سرزمین پهناور ایران در منطقه ای خشک و نیمه خشک قرار گرفته و توزیع ناموزون جریان سطحی محدودیت های عمده ای را در امر استفاده بهینه از آب این عنصر حیاتی به وجود آورده است . به علاوه قسمت اعظم این جریان ها قبل از این که مورد استفاده قرار گیرند از دسترس خارج شده و به سوی دریا سرازیر می گردند. از آنجایی که تامین آب همواره نیاز اساسی بشر برای استفاده های کشاورزی صنعتی و آب شرب بوده است لذا مهار سیلابها و آبهای جاری از طریق احداث سد از کارهای اساسی و زیر بنایی محسوب و برای نیل به خود کفایی اقتصادی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
نقش سازه های آبی در بهبود کمی و کیفی زندگی بشر آنچنان حائز اهمیت است که امروزه در هرکشوری سهم قابل توجهی از نیروی انسانی و بودجه های عمرانی را به خود اختصاص داده است.در طرح این قبیل سازه ها ایمنی و پایداری سازه ، سرعت و سهولت ساخت سازگاری با محیط ، عمر مفید و هزینه های طرح از جمله مسائل مهمی است که همواره ذهن طراحان را به خود مشغول می دارد . از این رو سعی می گردد با استفاده از تکنولوژی های جدید و بهره گیری از مصالح و ابزار ساخت گوناگون حداکثر ضریب اطمینان در راستای مسائل فوق بدست آید.
یکی از جدید ترین مصالحی که در ساخت سازه های آبی در طی چند سال اخیر به خدمت گرفته شده ماده لاستیک است که بطور گسترده در ساخت بندها یا سدهای کوتاه مورد استفاده قرار گرفته است در سدهای لاستیکی انعطاف پذیری قابل توجه مصالح در مقابل عوامل خارجی همسازی و سازگاری با محیط ، سادگی طراحی ، کوتاه بودن مدت ساخت ، ایمنی و پایداری مناسب این قبیل سدها نسبت به سازه های صلب ، سادگی و سهولت بهره برداری و در نهایت کاهش هزینه های اجرائی موجب گردیده که در طرحهای آبی کوچک و بزرگ مورد استفاده قرار گیرند.
تاریخچه استفاده از سدهای لاستیکی :
تکنولوژی نسبتاً جدیدی که برای مهار آبهای سطحی به کار گرفته شده است تکنولوژی ساخت سدهای لاستیکی می باشد . قبل از این نوع سدها برای مهار و هدایت آب به سوی زمینهای وسیع و آبروها ، از دریچه های فولادی و تخته های چوبی استفاده می شد که در جلوی دریچه ها قرار می گرفت تا آب با فشار بیشتری جریان داشته باشد . در این کار نیز به نیروی انسانی نیاز بود و اگر در باز کردن این دریچه ها تأخیری روی می داد سیل ایجاد می شد و دریچه را با خود می برد .
فکر ساخت سد از مواد مصنوعی از جمله مواد لاستیکی از سال 1950 برای اولین بار توسط Norman imberston رئیس دپارتمان مهندسی آب و نیرو در شهر لوس آنجلس مطرح و چندی بعد در سال 1958 اولین سد لاستیکی در این شهر توسط کمپانی لاستیک سازی بریجستون طرح و ارائه گردید.تخمین زده می شود که در حال حاضر بیش از 4000 سد لاستیکی در مناطق مختلف دنیا ساخته شده ودر حال بهره برداری است.
سهم کشور ما ایران از این نوع سدها ، تنها چند سد می باشد که البته در حال حاضر رو به افزایش است. اولین سد لاستیکی در کشور در استان مازندران در سال 1375 در حاشیه دریای مازندران بر روی رودخانه بابل بنام سدلاستیکی بابل توسط شرکت لاستیک سازی satujo ساخته شده است.هدف اصلی از احداث این سد جلوگیری از تداخل آب شور دریای مازندران و استفاده از دبی پایه رودخانه و در نتیجه تأمین آب زراعی دشت مجاور بوده است.ارتفاع این سد در حدود10/3 و طول آن 60 متر و از نوع بادی می باشد که با اتاق کنترل در جناح راست و سیستم هوارسان ضد زنگ طراحی و ساخته شده است.
