روشهای سازه ای مدیریت سیلاب

روشهای سازه ای مدیریت سیلاب

روشهای سازه ای مدیریت سیلاب زیر مجموعه ای از مدیریت سیل است که شامل نقش سازه و بهره بردار ی از آن میباشد. بسیاری از این روشها سابقه چند هزار ساله دارند. برای مثال سد کفرا در مصر در 4600 سال پیش به منظور کنترل سیلاب در حال احداث بود که در اثر سیلاب تخریب گردید. به روشهای سازه ای, مهار سیلاب نیز اطلاق میشود. مهار سیلاب شامل فرایندهای خاصی است که با فراهم آوردن و بهره برداری از سازه های طراحی شده, اثرات تخریبی سیل را رفع یا کاهش دهد که این امر با ذخیره, محدود سازی و انحراف جریان سیلاب تا حدی که از لحاظ اقتصادی توجیه پذیر باشد, انجام میشود. هم اکنون در بسیاری از کشورها، ایمنی صدها میلیون نفر در مقابل سیلاب وابسته به سدها، سیل بندها و کانالهای انحراف سیل میباشد.درجه ایمنی سازه های مهار سیلاب بر اساس ملاحظات اقتصادی تعیین میشود.

روشهای سازه ای مدیریت سیل و اهداف اصلی روشهای سازه ای مدیریت سیلاب به شرح زیر است:

· سدهای مخزنی: ذخیره سیلاب در مخزن و کاهش پیک سیلاب

· سیل بندها: محدود کردن سیلاب

· مخازن تاخیری: کاهش پیک سیلاب و افزایش زمان تمرکز

· اصلاح و بهسازی مسیر: افزایش سرعت جریان و گذردهی رودخانه و حفاظت از کناره ها و بستر آن

· انحراف سیلاب: کاهش میزان سیلاب در یک بازه از رودخانه

· روشهای دیگر مدیریت سازه ای: روش های دیگر مدیریت سازه ای سیلاب

سدهای مخزنی

بسیاری از قدیمی ترین سدهای جهان به منظور کنترل سیلاب احداث گردیده بودند. سدهای مخزنی غالبا" چند منظوره بوده و برای اهدافی چون آبیاری, تامین آب شرب, تولید برق, مهار سیلاب و اهداف تفریحی مورد استفاده قرار میگیرند.

هدف یک مخزن مهار سیلاب, ذخیره قسمتی از جریان سیلاب به منظور کاهش حداکثر آن میباشد. در صورتیکه سیلابهای رودخانه دارای خصوصیات فصلی باشند، کارایی مخازن چند منظوره برای کاهش پیک سیلاب به نحو قابل ملاحظه ای افزایش مییابد. در شرایط ایده آل مخزن درست در بالادست منطقه حفاظت شده قرار دارد و بهره برداری از آن به منظور کاهش حداکثر سیلاب به ظرفیت گذردهی ایمن پایین دست صورت میگیرد. سیلاب ذخیره شده با توجه به زمان وقوع آن یا بتدریج رها میشود و یا در صورتیکه پایان فصل سیلاب نزدیک باشد, برای مصارف آبیاری و تولید برق ذخیره میشود. در صورت وجود حوزه میانی بعد از سد و منطقه مورد حفاظت, هدف مدیریت مخزن در جریان سیلاب, جاری شدن حداقل سیلاب در منطقه حفاظت شده خواهد بود که در اینصورت الزاما" سیلاب در محل سد حداقل نخواهد بود.
در صورتیکه سیلابهای رودخانه دارای خصوصیات فصلی باشند، کارایی مخازن چند منظوره برای کاهش پیک سیلاب به نحو قابل ملاحظه ای افزایش مییابد.

