السـد بناء يشيد عبر النهر ليحجز المياه. وتتفاوت أحجام السدود ما بين ترابية أو حجرية صغيرة، أو سدود شاهقة من الخرسانة بعلو ناطحات السحاب. وقد اُضطر الناس إلى تخزين المياه خلال مواسم الأمطار بكميات وفيرة تفي بحاجتهم وحاجة حيواناتهم وزروعهم في فترات الجفاف. وثمة أطلال لسدود أثرية في كل من وديان نهر دجلة ونهر النيل. كما أن بعض السدود التي شيدها قدماء الرومان بإيطاليا وأسبانيا وشمال إفريقيا ما زالت تعمل إلى الآن.
وفي كل الحقب التاريخية كان الحصول على مصادر كافية للمياه هو أول اهتمامات المجموعات البشرية عندما تستقر. وقد تمتلئ مجاري المياه في كثير من الأقاليم في وقت ما، لكنها لا تلبث أن تنضب في فترات الجفاف حينما تزداد الحاجة إليها أكثر من أي وقت آخر. واعتاد الناس في البداية إقامة سدود صغيرة من جذوع الأشجار والتراب والحجارة تفي بتخزين حاجتهم العابرة للمياه. غير أن الفيضانات كانت كثيرًا ما تتسبب في هدم هذه السدود الصغيرة وإزالتها. وعندما اتسعت المجتمعات العمرانية وازدادت أعداد ساكنيها، عرفوا كيف يشيدون سدودًا أضخم، توفر لهم مخزونًا كبيرًا ودائما من الماء. وأصبح بمقدور هذه السدود تخزين ما يفي بحاجة الناس خلال الفترات الموسمية التي يقل فيها الماء، بالإضافة إلى فترات الجفاف التي قد تمتد لسنين عديدة. وتعلم الناس لاحقًا كيف يسخِّرون مساقط المياه المندفعة من السدود لتوليد الطاقة الكهربائية التي يحتاجونها في البيوت والمصانع.
عمل السد
يحبس السد الماء في المجاري والأنهار التي يشيَّد عليها، بحيث تتكون خلفه بحيرة أو مخزون كبير من الماء قد يعلو منسوبه إلى ارتفاع السد نفسه، فتغطي هذه المياه الكثير من الاحتياجات. وعندما يرتفع منسوبها خلف السد عن منسوب النهر، يصبح توجيه انسيابها على الأراضي المجاورة أمرًا ميسورًا بدفع الجاذبية. كما تتدفق كميات من المياه المخزونة من خلال توربينات مائية ـ هيدروليكية ـ فتتولد الطاقة الكهربائية المستخدمة في البيوت والصناعات. وتوفر هذه المياه، التي يتم صرفها بمعدلات ثابتة في مجرى النهر، أسفل السد الماء للأسماك والأحياء البرية، وتحافظ على مجاري الأنهار من الجفاف. كما تيسر كمياتها الكبيرة حركة الملاحة النهرية طوال العام. وتساعد السدود بكفاءتها التخزينية العالية في احتواء مياه الفيضانات وتصريفها بالتدريج خلال فترات زمنية طويلة مما يحد من إغراقها ضفاف الأنهار.
وتوفر البحيرات والمستودعات المائية التي تتكون خلف السدود مرافق ترفيهية كرياضات الماء وهوايات صيد السمك، كما تصبح مراتع للحيوانات البرية. وتحفظ كذلك التربة الزراعية من الانجراف الذي يسببه اندفاع الماء فوق القشرة العلوية الخصبة.
أنواع السدود
أقام الناس أنواعًا كثيرة من السدود، خضع كل واحد منها للظروف الخاصة بالموقع المقام عليه، ونوع المواد المتاحة لتشييده. ففي الأماكن التي تتوفر فيها الصخور، يصبح بناء سدود ذات حشوة صخرية أو سدود حجرية، ذا جدوى اقتصادية مجزية. كذلك تبنى السدود الخشبية، حيث تتوافر جذوع الأشجار. ويكثر استخدام الخرسانة في بناء السدود، إلا أن نقل موادها كالحصباء والرمل والإسمنت غير المتوافرة في موقع البناء يشكل عبئًا ماليًا ضخمًا. وقد برهنت السدود الترابية التي شيدت في أماكن كثيرة على مزايا اقتصادية كبيرة. كما أن بناء السدود المفرغة في بعض المواقع يوفر مواد البناء. وتبدو جدوى تشييد السدود المعقودة الضيقة في الوديان الصخرية محدودة الاتساع، بينما يحتم اتساع وديان مجاري الأنهار بناء سدود ممتدة بعرض المجرى، من النوع متعدد العقود، أو من ذوات السطح المستوى، أو الأنواع الترابية، أو المصنوعة من الفولاذ أو الخشب ـ وهي كلها اقتصادية التكلفة.
