سرزمين پهناور ايران در منطقه اي خشك و نيمه خشك قرار گرفته و توزيع ناموزون جريان سطحي محدوديت هاي عمده اي را در امر استفاده بهينه از آب اين عنصر حياتي به وجود آورده است . به علاوه قسمت اعظم اين جريان ها قبل از اين كه مورد استفاده قرار گيرند از دسترس خارج شده و به سوي دريا سرازير مي گردند. از آنجايي كه تامين آب همواره نياز اساسي بشر براي استفاده هاي كشاورزي صنعتي و آب شرب بوده است لذا مهار سيلابها و آبهاي جاري از طريق احداث سد از كارهاي اساسي و زير بنايي محسوب و براي نيل به خود كفايي اقتصادي از اهميت ويژه اي برخوردار است.
نقش سازه هاي آبي در بهبود كمي و كيفي زندگي بشر آنچنان حائز اهميت است كه امروزه در هركشوري سهم قابل توجهي از نيروي انساني و بودجه هاي عمراني را به خود اختصاص داده است.در طرح اين قبيل سازه ها ايمني و پايداري سازه ، سرعت و سهولت ساخت سازگاري با محيط ، عمر مفيد و هزينه هاي طرح از جمله مسائل مهمي است كه همواره ذهن طراحان را به خود مشغول مي دارد . از اين رو سعي مي گردد با استفاده از تكنولوژي هاي جديد و بهره گيري از مصالح و ابزار ساخت گوناگون حداكثر ضريب اطمينان در راستاي مسائل فوق بدست آيد.
يكي از جديد ترين مصالحي كه در ساخت سازه هاي آبي در طي چند سال اخير به خدمت گرفته شده ماده لاستيك است كه بطور گسترده در ساخت بندها يا سدهاي كوتاه مورد استفاده قرار گرفته است در سدهاي لاستيكي انعطاف پذيري قابل توجه مصالح در مقابل عوامل خارجي همسازي و سازگاري با محيط ، سادگي طراحي ، كوتاه بودن مدت ساخت ، ايمني و پايداري مناسب اين قبيل سدها نسبت به سازه هاي صلب ، سادگي و سهولت بهره برداري و در نهايت كاهش هزينه هاي اجرائي موجب گرديده كه در طرحهاي آبي كوچك و بزرگ مورد استفاده قرار گيرند.
تاريخچه استفاده از سدهاي لاستيكي :
تكنولوژي نسبتاً جديدي كه براي مهار آبهاي سطحي به كار گرفته شده است تكنولوژي ساخت سدهاي لاستيكي مي باشد . قبل از اين نوع سدها براي مهار و هدايت آب به سوي زمينهاي وسيع و آبروها ، از دريچه هاي فولادي و تخته هاي چوبي استفاده مي شد كه در جلوي دريچه ها قرار مي گرفت تا آب با فشار بيشتري جريان داشته باشد . در اين كار نيز به نيروي انساني نياز بود و اگر در باز كردن اين دريچه ها تأخيري روي مي داد سيل ايجاد مي شد و دريچه را با خود مي برد .
فكر ساخت سد از مواد مصنوعي از جمله مواد لاستيكي از سال 1950 براي اولين بار توسط Norman imberston رئيس دپارتمان مهندسي آب و نيرو در شهر لوس آنجلس مطرح و چندي بعد در سال 1958 اولين سد لاستيكي در اين شهر توسط كمپاني لاستيك سازي بريجستون طرح و ارائه گرديد.تخمين زده مي شود كه در حال حاضر بيش از 4000 سد لاستيكي در مناطق مختلف دنيا ساخته شده ودر حال بهره برداري است.
سهم كشور ما ايران از اين نوع سدها ، تنها چند سد مي باشد كه البته در حال حاضر رو به افزايش است. اولين سد لاستيكي در كشور در استان مازندران در سال 1375 در حاشيه درياي مازندران بر روي رودخانه بابل بنام سدلاستيكي بابل توسط شركت لاستيك سازي satujo ساخته شده است.هدف اصلي از احداث اين سد جلوگيري از تداخل آب شور درياي مازندران و استفاده از دبي پايه رودخانه و در نتيجه تأمين آب زراعي دشت مجاور بوده است.ارتفاع اين سد در حدود10/3 و طول آن 60 متر و از نوع بادي مي باشد كه با اتاق كنترل در جناح راست و سيستم هوارسان ضد زنگ طراحي و ساخته شده است.
