رودخانه

مهندسی رودخانه

نیاز انسان به آب باعث شده تا اکثر تمدن های بشری در کنار رودخانه ها شکل بگیرند. انسان های اولیه با زندگی در کنار رودخانه ها بطور فطری و تجربی آموخته بودند که جهت استفاده بهینه از این منابع خدادادی، می باید رودخانه ها را دوست داشت و حتی در بعضی از فرهنگ های کهن آب و رودخانه بعنوان موجودی مقدس و حیات بخش مورد ستایش و احترام بود. با توسعه شهرنشینی و اجرای طرح های عمرانی و دور شدن انسانها از رودخانه این دوستی گسسته شد و انسان با برداشت بی رویه شن و ماسه از بستر رودخانه، خانه و شهرک سازی در حریم و بستر رودخانه، احداث سازه های تقاطعی و غیره اقدام به تعرض به رودخانه و بر هم زدن رژیم متعادل و پایدار آن نمود. رودخانه ها به مثابه موجودات زنده ای هستند که در مقابل این تعارض اقدام متقابل نموده و لذا رژیم هیدرولیکی آن در یک روند برای رسیدن به تعادل مجدد قرار می گیرد. مهندسی رودخانه علمی است که این اعمال اندر کنشی را بطور سیستماتیک هماهنگ و هدایت خواهد نمود و به عبارتی دیگر مهندسی رودخانه شامل تمام مراحل برنامه ریزی، طراحی، اجرا و بهره برداری از عملیات مختلفی است که به منظور بهبود وضعیت رودخانه در جهت استفاده بهتر از آن اعمال می گردد.

رودخانه ها شریان های اصلی حیات کلیه سازه های آبی محسوب می شوند و حفاظت و بهره برداری بهینه از آنها و همچنین حراست از بستر و حریم آنها از مهم ترین مسئولیت های وزارت نیرو می باشد.
استفاده بهینه از رودخانه ها به لحاظ اهمیتی که این منابع طبیعی در برآورد نیازهای بشری، از دیرباز تاکنون داشته اند از انگیزه های مهم به وجود آمدن شاخه دیگری از مهندسی آب به نام مهندسی رودخانه بوده است. به علت نزدیکی سازه های تغذیه کننده از آب رودخانه و زمین های کشاورزی اطراف رودخانه نیاز به یک برنامه ریزی علمی جهت حفظ و حراست از این سازه ها اجتناب ناپذیر می باشد. علمی که در مورد کلیه مراحل مطالعه و برنامه ریزی، طراحی، اجرا و بهره برداری جهت بهبود و یا تغییر وضعیت موجود یک رودخانه به منظور برآورد نیازهای عمرانی بحث می کند مهندسی رودخانه نامیده می شود.

علمی که در مورد کلیه مراحل مطالعه و برنامه ریزی، طراحی، اجرا و بهره برداری جهت بهبود و یا تغییر وضعیت موجود یک رودخانه به منظور برآورد نیازهای عمرانی بحث می کند مهندسی رودخانه نامیده می شود.
رودخانه ها به مثابه موجودات زنده ای هستند که در مقابل تعارض بشر اقدام متقابل نموده و لذا رژیم هیدرولیکی آن در یک روند برای رسیدن به تعادل مجدد قرار می گیرد.

کلیه رودخانه ها در معرض تغییر و تحول قرار دارند و کارهای مهندسی رودخانه برای تغییر بده، مطالعه بده رسوبی، مسیر رودخانه، عمق آبراهه، پهنه سیل گیر و کیفیت آب مورد نیاز می باشد. روش های معمول در راه رسیدن به این اهداف استفاده از سازه های مختلف به تنهایی یا ترکیبی از آنها مثل سد، سیل بند خاکی یا بتنی، پوشش بدنه، آبشکن یا به کار گرفتن راه حل های قدیمی مثل لایروبی می باشد. از جمله مباحث مهم در مهندسی رودخانه شناخت شکل رودخانه (مرفولوژی )، تثبیت، سواحل و بستر رودخانه، کانالیزه کردن و کنترل سیلاب می باشد.