السدود البنائية. تشمل أنواعًا عديدة من السدود تشترك جميعها في أنها مشيدة من مواد مصمتة، سواء كانت من الأحجار المقطوعة بأحجام محددة، أو من خرسانة تم صبها في كتل إسمنتية متراصة، أو شُدْفات قطاعية. ومنها السد الثقالي المشيد من الخرسانة أو الكتل الصخرية التي ترص بعضها فوق بعض، والذي يستمد متانته من ثقل المواد المستخدمة في إنشائه.
وقد أجرى المهندسون تعديلات على تصميم السدود الثقالية للمحافظة على مواد التشييد ولضمان رسوخ الهيكل الإنشائي للسد مع استخدام الحد الأدنى من المواد. وتشمل السدود المفرغة على تجويف مفرغ بداخل جسمها الرئيسي. ويسمى السد الذي تدعم واجهته جدران ساندة أو أكتاف السد ذا الأكتاف. أما ما يعرف بالسد المسطح فهو مشيد من بلاطة خرسانية ممتدة بطول المجرى يسندها من الأمام عدد من الدعامات المائلة بزاوية 45°. ويتم تصميمها بطريقة تقوم فيها المياه بتوفير الثقل اللازم لاستقرار الحاجز الخرساني الذي يتم تشييده أحيانًا في شكل عقود، كل واحد منها يتوسط دعامتين تسندانه، ويسمى السد متعدد العقود.
سد فورت بيك أحد أكبر سدود الحشوات الترابية في العالم. يمتد لحوالي 6 كم عبر نهر ميسوري في شمال شرقي ولاية مونتانا بالولايات المتحدة. ويتحكم في الفيضانات، ويوفر مياه الري والطاقة الكهربائية للمناطق المحيطة.
السدود الجسرية. أكثر أنواع السدود انتشارًا هي السدود الترابية. ويتم تشييدها بردم عينات منتقاة من التربة في حيز معين وضغطها طبقة فوق طبقة حتى تصير كتلة مصمتة لا يتسرب منها الماء. وتُفرز مواد الردم التي تشيد منها هذه السدود، بحيث توجد المواد الناعمة في المركز تليها المواد الخشنة التي تُغطى بطبقة من حجارة صخرية تسمى الدكة. وتوفر هذه الحجارة المكسرة حماية من التعرية التي تسببها أمواج المياه المخزنة والرياح والمطر والثلوج. ومن المعتاد الاستعانة بجدران خرسانية في منتصف السد لتكون سواتر مانعة لتدفق المياه. وقد تستخدم بدلاً منها ألواح معدنية في شكل خوازيق يتم دقها إلى عمق أدني من منسوب الأساسات. كما يحقن، من حين لآخر إسمنت مائع تحت ضغط كثيف إلى الأساسات، لترميم التصدعات والشقوق، مما يزيد من كفاءة السواتر الجدارية، ومقاومة الأساسات للماء.
خزان سد فورت بيك
السدود ذات الحشوات شبه الهيدروليكية والحشوات الهيدروليكية. أنواع حديثة من السدود الجسرية تشيد بضخ مواد سائلة ناعمة في الأجزاء الوسطى من السد مع نزح المياه من هذه الأجزاء. عند توفر الصخور يكون البناء بطريقة السد ذي الحشوة الصخرية أكثر اقتصادًا. تبنى معظم السدود من هذا النوع باستخدام الجلمود الغليظ والحجارة الثقيلة والصخور الضخمة. وهي مواد يستلزم تنوع أحجامها وأشكالها المواءمة والتدرج بغية الحصول على كتلة بنائية على قدر واف من المتانة. ولزيادة كفاءتها في حجز الماء تغطى بطبقات من الخرسانة أو الفولاذ أو الصلصال أو الأسفلت على جانبها الملاصق للمخزون المائي منعًا لتسريب المياه. وثمة نوع من السدود يعرف باسم سدود الحشوات الترابية الصخرية، يتم في بنائه الجمع بين الحجارة الصخرية والتراب. كما يدخل في بناء بعض السدود الجسرية كذلك المواد المعروفة باسم خبث المناجم وهو الركام المتبقي من عمليات التنقيب.
سد يشغل يدويًا يمكن استخدامه لخزن مياه الري. يقع هذا السد على قناة ميدي جنوبي فرنسا.
أنواع أخرى من السدود. تشيد السدود الخشبية في مناطق قطع الأخشاب. وهي سدود صغيرة نسبيًا، تستخدم فيها الصخور لتثبيت جذوع الخشب، كما تستخدم الألواح الخشبية أو غيرها من المواد المانعة لتسرب الماء كساءً خارجيًا لجدار السد. وتغطى السدود المعدنية بمواد مانعة لتسرب الماء وتدعم بدعامات من الفولاذ.
تزود الجسور ببوابات متحركة في الأحوال التي تغلب فيها الحاجة إلى التخلص من كميات كبيرة من المياه أو الثلوج أو الأخشاب الطافية. وثمة نوع يسمى السد الدوار له أسطوانات دوارة أفقية بين أعمدة فتحاته، يمكن رفعها وخفضها للتخلص من الثلوج دون أن يتأثر منسوب المياه المختزنة. وتكثر أنواع البوابات والمحابس المستخدمة في هذه السدود، إلا أن أكثرها شيوعًا الأنواع المعروفة باسم سد تينترجيت، وسد بيرتراب وسد وِكِت جيت.