اهداف کلی از ساخت سدهای لاستیکی:
- ذخیره موقت دبی پایه رودخانه ها برای تأمین آب کشاورزی
- افزایش سطح تراز آب در رودخانه و کاهش هزینه پمپاژ آب به اراضی کشاورزی در این رودخانه ها
- جداسازی آبهای آلوده یا شور از آب شیرین
- استفاده از سدهای لاستیکی برای افزایش حجم ذخیره سدهای بزرگ
- استفاده از تیوپهای لاستیکی به جای دریچه های فولادی در سدها
- کاهش فرسایش در رودخانه های با شیب تند و زیاد
- بهبود شرایط زیست محیطی و بیولوژیکی و اکولوژیکی محدوده طرح
- تولید الکتریسیته توسط نیروگاههای آبی کوچک و بزرگ
- استفاده از بندهای کوتاه لاستیکی در حوضچه های پرورش ماهی
- استفاده از سدهای لاستیکی به عنوان بندهای تنظیمی و انحراف
- بالا آوردن سطح تراز آب رودخانه ها برای افزایش آبخور قایق ها و کشتی ها
- اجرای طرح های تغذیه مصنوعی با کمک سدهای لاستیکی
- استفاده از سدهای لاستیکی در طرح های زیست محیطی و آبخیزداری
مزایای سدهای لاستیکی:
تا کنون در طرحهای آبی از سازه های صلب بتنی خاکی سنگریزه ای مصالح سنگی گابیون و دریچه های فلزی بصورت گسترده ای استفاده گردیده است اما در پاره ای از موارد این سازه ها بدلیل عملکرد خاص خود نتوانسته اند با شرایط محیط سازگاری داشته باشند و لذا بهره برداری از چنین سیستمهایی با مشکل روبرو گردیده است و حتی گاهی اوقات لازم شده که بدلیل نیاز مبرم آب با استفاده از چنین سازه آبی خطرات جنبی آن را بپذیریم .از خصوصیات بارز سازه های صلب این است که بدون تغییر شکل در مسیر رودخانه در سواحل دریا و یا در سرریز سدها همواره در مقابل جریانهای ورودی و خروجی با شرایط خاصی عمل می کنند و لذا با تغییر شرایط در محل ساختگاه مانند وقوع سیلابها ، زلزله و … این سازه
ها خود به صورت یک مشکل در بهره برداری عمل نموده و عبور جریانهای سیلابی را با مانع روبرو می سازد و موجب غرقاب شدن اراضی و تجمع رسوب در داخل مخزن می گردد.
حال اگر از یک سازه انعطاف پذیر مانند لاستیک استفاده شود این سد در حالات و شرایط مختلف و ویژه گیهای خاص رودخانه از جمله در هنگام وقوع سیلابها و یا جریان دبی پایه جزر و مد در سواحل دریا و در سرریزسدها برای رهاسازی جریان ذخیره آب با تغییر شکل مناسب خود به صورت سازه ای با کارکرد متغییر عمل می کندو بهره برداری از سیستم در مقابله با عدم قطعیت پارامترهای طبیعی محیط راحتتر ساده تر کم خطر تر و ارزانتر صورت خواهد گرفت.
اگر بخواهیم بطور خلاصه مزایای استفاده از لاستیک را در مقایسه با طرح های آبی از مصالح دیگر برشماریم باید گفت:
- یکی از مسائل مهم در استفاده از لاستیک به جای مصالح دیگر سازگاری عملکرد آن با طبیعت است.
- هزینه اجرایی طرح های سد لاستیکی به مراتب ارزانتر از اجرای طرح با مصالح دیگر است.
- مدت زمان طراحی در چنین سیستمهایی نسبت به سایر سازه ها بسیار کم و اندک است.
- مدت اجرای عملیات ساختمانی سازه های لاستیکی کوتاه و سریع است.