مرفولوژی رودخانه

شناختن شکل و ساختمان رودخانه مرفولوژی رودخانه نامیده می شود به عبارتی به کمک مرفولوژی رودخانه می توان اطلاعاتی از شکل هندسی آبراهه، شکل بستر و پروفیل طولی رودخانه به دست آورد. مرفولوژی یک رودخانه تحت تاثیر عوامل متفاوتی مثل سرعت جریان فرسایش و نحوه رسوب گذاری قرار دارد از نظر مرفولوژی رودخانه ها به دو طریق زمین شناسی و نوع مسیر تقسیم می شوند:

• از نظر زمین شناسی: در این تقسیم بندی با رودخانه های جوان، کامل، مسن مواجه هستیم.

• رودخانه های جوان : رودخانه هایی هستند که در شیبهای تند جریان دارند. دره این رودخانه ها به شکل و فرسایش در این رودخانه ها تا هنگامی که بستر به حالت تعادل نسبی برسد ادامه دارد.
• رودخانه های کامل : این نوع رودخانه ها در دره های پهن تری جریان داشته و از شیب نسبتاً ملایمی برخوردارند. فرسایش دیواره ها در این نوع رودخانه ها جایگزین فرسایش بستر گردیده است، چرا که بستر قبلاً به یک حالت تعادل نسبی رسیده است.
• رودخانه های مسن : این رودخانه ها در دره های بسیار پهن جریان داشته، بسترشان دارای شیب ملایمی است و در مسیر آنها آبشاری وجود ندارد. مسیرهای نعل اسبی در حاشیه رودخانه حاکی از تغییر مسیر پیچ های رودخانه در طول زمان می باشد. رودخانه کارون در ایران مثال خوبی از این نوع رودخانه هاست.

در رودخانه های کامل فرسایش دیواره ها جایگزین فرسایش بستر می‌گردد، چرا که بستر قبلاً به یک حالت تعادل نسبی رسیده است.

• از لحاظ نوع مسیر: رودخانه ها با مسیر مستقیم، پیچان، شریانی، از همدیگر مشخص می شوند.

• رودخانه ها با مسیر مستقیم : بیشتر دربازه های کوتاه، رودخانه ها این شکل را پیدا می کنند که خود یک حالت ناپایدار و انتقالی است و پس از برخورد با مانع در مسیر رودخانه این حالت از بین می رود.
• رودخانه ها با مسیر پیچان : نمای بالای این رودخانه ها شامل یک رشته پیچ های پی در پی می باشد که با مسیرهای مستقیم به یکدیگر وصل شده اند. رودخانه های پیچان دارای شیب ملایم می باشند و غالباً ناپایداری در مسیر آنها دیده می شود. در ساحل بیرونی پیچ، سرعت جریان زیاد شده که همین امر باعث ایجاد فرسایش در این سمت و در نتیجه رسوبگذاری در ساحل مقابل می گردد. این فعل و انفعالات به مرور زمان باعث پیش روی پیچ به سمت ساحل بیرونی و هم زمان با آن به طرف پایین دست رودخانه می گردد.
• رودخانه ها با مسیر شریانی : این رودخانه ها شامل یک تعداد آبراهه می باشند که در طول مسیر از هم جدا شده و دو مرتبه به یکدیگر می پیوندند.

تثبیت بستر رودخانه ها

این نوع فرسایش بیشتر در رودخانه های جوان که بستر آنها به حالت تعادل نرسیده دیده می شود و بستر رودخانه به علت شیب تند و سرعت زیاد جریان فرسایش یافته و مواد شسته شده به پایین رودخانه منتقل می گردد.
راه حل معمولی برای تثبیت بستر رودخانه احداث شیب شکن در طول بازه مورد نظر می باشد. این شیب شکن ها می توانند از جنس بتنی یا گابیونی ساخته شوند. ارتفاع متوسط شیب شکن ها و فاصله آنها از یکدیگر پس از انجام مطالعات هیدرولیکی دقیق با توجه به شرایط و جنس خاک قابل طراحی می باشد.
شیب شکن ها را با توجه به شرایط جریان بر روی بستر رودخانه و یا در زیر بستر رودخانه می توان احداث کرد که با مرور زمان رسوبات بین این سدهای کوتاه ته نشین می شود و در نتیجه یک شیب ملایم در کف رودخانه ایجاد می گردد.
راه حل معمولی برای تثبیت بستر رودخانه احداث شیب شکن در طول بازه مورد نظر می باشد

