مشخص شود .

به طورکلی مطالعات احداث سدهای زیر زمینی در دو مرحله مطالعاتی به شرح زیر انجام می شود .

الف) مطالعات مقدماتی

شامل جمع آوری اطلاعات مربوط به عکس هوایی ، نقشه های توپوگرافی ، زمین شناسی ، اطلاعات مربوط به تراز آب زیر زمینی ، آورد سالانه آبهای زیر زمینی و سطحی در منطقه ، وضعیت سیلابهای محتمل ؛ اطلاعات مربوط به بارشهای منطقه ؛ آزمایشات ژئوفیزیک و......

الف -2) مطالعات تکمیلی :

شامل اطلاعات مربوط به نوسانات فصلی آبهای زیر زمینی حفر گمانه جهت تعیین عمق و خصوصیات سنگ کف ، تعیین ضخامت ابرفت و نهایتا" رسم پروفیلهای طولی و عرضی ابراهه ها می باشد . لازم به ذکر است انجام مطالعات در زمان اجرا و حتی بعد از آن نیز ادامه می یابد و در حین اجرا دیواره آببند سد می بایست به طور منظم از بدنه سد و تکیه گاهها به خصوص در محل اتصال دیواره آب بند به سنگ کف  مغزه گیری به عمل آید و آزمایشات متعددی جهت بررسی کسفت مغزه و کنترل و اطمینان از صحت  اجرای عملیات صورت پذیرد که به منظور ایجاد اتصال مناسب بین دیوار آب بند و سنگ کف می بایست دیواره حداقل 20 سانتی متر در سنگ کف فرو رود.

ب) مکانیابی سدهای زیرزمینی :

پس از مرحله مطالعات مقدماتی و شرایط مطلوب برای احداث سدهای زیر زمینی حال باید مکان مناسب برای احداث سد زیر زمینی را جستجو کرد . در مکانیابی باید به توپوگرافی حوضه و زمین شناسی حوضه توجهی خاص داشت .

ب- 1) توپوگرافی حوضه :

حوزه باید دارای اقلیم خشک یا نیمه خشک باشد 2- شیب زمین باید کمتر از 5% باشد که این خصوصیت بیشتر در دره ها یا رودخانه های باریک و یکدست یافت می شود  3- سدهای زیر زمینی را می توان در خروجی دشتها و یا در محل گسلها نیز احداث نمود .4- بهترین حوضه ها جهت احداث سدهای زیر زمینی باید دارای یک مسیر خروجی آب زیر زمینی باد . 5- بستر نفوذ ناپذیر به فاصله کمی از سطح زمین 6- لایه های زمین با خلل و فرج زیاد و ضخامت کافی برای ذخیره مناسب و هر چه بیشتر آب 7- کمترین فاصله تا محل مصرف.

ب-2 ) زمین شناسی حوضه :

لیتولوژی : سنگ کف و دیواره های مخزن باید به گونه ای باشد که آبگذاری نداشته باشد . این کار با انجام عملیات ژئوتکنیک که شامل حفاری گمانه های اکتشافی و ازمایش لوژان در محل احداث سد و در محوطه سد امکانپذیر می باشد .

تکتونیک : با توجه به اینکه اکثر تنگه ها و دره ها مناسب سد سازی در نواحی کوهستانی که در اثر پدیده های کوهزایی و عمدتا" گسلی به وجود آمده اند واقع می باشند  منطقه مورد نظر می بایست تحت کاوشهای ژئوفیزیک قرار گیرد و اطلاعات پروفیلها مختلف طولی و عرضی تهیه شده با گمانه های شناسایی مورد بررسی قرار گیرد .

