دانشکده مهندسی عمران – گروه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی
موضوع ارایه:سد های زیرزمینی
بهار99
1
فهرست مطالب
تعریف…………………………………………………………………………………………………………………………….. 3
پیشینه……………………………………………………………………………………………………………………………….4
انواع سد زیرزمینی………………………………………………………………………………………………………………… 5
مزایا و معایب……………………………………………………………………………………………………………………. 12
محل احداث سد…………………………………………………………………………………………………………………… 17
مطالعات لازم برای یافتن محل سد……………………………………………………………………………………………….. 19
نحوه احداث سد…………………………………………………………………………………………………………………… 29
مصالح مورد نیاز………………………………………………………………………………………………………………… 32
عمق متوسط سد………………………………………………………………………………………………………………….. 37
نحوه بهره برداری……………………………………………………………………………………………………………….. 38
مهم ترین سد های ایران و جهان………………………………………………………………………………………………….. 40
تصاویر اجرایی………………………………………………………………………………………………………………….. 42
بررسی مقالات…………………………………………………………………………………………………………………… 50
نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………. 56
منابع……………………………………………………………………………………………………………………………… 57
2
تعریف:
سد زیرزمینی، سیستمی برای ذخیره آب زیرزمینی به وسیله ایجاد یک دیواره آب بند در عرض کانال جریان آب زیرزمینی است.
این سیستم عمود بر جریان زیرزمینی ،آب زیرزمینی را درمنافذ موجود در آبرفت ذخیره می نماید.
در حقیقت آب به جای اینکه در سطح زمین ذخیره شود در داخل زمین نگهداشته می شود.
3
پیشینه:
این سدها برای اولین بار توسط Kunio Shiosaka از Shizuoka ژاپن ابداع شدند و در 2 ژوئن 1998 در مرکز ثبت اختراعات آمریکا به شماره 5758991 به ثبت رسیدند.
سدهای زیرزمینی در کشورهای ژاپن ،چین ، اندونزی ، مکزیک ، کنیا ، برزیل ، هندوستان و ایران وسایر نقاط دنیا احداث گردیده است.
در کشور چین سد زیرزمینی با طول 1200 متر و عمق 23 متر .
در کشوراندونزی سد زیرزمینی با طول 300 متر و عمق 30 متر با حجم آبگیری 100000 تن .
در کشورمکزیک سد زیرزمینی با طول 300 متر و عمق 60 متر با حجم آبگیری 8500000 تن
4
انواع سد زیرزمینی به لحاظ وضعیت قرارگیری در زمین:
1. سدهای زیرزمینی طبیعی
2. سدهای زیرزمینی مصنوعی
الف) مدفون
ب) نیمه مدفون
5
سدهای زیرزمینی طبیعی:
عواملی مختلفی نظیر حرکات گسلها، حرکات پوسته ای، گل فشانها و …، می تواند سبب ایجاد پستی و بلندی در سنگهای نفوذناپذیر شوند.
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
6
سدهای زیرزمینی مصنوعی:
1) سدهای زیرزمینی 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.
7
الف) نزدیک سطح زمین: در این نوع سدها، لایه نفوذناپذیر مصنوعی در نزدیک سطح زمین و عمود بر مسیر جریان آب زیرزمینی قرار گرفته و ارتفاع آن از سطح زمین بالاتر نمی آید.
ب) در اعماق زمین: در بعضی مواقع به منظور جلوگیری از خروج آب قنات در زمان غیر آبیاری وزمستان می توان در محل مناسبی از مسیرقنات اقدام به احداث سد زیرزمینی نمود و آب مازاد را در داخل سفره بالا دست آن 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 آب آنها را به سمت چشمه اصلی و مادر چاه قناتها هدایت نمود.
8
9
10
2) سدهای زیرزمینی 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 زیر 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 و مورد بهره برداری قرار گرفته است .شکل زیر شماتیک یک سد زیر زمینی نیمه مدفون نمایش داده شده است .
11
مزایا و منافع احداث سد زیرزمینی در مقایسه با سد های سطحی:
1) مانع از فرار آبهای زیرزمینی و خارج شدن آنها از حوضه
2) افت ناشی از تبخیردرمناطق خشک در سد زیرزمینی بسیار کمتر از سدهای سطحی است چرا که مخزن زیرزمین قرار دارد
3) نگهداری از سدهای زیرزمینی بسیار راحت تر و ارزانتر از سدهای سطحی است چرا که توسط ماسه و گل پر نمی شوند.
4) از تولید مثل و تکثیر حشرات و انگل هایی مثل پشه جلوگیری می شود.
12
مزایا و منافع احداث سد زیرزمینی(ادامه)
5) آلودگی آب ذخیره شده توسط مردم و حیوانات به صورت قابل توجهی کاهش می یابد. به ویژه توسط یک چاه و پمپ دستی، می توان آب را به صورت بهداشتی و کنترل شده استحصال کرد.
