المصارف والمفرغات في السدود

مقدمة:

▪ في تركيب العقدة المائية النهرية يلحق بالسدود منشآت تصريف المياه وبحسب الهدف من انشائها تنقسم إلى :

1 - منشآت تصريف الفيضان : هي منشأة لتصريف المياه الفائضة من بحيرة التخزين عن المنسوب التصميمي والناتجة عن العواصف المطرية إلى الحوز السفلي من منشأة السد .

2 - منشآت المفرغات : هي منشأة تستخدم لتصريف مياه المجاري المائية في فترة بناء السد ، أو تستخدم لتصريف المياه اللازمة لأعمال الري من بحيرة السد ، ومدخل هذه المنشأة يتوضع على منسوب يسمح بتفريغ البحيرة في حالة الطوارئ والتفريغ المفاجئ ولمنسوب محدد مسبقاً . وعند اختيار نوع منشأة المصرف أو المفرغ يجب الاستفادة من إمكانية الاستخدام للتصريف و التفريغ .

▪ التدفق الأعظمي الذي يجب أن تحسب عليه منشأة التصريف يتبع لحجم التدفق الأعظمي للعاصفة المطرية المحتملة ، وهذا بدوره يتبع لدرجة المنشأة .

▪ الطاقة التصريفية لمنشأة المصرف تحسب على أساس عمل جميع فتحات المنشأة ، ومع الأخذ بعين الاعتبار قسم من التدفق المصرف من منشآت أخرى (محطة توليد الطاقة الكهربائية – منشأة إمرار السفن - ...الخ) . ويؤخذ بعين الاعتبار إمكانية ارتفاع منسوب التخزين في البحيرة إلى منسوب أعظمي مسموح به (منسوب الفيضان) .

▪ التدفق التصميمي لمنشأة المفرغ يحدد من خلال مدة تفريغ البحيرة والسرعة المسموحة في انخفاض منسوب البحيرة والتي تتبع إلى شرط الحفاظ على استقرار المنحدر الأمامي في السدود الترابية .

▪ الفترة الزمنية الأكثر اعتماداً لتفريغ البحيرة تتراوح ما بين (2 - 3) أشهر .

▪ منسوب مدخل المفيض وأبعاد فتحاته يتم اختيارها على أساس المقارنة الاقتصادية بين مجموعة حلول .

▪ منسوب مدخل المفرغ أو المصرف يتبع لمدة تفريغ البحيرة أو لمقدار المياه المطلوبة خلف المنشأة ، ولكن يجب أن لا ينخفض عن منسوب الحجم الميت .

▪ عند تصميم المفيضات أو المفرغات على سرعة كبيرة يجب الانتباه إلى تأثير هذه السرعة عند خروجها خلف السد من الحت والتآكل ومن تعرض هذه المنشآت لحادثة التكهف والتآكل .

المفيضات:

يتبع تصنيف المفيضات إلى عدة عوامل : طبوغرافية – جيولوجية – هيدرولوجية استثمارية – انشائية .

التصنيف حسب الموقع في المنشأة المائية

تنقسم منشآت المفيض إلى نوعين : النوع الأول يتوضع في جسم السد والنوع الثاني يتوضع على الضفاف .

1 – المفيضات في جسم السد الترابي :

يتوضع المفيض في هذه الحالة في المجرى المائي مباشرة أو على جانبيه ، وذلك تبعاً لمخطط تنفيذ أعمال السد ومخطط تصريف تدفق البناء ، وينقسم هذا النوع إلى : مفتوح (سد هدار) أو مغلق (نفق أنبوبي) يعمل بالضغط .

الشكل (1) أنواع المفيضات في السد الترابي   a-  في المجرى – b – في منتصف السد

2 – المفيضات الضفافية :

تنفذ هذه المفيضات على شكل أقنية أو أنفاق أو مختلطة سد هدار مع قناة أو منشأة نقل .

