مشخصات سد لاستیکی و مزایا و معایب آن

در این مقاله ابتدا به تعریف سد لاستیکی (Rubber Dam) می پردازیم سپس در ادامه اجزای تشکیل دهنده این نوع سدها و مزایا و معایب آنها را مورد بررسی قرار می دهیم. در پایان نیز نمونه هایی از این نوع سد را در ایران معرفی می نماییم، با ما همراه باشید.

مقدمه

انحراف و ذخیره آب رودخانه ها در بیشتر موارد با سازه های بتنی حجیم که مجهز به دریچه هاي فلزي سنگینی هستند صورت می گیرد. اجراء و راه اندازي هریک از اجزاء این سدها مستلزم صرف وقت و هزینه هاي قابل توجه است اما مسئله صرفا اجراي این سدها نیست، بلکه پس از اجرا مشکلات خاصی در مرحله بهره برداري به وجود خواهد آمد که مهمترین آنها پدیده رسوب گذاري است. رفع این مشکل نیاز به تجهیزات الکترومکانیک با هزینه هاي بالا دارد. تکنیک سد لاستیکی مشکل رسوب گذاري را به عنوان مساله اساسی سدهاي کنونی که باعث بسیاري از مشکلات زیست محیطی و اکولوژیک می شود، همواره حل نموده است. معرفی این تکنولوژي به عنوان تکنولوژي نوین مطرح در صنعت آب و خصوصا توجه خاص در جهت کاهش هزینه این نوع سدها می تواند در پروژه هاي آتی نقش مهمی ایفا نماید.

استفاده از سد لاستیکی اولین بار در سال 1950 توسط “ایمبرسون” مطرح شد. در سال 1965 اولین سد لاستیکی بادی در ژاپن براي ذخیره سازي آب به بهره برداري رسید. هم اکنون در حدود 100 سد لاستیکی در آمریکای شمالی، بیش از 1000 سد لاستیکی در ژاپن و خاور دور و در مجموع 2600 سد در نقاط مختلف جهان به طور موفقیت آمیز در دست بهره برداري می باشند. اولین سد لاستیکی ایران در استان مازندران در سال 1375 بر روی رودخانه بابل رود ساخته شده است.

مهمترین موارد استفاده از سدهای لاستیکی ذخیره و تغییر مسیر آب رودخانه، جلوگیري از تداخل آب شور و شیرین، کنترل پدیده جزر و مد در سواحل، افزایش حجم ذخیره آب سدهاي ساخته شده، بهبود محیط زیست، افزایش سطح آب رودخانه ها جهت کشتیرانی و سامان بخشی سواحل رودخانه ها می باشد.

پیشنهاد مطالعه : مراحل ساخت سد و بررسی اطلاعات مورد نیاز

اساس کار سدهای لاستیکی

اساس کار سدهاي لاستیکی، استفاده از یک تیوپ بزرگ با فضاي بسته که با دمیدن هوا یا آب به درون تیوپ، لاستیک متورم می شود و به صورت ایستاده در می آید، است. در این حالت، لاستیک شبیه یک سازه صلب و به عنوان یک سد یا بند عمل می کند. سدهاي بادي به علت سهولت در عملیات پر و خالی کردن توسط دمنده هاي هوا، سرعت عمل در تخلیه و یا باد کردن آنها و کاهش هزینه نسبت به سدهایی که با آب پر می شود، ارجحیت دارد. محدودیت هایی از جمله کمبود آب زلال در محل، آلوده بودن آب، نبودن آب زیرزمینی براي استفاده در تیوپ سد لاستیکی آبی، در سدهاي لاستیکی بادي وجود ندارد و از این رو حدود 70 درصد سدهاي لاستیکی جهان از نوع بادي است.

اجزاء سدهای لاستیکی

بدنه سد

مهمترین جزء سدهای لاستیکی را بدنه لاستیکی آن تشکیل می دهد، بدنه اي که از جنس ورق لاستیک با فونداسیون خاص و تقویت شده با الیاف ویژه است. این ورق لاستیکی و خصوصیات آن در استحکام، مقاومت در برابر عوامل طبیعی، انعطاف پذیري و دوام، بعد اصلی تکنولوژي سدها و دریچه هاي لاستیکی را تشکیل می دهد. این لاستیک از مقاومت فرسایشی و کششی بسیار بالایی برخوردار است و عمر مفید آن بین 30 تا 40 سال است. این لاستیک در برابر اشیا تیز و برنده طبیعی مقاوم است. براي حفاظت بدنه در برابر عوامل جوي و همچنین اجسام معلق در آب از مواد مختلفی براي مقاوم کردن بدنه استفاده می شود از جمله کلروپرن (CR) و اتیلن پروپیلن مونومد (EPDM) که هر دو ماده مقاومت بالایی در برابر عوامل جوي و تغییرات گسترده درجه حرارت محیط دارند که این نوع مواد از فیبرهاي سخت که تحت فشار و حرارت زیاد قرار می گیرند تشکیل می گردند.