- پارامترهای مورد نیاز طراحی در این قبیل سازه ها کم و اندک و دسترسی به آنها با سهولت بیشتری ممکن است و حتی در پاره ای از مواقع قضاوت وحدس و تخمین مهندسی کفایت می کند.
- این سازه های لاستیکی در کلیه شرایط آب و هوایی و در شرایطی که حتی پی ساختگاه نامناسب باشد و امکان ساخت سازه های دیگر ممکن نگردد و یا مصالح دیگری در محل وجود ندارد قابل اجرا است.
- طرح و اجرای سدهای لاستیکی از هیچگونه پیچیدگی خاصی برخودار نیست.
- بعلت کمی هزینه استفاده از توان مالی مردم برای ساخت چنین سدهایی امکان پذیر است.
- سهولت بهره برداری و کاهش هزینه های بهره برداری و نگهداری از مزایای عمده این سازه هاست.
مزایای اقتصادی سدهای لاستیکی نسبت به موارد جایگزین :
از جمله مزایای اقتصادی این سد ها نسبت به موارد جایگزین شده عبارتند از :
- سدهای لاستیکی به فونداسیون پیچیده ای نیاز ندارند.
- این سد ها می توانند تا دهانه ای به طول 100 متر اجرا شوند.
- این سدها به حداقل حفاظت و نگهداری نیاز دارند . قسمت عمده تعمیرات مربوط به سیستمهای مکانیکی سد می باشد . تعمیر و نگهداری بدنه سد نیز شباهت بسیاری به تعمیر لاستیک اتومبیل دارد و در صورت سوراخ شدن بدنه سد آن را مانند لاستیک اتومبیل پنچر گیری می کنند.
- انعطاف پذیری سد در مقابل زلزله
- نصب و ساختن بسیار سریع
از این رو استفاده از لاستیک در طرح های آبی از جمله ایجاد بندها، سدها، افزایش ارتفاع و ایجاد حجم ذخیره در سدها ، استفاده از سدهای لاستیکی بجای دریچه ها ، برای تله اندازی رسوب ، بندهای انحرافی و استفاده در نیروگاههای برق آبی در مقایسه با سایر سدها از ارجعیت بالاتری برخوردار است.
انواع سدهای لاستیکی:
اصولا سد لاستیکی که از یک تیوب بزرگ و حجیم تشکیل شده است به روشهای مختلفی طبقه بندی می شود ، از جمله :
- سدهای لاستیکی با باله
- سد های لاستیکی بدون باله
در سدهای لاستیکی با باله defelector ، زائده بالی شکلی درمحل قوس تاج در بخش پایین دست در نظر میگیرند که در هنگام عبور جریان از تماس با آب با بخش پایین دست لاستیک جلوگیری می شود . علت وجود این باله جلوگیری از خطرخلاءزایی cavitation در هنگام سرریزی آب از تاج سد است که این پدیده منجر به ارتعاش می گردد.
در سدهای لاستیکی بدون باله در سطح خارجی سهمی شکل تیوب لاستیک که با آب در تماس است هیچگونه زائده و یا باله ای وجود ندارد .
اجرای سدهای لاستیکی :
سدهای لاستیکی از یک تیوپ هوا که به یک بستر متصل می شود تشکیل شده است ، انواع قدیم سدهای لاستیکی FABRI DAM نامیده می شد که به در آنها مخلوط آب و هوا برای متورم کردن تیوپ استفاده می شد ، در حال حاضر از سدهایی به نام INFLATABLE DAM استفاده می گردد یعنی سدهایی که قابل باد شدن می باشند .
ساختمان سدهای لاستیکی را می توان متشکل از سه بخش دانست :
- بدنه سد ( RUBBER DAM BODY )
بدنه سد پیشرفته ترین جز تشکیل دهنده سد لاستیکی می باشد که ترکیبی از لاستیک و الیاف تقویت کننده بوده و به صورت ورق تولید می گردد . ورقه های لاستیکی در طولهای مورد نیاز به عرض 1 متر الی 2 متر تولید می گردد که از اتصال آنها به یکدیگر به صورت عرضی بدنه سد به صورت یکپارچه تولید می شود.