اهداف كلي از ساخت سدهاي لاستيكي:
- ذخيره موقت دبي پايه رودخانه ها براي تأمين آب كشاورزي
- افزايش سطح تراز آب در رودخانه و كاهش هزينه پمپاژ آب به اراضي كشاورزي در اين رودخانه ها
- جداسازي آبهاي آلوده يا شور از آب شيرين
- استفاده از سدهاي لاستيكي براي افزايش حجم ذخيره سدهاي بزرگ
- استفاده از تيوپهاي لاستيكي به جاي دريچه هاي فولادي در سدها
- کاهش فرسايش در رودخانه هاي با شيب تند و زياد
- بهبود شرايط زيست محيطي و بيولوژيكي و اكولوژيكي محدوده طرح
- توليد الكتريسيته توسط نيروگاههاي آبي كوچك و بزرگ
- استفاده از بندهاي كوتاه لاستيكي در حوضچه هاي پرورش ماهي
- استفاده از سدهاي لاستيكي به عنوان بندهاي تنظيمي و انحراف
- بالا آوردن سطح تراز آب رودخانه ها براي افزايش آبخور قايق ها و كشتي ها
- اجراي طرح هاي تغذيه مصنوعي با كمك سدهاي لاستيكي
- استفاده از سدهاي لاستيكي در طرح هاي زيست محيطي و آبخيزداري
مزاياي سدهاي لاستيكي:
تا كنون در طرحهاي آبي از سازه هاي صلب بتني خاكي سنگريزه اي مصالح سنگي گابيون و دريچه هاي فلزي بصورت گسترده اي استفاده گرديده است اما در پاره اي از موارد اين سازه ها بدليل عملكرد خاص خود نتوانسته اند با شرايط محيط سازگاري داشته باشند و لذا بهره برداري از چنين سيستمهايي با مشكل روبرو گرديده است و حتي گاهي اوقات لازم شده كه بدليل نياز مبرم آب با استفاده از چنين سازه آبي خطرات جنبي آن را بپذيريم .از خصوصيات بارز سازه هاي صلب اين است كه بدون تغيير شكل در مسير رودخانه در سواحل دريا و يا در سرريز سدها همواره در مقابل جريانهاي ورودي و خروجي با شرايط خاصي عمل مي كنند و لذا با تغيير شرايط در محل ساختگاه مانند وقوع سيلابها ، زلزله و … اين سازه ها خود به صورت يك مشكل در بهره برداري عمل نموده و عبور جريانهاي سيلابي را با مانع روبرو مي سازد و موجب غرقاب شدن اراضي و تجمع رسوب در داخل مخزن مي گردد.
حال اگر از يك سازه انعطاف پذير مانند لاستيك استفاده شود اين سد در حالات و شرايط مختلف و ويژه گيهاي خاص رودخانه از جمله در هنگام وقوع سيلابها و يا جريان دبي پايه جزر و مد در سواحل دريا و در سرريزسدها براي رهاسازي جريان ذخيره آب با تغيير شكل مناسب خود به صورت سازه اي با كاركرد متغيير عمل مي كندو بهره برداري از سيستم در مقابله با عدم قطعيت پارامترهاي طبيعي محيط راحتتر ساده تر كم خطر تر و ارزانتر صورت خواهد گرفت.
اگر بخواهيم بطور خلاصه مزاياي استفاده از لاستيك را در مقايسه با طرح هاي آبي از مصالح ديگر برشماريم بايد گفت:
- يكي از مسائل مهم در استفاده از لاستيك به جاي مصالح ديگر سازگاري عملكرد آن با طبيعت است.
- هزينه اجرايي طرح هاي سد لاستيكي به مراتب ارزانتر از اجراي طرح با مصالح ديگر است.
- مدت زمان طراحي در چنين سيستمهايي نسبت به ساير سازه ها بسيار كم و اندك است.
- مدت اجراي عمليات ساختماني سازه هاي لاستيكي كوتاه و سريع است.
