طراحی سدهای ایمن در مقابل زلزله و مرمت سدهای بزرگ

زلزله یا فرونشست زمین یک رخداد غیرقابل پیش‌بینی و ناگهانی است که می‌تواند ویرانگر باشد. از طرفی به یکی از جنبه‌های مهم در طراحی سد‌های ایمن تبدیل شده است. در طی زلزله‌ای که در شهر ونچوان چین در سال ۲۰۰۸ رخ داد، سدها و مخازن بتنی و خاکی همه دچار آسیب شدند با این وجود هیچ سد بزرگی به این دلیل دچار شکست نشده است زیرا بر پایه طراحی سدهای ایمن استوار بودند. عنصر اساسی در هر ساختار یا پروژه زیرساختی پایدار و مستحکم است. بنابراین سدهای ذخیره پایدار باید بر ایمنی بلند مدت استوار باشند و پایدار سازی گود آن با دقت انجام شده باشد. امروزه سدسازی یک مفهوم ایمنی یکپارچه دارد که شامل عناصر ایمنی سازه، نظارت بر ایمنی سد، ایمنی عملیاتی و نگهداری و برنامه‌ریزی است. در این مقاله به لزوم سدسازی ایمن، ضوابط طراحی سدهای ایمن، بازنگری و مرمت برخی از سدهای قدیمی و کوچک به‌صورت مختصر می‌‌پردازیم.

سدسازی ایمن از دیروز تاکنون

جالب است بدانید ساختمان‌ها و پل‌ها در مقایسه با سدها در طراحی‌ تفاوت‌های چشمگیری دارند. آسیب‌های وارد بر ساختمان‌ها بر اثر زمین‌لرزه و یا روان گرایی خاک  معمولاً به خاطر تحمل بار‌های افقی است درحالیکه سدهای بتنی و خاکی برای حمل بارهای افقی بسیار بهتر عمل می‌کنند.

نکته جالب‌تر این‌که از دهه ۱۹۳۰ به بعد سدها بر اساس مقاومت در برابر زلزله ساخته شده‌اند درحالیکه چنین دستورالعملی برای همه ساختمان‌ها هنوز هم اجرا و عملی نمی‌شود؛ حتی سدهایی که ساخت آنها به پیش از این دهه بازمی‌گردد معمولاً با معیارهای طراحی سدهای ایمن و عملکرد امروزی مطابقت دارند تا در برابر آسیب روان گرایی و زمین لرزه مقاومت داشته باشند. در بسیاری از نقاط جهان، ایمنی سدهای موجود در برابر زلزله بر اساس توصیه‌ها و دستورالعمل‌های مستند شده در بولتن‌های کمیسیون بین‌المللی سدهای بزرگ (ICold) مورد ارزیابی و بررسی مجدد قرار می‌گیرند.

دستورالعمل‌های کمیسیون بین‌المللی سدهای بزرگ برای طراحی سدهای ایمن

وضعیت عملکرد در تحلیل و طراحی لرزه‌ای سدها، در بولتن‌ها و دستورالعمل‌هایی توسط کمیته کمیسیون لرزه‌ای طراحی سدهای ایمن مستند شده است که عبارتند از:

• بولتن 112: نئوتکتونیکی و سدها
• بولتن 120: ویژگی‌های طراحی سدهای ایمن برای مقاومت مؤثر در برابر حرکت لرزه‌ای زمین
• بولتن 123: طراحی لرزه‌ای و ارزیابی سازه‌های وابسته به سدها
• بولتن 137: مخازن و لرزه‌خیزی
• بولتن 148: انتخاب پارامترهای لرزه‌ای برای سدهای بزرگ

بولتن‌های 112 و 137 به ترتیب مربوط به سدهای روی گسل و RTS هستند. یعنی ویژگی‌های خاص خطر لرزه‌ای را برای سدها ارائه می‌کنند. بولتن‌های 120 و 123 دستورالعمل‌هایی را در مورد مفاهیم طراحی لرزه‌ای و ویژگی‌های ساختمانی جهت طراحی لرزه‌ای یک سد ارائه می‌کنند که در هنگام زلزله‌های قوی عملکرد مطلوبی خواهد داشت. بولتن 148 دستورالعمل‌های طراحی لرزه‌ای به روز شده برای سدها، عناصر مرتبط با ایمنی و سازه‌های وابسته را ارائه می‌دهد.

درباره علم زمین شناسی بیشتر بخوانید.

خطرات لرزه‌ای برای سدها

خطر لرزه‌ای به‌صورت چندگانه عمل می‌کند و شامل موارد زیادی است که برخی از مهم‌ترین آنها که بر روی ایمنی سدها تأثیرگذار است عبارتند از:

• لرزش زمین
• حرکت در امتداد گسل‌ها یا ناپیوستگی در رد پای سد یا مخازن
• حرکات انبوه به داخل مخزن که باعث افزایش سطح مخزن، آسیب به خطوط انتقال و بستن راه‌های دسترسی می‌شود.