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 و خالی 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 پلی استر در محل، این قسمت سخت و محکم می شود. بخش بیرونی پیچ هاي مهار پس از عبور از سوراخ هاي تعبیه شده در بدنه سد لاستیکی توسط مهره و واشر به بستر محکم می گردد. ارتفاع این پیچ و مهره ها پس از بستن سد لاستیکی بایستی پایین تر از سطح کف بستر رودخانه باشد تا از تجمع گل و لاي هنگامی که سد خالی است جلوگیري به عمل آید. نصب بدنه سد به بستر به دو روش سیستم مهار یک ردیفی و سیستم مهار دو ردیفی صورت می گیرد. مزیت سیستم مهار دو ردیفی این است که هر چه فاصله دو ردیف بیشتر باشد تأثیر تغییرات ارتفاع سد با نوسانات سطح آب به حداقل می رسد.

اتاق کنترل

ابعاد یک اتاق کنترل استاندارد در حدود 10 متر مربع می باشد، اتاق کنترل شامل یک قاب کنترل و یک کمپرسور هوا می باشد. از مهمترین اجزاء سدها و دریچه هاي لاستیکی ، سامانه کنترل و بهره برداري خودکار آن است، که داراي مزایاي ویژه است. معیار اصلی عمل سد رقوم آب رود خانه یا کانال در بالادست آن است که توسط یک سنسور مناسب سنجیده می شود و مطابق با آن فشار داخل سد و رقوم تاج سد لاستیکی تنظیم می شود. پائین آمدن رقوم سطح آب از یک حد مشخص به معنی پایان سیل است، که در این صورت سامانه الکترونیکی کنترل، دستور بهره برداری سد را اعلام می دارد. این کار از راه شروع به کار کمپرسور هوا یا پمپ آب براي پر کردن بدنه لاستیکی سد صورت می گیرد. از این رو سد لاستیکی پس از گذر سیل به صورت خودکار آماده بهره برداري می شود. در زمینه فرآیند عملکرد سدهاي لاستیکی به صورت یک دریچه آبگیر یا دریچه تنظیم، وظیفه سد لاستیکی به ترتیب، حفظ یک ارتفاع آب مشخص روي تاج بدنه لاستیکی (دریچه آبگیر) یا تثبیت رقوم آب در بالادست (دریچه تنظیم) است که این عمل با استفاده از سنسور سنجش رقوم آب بالادست و سنسور سنجش فشار داخل دریچه لاستیکی (که تعیین کننده رقوم تاج دریچه لاستیکی) و تنظیم فشار داخل دریچه لاستیکی به میزان مورد نیاز (به منظور تغییر رقوم تاج دریچه لاستیکی) انجام می گیرد.

مزایاي استفاده از سد لاستیکی

از مزایاي استفاده از سدهای لاستیکی موارد زیر را می توان نام برد که در ادامه دو مورد از آن ها توضیح داده شده اند :

1 . صرفه اقتصادي به دلیل نیاز به کمترین تعمیرات و نگهداري

2 . نداشتن اجزاء مکانیکی متحرك

3 . امکان نصب و راه اندازي در زمان کوتاه

4 . بهره برداري تمام خودکار (اتوماتیک)

5 . کاهش کارهاي ساختمانی و تجهیزات کارگاهی

6 . سازگاري کامل با وضعیت طبیعی رودخانه

7 . عملکرد دقیق و مشابه سدهاي بتنی

8 . نداشتن مشکل رسوب

9 . بازگشت سریع سرمایه

10 . انعطاف پذیري سد در مقابل زلزله

در ادامه موارد 1 و 8 را شرح می دهیم :

صرفه اقتصادی به دلیل نیاز به کمترین تعمیرات و نگهداري

همانطوری که بیان گردید یکی از محاسن مهم استفاده از سدهاي لاستیکی بعد اقتصادي استفاده از آنها به ویژه هزینه خرید و نصب بدنه لاستیکی سد و دیگر تاسیسات و تجهیزات مربوطه در مقایسه با سدهاي انحرافی متداول و دریچه هاي فلزي ساخت داخل است. این کار با توجه به نبود قابلیت ساخت این تکنولوژي در داخل کشور و نیاز به صرف هزینه ارزي از اهمیت بیشتري برخوردار است.