- پارامترهاي مورد نياز طراحي در اين قبيل سازه ها كم و اندك و دسترسي به آنها با سهولت بيشتري ممكن است و حتي در پاره اي از مواقع قضاوت وحدس و تخمين مهندسي كفايت مي كند.
- اين سازه هاي لاستيكي در كليه شرايط آب و هوايي و در شرايطي كه حتي پي ساختگاه نامناسب باشد و امكان ساخت سازه هاي ديگر ممكن نگردد و يا مصالح ديگري در محل وجود ندارد قابل اجرا است.
- طرح و اجراي سدهاي لاستيكي از هيچگونه پيچيدگي خاصي برخودار نيست.
- بعلت كمي هزينه استفاده از توان مالي مردم براي ساخت چنين سدهايي امكان پذير است.
- سهولت بهره برداري و كاهش هزينه هاي بهره برداري و نگهداري از مزاياي عمده اين سازه هاست.
مزاياي اقتصادي سدهاي لاستيكي نسبت به موارد جايگزين :
از جمله مزاياي اقتصادي اين سد ها نسبت به موارد جايگزين شده عبارتند از :
- سدهاي لاستيكي به فونداسيون پيچيده اي نياز ندارند.
- اين سد ها مي توانند تا دهانه اي به طول 100 متر اجرا شوند.
- اين سدها به حداقل حفاظت و نگهداري نياز دارند . قسمت عمدة تعميرات مربوط به سيستمهاي مكانيكي سد مي باشد . تعمير و نگهداري بدنة سد نيز شباهت بسياري به تعمير لاستيك اتومبيل دارد و در صورت سوراخ شدن بدنة سد آن را مانند لاستيك اتومبيل پنچر گيري مي كنند.
- انعطاف پذيري سد در مقابل زلزله
- نصب و ساختن بسيار سريع
از اين رو استفاده از لاستيك در طرح هاي آبي از جمله ايجاد بندها، سدها، افزايش ارتفاع و ايجاد حجم ذخيره در سدها ، استفاده از سدهاي لاستيكي بجاي دريچه ها ، براي تله اندازي رسوب ، بندهاي انحرافي و استفاده در نيروگاههاي برق آبي در مقايسه با ساير سدها از ارجعيت بالاتري برخوردار است.
انواع سدهاي لاستيكي:
اصولا سد لاستيكي كه از يك تيوب بزرگ و حجيم تشكيل شده است به روشهاي مختلفي طبقه بندي مي شود ، از جمله :
- سدهاي لاستيكي با باله
- سد های لاستیکی بدون باله
در سدهاي لاستيكي با باله defelector ، زائده بالي شكلي درمحل قوس تاج در بخش پايين دست در نظر ميگيرند كه در هنگام عبور جريان از تماس با آب با بخش پايين دست لاستيك جلوگيري مي شود . علت وجود اين باله جلوگيري از خطرخلاءزايي cavitation در هنگام سرريزي آب از تاج سد است كه اين پديده منجر به ارتعاش مي گردد.
در سدهاي لاستيكي بدون باله در سطح خارجي سهمي شكل تيوب لاستيك كه با آب در تماس است هيچگونه زائده و يا باله اي وجود ندارد .
اجراي سدهاي لاستيكي :
سدهاي لاستيكي از يك تيوپ هوا كه به يك بستر متصل مي شود تشكيل شده است ، انواع قديم سدهاي لاستيكي FABRI DAM ناميده مي شد كه به در آنها مخلوط آب و هوا براي متورم كردن تيوپ استفاده مي شد ، در حال حاضر از سدهايي به نام INFLATABLE DAM استفاده مي گردد يعني سدهايي كه قابل باد شدن مي باشند .
ساختمان سدهاي لاستيكي را مي توان متشكل از سه بخش دانست :
- بدنة سد ( RUBBER DAM BODY )
بدنه سد پيشرفته ترين جز تشكيل دهندة سد لاستيكي مي باشد كه تركيبي از لاستيك و الياف تقويت كننده بوده و به صورت ورق توليد مي گردد . ورقه هاي لاستيكي در طولهاي مورد نياز به عرض 1 متر الي 2 متر توليد مي گردد كه از اتصال آنها به يكديگر به صورت عرضي بدنة سد به صورت يكپارچه توليد مي شود.