تثبیت دیواره رودخانه ها

فرسایش دیواره رودخانه ها که در رودهای مسن با آنها مواجه هستیم باعث بروز خسارات زیادی در زمین های اطراف رودخانه و سازه ها شده و حریم کاذبی برای رودخانه ها به وجود می آورد که به این ترتیب از پتانسیل زمین های قابل استفاده اطراف رودخانه ها می کاهد.

علل فرسایش دیواره ها

اگر جنس مصالح دیواره ها ریزدانه رسی و یا چسبنده باشد به علت نفوذپذیری کم، در زمان فروکش سیلاب، سطح آب سریع پایین آمده، امکان زهکش سریع موجود نبوده و کاهش نیروی برشی بین ذرات سبب فرو ریختن دیواره ها خواهد شد.
اگر جنس مصالح دیواره ها ریزدانه غیرچسبنده باشد در اثر برخورد امواج با دیواره ها فرسایش سطحی به وقوع می پیوندد.

در حالتی که مصالح دیواره ها انواعی از مصالح فوق باشند بالا آمدن سطح آب زیرزمینی و زهکشی آب از دیواره ها به سمت رودخانه، ذرات ریز را شسته، باعث ریزش ذرات درشت بالایی میشود.

انواع فرسایش

• فرسایش پنجه: بخش زیرین دیواره ها در اثر برخورد با امواج فرسایش پیدا کرده و بالای دیواره ها فرو می ریزند.
• لغزش کناره: اگر مصالح دیواره ها از جنس ریزدانه بوده و قدرت زهکشی را بعد از فروکشی سیلاب نداشته باشد با لغزش کناره و ریزش این قسمت مواجه خواهیم بود.
• لغزش سیالی: زمانی که خاک کناره ها از سیلت یا ماسه بوده و تراکم بالایی نداشته باشد در اثر اشباع شدن ریزش می کند.

راه حل های جلوگیری از فرسایش دیواره ها

روند فرسایش تاکنون در جهان به صورت مدل ریاضی در نیامده است و پی بردن به اینکه فرسایش بعدی در کجا و در چه مقطعی به وقوع خواهد پیوست جز با مطالعه رفتار طولانی مدت رودخانه از طریق تفسیر عکسهای هوایی در مقاطع زمانی مختلف و جمع آوری اطلاعات محلی از طریق افراد ذی صلاح بومی امکان پذیر نمی باشد. ساختن مدل فیزیکی رودخانه در مقاطعی که در معرض تخریب بیشتر قرار دارند نیز می تواند اطلاعاتی کیفی به ما بدهد، با علم به این مطالب گفتنی است که تاکنون راه حل های شناخته شده جهانی جهت جلوگیری از فرسایش دیواره ها عبارتند از: تثبیت سواحل و کانالیزه کردن.

• تثبیت سواحل

بعد از تشخیص نسبی سواحل فرسایش پذیر به گونه ای که گفته شد می توان اقدام به تثبیت سواحل به دو روش مستقیم و غیرمستقیم نمود.