أكملت فرنسا في عام 1966م، بناء أول سد في العالم تقام به محطة لتوليد الطاقة من حركة المد والجزر على نهر رانس عند بلدة سانت مالو التي تشتهر بأعلى معدلات المد والجزر على مستوى العالم، إذ يبلغ متوسط ارتفاع الموج 11م، وأقصى ما يبلغه 13م، مما يجعله يتدفق خلف السد عندما يعلو، ثم يندفع خارجًا من خلال التوربينات عندما ينخفض.
كيف يتم بناء السدود
يسبق بناء السدود تجميع الكثير من المعلومات لدراستها وتمحيصها لمعرفة صلاحية الموقع، وطبيعة التربة التي تقام عليها الأساسات وما يتوافر من مواد البناء. كما يجب إجراء تحليل دقيق لمعرفة خصائص التيارات المائية للمجرى، مع تحديد المساحة التي سيغطيها المسطح المائي، على ضوء الارتفاع المقترح للسد، في الموقع الذي يتم اختياره. يلي ذلك تجهيز خرائط تضاريسية مفصلة، ودراسات جيولوجية، مع ضرورة الحصول على عينات من الطبقات السفلى من التربة بطرق التثقيب الآلي للتعرف على الحالة العامة للتربة ونوعيتها وموضع التكوين الصخري أسفل موقع السد.
ويجب حيازة الممتلكات العقارية الواقعة على جانب الخزان المائي بالشراء، أو إخلاؤها وترحيلها. وقد يشمل الترحيل طرقًا أو مدنًا بأكملها، أو خطوطًا للسكك الحديدية ومرافق أخرى. ويكلف المهندسون بتقدير كميات الطين والطمي والأنقاض التي سيحتجزها السد، والتي يحسب على ضوئها المدى الزمني الفعال للسد إذ يفقد كفاءته التخزينية عند امتلائه بهذه الأنقاض. وإذا كان الغرض من بناء السد توليد الطاقة يجب أن توصل فتحاته بأجهزة توليد الكهرباء. أما إذا كان إنشاؤه لري الأراضي، أو لخدمات الشؤون البلدية، فيجب أن يجهز بفتحات متصلة بقنوات وجداول للصرف، مزودة بمحابس التحكم اللازمة.
ينصب الاهتمام، بعد اختيار موقع السد، على إيجاد الحلول لتحويل المجرى الأصلى للنهر تحويلاً مؤقتًا ريثما يتم حفر الأساسات ووضع القواعد الخرسانية أو الترابية أو الصخرية بها. ومن المألوف تحويل مجرى النهر مؤقتًا من المنطقة بالحفر في نصف المجرى وترك النصف الآخر من المجرى لسريان المياه. وثمة طريقة أقل تكلفة يتم بها حفر نفق في سفح أحد الوديان المجاورة يستوعب كل مياه النهر وتحوير مجراها حول موقع البناء. ولتحقيق هذا التحوير، يتم استخدام سدود الإنضاب وهي سدود صغيرة تقام مؤقتًا بأعلى مجرى النهر لتحويل مياهه إلى النفق. وبعد إتمام بناء السد يغلق نفق الإنضاب ببوابات ويتم سده نهائيًا. وللسد رصيف إنزال منحدر لتمرير المياه عندما يمتلئ الخزان.
للحصول على الماء من خلف السد عندما يكون الخزان غير ممتلئ، تتم الاستعانة بفتحات في حيز التخزين لها صمامات ذات تصميم خاص، تفتح وتقفل بتأثير الضغط العالي للمياه. تعرف هذه الأنواع من الصمامات بأسماء الصمامات الإبرية؛ الصمامات البوابية؛ الصمامات المنزلقة؛ البوابات الأسطوانية.
بعض السدود المهمة
سد تنجابهادرا في جنوبي الهند، يتحكم في تصريف مياه أمطار الرياح الموسمية التي تستخدم في ري ما يقارب 8,000 كم² من أراضي المحاصيل الزراعية، بالإضافة إلى إنتاج الطاقة الكهربائية. اكتمل بناؤه في عام 1957م.
تستخدم بلدان كالهند وأستراليا وجنوب إفريقيا ذات معدلات الأمطار المتدنية، غير المستقرة، سدودًا ذات كفاءة تخزينية عالية لتوفير مياه الري لمشاريعها الزراعية. وتكتفي البلدان التي ينتظم فيها سقوط الأمطار، كبريطانيا ونيوزيلندا إلى سدود صغيرة للتخزين تفي بحاجتها لإمدادات المياه وتوليد الطاقة الكهربائية.