- بستر سد و تجهيزات مهار
بستر سد عموماً در كف به صورت سطح و در دو طرف به صورت شيب دار ساخته مي شود.لوله هايي كه در پر وخالي كردن آب يا هوا به كار مي روند عمدتاً در بستر كار گذاشته مي شوند . بدنة لاستيكي سد به وسيله لوله و ميله در محل نگه داشته و توسط پيچ مهار ، نصب مي گردد . با تزريق رزين پلياستر در محل ، اين قسمت سخت و محكم مي شود . بخش بيروني پيچهاي مهار پس از عبور از سوراخهاي تعبيه شده در بدنة سد لاستيكي توسط مهره و واشر به بستر محكم مي گردد .
- سيستم كنترل و بهره برداري
ملاحظات و مشكلات فني در سدهاي لاستيكي:
تا كنون سدهاي لاستيكي زيادي در جهان ساخته شده و يا در نظر است ساخته شود، ولي هنوز مسائل و مشكلات مربوط به افزايش ارتفاع سد لاستيكي حل نشده است. بطوريكه تاكنون بيشينه ارتفاع سدهاي لاستيكي از 10-8 متر تجاوز نكرده است و لذا مشكلات فني اين قبيل سدها در هنگامي كه ارتفاع سد لاستيكي زياد مي گردد بحال خود باقي مانده است.
ساير مشكلاتي كه عموما طرحهاي سدهاي لاستيكي با آن روبرو هستندعبارتند از:
- وجود ارتعاشات در بدنه سد لاستيكي با افزايش ارتفاع آب در آستانه سد لاستيكي.
- چروك خوردگي بدنه لاستيكي در مجاورت ديواره هاي جانبي در شيبهاي مختلف
- تشكيل معبرعبورجريان بصورت v در طول تاج سد يا v-notch
- پارگي تيوب در نتيجه اضافه فشار
- مشكل تعميرات سد لاستيكي در هنگام طغيان سيلابها
- نداشتن تخصص براي نگهداري ، بهره برداري و تعميرات سدهاي لاستيكي در كشورهاي توسعه نيافته
- گرفتگي لوله هاي هوا رسان يا لوله هاي تأمين آب تيوب لاستيكي
عمر و دوام سدهاي لاستيكي :
در سازه هاي آبي اقتصاد طرح به عمر و دوام مصالح مورد استفاده مربوط مي گردد.و هر چه عمر مصالح و يا دوام آنها زياد و احتمال تخريب كم باشد سهم هزينه هاي تحميلي در دوره طرح كاهش يافته و در نتيجه منافع اقتصادي طرح افزايش مي يابد.سدهاي لاستيكي نسبت به عوامل محيط از قبيل آب اكسيژن مواد آلاينده ، آبهاي شور و قليايي پسماندهاي سمي و اسيدها بطور كامل مقاوم مي باشند حتي از نقطه نظرمكانيكي اجسام تيز معمولي ، شاخ و برگ درختان، قطعات يخ و خرده سنگها ي معمولي قادر به صدمه زدن شديد به لاستيك سد نخواهند بود و دوام لاستيك در مقابل اين حوادث زياد است.
اين خصوصيات و همچنين تاريخچه ساخت و بهره برداري از اين قبيل سدها در كشورهاي مختلف جهان نشان مي دهد كه عمر اين سدها به راحتي از حدود 40 سال بيشتر است . با توجه به اين كه اصولا عمر اقتصادي سازه هاي كوچك آبي در همين حدود است لذا نوع مصالح لاستيكي در دسته و گروه مقاوم و بادوام تلقي مي شود.
از طرفي چون امكان تعمير و تيوب لاستيك وجود دارد و اين عمليات به سهولت انجام مي شود لذا مدت بهره برداري از سدهاي لاستيكي به مراتب بيش از 30 سال خواهد بود . در برخي از نقاط جهان پاره اي از سدهاي لاستيكي با بيش از 40 سال عمر در حال حاضر مشغول به كار است.از اين رو بطور معمول عمر مفيد اقتصادي سدهاي لاستيكي در حدود 40 سال در نظر گرفته مي شود و اين طول دوام يا عمر سد لاستيكي بر اساس تجربه بيش از 4000 سد ساخته شده در دنيا بدست آمده است.