• روش مستقیم (ایجاد سازه های طولی ): در این روش از سازه تثبیت کننده به طور مستقیم و به شکل پوشش بدنه بر روی ساحل استفاده می کنند. پوششهای بدنه را می توان بنا به جنس مصالح قابل دسترس در انواع گوناگون طراحی نمود به عنوان مثال یک روش معمول در اروپا و آمریکا استفاده از ماشین های قراضه و تایرهای فرسوده اتومبیل می باشد که پس از ایجاد یک شیب ملایم در ساحل آنها را به صورت آجر چینی در کنار هم قرار می دهند ولی با توجه به شرایط فعلی در ایران، استفاده از پوشش های بدنه از جنس سنگریزه (سنگ لاشه) ، تورسنگ (گابیون)، بلوک های بتنی و یا کیسه های مخلوط سیمان و ماسه پیشنهاد می شود. پوشش بدنه باید حتماً قابلیت عبور زه آبهای اراضی حاشیه رودخانه را داشته باشد، در غیر این صورت در اثر اشباع شدن خاک، احتمال از بین رفتن سازه وجود دارد. در زیر پوشش بدنه باید حتماً یک لایه فیلتر از جنس شن و ماسه و یا فیلتر غشایی (ژئوتکستایل ) در نظر گرفت تا از شسته شدن مواد ریزدانه از پشت پوشش بدنه جلوگیری به عمل آید. کاشتن درختچه ها بعد از ایجاد شیب لازم در سواحل نیز یکی دیگر از راههای تثبیت سواحل رودخانه هاست. با جمع بندی مطالب فوق تثبیت سواحل رودخانه ها به شیوه مستقیم(ایجاد سازه های طولی) را می توان به انواع زیر تقسیم بندی کرد:
  • ساحل سازی توسط پوشش بدنه ای سنگریزه ای
  • ساحل سازی توسط روکش تور سنگی
  • ساحل سازی توسط کیسه های مخلوط ماسه و سیمان یا بتن خشک
  • ساحل سازی توسط روش بیولوژیکی یا کاشتن درختچه هایی مانند توسکا

راه حل های شناخته شده جهانی جهت جلوگیری مستقیم از فرسایش دیواره ها عبارتند از: تثبیت سواحل و کانالیزه کردن

• روش غیرمستقیم : تثبیت رودخانه ها در روش غیرمستقیم توسط احداث سازه های عرضی یا آبشکن که اپی هم نامیده می شود در طول ساحل فرسایش پذیر انجام می گیرد. در این روش یک سری آبشکن به طور متوالی و عمود بر مسیر جریان رودخانه ساخته می شوند. این آب شکن ها از یک سمت به ساحل رودخانه متصل شده و تا مسافتی در داخل بستر رودخانه به جلو می آیند. آبشکن ها بسته به نوع مصالح به کار رفته در ساختمان به انواع مختلف سنگریزه ای، گابیونی، شمع فلزی یا چوبی تقسیم می شوند.

سرعت آب هنگام برخورد با اپی ها گم شده و جریان پس از چرخش به آبشکن بعدی برخورد می کند و بدینوسیله نیروی فرسایش آب مستهلک می شود از طرفی به علت کم شدن سرعت آب، رسوبات حل شده توسط رودخانه بین هر جفت از اپی ها ته نشین شده و به مرور زمان فواصل بین اپی ها با این رسوبات پر می شود. در مورد فاصله بین اپی ها فرمول خاصی وجود ندارد البته به تجربه ثابت شده که فاصله بین دو آبشکن باید طوری باشد که تنها یک جریان چرخشی بین هر جفت اپی ایجاد شود و بنابراین فاصله باید یک تا دو برابر عرض متوسط رودخانه در طول فرسایش پذیر باشد. با توجه به مطالب گفته شده طول آبشکن ها نیز معمولا ُ1 تا 4 برابر فاصله بین دو آبشکن توصیه می شود. اپی ها را معمولاً با زاویه 90 درجه می سازند.
آبشکن ها یا سربسته اند یا باز، در آبشکن های سربسته از نفوذ آب بر بدنه جلوگیری می شود ولی در داخل آبشکن های باز که غالباً به صورت شمع های فلزی یا چوبی هستند آب جریان دارد. از نظر نحوه جوابگویی آبشکن های سربسته در جهت تثبیت سواحل سریع تر عمل می کنند.

