كيفية بناء سد: طرق البناء الحالية والحاجة إلى الابتكار
كانت السدود ممارسة هندسية مهمة منذ آلاف السنين ، حيث تم بناء السد الأول من قبل المصريين القدماء حوالي 2800 قبل الميلاد. تم بناء السدود لمنع تدفق المياه ، وإنشاء خزان خلف السد يمكن استخدامه للتحكم في الفيضانات ، وكذلك الري ، وإمدادات المياه البلدية ، وغيرها من الأنشطة البشرية. مستوحاة من قصة إخبارية حديثة عن فشل السدود في كاليفورنيا ، تبحث هذه المدونة في كيفية بناء السدود تاريخيًا في المائة عام الماضية ، وما هي التحسينات اللازمة في بناء السدود للمضي قدمًا.
كيف نبني سد
يعتبر بناء السد عملية معقدة ومتعددة الخطوات تتطلب كميات هائلة من القوى العاملة والمواد الخام والاستثمار. فيما يلي الخطوات الأساسية لبناء سد الجاذبية - النوع الأكثر شيوعًا من السدود التي نبنيها. سميت سدود الجاذبية بهذا الاسم لأنها مثبتة على الأرض عن طريق الجاذبية - فهي تزن كثيرًا ، وعادةً ما تكون مصنوعة من الخرسانة أو الحجر.
يجب على المهندسين نزع المياه من النهر حيث من المفترض بناء السد. يتم ذلك عن طريق تحويل النهر عبر نفق يدور حول منطقة البناء المقصودة. قد تكون مثل هذه الأنفاق مبطنة بالخرسانة وعادة ما يتم حفرها باستخدام مزيج من الحفر والمتفجرات.
يجب أن يبدأ بناء السد عندما تكون مستويات الأنهار منخفضة. تم بناء سد صغير يسمى سد سد في الجزء العلوي من منطقة البناء للمساعدة في تحويل المياه إلى نفق التحويل. قد يتم بناء سد كذلك في اتجاه مجرى النهر ، ولكن الهدف العام هو الحفاظ على منطقة البناء جافة بحيث يمكن بناء السد الرئيسي. يمكن استخدام المضخات لإزالة المياه التي تخترق سد الانسداد.
تتم إزالة الصخور السائبة من قاع النهر ، ويجب بناء قاعدة. القاعدة عبارة عن أساس خرساني للسد يقوم بتضمينه في جدران وأرضية مجرى النهر / الوادي. هذا يمنع الماء من التسرب على حواف السد.
حان الوقت الآن لبناء السد بالارتفاع المطلوب. يساعد سطح مجرى مجرى مقعر مقعر للسد على امتصاص الضغط المستمر للماء الذي يجب أن يتحمله. يتم استخدام الفولاذ المقوى لأسطح السد نفسه ، ويتم بناء سياج. العلبة مملوءة بالخرسانة لجعلها قوية للغاية ومقاومة لتدفق المياه.
ما خطب السدود اليوم؟
لقد كانت تصميماتنا وطرقنا لبناء السدود موثوقة لعقود - ما الخطأ الذي حدث في السنوات القليلة الماضية لجعلنا نرغب في إعادة النظر؟ الجواب البسيط هو تغير المناخ. تم تصميم السدود التي تم بناؤها قبل 50 أو 60 عامًا على افتراض أن المناخ سيكون دائمًا مستقرًا. من وجهة نظر اليوم ، يمكننا أن نرى أن هذا ليس هو الحال ببساطة.
الدورات الهيدرولوجية حساسة حتى للتغيرات الطفيفة في المناخ. يتم تصميم السدود عادةً من خلال احتساب البيانات التاريخية ولكن دون فهم كيف يمكن أن تتغير دورات المياه في المستقبل.
على سبيل المثال ، تم الانتهاء من محطة مويلا للطاقة الكهرومائية مؤخرًا في ليسوتو ، وهي دولة يعتقد أن لديها إمكانات كبيرة لموارد الطاقة الكهرومائية. بعد الانتهاء من السد ، ليس لدى ليسوتو أي مشاكل في تلبية احتياجاتها المحلية من الطاقة. ومع ذلك ، فإن البلاد عرضة للكوارث الطبيعية والتصحر ، وهي شديدة التأثر بتغير المناخ. يتوقع العلماء أن ارتفاع درجات الحرارة وانخفاض هطول الأمطار في السنوات المقبلة سيخلق فترة من الإجهاد المائي بحلول عام 2019 والتي ستزداد سوءًا بحلول عام 2060 ، مما يجعل سد ليسوتو أقل فعالية إلى حد كبير ، ويهدد أمن طاقتها.
على العكس من ذلك ، في ولاية كاليفورنيا ، سلطت الدورات المتناوبة من الجفاف الشديد والأمطار المفرطة الضوء على التصميم غير المرن للسدود في تلك المنطقة. أدت الكميات القياسية من الأمطار إلى حدوث فيضانات قياسية ، مما يهدد حياة أولئك الذين يعيشون حول السدود مع وجود قنوات تصريف غير كافية. في حين أن بعض السدود قيد التحسين ، مثل سد فولسوم الذي يبلغ ارتفاعه 340 قدمًا ، حيث يضيف مهندسو الجيش سعة 40٪ للمجرى الرئيسي ، يتم إهمال الهياكل الأخرى المماثلة. قد يؤدي هذا إلى فيضانات كارثية من شأنها أن تؤثر سلبًا على السكان والبيئة.
سدود المستقبل
بينما نصمم السدود في المستقبل ، من الأهمية بمكان أن نفهم مناخنا المتغير ونأخذ في الحسبان. نحن نعلم الآن أنه لا يمكننا التنبؤ بمستويات المياه وسعة الخزان المطلوبة بناءً على البيانات التاريخية. نحن نعلم أن تغير المناخ هو الواقع الذي نعيش فيه ، وأنه في حين أن بعض المواقع قد تصبح أكثر عرضة للفيضانات مما كان يعتقد سابقًا ، فإن مناطق أخرى تواجه إجهادًا مائيًا وقد لا تتمكن من تحقيق فوائد بناء السدود خلال أي فترة معقولة .
لا يكفي استخدام البيانات التاريخية عند التخطيط لمشروع مثل السد. لا ينبغي للمهندسين أن يأخذوا بعين الاعتبار مستقبلًا واحدًا فحسب ، بل يجب عليهم التفكير في العديد من العقود المستقبلية المحتملة عند العمل في مشروع بالغ الأهمية للبنية التحتية المحلية.
كلف أحد مطوري الطاقة الكهرومائية في أيسلندا مؤخرًا بإجراء دراسة تبحث في كيفية تطوير منشأة لتوليد الطاقة تغذيها الأنهار الجليدية. اعتبرت هذه الدراسة ضرورية لأنه يبدو أن ذوبان الجليد الجليدي يتزايد ويتوقع زيادة تدفق المياه في العقود القادمة. وخلصت الدراسة إلى أن السد يجب أن يكون "أكثر من اللازم" - مبني مع القدرة على التعامل مع تدفق أكثر مما هو موجود حاليًا. يجب تطبيق هذا النوع من التفكير في جميع أنحاء العالم لبناء السدود التي من شأنها أن تخدمنا بأمان وبشكل مثمر في الأوقات العصيبة المقبلة.