- بستر سد و تجهیزات مهار
بستر سد عموماً در کف به صورت سطح و در دو طرف به صورت شیب دار ساخته می شود.لوله هایی که در پر وخالی کردن آب یا هوا به کار می روند عمدتاً در بستر کار گذاشته می شوند . بدنه لاستیکی سد به وسیله لوله و میله در محل نگه داشته و توسط پیچ مهار ، نصب می گردد . با تزریق رزین پلیاستر در محل ، این قسمت سخت و محکم می شود . بخش بیرونی پیچهای مهار پس از عبور از سوراخهای تعبیه شده در بدنه سد لاستیکی توسط مهره و واشر به بستر محکم می گردد .
ملاحظات و مشکلات فنی در سدهای لاستیکی:
تا کنون سدهای لاستیکی زیادی در جهان ساخته شده و یا در نظر است ساخته شود، ولی هنوز مسائل و مشکلات مربوط به افزایش ارتفاع سد لاستیکی حل نشده است. بطوریکه تاکنون بیشینه ارتفاع سدهای لاستیکی از 10-8 متر تجاوز نکرده است و لذا مشکلات فنی این قبیل سدها در هنگامی که ارتفاع سد لاستیکی زیاد می گردد بحال خود باقی مانده است.
سایر مشکلاتی که عموما طرحهای سدهای لاستیکی با آن روبرو هستندعبارتند از:
- وجود ارتعاشات در بدنه سد لاستیکی با افزایش ارتفاع آب در آستانه سد لاستیکی.
- چروک خوردگی بدنه لاستیکی در مجاورت دیواره های جانبی در شیبهای مختلف
- تشکیل معبرعبورجریان بصورت v در طول تاج سد یا v-notch
- پارگی تیوب در نتیجه اضافه فشار
- مشکل تعمیرات سد لاستیکی در هنگام طغیان سیلابها
- نداشتن تخصص برای نگهداری ، بهره برداری و تعمیرات سدهای لاستیکی در کشورهای توسعه نیافته
- گرفتگی لوله های هوا رسان یا لوله های تأمین آب تیوب لاستیکی
عمر و دوام سدهای لاستیکی :
در سازه های آبی اقتصاد طرح به عمر و دوام مصالح مورد استفاده مربوط می گردد.و هر چه عمر مصالح و یا دوام آنها زیاد و احتمال تخریب کم باشد سهم هزینه های تحمیلی در دوره طرح کاهش یافته و در نتیجه منافع اقتصادی طرح افزایش می یابد.سدهای لاستیکی نسبت به عوامل محیط از قبیل آب اکسیژن مواد آلاینده ، آبهای شور و قلیایی پسماندهای سمی و اسیدها بطور کامل مقاوم می باشند حتی از نقطه نظرمکانیکی اجسام تیز معمولی ، شاخ و برگ درختان، قطعات یخ و خرده سنگها ی معمولی قادر به صدمه زدن شدید به لاستیک سد نخواهند بود و دوام لاستیک در مقابل این حوادث زیاد است.
این خصوصیات و همچنین تاریخچه ساخت و بهره برداری از این قبیل سدها در کشورهای مختلف جهان نشان می دهد که عمر این سدها به راحتی از حدود 40 سال بیشتر است . با توجه به این که اصولا عمر اقتصادی سازه های کوچک آبی در همین حدود است لذا نوع مصالح لاستیکی در دسته و گروه مقاوم و بادوام تلقی می شود.
از طرفی چون امکان تعمیر و تیوب لاستیک وجود دارد و این عملیات به سهولت انجام می شود لذا مدت بهره برداری از سدهای لاستیکی به مراتب بیش از 30 سال خواهد بود . در برخی از نقاط جهان پاره ای از سدهای لاستیکی با بیش از 40 سال عمر در حال حاضر مشغول به کار است.از این رو بطور معمول عمر مفید اقتصادی سدهای لاستیکی در حدود 40 سال در نظر گرفته می شود و این طول دوام یا عمر سد لاستیکی بر اساس تجربه بیش از 4000 سد ساخته شده در دنیا بدست آمده است.
بدون دیدگاه