تثبیت رودخانه ها در روش غیرمستقیم توسط احداث سازه های عرضی یا آبشکن که اپی هم نامیده می‌شود در طول ساحل فرسایش پذیر انجام می‌گیرد

• کانالیزه کردن رودخانه

در پیچ های با درجه چرخش زیاد در رودخانه، که به این دلیل رودخانه دائماً در حال فرسایش می باشد، کانالیزه کردن رودخانه می تواند مطرح باشد. در حالت طبیعی این روند فرسایش آنقدر ادامه می یابد تا انرژی رودخانه مستهلک شود. در نتیجه ی این فرآیند دو سمت گلوگاه پیچ به مرور زمان به یکدیگر نزدیک می شوند تا در نهایت به یکدیگر متصل شوند به صورتی که پیچ به صورت یک مسیر نعل اسبی، بیرون از مسیر اصلی و جدید رودخانه باقی می ماند. در چنین پیچ هایی راه حل کانالیزه کردن رودخانه است که جهت نیل به اهداف زیر صورت می گیرد:

• جلوگیری از تخریب تاسیساتی که در کناره بیرونی پیچ قرار گرفته اند و تثبیت این مواضع برای جلوگیری از فعالیت مجدد آنها.
• کنترل روند طبیعی فرسایش رودخانه جهت کنترل و هدایت درست آن برای رسیدن به اهداف پیش بینی شده.
• کاهش هزینه تثبیت در آینده چرا که مسیر کانالیزه شده جدید به مراتب کوتاهتر از تمامی طول فرسایش پذیر پیچ می باشد.
• افزایش بده رودخانه به علت کوتاهتر شدن مسیر و افزایش شیب بستر رودخانه.

انواع روش های کانالیزه کردن رودخانه به دو صورت زیر ممکن است:

• روش اول احداث مسیر جدید یا مقطع عرضی کامل می باشد. در این روش پس از طراحی مسیر جدید مقطع عرضی کامل رودخانه با تثبیت متوسط بین رقوم دو گلوگاه پیچ احداث می شود و سپس دهانه رودخانه در مسیر قبلی با خاکریز مسدود می گردد.
• روش دوم به کمک احداث کانال هادی می باشد. کانال هادی آبراهه کوچکی است که پس از مسیر یابی (طراحی مسیر جدید بر روی نقشه) با مقطع عرضی که حداقل ده درصد از دبی طراحی را بتواند عبور دهد با خاکبرداری احداث می شود.در این حالت با توجه به فعال بودن پیچ رودخانه، مقداری از دبی جریان به مرور زمان وارد کانال هادی شده و با توجه به شیب بستر این آبراهه به مرور زمان و در اثر فرسایش عریض تر شده و ظرفیت مطلوب را جهت انحراف رودخانه به وجود می آورد.در دبی های کم چون امکان بسته شدن کانال هادی به علت رسوب گذاری وجود دارد لذا در آغاز، باید یک سد کوتاه خاکی طراحی شود تا مانع ورود جریان آب با سرعت کم به داخل کانال شود و در عوض در دبی های سیلابی با عبور آب از روی آن این سد کوچک شسته شده و جریان آب، مقطع عرضی واقعی خود را به مرور زمان ایجاد کند.

کنترل سیلاب

از میان روش های کتترل سیلاب مانند احداث سد مخزنی ،آبخیز داری ،احداث سیل بند های خاکی یا بتنی و انحراف سیلاب، دو مورد آخر یعنی احداث سیل بندهای بتنی یا خاکی و انحراف سیلاب جزو مباحث مهندسی رودخانه است.

• کنترل سیلاب به کمک احداث سیل بند های خاکی یا بتنی: در این روش ابتدا دبی طراحی یا در حقیقت دبی با دوره بازگشت مورد نظر انتخاب می گردد. دوره بازگشت با توجه به درجه اهمیت مورد نظر و یا ملاحظات اقتصادی انتخاب می شود.

سپس با توجه به دبی طراحی، محاسبات پروفیل سطح آب در رودخانه انجام می گیرد. این محاسبات (با توحه به حجم زیاد چنین محاسباتی ) می تواند به کمک مدلهای ریاضی جریان ماندگار انجام گیرد که یکی از معروفترین این مدلها در کشور ما مدل ریاضی HEC-2 می باشد.این مدل ریاضی به ازای یک سری اطلاعات از وضعیت مثل شکل مقطع عرضی رودخانه در مقاطع مختلف، ضریب زبری، شرایط حدی پایین دست و غیره می تواند رقوم سطح آب بعلاوه سرعت جریان و یک سری اطلاعات دیگر از چگونگی وضعیت جریان را برای هر مقطع عرضی از رودخانه محاسبه و به صورت جداولی ارائه نماید.
با توجه به رقوم سطح آب و سرعت جریان و سایر ملاحظات و مبانی طراحی، مسیر سیل بندها در جناحین رودخانه و ارتفاع آنها در بخش های گوناگون رودخانه تعیین و با توجه به جنس مصالح قابل دسترسی در محل، بدنه سیل بندها طراحی می گردد.