از جمله دیگر مزایاي اقتصادي این سدها نسبت به موارد جایگزین می توان به موارد زیر اشاره کرد :

1 . سدهاي لاستیکی به فونداسیون پیچیده اي نیاز ندارند.

2 . این سدها می توانند تا دهانه اي به طول 100 متر اجرا شوند.

3 . این سدها به حداقل حفاظت و نگهداري نیاز دارند. قسمت عمده تعمیرات مربوط به سیستم هاي مکانیکی سد می باشد. تعمیر و نگهداري بدنه لاستیکی سد نیز شباهت بسیاري به تعمیر تیوب لاستیک اتومبیل دارد و در صورت سوراخ شدن بدنه سد آن را مانند تیوب لاستیک اتومبیل ترمیم می کنند.

4 . انعطاف پذیري سد در مقابل زلزله

5 . نصب و ساختن بسیار سریع

پیشنهاد مطالعه : آشنایی با معروف ترین سدهای جهان و کاربرد آنها

نداشتن مشکل رسوب

رفع این مشکل نیاز به تجهیزات الکترومکانیک با هزینه هاي بالا دارد. از آنجا که بالشتک بتنی محل استقرار سد لاستیکی در کف رودخانه و هم تراز با بستر آن کار گذاشته می شود، هنگام اجرای سد لاستیکی، شرایط رودخانه مانند شرایط پیش از احداث سد است. این ویژگی باعث می شود پشت مخزن تیوب سدهاي لاستیکی را رسوب پر نکند زیرا در هنگام وقوع سیل که زمان عبور بیشترین بار رسوب رودخانه است، تیوپ سد به صورت اتوماتیک به حالت خوابیده در می آید و رودخانه شرایط طبیعی پیدا می کند. بدین گونه بار رسوب رودخانه از مخزن عبور می کند و شستشوي خودکار هرگونه رسوب قبلی ذخیره شده در پشت مخزن نیز به صورت طبیعی فراهم می شود. بدین گونه، تکنیک سد لاستیکی مشکل رسوب گذاري را که مساله اساسی سدهاي کنونی است و باعث بسیاري از مشکلات زیست محیطی و اکولوژیک می شود را یکسره حل می نماید.

مشکلات و معایب سدهاي لاستیکی 

1 . آسیب دیدگی بدنه لاستیکی سد در هنگام خالی کردن هواي بدنه

2 . برخورد اجسام تیز موجب آسیب بدنه لاستیکی سد می شود.

3 . برخورد اجسام بزرگ مانند تنه درختان در هنگام سیلاب موجب خراشیدگی و سوراخ شدن بدنه سد می گردد.

4 . فرار و خروج هوا از تیوب لاستیکی

5 . کم بودن ارتفاع سد (حداکثر 8 متر)

در ادامه به شرح موردهای 2 و 5 از معایب سدهای لاستیکی می پردازیم.

مشکل سوراخ شدگی به وسیله اجسام تیز و برنده

امکان وارد آمدن خراش و سوراخ شدن در اثر برخورد اجسام تیز و برنده و یا آسیب دیدن در اثر برخورد گلوله و نظیر آن از عمده معایب سدهاي لاستیکی می باشد. لاستیکی که در حال حاضر در ساخت بدنه این سدها به کار می رود از نوع خاصی بوده که در برابر اجسام تیز و برنده طبیعی مقاوم است و این اجسام نمی توانند آسیب جدي به سد وارد کنند. البته در مواردي نظیر حمل شاخه و تنه درخت، تخته سنگ ها با جریان آب می توان با قرار دادن یک توري مشبک با چشمه هاي بزرگ که افت زیادي در جریان ایجاد نمی کند از آسیب سد جلوگیري کرد.

کم بودن ارتفاع سد

اگر چه در جهان تعداد زیادي از سدهاي لاستیکی به اجرا و بهره برداري رسیده اند هنوز مشکل ارتفاع سد به قوت خود باقی است، ارتفاع بیشتر آنها از دو تا شش متر می باشد. لذا مشکلات فنی این سدها هنگامی که ارتفاع سد زیاد می گردد هنوز حل نشده است.

