سرریز سد (Spillway)

سرریز سد یک سازه هیدرولیکی برای انحراف آب مازاد از مخزن پس از پر شدن و به حداکثر رسیدن ظرفیت است که در محل سد ساخته می‌شود. در هنگام طغیان رودخانه‌ها انواع سرریز سد مسیر را برای خروج آب‌های اضافی به مناطق پایین‌دست فراهم می‌کند. سرریزها بخش مهمی از تأسیسات برق‌آبی هستند. اگر آب زیادی از طریق سد عبور کند، عناصری مانند توربین‌ها نمی‌توانند به درستی کار کنند و می‌توانند آسیب ببینند. سرریزها این قسمت را از آسیب یا عوارض محافظت می‌کنند.

مخزن سد ظرفیت و یا مقدار معینی از آب را می‌تواند در خود نگهداری کند. اگر مخزن در حال حاضر پر باشد اما آب‌های سیلاب وارد مخزن شوند، سطح آب افزایش می‌یابد و این می‌تواند منجر به سرریز بیش‌ازحد سد شود. برای جلوگیری از این امر سرریزهایی ساخته‌شده است، زیرا این امکان را می‌دهد تا مقداری از ورودی به سد را خارج کند تا فضای آب جدید ایجاد شود. هنگامی‌که یک مخزن پر است، سطح آب آن برابر با ارتفاع سرریز سد خواهد بود. به محض ورود آب اضافی به مخزن، بلافاصله آب از طریق سرریز شروع به خروج می‌کند.

سرریز سد می‌توانند کنترل‌شده یا کنترل نشده باشند و بسته به نوع آن‌ها عملکرد متفاوتی دارند. سرریزهای کنترل‌شده مجهز به دریچه‌هایی هستند که می‌توانند بالا یا پایین بیایند. سرریزهای کنترل نشده این دریچه‌ها را ندارند. صرف‌نظر از اینکه چه نوع خاصی از سرریز استفاده می‌شود، آن‌ها عموماً از یک ساختار کنترلی برای نگه‌داشتن آب، کانال مجاری برای عبور آب و یک ساختار ترمینال تشکیل‌شده‌اند. سرریز سد بر اساس چیدمان ساختار کنترل، کانال انتقال و ساختار ترمینال در انواع مختلفی طبقه‌بندی می‌شوند.

انواع سرریز سد

 

تئوری سرریزها

سرریز سد ساختمان‌هایی با ریزش جریان بوده و در عرض رودها به صورت روباز برای اندازه‌گیری میزان جریان آب ساخته می‌شوند. سرریزها برحسب شکل تاج و این‌که آیا تمام یا بخشی از عرض کانال را گرفته‌اند، تقسیم‌بندی می‌شوند. در معمول‌ترین تقسیم‌بندی انواع سرریز را به دو گروه سرریزهای لبه تیز و سرریزهای لبه پهن تقسیم می‌شوند. سرریز سد بر اساس محل قرارگیری نسبت به سد، به سرریزهای اوجی (پیوند) و سرریزهای لبه پهن تفکیک می‌شوند. همچنین سرریزها به شکل‌های مستطیلی، مثلثی، ذوزنقه‌ای و سهموی ساخته می‌شوند.

انواع سرریز سد 

انواع سرریز سد را با توجه به نوع سازه سد، شرایط محل احداث سد و خصوصیات هیدرولیکی به صورت‌های مختلفی طراحی می‌کنند. انواع سرریز سد به شرح زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

  • سرریز اوجی (Ogee spillway)
  • سرریز پلکانی (Stepped spillway)
  • سرریز شوت (Chute spillway)
  • سرریز نیلوفری (Morning glory spillway)
  • سرریز جانبی (Side-channel spillway)
  • سرریز سیفونی (Siphon spillway)

 

سرریز اوجی 

 یکی از رایج‌ترین و مؤثرترین سرریز سد که می‌تواند جریان قابل‌توجهی از آب را با هزینه ساخت‌وساز نسبتاً متوسط به پایین‌دست هدایت کند، سرریز اوجی است. سرریز اوجی به دلیل خصوصیات هیدرولیکی فوق‌العاده و راندمان بالای تخلیه بیشترین مطالعه را از بین سازه‌های هیدرولیکی داشته است. این سرریز در صورت طراحی مناسب قابلیت عبور راندمان بالایی از جریان را دارد و این امکان را برای مهندسین فراهم می‌کند که در محدوده وسیعی از آن استفاده کنند. شکل سرریز اوجی مشابه حرف انگلیسی s است به طوری که پس از پر شدن مخزن سد، آب از بالای آن سرریز می‌شود و بر روی پروفیل s شکل سرازیر می‌شود. سرریز اوجی از سه قسمت تاج سرریز، جلوی سرریز و پنجه سرریز تشکیل‌شده است.

 

انواع سرریز سد

 

سرریز پلکانی

قدیمی‌ترین سرریز سد جهان احتمالاً سرریز پلکانی آکارنانیا در یونان است که در حدود ۱۳۰۰ سال پیش از میلاد ساخته‌شده است. سرریز پلکانی نمونه ساده‌ای از آبراهه با ضریب زبری بالا است که از یک سری پله با اندازه‌های ثابت یا متغیر تشکیل‌شده است. از سرریز پلکانی در موارد و زمانی که شیب برای احداث تنداب بسیار تند است بهره‌گیری می‌شود. جریان‌های موجود در سرریزهای پلکانی که بیشتر در سدهای خاکی معمول هستند را می‌توان به دو دسته جریان ریزشی و غیر ریزشی (شبه آرام) تقسیم کرد. در جریان ریزشی، جریان از روی لبه هر پله به‌صورت فورانی سقوطی بر روی پله پایینی می‌ریزد؛ اما در جریان غیر ریزشی پلکان‌ها مانند زبری بزرگ در برابر جریان عمل می‌کنند.