للهند اثنان من أعلى عشرة سدود في العالم هما: تهري (261م) وكيشاو (253م) يتوقع اكتمالهما خلال التسعينيات من القرن العشرين. وتشمل السدود الكبيرة الأخرى بالهند سد بهاكرا (226م) ولاكهوار (204م). وأعلى سدود الولايات المتحدة ارتفاعًا سد أوروفيل بكاليفورنيا، إذ يبلغ ارتفاعه 235 مترًا. وكذلك سد هوفر الذي اكتمل عام 1936م، وبلغ ارتفاعه 226 مترًا ـ وهو يحتل المرتبة رقم 20 على مستوى العالم.
أعلى سدود أستراليا سد دارتماوث بارتفاع 180م على نهر ميتا ميتا بمقاطعة فكتوريا، وسد تالبينجو 162م على نهر تيومَتْ في مشروع جبال الثلوج. أعلى سدود نيوزيلندا سد بنمور (118م) على نهر ويتاكي. وأعلى سدود جنوب إفريقيا سد بي. كيه. لي روكس على نهر الأورانج بارتفاع 107م . أما أعلى سدود بريطانيا فهو سد لين براين في ويلز، بارتفاع 91م.
أكبر سدود الهند سعة تخزين هو سد ويجانجا العليا وتبلغ سعته 50,7 كم§ وسد جوردون في تسمانيا هو أكبر سدود أستراليا وتبلغ سعته 11,3كم§. ويبلغ استيعاب سد بوكاكي العالي بنيوزيلندا 5,8 كم§ وسد هنرديك فيرورد بجنوب إفريقيا 5,9كم§.
وقد قارب بناء بعض أضخم مشروعات توليد الطاقة من السدود على الاكتمال وتشمل سد توروخانسك بروسيا ، الذي يقدر إنتاجه حسب الخطة الموضوعة بمقدار 20,000 ميجاواط. كما تتم زيادة الطاقة الإنتاجية لكل من سدي إيتايبو المشترك بين البرازيل وباراجواي، اكتمل العمل به عام 1992م، وجراندكولي بالولايات المتحدة ـ لتبلغ 12,600 ميجاواط للأول و 10,830 ميجاواط للأخير . وأكبر محطات توليد القدرة الكهرومائية بالهند هي محطة تهري وتبلغ طاقتها 1,800 ميجاواط، ويبلغ إنتاج محطة داينورويك بمقاطعة سنودونيا بإقليم ويلز 1,800 ميجاواط. كما تبلغ الطاقة الإنتاجية لتالبينجو بأستراليا 1,500 ميجاواط. ويتميز مشروع جبال الثلوج بأستراليا بتوفير مياه الري، وتوليد الكهرباء، وذلك بسبب احتوائه على سدود بطاقة تخزينية عالية في كل من أعالي النهر وأجزائه السفلى لتشغيل محطات توليد الطاقة.
--------------------------------------------------------------------------------
سدود العالم الرئيسية
--------------------------------------------------------------------------------
أعلى السدود ارتفاعًا
--------------------------------------------------------------------------------
السد الدولة النوع الارتفاع (متر) تاريخ الإنشاء
روجن طاجكستان ترابي/ صخري 335 1989م
نوريك جورجيا ترابي 300 1980م
جراند ديكسنز سويسرا ثقالي 285 1961م
إنغوري جورجيا معقود 272 1980م
فاجونت إيطاليا معقود 262 1961م
مانويل م. توريس المكسيك صخري 261 1980م
كيشاو الهند ترابي / صخري 253 لم يكتمل
مايوفيوسين سويسرا معقود 250 1957م
أكبر السدود بالحجم الإنشائي
--------------------------------------------------------------------------------
السد الدولة النوع الحجم (م§) تاريخ الإنشاء
تاربيلا الباكستان ترابي/صخري 10,600,000 1976م
فورت بيك الولايات المتحدة ترابي 96,100,000 1937م
يوسيما الأدنى نيجيريا ترابي 93,000,000 1990م
توكيوري البرازيل ترابي/صخري 85,200,000 1984م
أتاتورك تركيا ترابي/صخري 84,500,000 1990م
ياكيرينا باراجواي ترابي/ثقالي 81,000,000 1994م
روجن طاجكستان ترابي/صخري 75,500,000 1989م
أواهي الولايات المتحدة ترابي 70,300,000 1960م
غوري فنزويلا ترابي/ثقالي 70,000,000 1986م
أضخم طاقة تخزين
--------------------------------------------------------------------------------
السد الدولة النوع سعة الخزان كم§
شلالات أوين أوغندا ثقالي 2,700
كاريبا زامبيا/زمبابوي معقود 180,6
براتسك روسيا ترابي صخري 169,3
السد العالي مصر ترابي صخري 168,9
أكوسومبو غانا ترابي صخري 148,0
أكبر محطات توليد الطاقة المائية
--------------------------------------------------------------------------------
السد الدولة السعة (ميغاوات)
إيتايبو البرازيل/ باراجواي 12,600
غوري فنزويلا 10,300