6) در حالت کلی یک سد زیر زمینی به لحاظ دفن شدن در زیر زمین از دیدگاه دینامیکی از پایداری بیشتری برخوردار بوده و نیازی به نگهداری نیست. حتی در صورت بروز شکستگی در سد خطری پایین دست را تهدید نمی کند
7) منابع آب زیر زمینی کم عمق که از طریق سدهای زیر زمینی مورد استفاده قرار میگیرند ، توسط باران مجددا قابل تغذیه بوده و بنابرین با این روش بطور کامل تخلیه نمی شوند.
8) این نوع سد مانند سدهای معمولی از رسوب پر نمی گردند و همیشه قابل بهره برداری است.
9)مانع از تداخل آب های شور و شیرین میشود
13
معایب احداث سد زیرزمینی در مقایسه با سد های سطحی:
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.
14
تبخیر شدید
آلودگی و مواد معلق مشاهده می شود
ساختمانها ، مزارع و جنگلها زیر آب فرو می روند
خطر انهدام و تخریب سد
15
آب ذخیره شده با کیفیت بالا
تبخیر کم آب
ساختمان ها و زمین های پایین دست حفظ میشوند
محاسن یک سد زیر زمینی
سد در برابر صدمات سیل و زلزله پایدار است
16
در چه مناطقی میتوان سد زیرزمینی احداث کرد؟
منطقه مورد نظر دارای اقلیم خشک تا نیمه خشک باشد.
بارندگی نامنظم یا کم باشد، یا در فصولی که به آن احتیاجی نیست باشد.
با توجه به اینکه سدهای زیرزمینی باید با کمترین هزینه، بیشترین حجم مخزن و کمترین نشت را داشته باشند؛ معمولاً با ارتفاعی بین 2 تا 10 متر و در محلی که شیب زمین کمتر از 5% است ساخته شوند. این خصوصیت بیشتر در دره ها یا رودخانه های باریک و یکدست یافت می شود.
به دور از منابع آلاینده سطحی و زیر سطحی باشد
17
در چه مناطقی میتوان سد زیرزمینی احداث کرد؟(ادامه)
ترجیحا سد زیرزمینی بر روی یک لایه نفوذ ناپذیر بدلیل ایجاد حجم بزرگتری از آب احداث گردد
ماسه درشت دانه آب بیشتری را نسبت به ماسه ریزدانه ذخیره می کند. بستر آبراهه های با مواد ماسه ای دشت دانه نیز بهتر عمل می کنند.
محدوده سد زیرزمینی نبایستی شامل خاکهای شور یا سنگهای شور که آب را شور می کنند باشد.
لایه ها دارای تخلخل بالا و ضخامت کافی برای ذخیره مناسب و هر چه بیشتر آب باشند
فاصله سد زیرزمینی تا محل مصرف حتی الامکان کم باشد
18
الف : شناسایی مسیلها و رودخانه های مستعد احداث سد زیرزمینی
ب : شناسایی وانتخاب سایت احداث سد زیرزمینی
ج : طراحی سد زیرزمینی و برآورد هزینه
مطالعات لازم برای شـناسـایی محل سـد زیـرزمینـی:
19
تصویر ماهوارهای و عکس هوایی منطقه مطالعاتی
20
تهیه نقشه رودخانه هایی که دارای رسوبات قدیمی می باشند
دره های قدیمی
21
نقشه ژئومورفولوژی با استفاده از تصاویر ماهواره ای و عکسهای هوایی
22
تهیه مقاطع طولی و عرض زیر سطحی
سنگ بستر نفوذناپذیر
23
موقعیت
گمانه های
اکتشافی
چاه دستی
گمانه شناسایی
موقعیت سد زیرزمینی
24
اندازه گیری
سطح آب
زیرزمینی
درماههای
مختلف
سال
25
خطوط تراز سنگ کف و سطح زمین
26
مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی
آزمایش صحرایی نفوذ استاندارد
اندازه گیری ضریب ذخیره خاک
عملیات ژئوفیزیک
27
گمانه زنی و نمونه برداری از خاک
آزمایشات صحرایی نفوذپذیری و پمپاژ
28
نحوه احداث سد های زیرزمینی:
1) حفر چاه و تزریق دوغاب سیمان در آن:
این روش هزینه زیادی در بر دارد و برای احداث سدهای زیرزمینی بزرگ و عمیق استفاده می شود
بزرگترین سدهای زیرزمینی که به این روش احداث شد، در کشور ژاپن قرار دارند. بیشترین عمق دیواره آب بند 65 متر و بیشترین طول آن 1790 متر گزارش شده است (Imaizumi و همکاران، 1999.؛ Ishida و همکاران، 2003).
29
30
2) حفر ترانشه و پرکردن آن با مواد آب بند:
این روش بسیار مرسوم است و هزینه بسیار کمی نیاز دارد.