در کشور چین از سال 1950 تا 1990 بیش از 22000 سد بزرگ (50 درصد سدهای بزرگ جهان) و 63000 سد کوچک احداث گردید. یکی از مهمترین اهداف این سدها کاهش پیک سیلابها است. سدهای مخزنی در کشور چین عملکرد بسیار چشمگیری در کاهش قابل ملاحظه پیک سیلابهای بزرگ (تا 1000 ساله) داشته اند

در سدهای چند منظوره بعلت تضاد منافع مهار سیلاب با تولید انرژی برقابی و یا ذخیره سازی آب, مدل بهره برداری بهینه بکار گرفته میشود. با این وجود در صورت وجود مدل کارآی, پیش بینی و هشدار سیلاب, دستیابی توام به اهداف مهار سیلاب و تولید بیشتر انرژی برقابی امکان پذیر میباشد و در کشورهای چین و کره به انجام رسیده است.
سد برقابی HungLongtan با ظرفیت 150 مگا وات و حجم مخزن 103 م م م در چین واقع شده است. سیلاب طراحی این سد 500 ساله و سیلاب ایمنی آن 5000 ساله می باشد.

تراز مخزن را می توان 2 متر کاهش داد در صورتیکه زمان پیش هشدار سیلاب حدود 3 ساعت باشد. در سیلاب 1989, در اثر استفاده از سیستم پیش بینی سیلاب, نه تنها کاهش قابل ملاحظه دبی در پایین دست ممکن گردید بلکه 4 میلیون کیلو وات ساعت برق اضافی تولید گردد. در سیلاب سال 1992 که سیلابی با دوره بازگشت 100 ساله بود, پیک سیلاب از 21332 به 4198 مترمکعب بر ثانیه به میزان 80 درصد کاهش یافت. در زمان سیلاب کلیه توربین ها با ظرفیت کامل کار می کردند.

مدل های پیش بینی کارآ میتوانند تضاد منافع مهار سیلاب با تولید انرژی برقابی و یا ذخیره سازی آب را بر طرف نمایند.

در صورت وجود مدل کارآی پیش بینی و هشدار سیلاب, دستیابی توام به اهداف مهار سیلاب و تولید بیشتر انرژی برقابی در سدهای مخزنی امکان پذیر میباشد

در یک طرح جامع سیلاب بهگزینی ابعاد سیستم مانند سدهای مخزنی، سیل بندها، کانالهای انحراف سیلاب بر اساس پارمترهای اقتصادی صورت می گیرد.

سیل بندها

محدود کردن جریان سیلاب در یک عرض معینی از رودخانه به کمک سازه هایی نظیر گوره ها و دیواره های سیل بند انجام میگیرد. این سازه ها از پخش شدن و گسترش سیلاب در زمینهای اطراف رودخانه جلوگیری کرده, آن را در یک مسیر و مجرای مشخص و محدود هدایت میکند. ساخت گوره ها (خاکریزهای سیل بند) قدیمیترین, رایج ترین و نیز یکی از مهمترین روشهای مهار سیلاب از دیر باز تاکنون بوده است. گوره, بند خاکی کوتاهی است که در فواصل مختلف از کناره رودخانه و در امتداد آن ساخته می شود تا نقش سواحل مصنوعی را در دوره های سیلابی که آب رودخانه از سواحل طبیعی خود بیرون میرود, را ایفا کند و بخش عمده زمینهای اطراف رودخانه را از آب گرفتگی محافظت نماید درمناطق شهری و سایر مناطق که ارزش زمینها زیاد میباشد, به جای گوره از دیواره های سیل بند استفاده میگردد. دیواره های سیل بند از جنسهای مختلف بتنی, سنگی, آجری و …. ساخته میشوند.

در بسیاری از موارد سطوح سیل بندها با پوشش گیاهی (بخصوص علف برمودا) درمقابل فرسایش حفاظت میشوند.

بطور کلی طراحی سیل بندها و دیواره های سیل بند بایستی مشابه سدهای معمول باشد. مزیت اصلی گوره ها امکان استفاده از مصالح محلی ارزان قیمت است.
گوره ها از مصالح معادن قرضه که به موازات گوره میباشند احداث میشود. این مصالح بایستی در لایه ها ریخته و کوبیده شود. نفوذ ناپذیری مصالح در کناره رودخانه بایستی بکار گرفته شود. در کل مصالح مناسب برای هسته بندرت در دسترس میباشد و بیشتر سیل بندها, خاکریزهای همگن میباشند.