تخمین تعداد طرح هاي اجرایی با استفاده از سدهاي لاستیکی 

امکان اجراي طرح هاي سد لاستیکی در کشور ، اعم از سواحل شمالی، جنوبی و نواحی مرکزي بسیار زیاد است. در واقع، در بررسی هاي اولیه در سواحل شمالی می توان بیش از 200 طرح سد لاستیکی اجرا کرد که فواید اقتصادي آن براي کشاورزي منطقه محرز است. در نقاط ساحلی جنوبی به علت پراکندگی جمعیت و غیر متراکم و غیر کشاورزي بودن بسیاري از اراضی آن، استفاده از این سدها کاهش می یابد. اما در هر حال با توجه به مسائل گوناگون از جمله حفظ محیط زیست، بهبود وضع اکولوژیکی منطقه، طرح هاي تغذیه مصنوعی، پرورش میگو و … می توان تعداد قابل توجهی سد لاستیکی را در حاشیه ساحلی دریاي عمان و خلیج فارس قابل
اجرا دانست.

در بخش مرکزي کشور پتانسیل زیادي براي استفاده از سدهاي لاستیکی مشاهده می شود، ضمن اینکه در تعدادي از سدهاي بزرگ کشور مسئله افزایش ارتفاع مطرح است، از جمله سدهاي پیشین، درودزن، زاینده رود ، قشلاق، اکباتان و … که با اجراي چنین طرح هایی می توان مقدار زیادي به حجم ذخیره این سدها افزود.

سدهاي لاستیکی ساخته شده در ایران

از سدهای لاستیکی ساخته شده در ایران می توان به چهار مورد زیر اشاره کرد :

1 . سد لاستیکی میاندشت با ارتفاع 2/8 متر، طول لاستیک در قاعده 60 متر، در تاج 70 متر، ضخامت کل لاستیک 9 میلیمتر

2 . سد لاستیکی عرب خیل با ارتفاع 3 متر، طول لاستیک در قاعده 36/5 متر، در تاج 45/5 متر، ضخامت کل لاستیک 9 میلیمتر

3 . سد لاستیکی آرمیچ کلا با ارتفاع 3/5 متر، طول لاستیک در قاعده 40 متر، در تاج 50/5 متر، ضخامت کل لاستیک 10 میلیمتر

4 . سد لاستیکی خواجه نفس در استان گلستان با ارتفاع 3 متر، طول لاستیک در قاعده 34 متر، در تاج 39 متر، ضخامت کل لاستیک 10 میلیمتر

محاسبات طراحی در حالت هوای پر

براي بررسی شرایط هیدرولیکی این سدها و به منظور بهره برداي بهینه از آنها لازم است تا مقدار دبی عبوري از آنها تعیین شود. براي محاسبه دبی لازم است تا ضریب جریان تعیین شود. پارامترهاي موثر بر این ضریب، مورد آزمایش قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که ضریب جریان در سدهاي لاستیکی متاثر از نسبت ارتفاع تیغه آب روي تاج سرریز (hd) به ارتفاع سد لاستیکی (p) است.

با افزایش ارتفاع سد لاستیکی از 29 تا 41 سانتی متر ضریب جریان 37 درصد افزایش می یابد. ضریب جریان در 0 بیشتر از حالتی است که ارتفاع زبري 5 میلی متر می باشد. زبري به وسیله دانه هاي شن با دانه بندي یکنواخت ایجاد شده است. ایجاد زائده روي سطح سد لاستیکی براي جلوگیري از ارتعاش بدنه سد نیز باعث کاهش ضریب جریان می گردد، ولی در دبی هاي زیاد ایجاد زائده تاثیر محسوسی بر روي ضریب جریان ندارد. ضخامت تیغه آب بر روي تاج سر ریز در ضریب دبی جریان تاثیر دارد.

پیشنهاد مطالعه : کاربرد پتوی رسی در سد خاکی برای کاهش نشت

تهیه کننده : 

نوید امیدوار قاضیانی فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی

منابع :

1 . کتاب سدهای لاستیکی، تالیف محمد نجمایی، ناشر کمیته ملی سدهای بزرگ ایران

2 . Bridgestone Corporation, Various Brochurs and Catalogs