31
مصالحی که در ساخت سدهای زیرزمینی به کار میرود:
1) رس متراکم شده
2) سیمان
3) مخلوط سنگ و رس
4) دیوار بنایی (ساخته شده از سنگ یا آجر)
5) صفحات پلاستیکی یا سایر انواع geomembrane مانند صفحات کائوچو
6) لایه آسفالتی
7) مخلوط خاک و سیمان
8) مخلوط سیمان و بنتونیت (در دیواره هایی که توسط چاه در زمین تزریق می شوند)
9) صفحات فولادی، آهنی و یا PVC
32
دیواره رسی:
استفاده از این دیواره ها برای طرح های کوچک در آبخوانهای دارای نفوذپذیری بالا و عمق کم، همانند رودخانه های ماسه ای کاربرد دارد.
رس مورد نیاز عموماً در نزدیکی فاصله کمی وجود داشته و هزینه انتقال آن پایین است.
خاک رس را باید پس از قرار دادن در ترانشه، فشرده کرد. این کار عموماً به صورت دستی و با استفاده از الوار چوبی انجام می گیرد.
به منظور کاهش خطر فرسایش لایه رسی، می توان سطح رس را با صفحات پلاستیکی پوشاند.
رس فشرده
33
دیوار ساخته شده از بتن مسلح:
احداث چنین دیوار آب بندی نیاز به تجهیزات بیشتر و نیروی کار ماهر دارد و هزینه آن بالاتر از انواع پیشین است.
34
دیواره های ساخته شده ازصفحات فولادی، آهنی و یا PVC:
35
دیواره آب بند ایجاد شده توسط تزریق سیمان، بنتونیت و …:
از این نوع دیواره در آبخوانهای بزرگ و عمیق در شمال آفریقا و ژاپن استفاده شده است.
در اروپا و ایالات متحده به منظور جلوگیری از آلودگی آبهای زیرزمینی چنین دیوارههای احداث شده (Nilsson، 1988).
در ترکیه هم برای جلوگیری از نفوذ آب دریا به آبخوان از این روش استفاده شده (Sargin، 2003؛ Kocabas، 2003).
36
عمق متوسط سدهای زیرزمینی بر اساس نوع دیواره آب بند
صفحه تزریق
دیوار آجری
سد بتنی
سد سنگی
سد بتن آرمه
خاک رس
ورق های پلاستیکی
37
نحوه بهره برداری آب دخیره شده توسط سد:
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 .
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
38
نحوه بهره برداری (روستای کوهزر دامغان)
39
مهم ترین سد های زیرزمینی ساخته شده در ایران :
1) منطقه کندر کهنوج استان کرمان: دارای مجموعه ای از روستاهای پراکنده در نقاط صعب العبورو کوهستانی در 40 کیلومتری شهرستان کهنوج می باشد. 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 مورد تائید و توافق قرار گرفت که میزان بارندگی متوسط سالانه حوضه 207 میلی متر و آورد سالانه آن 66/1 میلیون متر مکعب می باشد این سد اولین سد زیرزمینی ایران میباشد.
2) کوهرز دامغان : که روش ساخت آن در دو قسمت است. از کف تا ارتفاع 4 متر به صورت دیوار چینی آجری با رویه قیر گونی بوده و در قسمت دوم با ارتفاع 3 متر رس کوبیده شده می باشد.
3) 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 .
40
سد های زیرزمینی ساخته شده در دنیا:
منطقه ساحلی واقع در شاخ آفریقا
جزایر و مناطق ساحلی کشور ژاپن
جزیره میاکو در جنوب غربی ژاپن
جزیره ناکاجیمای ژاپن
مناطق خشک و نیمه خشک شمال و شمال غرب تبت در کشور چین
جزیره ساحلی فاکت در جنوب تایلند
و…
41
تصاویر اجرایی از سد های زیرزمینی:
42
مراحل خاکبرداری برای احداث سد زیرزمینی
43
مراحل خاکبـرداری برای احداث سد زیرزمینی
44
مراحل خاکبـرداری برای احداث سد زیرزمینی
45
اجرای پرده آببـند رسی برای احداث سد زیرزمینی
46
نمونه ای از اجرای یک سد زیرزمینی در روستای کوهزر دامغان
47
شکل شماتیک مقطع عرضی سد زیرزمینی کوهزر دامغان
دیوار
سنگی
ملاتی
و
آجری
خاک رس
48
پروفیل عرضی
پروفیل طولی
ساحل راست
ساحل چپ
دره فسیل
بخش پر شده
49
بررسی برخی مقالات پیرامون سد های زیرزمینی
50
51
52
53
54
55
نتیجه گیری :
سدهای زیرزمینی با توجه به هزینه پایین ، روش ساخت آسان ، ذخیره آب بهداشتی و مزایای بسیاری که نسبت به سد های سطحی دارد و به خصوص با توجه به آب وهوای خشک ونیمه خشک ایران می تواند یک روش مقرون به صرفه و ساده برای استفاده از آب های زیرزمینی باشد.
امید است در کنار صرف هزینه های زیاد در بخش سد سازی در کشور ما ، ساخت این گونه سدها نیز بیش از پیش مد نظر قرار بگیرد.
56
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
1- مغربی، مهدی و برومند، پویان، 1383، یازدهمین کنفرانس دانشجویان عمران، دانشگاه هرمزگان
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
57