آبرفت محل سد : از عوامل مهم قابل اجرا بودن یک سد زیر زمینی  نفوذ پذیری ابرفت و قابلیت ذخیره سازی و بازدهی سفره است . در محلهای خروجی دشتها به دلیل بعد مسافت و کم شدن توپوگرافی و عبور جریان سطحی و فصلی و دائمی  عمدتا" آبرفتهای ریزدانه هستند . لیکن سیلابهای عظیم در بعضی از سنوات لایه های درشت دانه به جا گذاشته که بایستی آن پدیده با ضخامت لایه آبدار و عمق سنگ کف در ان ناحیه و با حفر گمانه های اکتشافی مورد بررسی قرار گیرد . عواملی از قبیل ضخامت قسمت خالی سفره بالا دست محور و جنس رسوبات در راندمان ذخیره و آبدهی و عواملی مانند شیب آبراهه و سطح مقطع خروجی در هزینه های اجرایی طرح بسیار موثر می باشند.

ج) ساخت سدهای زیر زمینی :

اولین اقدام در ساخت سدهای زیر زمینی حفر گدوالی عمود بر مسیر حرکت آبهای زیر زمینی و یا بستر رودخانه است . در آبرفت های ماسه ای خشک با خاصیت چسبندگی کم و مناطق شنی به علت ناپایداری شنها امکان فروریزی دیواره  تراشنه ها وجود دارد و حفاری را با مشکل مواجه می کند . با این وجود آبرفتهای ماسه ای برای مکان سد مطلوب هستند ..چون سطح آب زیر زمینی براحتی در انها دیده میشود و می توان با پمپ کردن سطح آب را پایین نگه داشت . معمولا زمان احداث سدهای زیر زمینی در پایان فصل خشک می باشد . که سطح آب زیر زمینی پایین می باشد . و عملیات اجرایی به سهولت بیشتری همراه خواهد بود . مصالح معرفه در احداث سدهای زیر زمینی با توجه به سه پارامتر 1-منبع قرضه موجود در منطقه 2- هزینه های مصرفی 3- سهولت انجام کار تعیین می شود هرچند از مواد ساختمانی مختلفی برای احداث سد می توان استفاده کردا ما تنها احتیاج به آب بند کردن  دیواره های سد می باشد . سیستم آب بند یا بدنه اصلی سد در سدهای بزرگ به روشهای مختلفی مانند رس متراکم شده – ورق های قیراندود- پرده تزریق و دیوار آب بند بتنی اجرا گردد. در نمونه های کوچک سدهای زیر زمینی جهت اجرای دیوار اب بند از مصالح بنایی مثل آجر – ملات ماسه و سیمان و حتی مواد ژئوتکستایل به عنوان عامل آب بند کننده استفاده می شود . لازم به ذکر است جهت اجرای دیواره اببدبا ابعاد بزرگ به دستگاهها و ماشین آلاتی با قدرت بالا مانند هدروفرز- کلامشل – گراب باکت – یا اورگرهای قدرتمند – نیاز است . و این نکته باید در بررسی های امکان سنجی و اقتصادی پروژه مورد توجه قرار گیرد . از طرف دیگر تهیه بتن مناسب جهت پر کردن تراشنه های حفر شده به طوری که نتواند در عین دارا بودن خصوصیات روز از جمله دانه بندی مناسب ، روانی مناسب ، تراکم مناسب ، مقاونت بالا و غیره با لایه های مختلف زمین سازگاری نیز داشته باشد .

در ذیل به دو نمونه از مصالحی که در احداث سدهای زیر زمینی استفاده می شود اشاره شده است .

1- رس متراکم شده :

استفاده از رس روش مرسومی است که احتیاج به نیروی انسانی نیرومند ندارد  رس در لایه های با ضخامت کم ریخته و سپس متراکم می شود . به علت جریان آبی زیر زمینی احتمال فرسایش سطح رس وجود دارد . به همین علت برای محافظت دیواره از ورق های لاستیکی استفاده می شود . عملیات پر کردن تراشنه توسط وسایل متراکم کننده و با رطوبت مناسب انجام می شود اگر ذخیره سد در فصول خشک کاهش یابد امکان توسعه درز و ترک در سد وجود دارد به همبن خاطر با احداث دیواره با ضخامت مناسب جهت نگهداری رطوبت در منطقه هسته در دوره های خشک طولانی نیز می توان از این مسئله جلوگیری کرد .