جراند كولي الولايات المتحدة 7,460
سيانو ـ شوشنسك روسيا 6,400
كراسنويارسك روسيا 6,000
أسئلة
لم نحتاج إلى السدود؟
أين تقع أعلى سدود العالم؟ وأكبر خزانات العالم؟
كيف تفيد السدود المزارعين؟
ما المواد التي يشيع استعمالها في بناء السدود؟
كيف يقرر بناة السدود المواقع الصالحة لتشييدها؟
ما المقصود بسدود الإنضاب؟
ما الظروف التي تستدعي بناء السدود الدوارة؟
وفي كل الحقب التاريخية كان الحصول على مصادر كافية للمياه هو أول اهتمامات المجموعات البشرية عندما تستقر. وقد تمتلئ مجاري المياه في كثير من الأقاليم في وقت ما، لكنها لا تلبث أن تنضب في فترات الجفاف حينما تزداد الحاجة إليها أكثر من أي وقت آخر. واعتاد الناس في البداية إقامة سدود صغيرة من جذوع الأشجار والتراب والحجارة تفي بتخزين حاجتهم العابرة للمياه. غير أن الفيضانات كانت كثيرًا ما تتسبب في هدم هذه السدود الصغيرة وإزالتها. وعندما اتسعت المجتمعات العمرانية وازدادت أعداد ساكنيها، عرفوا كيف يشيدون سدودًا أضخم، توفر لهم مخزونًا كبيرًا ودائما من الماء. وأصبح بمقدور هذه السدود تخزين ما يفي بحاجة الناس خلال الفترات الموسمية التي يقل فيها الماء، بالإضافة إلى فترات الجفاف التي قد تمتد لسنين عديدة. وتعلم الناس لاحقًا كيف يسخِّرون مساقط المياه المندفعة من السدود لتوليد الطاقة الكهربائية التي يحتاجونها في البيوت والمصانع.
عمل السد
يحبس السد الماء في المجاري والأنهار التي يشيَّد عليها، بحيث تتكون خلفه بحيرة أو مخزون كبير من الماء قد يعلو منسوبه إلى ارتفاع السد نفسه، فتغطي هذه المياه الكثير من الاحتياجات. وعندما يرتفع منسوبها خلف السد عن منسوب النهر، يصبح توجيه انسيابها على الأراضي المجاورة أمرًا ميسورًا بدفع الجاذبية. كما تتدفق كميات من المياه المخزونة من خلال توربينات مائية ـ هيدروليكية ـ فتتولد الطاقة الكهربائية المستخدمة في البيوت والصناعات. وتوفر هذه المياه، التي يتم صرفها بمعدلات ثابتة في مجرى النهر، أسفل السد الماء للأسماك والأحياء البرية، وتحافظ على مجاري الأنهار من الجفاف. كما تيسر كمياتها الكبيرة حركة الملاحة النهرية طوال العام. وتساعد السدود بكفاءتها التخزينية العالية في احتواء مياه الفيضانات وتصريفها بالتدريج خلال فترات زمنية طويلة مما يحد من إغراقها ضفاف الأنهار.
وتوفر البحيرات والمستودعات المائية التي تتكون خلف السدود مرافق ترفيهية كرياضات الماء وهوايات صيد السمك، كما تصبح مراتع للحيوانات البرية. وتحفظ كذلك التربة الزراعية من الانجراف الذي يسببه اندفاع الماء فوق القشرة العلوية الخصبة.
أنواع السدود
أقام الناس أنواعًا كثيرة من السدود، خضع كل واحد منها للظروف الخاصة بالموقع المقام عليه، ونوع المواد المتاحة لتشييده. ففي الأماكن التي تتوفر فيها الصخور، يصبح بناء سدود ذات حشوة صخرية أو سدود حجرية، ذا جدوى اقتصادية مجزية. كذلك تبنى السدود الخشبية، حيث تتوافر جذوع الأشجار. ويكثر استخدام الخرسانة في بناء السدود، إلا أن نقل موادها كالحصباء والرمل والإسمنت غير المتوافرة في موقع البناء يشكل عبئًا ماليًا ضخمًا. وقد برهنت السدود الترابية التي شيدت في أماكن كثيرة على مزايا اقتصادية كبيرة. كما أن بناء السدود المفرغة في بعض المواقع يوفر مواد البناء. وتبدو جدوى تشييد السدود المعقودة الضيقة في الوديان الصخرية محدودة الاتساع، بينما يحتم اتساع وديان مجاري الأنهار بناء سدود ممتدة بعرض المجرى، من النوع متعدد العقود، أو من ذوات السطح المستوى، أو الأنواع الترابية، أو المصنوعة من الفولاذ أو الخشب ـ وهي كلها اقتصادية التكلفة.
السدود البنائية. تشمل أنواعًا عديدة من السدود تشترك جميعها في أنها مشيدة من مواد مصمتة، سواء كانت من الأحجار المقطوعة بأحجام محددة، أو من خرسانة تم صبها في كتل إسمنتية متراصة، أو شُدْفات قطاعية. ومنها السد الثقالي المشيد من الخرسانة أو الكتل الصخرية التي ترص بعضها فوق بعض، والذي يستمد متانته من ثقل المواد المستخدمة في إنشائه.