به‌طور کلی هدف از ایجاد سرریزهای پلکانی می‌شود به گزینه‌های زیر اشاره کرد:

الف) استهلاک انرژی بیشتر نیروی مخرب آب

ب) کم کردن هزینه‌های طرح با حذف کامل یا کوچک کردن حوضچه آرامش

ج) کمک به زیبایی نمای طرح با استفاده از پلکان

انواع سرریز سد

 

سرریز شوت

سرریز شوت نوعی سرریز سد است که در آن آب اضافی از بالادست از طریق یک کانال باز شیب‌دار به پایین‌دست منتهی می‌شود؛ و عموماً در یک انتهای سد یا به طور جداگانه از سد در تکیه‌گاه آن در لب رودخانه ساخته می‌شود. سرریز شوت مناسب برای سدهای گرانشی، سدهای خاکی، سدهای صخره‌ای و غیره است؛ اما وقتی عرض دره رودخانه بسیار باریک باشد، این سرریز ترجیح داده می‌شود. سرعت خروجی آب در این نوع سرریز بسیار بالاست. سرریز شوت معمولاً از یک کانال ورودی مستقیم یا منحنی تراز، یک ساختار کنترل، یک ساختار ترمینال و یک کانال خروجی تشکیل‌شده است.

از سرریز شوت معمولاً استفاده می‌شود جهت:

۱- کنترل مجرا ۲- انتقال رواناب از مناطق بالادست به مجرا، بسیار روان و بدون فرسایش؛۳-به عنوان ساختاری برای جلوگیری از سیل، حفاظت از آب و جمع‌آوری رسوبات و ۴- برای کنترل شیب کانال‌های طبیعی یا مصنوعی.

انواع سرریز سد

 

سرریز نیلوفری

سرریز نیلوفری نوعی سرریز سد است که از یک دهانه شیپوری شکل عمودی و به دنبال آن ‌یک تونل افقی تشکیل‌شده است. آب مازاد وارد شیپور عمودی و سپس به تونل افقی می‌رسد و سرانجام به پایین‌دست کانال می‌رسد. سرریز نیلوفری به دو صورت مصنوعی یا طبیعی ساخته می‌شود. حفاری برای سرریز نوع طبیعی فقط زمانی امکان‌پذیر است که لایه صخره‌ای سخت در طرف بالادست سد وجود داشته باشد. تونل افقی یا از بدنه سد عبور می‌کند یا از زیربنای سد (زیر زمین) خارج می‌شود.

 سرریز نیلوفری زمانی توصیه می‌شود که امکانی برای ساخت سایر سرریزها (اوجی، پلکانی، شوت و غیره) نباشد. ورودی این سرریز سد به منظور جلوگیری از گرفتگی هوا، گرفتگی اشغال (مانند چوب خراش) و گرفتگی به وسیله انجماد آب (یخ) زیر سطح آب قرار می‌گیرد. از مزایای استفاده از سرریز نیلوفری می‌توان به ظرفیت حمل زیاد آب خروجی و امکان ساخت سرریز پس از اتمام ساخت سد، اشاره کرد.

انواع سرریز سد

سرریز جانبی

سرریزهای کانال جانبی درست در بالادست و در کنار سد قرار دارند. آب پس از جاری شدن از روی یک تاج وارد کانال جانبی می‌شود که تقریباً موازی با تاج است. سپس این کار توسط یک گودال به طرف پایین‌دست منتقل می‌شود. بعضی اوقات ممکن است به جای گودال از یک تونل استفاده شود. این نوع سرریز سد برای دبی‌های کم و متوسط مناسب است. سرریز جانبی شباهت بسیاری به سرریز شوت دارد با این تفاوت که تاج کانال سرریز جانبی دریکی از طرفین آن قرار دارد درحالی‌که تاج سرریز رودخانه در میان دیواره‌های آن قرار دارد.

انواع سرریز سد

سرریز سیفونی

در سرریز سیفون آب اضافی از طریق مجرای U شکل معکوس به پایین‌دست منتقل می‌شود. این سرریز سد معمولاً در داخل بدنه یا بالای تاج سد ساخته می‌شود در این نوع سرریز ورودی مجرا کاملاً در زیر سطح آب مخزن قرار داده ‌شده است تا از ورود یخ و رانش از مجرا جلوگیری شود. سرریزهای سیفون را می‌توان از بتن ساخته یا از لوله فولادی تشکیل داد. ضخامت دیواره سازه سیفون باید به‌اندازه کافی قوی باشد تا در مقابل فشارهای منفی که در سیفون ایجاد می‌شود مقاومت کند.

این سرریز یک سازه گران ‌قیمت می‌باشد و از ظرفیت خروجی محدودی برخوردار است. همچنین ریزش سیفون به دلیل وقوع موج ناگهانی و توقف جریان خروجی در نتیجه عمل سیفونی نامنظم، از نقطه ضعف‌های جدی سرریز سیفونی به شمار می‌آیند.

انواع سرریز سد