التصنيف حسب نوع الأجهزة عند مدخل المصرف:

وتقسم إلى نوعين :

1 – موجهة لتنظيم التصريف لذلك يوجد فيها سكورة عند المدخل .

2 – أوتوماتيكية يتم التدفق عبرها بشكل حر بدون أي إعاقة من أي منشأة أخرى .

التصنيف حسب الشكل التصميمي للمنشأة:

مصارف أنبوبية ، أقنية ، هدار خندقي ، قمع ، أنفاق ، سيفون ، مجاري سريعة ، مدرجات مائية وغيرها .

المصارف الأنبوبية:

تستخدم المصارف الأنبوبية في السدود الترابية التي لا يزيد ارتفاعها عن (60 - 80) م ، والميزة الهامة لهذه المصارف إمكانية استخدامها لأكثر من مهمة ، في البداية لتصريف تدفق البناء ومن ثم في مرحلة الاستثمار تعمل كمفيض أو مفرغ للبحيرة .

مكونات المصرف الأنبوبي:

1 – المدخل يكون علة هيئة هدار أو برج مزود بسكورة .

2 – قسم سفلي وهو عبارة عن أنبوب مطمور أسفل السد وضمن الأساس .

3 – المخرج مع مخمدات الطاقة (جدران مخمدة – ترامبلين "منشأة منحنية نحو الأعلى") .

الأنبوب المطمور ينفذ عادة من البيتون المسلح بمقطع دائري أو مستطيل أو اهليلجي ، وعند الحاجة لعدة أنابيب يجمع مع بعضها البعض بقاعدة بيتونية واحدة ، ويجب أن تتوضع الأنابيب على أساس متين ومنطقة التقائها مع جسم السد يجب أن تكون كتيمة وذلك عن طريق بروز جدران للتكتيم على طول الأنبوب . ويجب أن تحتوي الأنابيب على فواصل تمدد وتقلص بأبعاد (20- 25) م ويجب أن تتصف هذه الفواصل بالكتامة .

الشكل (2) مفيض أنبوبي في جسم السد الترابي

المفيضات المفتوحة الضفافية:

يوجد هذا النوع من المصارف في منشأة السدود الترابية أو البيتونية (قوسية - ثقلية) وتتوضع على إحدى الضفاف ، ويستخدم هذا النوع من أجل تصاريف تتراوح بين (500 - 1200) م3/ثانية ويتألف المصرف من هذا النوع من ثلاث أجزاء :

1 - قسم الدخول (القناة) .

2 - سد هدار جبهي كمنظم للتدفق .

3 - قسم نقل للتدفق (قناة نقل الماء) إلى الحوز السفلي .

الشكل (3) مفيض مفتوح ضفافي

قناة الدخول:

يجب أن تؤمن جريان انسيابي للماء أمام الهدار وهي بشكل عام ذات جدران منحنية ومتغيرة العرض على طول خط الجريان ، من ناحية ميل القاع يكون أفقياً من أجل الأقنية العميقة أما الأقنية ذات الأعماق القليلة فتعطى ميول سالبة لتأمين جريان مستقر ضمن القناة .

إذا وقعت القناة في تربة صخرية فلا تكسى جوانبها وقاعها ، أما في الترب الضعيفة فيجب أن تكسى القناة بطبقة بيتونية وخاصة في المنطقة القريبة من السد الهدار . ميل جوانب القناة شبه المنحرفة حوالي (1.5 – 2.5) في الترب غير الصخرية و 0.5 في الترب الصخرية .

الهدار:

عبارة عن سد هدار غير مرتفع ومستقيم الجبهة ويمكن أن يكون منحني لزيادة الطول والقدرة التصريفية ، وبشكل عام في المصارف المفتوحة يستخدم الهدار ذو الجبهة على شكل عتبة . خلف منشأة الهدار لا توجد مخمدات للطاقة وإنما المياه تدخل إلى قناة النقل ، ويمكن أن يكون مقطع الهدار ذو