مقاطع گوره ها بایستی با توجه به شرایط محلی و مصالح موجود طراحی شوند. به منظور امکان پذیر شدن عبور ماشین آلات, حداقل عرض سیل بند 3 متر میباشد. برای جلوگیری از فرسایش از مصالح ریپ رپ, چمن, بوته, درختان و بتن استفاده میشود.

برای زیبایی, شیب گوره رامیتوانند ملایم تر از میزان لازم احداث نمایند. در این حالت سیل بند کمتر مشخص بوده و رفت و آمد مردم با سهولت بیشتری انجام میشود. زهکش های پاشنه ای برای حفظ ایمنی گوره ها در مقابل آبشستگی و جلوگیری از خروج آب از شیب پایین دست لازم است. بعلت عرض زیاد گوره در پایین و ارزش بالای زمینهای شهری, در این مناطق معمولا از دیواره های سیل بند استفاده میشود این دیواره ها به نحوی طراحی میشوند که درمقابل فشار هیدرواستاتیکی (فشار بالا بر آب) مقاومت کنند.

در بیشتر موارد گوره ها به موازات رودخانه احداث میشوند ولی گوره های حلقوی, گوره هایی که به زمینهای بلند متصل میشوند و گوره های در برگیرنده پیچان رود نیز در موارد خاص بکار گرفته میشوند.

از مسائل مهم در طراحی گوره ها, زهکشی مناطق داخلی میباشد که از راه حلهای مختلف, بشرح زیر مورد استفاده قرار میگیرند:

· حوضچه جمع آوری و ایستگاه پمپاژ

· زهکشی درونی گوره ها

· زهکشی انحرافی

· کانال زهکشی

· تخلیه از لوله های تحت فشار

شرایط و مصالح ساختمانی بندرت کاملا" رضایت بخش میباشد و بنابراین با توجه به عدم قطعیتهای مهندسی رودخانه حتی با بهترین فنون احداث, خطر تخریب وجود دارد. مکانیزم های مختلف تخریب سیل بند بشرح ذیل میباشد:

· روگذری سیلاب

· نشت آب و آبشستگی

· فرسایش

· ناپایداری شیبها و لغزشهای پیاپی (Sloughing)

· ایجاد حفره توسط حیوانات

با توجه به موارد فوق گوره ها بایستی مرتبا مورد بازرسی قرار گیرند و اصلاحات لازم صورت پذیرد.
ایمنی سیل بندها مطلق نیست و بنابراین مدیریت بحران نقش کلیدی دارد.

در بسیاری از رودخانه ها افزایش تراز آب در جریان سیلاب به میزان چند سانتیمتر بالاتر از تاج سیل بند میتواند موجب تخریب آن شود. بنابراین افزایش اضطراری ارتفاع سیل بندها در جریان سیلاب که در مقابله با سیلاب صورت میگیرد، دارای اهمیت فوق العاده می باشد. روشهای مورد استفاده بشرح زیر میباشد:

· خاکریز اضطراری بر روی تاج سد

· کیسه های شنی

· دیوار حائل چوبی – خاکی

· جعبه خاکی

در صورت تخریب سیل بندها، عواقب میتواند از شرایطی که اصلا" سیل بندی احداث نشده باشد بسیار وخیم تر شود. این مسئله بایستی در انتخاب دوره بازگشت گوره ها در نظر گرفته شود و استفاده از فیوز پلاگ نیز در بسیاری از موارد قابل توجیه می باشد.

دیوارهای سیل بند کمتر از گوره ها در معرض خرابی میباشند. ولی امکان روگذری دیواره و یا آبشستگی در پی آن وجود دارد.
در صورت تخریب سیل بندها، عواقب میتواند از شرایطی که اصلا" سیل بندی احداث نشده باشد بسیار وخیم تر شود.