2-ورقه های قیر اندود یا پلاستیکی :

1-   در این روش از یک هسته پلاستیک برای آب بند کردن استفاده می شود که نوع پلاستیک آن معمولا" پلی اتیلن است . و تا جایی که به هزینه مواد مربوط می شود کم هزینه ترین روش می شود . هنگامی که از این روش استفاده می شود . باید توجه داشت که باید از مصالحی مانند گل و لای برای اندود کردن دو طرف ورق استفاده شود تا از ایجاد سوراخ توسط سنگهای تیز جلوگیری به عمل اید . همچنین برای محافظت در برابر اثرات انبساط و انقباض باید تغییرات دمایی را مورد توجه قرار داد

استخراج آب از سدهای زیر زمینی:

 استخراج اب از سدهای زیر زمینی به دو صورت ثقلی و چاهی صورت می گیرد:

1-استخراج به وسیله چاه : در این روش بر روی مخزن اب زیرزمینی در پشت سد زیر زمینی چاههایی حفاری شده و اب به سطح زمین پمپ شده و استفاده می شود . در شکل روبرو نحوه استفاده آب توسط چاه به صورت شماتیک نمایش می دهد.

2-استخراج آب به روش ثقلی :

 در مناطقی که تامین اب از طریق پمپاژ و در بالا دست سد صورت می گیرد . می توان با نصب خروجی در داخل سد ، جریان اب را بدون نیاز به پمیاژ از مخزن به طرف محل مصرف منتقل و با حذف  چاهها و یا استفاده موردی از آنها  صرفه جویی قابل توجهی در هزنه های تامین آب به عمل آورد . اگر محل بهره برداری مردم در پایین دست سد باشد . و شرایط توپوگرافی نیز هم فراهم باشد . امکان استخراج اب از مخازن به صورت ثقلی وجود دارد . در شکل روبرو شماتیک از استخراج اب به روش ثقلی نمایش می دهد.

معرفه نمونه های انجام شده از سدهای زیر زمینی در ایران و جهان :

منطقه کندر کهنوج استان کرمان: دارای مجموعه ای از روستاهای پراکنده در نقاط صعب العبورو کوهستانی در 40 کیلومتری شهرستان کهنوج بوده که جهت رساندن خدمات رفاهی به آنها لازم بود در محل مناسبی و در قالب یک شهر متجمع گردند . و جهت تامین آب مورد نیاز این جمعیت با توجه به شرایط طبیعی و اقلیمی منطقه ، تبخیر بالا و احتمال شیوع بیماری مالاریا و مقایسه هزینه ها در ارتباط با انجام پروژه های مختلف ، سرانجام ساخت سد زیر زمینی بر روی رودخانه گرووان با ارتفاع 5/9 متر ، و عرض 17 متر ، و76 متر به ترتیب در عرض بالا و کف مورد تأئید و توافق قرار گرفت که میزان بارندگی متوسط سالانه حوضه 207 میلی متر و آورد سالانه آن  66/1 میلیون کتر مکعب می باشد .

از دیگر سدهای زیر زمینی کشورمی توان سد های زیر را نام برد .

کوهزرد دامغان : که روش ساخت آن در دوقسمت می باشد. از کف تا ارتفاع 4 متر به صورت دیوار چینی آجری با رویه قیر گونی می باشد . و در قسمت دوم با ارتفاع 3 متر رس کوبیده شده می باشد .

تویه دوار یزد: که تا عمق 5 متر از سنگ و ملات و ادامه آن از بتن استفاده شده است . و برای حفاظت از لایه ایزوگام ، دیوار 20 سانتی متری ایجاد گردیده است . و در داخل مخزن سد از مصالح گراولی استفاده شده است .

از سدهای زیرزمینی خارجی نیز می توان به موارد زیر به صورت فهرست وار اشاره کرد .

منطقه ساحلی واقع در شاخ آفریقا – جزایر و مناطق ساحلی کشور ژاپن – جزیره میاکو در جنوب غربی ژاپن – جزیره ناکاجیمای ژاپن- نواحی مرکزی کشور تانزانیا- مناطق خشک و نیمه خشک شمال و شمال غرب تبت در کشور چین – جزیره ساحلی فاکت در جنوب تایلند – و موارد دیگر....

