آشنایی با سدهای زیرزمینی
مناطق خشک و نیمه خشک مانند سطح عظیمی از کشور ما همواره با مشکلات کمبود آب مواجه است. حال یکی از راه‌های جمع آوری و تأمین آب مورد نیاز در این مناطق احداث سد زیرزمینی است. سدهای زیرزمینی به مانعی گفته می‌شود که در مسیر جریان آبهای زیرزمینی در یک لایهٔ آبدار طبیعی یا مصنوعی قرار داده شده و وضعیت جریان آب را اغلب به منظور ذخیره آب زیرزمینی تغییر می‌دهد. معمولاً موانع هیدرولیکی در مجاورت سفره‌های آب شور در کنار دریا، با هدف سد کردن آب شور دریا و حفاظت از سفره‌های آب شیرین در مجاورت آب شور انجام می‌گیرد.
سدهای زیرزمینی در محل آبراهه‌های خشک و خشک رودهای آبراهه‌های فصلی ساخته می‌شوند و به این ترتیب به جای ذخیره آب در سطح، در زیر زمین آب ذخیره می‌شود که این آبهای ذخیره شده را می‌توان با لوله گذاری یا حفرچاه پمپاژ کرد. به زبان ساده‌تر، همانطور که سدهای روزمینی در تنگه‌های مخصوصی بنا می‌شوند، در زیر خاک و در محل خشک رودها نیز چنین تنگه‌هایی وجود دارند و در واقع سدهای زیرزمینی در این محل‌ها ساخته می‌شود.
اهداف ساخت سدهای زیرزمینی
- تأمین آب مصرفی
- مدیریت منابع آب مانند مسدود کردن چند چشمه یا قنات و هدایت آب آنها به چشمه اصلی یا مادر چاه قنوات
- اهداف زیست محیطی مانند جلوگیری از پخش آلودگی‌ها و…
- جلوگیری از پیشروی آب شور به آب زیر زمینی
انواع سد زیرزمینی
سدهای زیرزمینی از لحاظ وضعیت قرارگیری در زمین به شکل زیر تقسیم بندی می‌شوند:
-سد زیرزمینی طبیعی:
لایه‌های نفوذ پذیر از سنگ یا رس تشکیل شده‌اند که حرکت آب در برخورد با آنها با کندی مواجه شده ویا قطع می‌شود. این لایه‌ها همانند سطح زمین دارای پستی و بلندی می‌باشند که حاصل حرکت گسلها، آتشفشانها، حرکت‌های پوسته‌ای و… هستند. هنگامی که آبهای زیرزمینی در هنگام حرکت در شیب زمین به یک لایه نفوذ ناپذیر بلند با ارتفاع زیاد برخورد می‌کنند از حرکت باز ایستاده و در پشت لایه نفوذ ناپذیر که به عنوان سد زیرزمینی عمل می‌کند، جمع می‌شوند.
– سدهای مصنوعی:
سدهایی هستند که ساخته دست بشر هستند و به دو دسته مدفون و نیمه مدفون تقسیم می‌شوند:
سدهای مدفون: این نوع سدها شامل دیواره‌ای هستند که به طور کامل داخل زمین قرار گرفته‌اند و مخزن آن در داخل آبرفت بالادست تشکیل می‌گردد. اکثر سدهای زیر زمینی از این نوع هستند. سدهای مدفون به دو دسته نزدیک سطح زمین و در اعماق زمین تقسیم می‌شوند.
سدهای نیمه مدفون: در سدهای نیمه مدفون دیواره نفوذناپذیر غالباً تا ارتفاع بالاتری از سطح زمین نیز امتداد پیدا می‌کند که این نوع سدها می‌توانند علاوه بر یک مخزن زیرزمینی 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.
۷ مزیت سدهای زیرزمینی
- هزینه ساخت بسیار پایین‌تر نسبت به سدهای سطحی
- عدم کاهش آب به علت تبخیر سطحی
- نزدیک‌تر بودن سد به محل مصرف
- برای همیشه ساخته و طراحی می‌شوند
- ذخیره آب برای مدت طولانی در دسترس می‌باشد در حالیکه در سدهای سطحی حجم مخزن به دلیل رسوبگذاری و… کاهش می‌یابد.
- عدم اشغال زمین در بالا دست نسبت به سدهای سطحی که سطح وسیعی از زمین بالادست اشغال می‌گردد.
- سد زیرزمینی مانند سدهای سطحی در معرض خرابی ناشی از سیل قرار نمی‌گیرد.
معایب سدهای زیرزمینی
– حجم آب کمتری را در مخزن خود ذخیره می‌نماید.
-عدم تعداد کاربری نسبت به سدهای سطحی
– تخمین صحیح آب ذخیره شده و قابل برداشت بسیار مشکل است و به عوامل متعددی بستگی دارد.
– در این نوع سدها به علت غیر قابل رویت بودن کار، کنترل عملیات اجرایی، کنترل کیفیت ساخت دیواره آب بند و همچنین کنترل آبگذاری از مرزها بسیار مشکل می‌باشد و نیاز به دقت و مطالعه زیادی دارد.
– در صورتی که عمق بدنه سد از ۷۰ متر بیشتر باشد پروژه از لحاظ اجرایی و تهیه دستگاه حفاری مناسب و مسائل اقتصادی با مشکل مواجه خواهد شد.
مراحل اجرای سدهای زیر زمینی
-انحراف جریان سیلاب های احتمالی که در حین اجرای سد ممکن است اتفاق بیافتد.
– خاکبرداری آبرفت تا سنگ بستر در کف و جناحین.
– پمپاژ آب تا زمان تخلیه کامل کف ترانشه.