گوره ها با محدود کردن عرض مسیر, موجب افزایش تراز سیلاب میشوند. اصلاح مسیر و افزایش ضریب گذردهی میتواند مانع از افزایش تراز در اثر سیل بندها شود. با افزایش تراز سیلابی در ناحیه ای که گوره ها احداث شده اند, تراز آب در بالا دست و پایین دست افزایش مییابد. این افزایش تراز در مواردی عواقب ناگوار بدنبال داشته است. یک ناحیه که بوسیله گوره ها حفاظت شده ممکن است در اثر احداث گوره ها در بالادست یا پایین دست, دچار سیل گرفتگی شود. در این راستا لازم است ساماندهی رودخانه ها بر اساس یک طرح جامع به انجام برسد و بر اساس این طرح قسمت مهمی از سیلابدشت به مسیر جریان اختصاص یابد.

مخازن تاخیری

مهار سیلاب با استفاده از مخازن تاخیری تاثیری مستقیم و سریع بر روی سیلاب میگذارد. چنانچه توپوگرافی امکان ایجاد مخزن تاخیر با حجم مناسب را بدهد و منابع قرضه در فاصله کمی از محل پروژه موجود باشد, به علت تاثیر سریعتر آن در مقایسه با روشهای آبخیزداری بر تسکین سیلاب, میتوان مورد استفاده قرار گیرد.
خروجی یک سد تاخیر, معمولا" یک سرریز بزرگ و یا چند خروجی بدون دریچه میباشد. سد Pinary در فرانسه شامل یک سد با بازشدگی در میان میباشد. نوع خروجی که بکارمیرود بستگی به ماهیت سیلاب ومشخصات جمعی مخزن دارد. عموما"خروجی های روزنه ای ترجیح داده میشوند که با توجه به فرمول خروجی روزنه این ≈ h Q √ موجب تاخیر بیشتر در جریان و افزایش ملایم تر جریان خروجی میشود.یک سرریز ساده سطحی معمولا" برای سدهای تاخیری مطلوب نمیباشد زیرا حجم زیر تاج سرریز برای کاهش سیلاب مورد استفاده قرار نمیگیرد. با این وجود برای حفظ ایمنی خود سد یک سرریز بزرگ با ظرفیت چند برابر ظرفیت خروجی ها همیشه لازم است.
ظرفیت خروجی یک سد تاخیری با مخزن پر بایستی برابر حداکثر ظرفیتی باشد که میتوان از رودخانه در پایین دست عبور کند. با شروع سیلاب, مخزن تاخیر پر میشود و خروجی آن قدر افزایش مییابد که مساوی سیلاب ورودی میشود. از آن به بعد, حجم ذخیره شده خود بخود از مخزن خارج میشود.
سدهای تاخیری بیشترین کارآیی را در حوزه های کوچک و با شیب زیاد دارند. مثال بارز کارایی سدهای تاخیری, سدهای احداث شده در ایالت اوهایو آمریکا میباشد. بعلت زمان تمرکز کم سیلابهای حوزه های کوچک, بهره برداری کارآ از مخازن ذخیره ای به سختی ممکن میشود. بعلاوه استفاده از مخازن تاخیری تخلیه خودبخود مخازن بعد از سیلاب را تضمین نموده و مانع از فدا شدن منافع کنترل سیلاب برای منافع ذخیره سازی میشود.

بیشتر زمینهای پایین دست سدهای تاخیری در اوهایو برای کشاورزی مورد استفاده قرار میگیرند و بندرت دچار آبگرفتگی میشود و مجوز احداث تاسیسات در این زمینها داده نمیشود.
در طراحی سدهای تاخیری بایستی توجه شود که احداث این سدها موجب همزمانی سیلابهای شاخه مختلف و افزایش سیلاب در پایین دست نشود. برای حوضه های کوچک افزایش سیلاب در اثر سدهای تاخیری بسیار غیر محتمل است ولی در حوضه های بزرگ با سرشاخه های متفاوت این احتمال افزایش مییابد. بنابراین سدهای تاخیری عمدتا برای حوضه های آبریز کوچک و سدهای مخزنی برای حوضه های بزرگ مورد استفاده قرار میگیرند.