لرزش زمین به‌عنوان خطر اصلی لرزه‌ای درنظر گرفته می‌شود. حرکات زمین می‌توانند باعث ایجاد الگوهای پیچیده‌ای از ترک‌ها در سدهای قوسی باشند که پیش‌بینی آن‌ها با الگوهای عددی کار آسانی نیست. این ترک‌های ایجاد شده در سد به دلیل حرکت پی و لرزش زمین در یک زمان واحد است. در چنین شرایطی رفتار دینامیکی سد دچار پیچیدگی می‌شود.

ضوابط طراحی لرزه‌ای

طراحی یک پروژه بزرگ سدسازی به ضوابطی نیازمند است که عبارتند از:

• ارزیابی ایمن زلزله (SEE)
• طراحی بر پایه زمین‌لرزه (DBE)
• اجرا بر اساس زمین‌لرز(OBE)
• ساخت‌‌وساز بر اساس زمین‌لرزه (CE)

مرمت سدهای بزرگ

از جمله خطراتی که سدهای بزرگ را تهدید می‌کند شکست است. به محض پر شدن یک مخزن، سد مسیر خود را به سمت شکست اجتناب ناپذیر آغاز می‌کند. شکستی که با نشست و یا نشتی همراه است. آسیب‌ها به شکل تدریجی و کوچک در طول زمان مشخص می‌شوند. اما شکست تنها خطر تهدید‌کننده برای سدها نیست. هیچ سدی نمی‌تواند تمام خطرات سیل را کنترل کند. نقص‌های طراحی، قدمت، نگهداری ضعیف و بسیاری از عوامل دیگر می‌توانند برای یک سد خطراتی بزرگ به حساب بیایند.

هفت راه حل اصلی وجود دارد که اغلب برای رفع نشتی سدها استفاده می‌شود. این موارد بر اساس هزینه، شانس موفقیت و عملی بودن متفاوت هستند.

• پوشش خاکی فشرده
• پتوی خشک بنتونیت
• پتوی مرطوب بنتونیت
• پوشش‌های بتنی
• اسپری‌ها یا پوشش‌های قیری
• غشاهای پوششی پیش ساخته
• شاخه های پلیمری

به‌طور کلی سدها به خودی خود مشکل اصلی در مقابل زمین‌لرزه به شمار نمی‌روند چراکه برای بدترین رخدادهای طبیعی به شکلی ایمن طراحی شده‌اند. اما زلزله قطعاً بر ساختمان‌ها و پروژه‌های زیربنایی محدوده سد و مخزن که برای مقادیر خطر لرزه‌ای کمتر یا سدها طراحی شده‌اند، تأثیر می‌گذارد. علاوه بر این، سر و صدای مکرر ناشی از رویدادهای با بزرگی متوسط ​​باعث آزار انسان‌ها می‌شود.

درباره ژئوسنتیک یا مواد نوآورانه برای تثبیت خاک بخوانید.

طراحی سدهای ایمن آن را در مقابل رهاسازی و عدم کنترل آب از مخزن در طول یک زلزله قوی ایمن می سازد. با احتساب این می‌توان درنظر گرفت سدهای بزرگ بتوانند از یک رویداد با دوره بازگشت 10000 ساله جان سالم به در ببرند. پیش‌بینی این‌که در چنین رویداد نادری چه اتفاقی می‌تواند بیفتد بسیار دشوار است، زیرا زلزله‌های بسیار کمی با این مقیاس توانسته‌اند سدها را تحت تأثیر قرار بدهند. آن‌چه بارز است درس گرفتن از اتفاقاتی است که در گذشته برای سد‌ها در مقابل زمین‌لرزه‌ها رقم خورده است.

نگرانی‌هایی هم وجود دارد که مربوط به سدهایی است که در برابر زلزله طراحی نشده‌اند؛ موضوعی‌که در مورد سدهای کوچک و قدیمی صدق می‌کند. مشخص نیست که آیا این سدها معیارهای ایمنی لرزه‌ای امروزی را برآورده می‌کنند یا خیر. بنابراین ایمنی لرز‌ه‌ای این سدها باید بررسی بشود و از روش‌های نوین ارزیابی خطر لرزه‌ای مانند دستورالعمل‌های ارائه شده در بولتن ICOLD 120 استفاده شود. درنهایت با انجام این اقدامات در راستای طراحی سدهای ایمن قدم برداشته‌ایم؛ سدهایی که به هنگام زلزله‌های شدید عملکرد خوبی از خود نشان می‌دهند. پیروی از این دستورالعمل‌ها مهم‌تر از انجام هر تحلیل دینامیکی پیچیده‌ای است، که تنها ابزار و امکانی برای کمک به درک چگونگی عملکرد یک سد است.