وقد أجرى المهندسون تعديلات على تصميم السدود الثقالية للمحافظة على مواد التشييد ولضمان رسوخ الهيكل الإنشائي للسد مع استخدام الحد الأدنى من المواد. وتشمل السدود المفرغة على تجويف مفرغ بداخل جسمها الرئيسي. ويسمى السد الذي تدعم واجهته جدران ساندة أو أكتاف السد ذا الأكتاف. أما ما يعرف بالسد المسطح فهو مشيد من بلاطة خرسانية ممتدة بطول المجرى يسندها من الأمام عدد من الدعامات المائلة بزاوية 45°. ويتم تصميمها بطريقة تقوم فيها المياه بتوفير الثقل اللازم لاستقرار الحاجز الخرساني الذي يتم تشييده أحيانًا في شكل عقود، كل واحد منها يتوسط دعامتين تسندانه، ويسمى السد متعدد العقود.
سد فورت بيك أحد أكبر سدود الحشوات الترابية في العالم. يمتد لحوالي 6 كم عبر نهر ميسوري في شمال شرقي ولاية مونتانا بالولايات المتحدة. ويتحكم في الفيضانات، ويوفر مياه الري والطاقة الكهربائية للمناطق المحيطة.
السدود الجسرية. أكثر أنواع السدود انتشارًا هي السدود الترابية. ويتم تشييدها بردم عينات منتقاة من التربة في حيز معين وضغطها طبقة فوق طبقة حتى تصير كتلة مصمتة لا يتسرب منها الماء. وتُفرز مواد الردم التي تشيد منها هذه السدود، بحيث توجد المواد الناعمة في المركز تليها المواد الخشنة التي تُغطى بطبقة من حجارة صخرية تسمى الدكة. وتوفر هذه الحجارة المكسرة حماية من التعرية التي تسببها أمواج المياه المخزنة والرياح والمطر والثلوج. ومن المعتاد الاستعانة بجدران خرسانية في منتصف السد لتكون سواتر مانعة لتدفق المياه. وقد تستخدم بدلاً منها ألواح معدنية في شكل خوازيق يتم دقها إلى عمق أدني من منسوب الأساسات. كما يحقن، من حين لآخر إسمنت مائع تحت ضغط كثيف إلى الأساسات، لترميم التصدعات والشقوق، مما يزيد من كفاءة السواتر الجدارية، ومقاومة الأساسات للماء.
خزان سد فورت بيك
السدود ذات الحشوات شبه الهيدروليكية والحشوات الهيدروليكية. أنواع حديثة من السدود الجسرية تشيد بضخ مواد سائلة ناعمة في الأجزاء الوسطى من السد مع نزح المياه من هذه الأجزاء. عند توفر الصخور يكون البناء بطريقة السد ذي الحشوة الصخرية أكثر اقتصادًا. تبنى معظم السدود من هذا النوع باستخدام الجلمود الغليظ والحجارة الثقيلة والصخور الضخمة. وهي مواد يستلزم تنوع أحجامها وأشكالها المواءمة والتدرج بغية الحصول على كتلة بنائية على قدر واف من المتانة. ولزيادة كفاءتها في حجز الماء تغطى بطبقات من الخرسانة أو الفولاذ أو الصلصال أو الأسفلت على جانبها الملاصق للمخزون المائي منعًا لتسريب المياه. وثمة نوع من السدود يعرف باسم سدود الحشوات الترابية الصخرية، يتم في بنائه الجمع بين الحجارة الصخرية والتراب. كما يدخل في بناء بعض السدود الجسرية كذلك المواد المعروفة باسم خبث المناجم وهو الركام المتبقي من عمليات التنقيب.
سد يشغل يدويًا يمكن استخدامه لخزن مياه الري. يقع هذا السد على قناة ميدي جنوبي فرنسا.
أنواع أخرى من السدود. تشيد السدود الخشبية في مناطق قطع الأخشاب. وهي سدود صغيرة نسبيًا، تستخدم فيها الصخور لتثبيت جذوع الخشب، كما تستخدم الألواح الخشبية أو غيرها من المواد المانعة لتسرب الماء كساءً خارجيًا لجدار السد. وتغطى السدود المعدنية بمواد مانعة لتسرب الماء وتدعم بدعامات من الفولاذ.
تزود الجسور ببوابات متحركة في الأحوال التي تغلب فيها الحاجة إلى التخلص من كميات كبيرة من المياه أو الثلوج أو الأخشاب الطافية. وثمة نوع يسمى السد الدوار له أسطوانات دوارة أفقية بين أعمدة فتحاته، يمكن رفعها وخفضها للتخلص من الثلوج دون أن يتأثر منسوب المياه المختزنة. وتكثر أنواع البوابات والمحابس المستخدمة في هذه السدود، إلا أن أكثرها شيوعًا الأنواع المعروفة باسم سد تينترجيت، وسد بيرتراب وسد وِكِت جيت.