معایب سدهای زیر زمینی :

از آنجا که ایده ها و پروژه ها و مصنوعات دست بشر هیچگاه حسن کامل نداشته و عاری از عیب نیز نبوده است سدهای زیر زمینی نیز از این امر مستسنی نیستند . و دارای معایب می باشند . از جمله معایب سدهای زیرزمینی می توان به موارد زیر اشاره کرد :

1-حجم آب کمتری را در مخزن خود ذخیره می نماید .

2- تخمین صحیح آب ذخیره شده و قابل برداشت بسیار مشکل است و به عوامل متعددی بستگی دارد .

3-   در این نوع سدها به علت غیر قابل رویت بودن کار،کنترل عملیات اجرایی،کنترل کیفیت ساخت دیواره اب بند و همچنین کنترل آبگذاری از مرزها بسیار مشکل می باشد . و نیاز به دقت و مطالعه زیادی دارد .

4-   در صورتی که عمق بدنه سد از 70 متر بیشتر باشد پروژه از لحاظ اجرایی و تهیه دستگاه حفاری مناسب و مسائل اقتصادی با مشکل مواجه خواهد شد .

در مقایسه محاسن و معایب سدهای زیر زمینی به وضوح می بینیم که محاسن سدهای زیرزمینی نسبت به معایب ان بسیار چشمگیر تر است . با استفاده از سدهای زیر زمینی می توان با توجه به شرایط محلی امکان استفاده از منابع آب زیرزمینی راتا حدود 30 درصد افزایش داد که این میزان افزایش به خصوص در مناطق خشک رقم قابل ملاحظه ای بوده و می تواند تأثیر بسزایی در منطقه به خصوص در مواقع بحران بگذارد .

نتیجه گیری:

سدهای زیر زمینی با توجه به هزینه های پایین ، روش ساخت آسان ، ذخیره اب بهداشتی ، و مزایایی بسیاری که نسبت به سدهای سطحی دارند . و به خصوص با توجه به آب و هوای خشک و نیمه خشک ایران می توانند یک روش مقرون به صرفه و ساده برای استفاده از آبهای زیرزمینی باشند . امید است با صرف هزینه های زیاد در بخش سد سازی در کشور ما  ساخت این گونه سدها نیز پیش از پیش مد نظر قرار گیرد . و ما که در بخش استفاده از ابهای زیرزمینی در دنیا پیش تاز بوده ایم و در حال حاضر نیز یکی از بزرگترین سد سازان دنیا هستیم در این زمینه نیز گوی سبقت را از سایر کشورها ربوده و پیش تاز باشیم .

منابع و مراجع

1- ایران ابر قدرت تاریخ مهندسی آب در جهان نوشته دکتر کامران امامی

2- اولین کنفرانس ملی بررسی راهکارهای مقابله با کم آبی و خشک سالی ، جهد دانشگاهی استان کرمان 9و10 اسفند 79

3-شرکت سابیر ( وزارت نیرو) سدهای زیرزمینی راهی به سوی توسعه منابع آب ، مهندس علی بهرنگی

4- سد زیرزمینی یک تکنولوژی جدید توسعه منابع آب زیرزمینی ،منابع آب منطقه ای اصفهان

5- تغذیه مصنوعی با استفاده از سدهای زیرزمینی ، دکتر y-c-Reitzer (Ritzier)

6- سد خاکی زیرزمینی کهنوج ، محمدرضا امینی زاده برزجانی ، جهاد کشاورزی استان کرمان

7-نخستین همایش آبخیزداری و مدیریت استحصال آب ، محمد محرابی ، بوشهر ، بهمن 1380

8- سدهای زیرزمینی ، نوشته آ-ک-نلسون ، ترجمه مهندس باقر یزدانی – انتشارات دانشگاه اصفهان

9-      www.civilica.com

10-  www.unu.edu        

Islamic Azad University

 Of the

 Khomein