اصلاح و بهسازی مسیر

کاهش تراز سیلاب در رودخانه با افزایش گذردهی رودخانه در اغلب موارد امکان پذیر میباشد.
اصلاح مسیر رودخانه به روشهای ذیل انجام پذیر است:

· پاکسازی مسیر رودخانه ازعوامل و موانع موجود در بستر و سیلابدشت اعم از پوششهای گیاهی, انباشته های رسوبی, اصلاح ساختار هیدرولیکی سازه های متقاطع, موازی و غیره و اصلاح مقطع و مشخصه های هندسی مجرای رودخانه.

· حذف ماندرها (پیچان رود) و ایجاد راستای مناسب: برای کاهش تاثیر منفی ماندرها و پیچ و خمهای تند رودخانه اغلب با ایجاد میانبر و اصلاح و ایجاد راستای مناسب, ظرفیت انتقال رودخانه را میتوان افزایش داد. عملیات اصلاح مسیر رودخانه موجب افزایش سرعت جریان میشوند و در نتیجه بایستی توامان با حفاظت و تثبت کناره ها و بستر رودخانه اجرا شوند.

· تثبیت و کنترل شاخه های پررسوب: ورود مواد رسوبی از شاخه ها و سرشاخه هایی که دارای پتانسیل انتقال رسوب بالایی هستند, موجب انباشته شدن رسوبات رودخانه اصلی و کاهش توان انتقال آن میگردد. برای جلوگیری و کاهش رسوبات ورودی از شاخه های پر رسوب میتوان به احداث سدهای رسوبگیر و یا عملیات آبخیزداری و تثبیت خاک بستر و کناره های رودخانه اقدام نمود.

· تثبیت کناره ها و شیبهای ناپایدار: کناره ها و شیبهای ناپایدار مسیر رودخانه را میتوان از روشهایی نظیر احداث اپی, دیوارهای طولی, پوشش حفاظتی ژئوتکستایل, پوشش سنگفرش, گابیونی و بعضا" گیاهی تثبیت کرد.

· تثبیت بستر: به منظور تثبیت موقعیت رودخانه و ایجاد شرایط مناسب برای هدایت جریانهای رودخانه ای لازم است بستر رودخانه حفاظت شود. روشهای مختلفی برای تثبیت بستر رودخانه ها متداول است که از آن جمله لایه سنگفرشی, احداث کف بند و یا احداث شیب شکن را میتوان نام برد.

اصلاح و بهسازی مسیر رودخانه میتواند موجب وخیم تر شدن وضعیت سیلاب در پایین دست گردد. بنابراین این اقدامات بایستی در چهار چوب یک طرح جامع به انجام برسد. در استفاده از پوشش بتنی برای افزایش گذردهی, بایستی توجه خاص به اینکه این اقدام مانع از تغذیه سفره زیرزمینی نشود, مبذول نمود.
حذف پیچان رودها بدون حفاظت مسیر ممکن است موفقیت آمیز نباشد زیرا بدون حفاظت از کناره های رودخانه, پیچان رود جدیدی ممکن است ایجاد شود.

انحراف سیلاب

انحراف سیلاب در کشور چین از صدها سال پیش صورت می گرفته است. این روش مهار سیلاب به عنوان سیلراه اضطراری نیز شناخته میشود و عموما در نواحی بالادست مناطق توسعه یافته, نظیر شهرها و مجتمع های صنعتی به کار میرود که فضای کافی برای تعریض و یا تعمیق آبراه یا ساخت گوره ها وجود ندارد و ساخت دیوارهای سیل بند نیز غیر اقتصادی است. انحراف سیلاب رودخانه ها و آبراهه ها از قدیمیترین روشهای حفاظت سیلاب بوده که در صورت امکان انجام آن, یکی از بهترین و اقتصادی ترین روشهای مهار سیلاب میباشد. تفاوت عمده این روش با سایر روشهای مهار سیلاب مانند احداث گوره ها و دیواره های سیل بند در این است که خطرهای بالقوه ناشی از سیل در سرتاسر طول گوره ها و دیواره های سیل بند باقی میماند, حال آن که با انحراف سیلاب, خطرهای ناشی از آن در سرتاسر بازه مورد نظر از رودخانه یا آبراه برطرف میگردد. سیلراه اضطراری از طریق یک سرریز ثابت, دریچه سیل و یا سرریز خاکی شستشو شونده کم ارتفاع ایجاد میگردد. عمده ترین روشهای انحراف سیلاب به قرار زیر میباشند:

· انحراف به زمینهای پست (گود) و یا کم ارزش

· سیلراه کنارگذر که در این روش بخشی از سیلاب را قبل از اینکه به بازه خاصی از شاخه اصلی رودخانه برسد منحرف کرده, پس از گذشتن از محل خطر دوباره وارد رودخانه میشود. این انحراف میتواند موقتی و یا دائمی باشد و در مواردی به کار میرود که ظرفیت رودخانه محدود بوده, انحراف به خارج از حوضه یا محلهای دیگر دارای توجیه نباشد.

· انحراف بین حوضه ای (انحراف به رودخانه مجاور)

· انحراف به استخرهای تاخیری یا تسکین دهنده.

با انحراف سیلاب, خطرهای ناشی از آن در سرتاسر بازه مورد نظر از رودخانه یا آبراه برطرف میگردد.

کانالهای کناری تنها زمانی بایستی احداث شوند که مطلقا ضروری باشد. رسوب گذاری در آبدهی کم در رودخانه صورت میگیرد و اگر سیلابها در رودخانه جاری نشود, به تدریج مسیر رودخانه بالا می آید. ورودی کانال انحراف میتواند یک فیوز پلاگ یا سرریز بتنی باشد.
انحراف سیلاب با انفجار قسمتی از گوره ها نیز ممکن میشود که این امر در هنگام مقابله با سیلاب صورت میگیرد.

رسوب گذاری در آبدهی کم در رودخانه صورت میگیرد و اگر به علت وجود کانال انحراف، سیلابها در رودخانه جاری نشود, به تدریج مسیر رودخانه بالا میآید.

روشهای دیگرمدیریت سازه ای

این روشها کمتر در طرحهای سیلاب متدوال هستند و در موارد خاص استفاده از آنها الزامی خواهد بود.

سدهای دریایی

در هنگام طوفان دریچه های عظیم سدهای دریایی بسته شده و نواحی ساحلی از طوفانهای دریایی حفاظت می شوند. در مواقع عادی دریچه باز بوده و در نتیجه سدهای دریایی موجب خسارات محیط زیستی نمی شوند. پروژه عظیم دلتا در هلند نمونه بارز سدهای دریایی است.

مقطع بسته شده (Close Conduit)

در مناطق شهری جایگزینی کانال باز با یک مقطع بسته شده, غیر معمول نیست. این مقاطع در مواردی از زیر جاده ها, پارکینگها و ساختمانها عبور میکند. در این شرایط بسیار مهم است که کانال بسته دارای ظرفیت هیدرولیکی لازم برای عبور جریان باشد.

ایستگاه پمپاژ

در برخی از مناطق شهری, جمع آوری آبهای سطحی و سیلاب بوسیله ایستگاه پمپاژ و لوله های تحت فشار صورت میگیرد.

دیواره آبی

در این روشها در هنگام سیلاب جداره های نفوذ ناپذیر بوسیله آب پل میشوند و دیواره آبی در مقابل سیلاب را تشکیل میدهد. در این روش بوسیله سیلاب، سیلاب مهار میشود. نمونه هایی از دیواره های آبی در شکلهای پیوست ارائه شده اند.

روشهای سازه ای مدیریت سیلاب

مطالب مشابه :

روشهای سازه ای مدیریت سیلاب

سیلاب و مدیریت آن

روشهای غیر سازه ای مدیریت سیلاب

مدیریت سیلاب

سیلاب

مدیریت سیلاب در کلانشهرهای ایران

موضوعات مناسب پروژه و پایان نامه مهندسی آب

اعتبار طرح‌های نیمه تمام رودخانه‌های لرستان تأمین شود

با توجه به سوابق سیل خیزی استان لرستان ، حذف اعتبارات مهندسی رودخانه استان در سال جاری معقولانه نیست