أكملت فرنسا في عام 1966م، بناء أول سد في العالم تقام به محطة لتوليد الطاقة من حركة المد والجزر على نهر رانس عند بلدة سانت مالو التي تشتهر بأعلى معدلات المد والجزر على مستوى العالم، إذ يبلغ متوسط ارتفاع الموج 11م، وأقصى ما يبلغه 13م، مما يجعله يتدفق خلف السد عندما يعلو، ثم يندفع خارجًا من خلال التوربينات عندما ينخفض.
كيف يتم بناء السدود
يسبق بناء السدود تجميع الكثير من المعلومات لدراستها وتمحيصها لمعرفة صلاحية الموقع، وطبيعة التربة التي تقام عليها الأساسات وما يتوافر من مواد البناء. كما يجب إجراء تحليل دقيق لمعرفة خصائص التيارات المائية للمجرى، مع تحديد المساحة التي سيغطيها المسطح المائي، على ضوء الارتفاع المقترح للسد، في الموقع الذي يتم اختياره. يلي ذلك تجهيز خرائط تضاريسية مفصلة، ودراسات جيولوجية، مع ضرورة الحصول على عينات من الطبقات السفلى من التربة بطرق التثقيب الآلي للتعرف على الحالة العامة للتربة ونوعيتها وموضع التكوين الصخري أسفل موقع السد.
ويجب حيازة الممتلكات العقارية الواقعة على جانب الخزان المائي بالشراء، أو إخلاؤها وترحيلها. وقد يشمل الترحيل طرقًا أو مدنًا بأكملها، أو خطوطًا للسكك الحديدية ومرافق أخرى. ويكلف المهندسون بتقدير كميات الطين والطمي والأنقاض التي سيحتجزها السد، والتي يحسب على ضوئها المدى الزمني الفعال للسد إذ يفقد كفاءته التخزينية عند امتلائه بهذه الأنقاض. وإذا كان الغرض من بناء السد توليد الطاقة يجب أن توصل فتحاته بأجهزة توليد الكهرباء. أما إذا كان إنشاؤه لري الأراضي، أو لخدمات الشؤون البلدية، فيجب أن يجهز بفتحات متصلة بقنوات وجداول للصرف، مزودة بمحابس التحكم اللازمة.
ينصب الاهتمام، بعد اختيار موقع السد، على إيجاد الحلول لتحويل المجرى الأصلى للنهر تحويلاً مؤقتًا ريثما يتم حفر الأساسات ووضع القواعد الخرسانية أو الترابية أو الصخرية بها. ومن المألوف تحويل مجرى النهر مؤقتًا من المنطقة بالحفر في نصف المجرى وترك النصف الآخر من المجرى لسريان المياه. وثمة طريقة أقل تكلفة يتم بها حفر نفق في سفح أحد الوديان المجاورة يستوعب كل مياه النهر وتحوير مجراها حول موقع البناء. ولتحقيق هذا التحوير، يتم استخدام سدود الإنضاب وهي سدود صغيرة تقام مؤقتًا بأعلى مجرى النهر لتحويل مياهه إلى النفق. وبعد إتمام بناء السد يغلق نفق الإنضاب ببوابات ويتم سده نهائيًا. وللسد رصيف إنزال منحدر لتمرير المياه عندما يمتلئ الخزان.
للحصول على الماء من خلف السد عندما يكون الخزان غير ممتلئ، تتم الاستعانة بفتحات في حيز التخزين لها صمامات ذات تصميم خاص، تفتح وتقفل بتأثير الضغط العالي للمياه. تعرف هذه الأنواع من الصمامات بأسماء الصمامات الإبرية؛ الصمامات البوابية؛ الصمامات المنزلقة؛ البوابات الأسطوانية.
بعض السدود المهمة
سد تنجابهادرا في جنوبي الهند، يتحكم في تصريف مياه أمطار الرياح الموسمية التي تستخدم في ري ما يقارب 8,000 كم² من أراضي المحاصيل الزراعية، بالإضافة إلى إنتاج الطاقة الكهربائية. اكتمل بناؤه في عام 1957م.
تستخدم بلدان كالهند وأستراليا وجنوب إفريقيا ذات معدلات الأمطار المتدنية، غير المستقرة، سدودًا ذات كفاءة تخزينية عالية لتوفير مياه الري لمشاريعها الزراعية. وتكتفي البلدان التي ينتظم فيها سقوط الأمطار، كبريطانيا ونيوزيلندا إلى سدود صغيرة للتخزين تفي بحاجتها لإمدادات المياه وتوليد الطاقة الكهربائية.
للهند اثنان من أعلى عشرة سدود في العالم هما: تهري (261م) وكيشاو (253م) يتوقع اكتمالهما خلال التسعينيات من القرن العشرين. وتشمل السدود الكبيرة الأخرى بالهند سد بهاكرا (226م) ولاكهوار (204م). وأعلى سدود الولايات المتحدة ارتفاعًا سد أوروفيل بكاليفورنيا، إذ يبلغ ارتفاعه 235 مترًا. وكذلك سد هوفر الذي اكتمل عام 1936م، وبلغ ارتفاعه 226 مترًا ـ وهو يحتل المرتبة رقم 20 على مستوى العالم.