– برداشت لایه‌های هوازده و سست و یکنواخت کردن سطح آن برای سنگ چینی و بتنریزی.
– اجرای بدنه با توجه به استانداردها و اهداف.
– نصب لوله آبگیر در تراز یک متری از عمیق‌ترین قسمت دیوار.
– اجرای چاه بهره برداری در بالادست همزمان با اجرای دیواره و پر کردن اطراف آن با شن وماسه تمیز.
– قطع دیوار چینی ۱ متر مانده به تراز بستر رودخانه و پر کردن قسمت باقی مانده از مقطع با سنگ های بزرگ جهت عبور آب مازاد به طرف پایین دست.
– پر کردن بالا و پایین دست محور سد به ترتیب با شن و ماسه تمیز و مصالح حاصل از گودبرداری و سپس تثبیت سطح تمام شده با سنگچینی برای جلوگیری از آب شستگی‌های بعدی.
– حفاری چاه در پایین دست جهت کنترل تراز آب پایین دست در صورتی که احتمال فرار آب بیشتر از حد باشد.
روش‌های استخراج آب ذخیره شده توسط سدهای زیر زمینی
عملیات استخراج و بهره‌برداری از آب به دو صورت ثقلی و حفر چاه انجام می‌شود. اگر محل بهره‌برداری مردم در منطقه پایین‌دست سد باشد و شرایط توپوگرافی نیز فراهم باشد امکان استخراج آب از مخازن به‌صورت ثقلی وجود دارد. در این روش از طریق لوله که از بدنه سد می‌گذرد و نیروی ثقل آب را به مناطق پایین‌دست هدایت می‌کنند. چاهی که آب را از سدهای زیرزمینی استخراج می‌کند در مخزن قرار می‌گیرد و برای جلوگیری از تخریب توسط سیلاب آن را نزدیک به کناره رودخانه‌ها حفر می‌کنند.
عوامل طبیعی مؤثر در احداث سدهای زیرزمینی
– توپوگرافی
وضعیت توپوگرافی ازنظر امکان احداث سد آب زیرزمینی و همچنین دستیابی به مخازن بزرگ با شرایط تغذیه مناسب و تلفات نشت کمتر، تا حد زیادی تعیین‌کننده می‌باشد. مخزن ذخیره آب در پشت سد می‌تواند بر روی سنگ بستر و یا سازندهای سست‌تر ولی بانفوذ پذیری کمتر قرار گیرد. به‌طورکلی محل احداث این‌گونه سدها بهتر است در دره‌ها و یا رودخانه‌های باریک و یکدست انتخاب شود. در مناطق کوهستانی با شیب تند، امکان یافتن رابطه قابل قبولی بین حجم ذخیره و ارتفاع سد مشکل است.
اساسی‌ترین دلیل احداث سد زیرزمینی، افزایش ذخیره سفره آب زیرزمینی از طریق جریان طبیعی آب زیرزمینی است. به‌طورکلی در شرایط طبیعی، شیب سطح ایستابی و همچنین میزان جریان آب تابع شیب توپوگرافی منطقه است، بنابراین برای احداث سد زیرزمینی باید حداقل شیب توپوگرافی که مرتباً با شرایط هیدرولوژیکی محل تغییر می‌کند، موجود باشد.
– اقلیم
احداث سدهای آب زیرزمینی با هدف افزایش کمی یا بالا بردن سطح ایستایی آبخوان یا تغذیه سفره‌های مجاور و تحتانی در مناطقی که آب در تمام سال وجود دارد، نیز صورت می‌گیرد. همچنین اکثر طرح‌های اجراشده در مناطق مختلف دنیا مربوط به اقلیم‌های خشک، موسمی و حاره‌ای خشک و مرطوب است.
– هیدروژئولوژی
احداث سدهای زیرزمینی در سفره‌های از جنس سنگ‌های خردشده امکان‌پذیر می‌باشد، این سدها معمولاً از نوع پرده‌های تزریق هستند که در عمق شکاف‌های خردشده و نفوذپذیر احداث می‌شوند و جریان آب زیرزمینی را قطع می‌کنند. با این عمل می‌توان زهکشی از اعماق را کنترل نمود که به این طریق ذخیره‌سازی در لایه‌های فوقانی نیز اصلاح می‌شود.
آبخوان‌های مسدود شده توسط سدهای زیرزمینی معمولاً کم‌عمق بوده که این موضوع می‌تواند دال بر وجود سفره‌های آزاد باشد. اساس ایده ساخت سد زیرزمینی باهدف ذخیره‌سازی، متوقف کردن جریان طبیعی آب زیرزمینی است و قضاوت راجع به مفید بودن سد، نیازمند تخمین اندازه جریان، شرایط نفوذپذیری و اندازه شیب سطح ایستابی است.
-رسوبات
مبحث رسوبات در سدهای زیرزمینی کاملاً متفاوت با سدهای سطحی است. به‌عنوان‌مثال در نوعی از سد زیرزمینی که ضخامت آبخوان آن ۵ تا ۶ متر است رسوبگذاری یک مزیت تلقی می‌شود و هر چه رسوب بیشتر باشد آبخوان سد بزرگ‌تر می‌شود. منشأ رسوبات حوضه، سازندهای سنگ مادر موجود در بستر حوضه است که در اثر هوازدگی متلاشی می‌شود و پس از این که ذرات توسط فرسایش از هم جدا شدند، توسط آب حمل می‌شوند و سرانجام در مخزن ذخیره، ته‌نشین می‌گردند. هوازدگی مکانیکی و شیمیایی اثر زیادی بر روی خصوصیات رسوب دارد.