أعلى سدود أستراليا سد دارتماوث بارتفاع 180م على نهر ميتا ميتا بمقاطعة فكتوريا، وسد تالبينجو 162م على نهر تيومَتْ في مشروع جبال الثلوج. أعلى سدود نيوزيلندا سد بنمور (118م) على نهر ويتاكي. وأعلى سدود جنوب إفريقيا سد بي. كيه. لي روكس على نهر الأورانج بارتفاع 107م . أما أعلى سدود بريطانيا فهو سد لين براين في ويلز، بارتفاع 91م.
أكبر سدود الهند سعة تخزين هو سد ويجانجا العليا وتبلغ سعته 50,7 كم§ وسد جوردون في تسمانيا هو أكبر سدود أستراليا وتبلغ سعته 11,3كم§. ويبلغ استيعاب سد بوكاكي العالي بنيوزيلندا 5,8 كم§ وسد هنرديك فيرورد بجنوب إفريقيا 5,9كم§.
وقد قارب بناء بعض أضخم مشروعات توليد الطاقة من السدود على الاكتمال وتشمل سد توروخانسك بروسيا ، الذي يقدر إنتاجه حسب الخطة الموضوعة بمقدار 20,000 ميجاواط. كما تتم زيادة الطاقة الإنتاجية لكل من سدي إيتايبو المشترك بين البرازيل وباراجواي، اكتمل العمل به عام 1992م، وجراندكولي بالولايات المتحدة ـ لتبلغ 12,600 ميجاواط للأول و 10,830 ميجاواط للأخير . وأكبر محطات توليد القدرة الكهرومائية بالهند هي محطة تهري وتبلغ طاقتها 1,800 ميجاواط، ويبلغ إنتاج محطة داينورويك بمقاطعة سنودونيا بإقليم ويلز 1,800 ميجاواط. كما تبلغ الطاقة الإنتاجية لتالبينجو بأستراليا 1,500 ميجاواط. ويتميز مشروع جبال الثلوج بأستراليا بتوفير مياه الري، وتوليد الكهرباء، وذلك بسبب احتوائه على سدود بطاقة تخزينية عالية في كل من أعالي النهر وأجزائه السفلى لتشغيل محطات توليد الطاقة.
--------------------------------------------------------------------------------
سدود العالم الرئيسية
--------------------------------------------------------------------------------
أعلى السدود ارتفاعًا
--------------------------------------------------------------------------------
السد الدولة النوع الارتفاع (متر) تاريخ الإنشاء
روجن طاجكستان ترابي/ صخري 335 1989م
نوريك جورجيا ترابي 300 1980م
جراند ديكسنز سويسرا ثقالي 285 1961م
إنغوري جورجيا معقود 272 1980م
فاجونت إيطاليا معقود 262 1961م
مانويل م. توريس المكسيك صخري 261 1980م
كيشاو الهند ترابي / صخري 253 لم يكتمل
مايوفيوسين سويسرا معقود 250 1957م
أكبر السدود بالحجم الإنشائي
--------------------------------------------------------------------------------
السد الدولة النوع الحجم (م§) تاريخ الإنشاء
تاربيلا الباكستان ترابي/صخري 10,600,000 1976م
فورت بيك الولايات المتحدة ترابي 96,100,000 1937م
يوسيما الأدنى نيجيريا ترابي 93,000,000 1990م
توكيوري البرازيل ترابي/صخري 85,200,000 1984م
أتاتورك تركيا ترابي/صخري 84,500,000 1990م
ياكيرينا باراجواي ترابي/ثقالي 81,000,000 1994م
روجن طاجكستان ترابي/صخري 75,500,000 1989م
أواهي الولايات المتحدة ترابي 70,300,000 1960م
غوري فنزويلا ترابي/ثقالي 70,000,000 1986م
أضخم طاقة تخزين
--------------------------------------------------------------------------------
السد الدولة النوع سعة الخزان كم§
شلالات أوين أوغندا ثقالي 2,700
كاريبا زامبيا/زمبابوي معقود 180,6
براتسك روسيا ترابي صخري 169,3
السد العالي مصر ترابي صخري 168,9
أكوسومبو غانا ترابي صخري 148,0
أكبر محطات توليد الطاقة المائية
--------------------------------------------------------------------------------
السد الدولة السعة (ميغاوات)
إيتايبو البرازيل/ باراجواي 12,600
غوري فنزويلا 10,300
جراند كولي الولايات المتحدة 7,460
سيانو ـ شوشنسك روسيا 6,400
كراسنويارسك روسيا 6,000
أسئلة
لم نحتاج إلى السدود؟
أين تقع أعلى سدود العالم؟ وأكبر خزانات العالم؟
كيف تفيد السدود المزارعين؟
ما المواد التي يشيع استعمالها في بناء السدود؟
كيف يقرر بناة السدود المواقع الصالحة لتشييدها؟
ما المقصود بسدود الإنضاب؟
ما الظروف التي تستدعي بناء السدود الدوارة؟