• کنترل سیلاب به کمک انحراف از رودخانه: این روش در مواردی قابل استفاده است که محلی برای تخلیه سیلاب مثل دریاچه، باتلاق و یا یک فرورفتگی بزرگ و طبیعی در حوالی منطقه مورد مطالعه وجود داشته باشد. در این روش برای صرفه جویی در احداث سیل بند در تمامی طول رودخانه در محلی مناسب، سیلاب منحرف می گردد اما در هر حال با کسب اطمینان از این امر که محل مورد نظر، قابلیت ذخیره حجم سیلاب را دارا می باشد محل انحراف در رودخانه مشخص می گردد. سپس سیلاب مازاد بر کشش طبیعی رودخانه یا به طور طبیعی و یا به کمک یک سازه انحرافی در محل مورد نظر به داخل یک کانال سیلاب بر منحرف و سرانجام به محل دریاچه یا فرورفتگی انتقال می یابد. در این روش باید هزینه احداث سازه انحرافی و کانال سیلاب بر از هزینه های احداث سیل بند در پایین دست محل انحراف تا انتهای رودخانه ارزان تر باشد تا اجرای چنین طرحی از لحاظ اقتصادی موجه تلقی گردد.

برای فعالیت در مهندسی رودخانه تسلط بر با مباحثی چون هیدرولوژی ،هیدرولیک رودخانه ها، مدل های هیدرولیکی، مکانیک خاک و سازه های هیدرولیکی نقش اساسی را ایفا می کنند.

Catchment management (مدیریت حوضه آبریز

مدیریت حوضه آبریز برای اصلاح کیفیت آب رواناب می باشد. مدیریت آبریز در بالا دست ناحیه خطرپذیر به منظور کاهش در مقدار سیل صورت می گیرد. مثلا برای کاهش در مقدار سیل جنگل کاری و یا احداث برکه های کوچک برای ذخیره سیلاب صورت می گیرد. اقدامات و تمهیدات صورت گرفته در بالا دست حوضه آبریز شامل حفاظت در
برابر آتش سوزی، جلوگیری از فرسایش و حفظ پوشش گیاهی می باشد.

Cross drainage (زهکش تقاطعی

سازه های زهکش های تقاطعی (آبگذرها، سیفون ها، دریچه های عمقی، تنظیم کننده های (جریان) در محل برخورد با خاکریز جاده ها یا راه آهن، برای تسریع در زهکشی آب های اضافی پشت دیواره ساحلی است که ناشی از آب زیرزمینی، سیلاب های حاصل از سرریز آب رودخانه یا خیزاب های طوفانی دریا از روی دیواره ساحلی است که در پشت آن جمع می شود و زهکش های متقاطع آنها را به سرعت تخلیه می کنند.

در بعضی کشورها از این زهکش های تقاطعی برای پرهیز از به هم خوردن سیمای
زهکش های طبیعی نیز استفاده می شود.

Flood (سیل

1) جریانی با ارتفاع یا تراز نسبتاً بالای رودخانه که بالاتر از حد معمول باشد و نتیجه آنها هجوم آب به اراضی پست و غرقابی شدن آن می باشد. بنابراین بالا آمدن، و سرریز کردن از یک سازه آبی به اراضی اطراف، سیل نامیده نمی شود.

2) موج سیلابی که به پایین شبکه رودخانه حرکت کرده و مانند خیزاب طوفانی (مثل امواج خروشانی که در ترکیبی از باد و حمله های سنگین موجی به وجود می آید) نیز سیل نامیده می شود.

بسته به منبع به وجود آورنده آب های اضافی، سیل ها را می توان حداقل در 5 گروه طبقه بندی کرد:

الف) سیل های ناشی از ذوب برف مناطق کوهستانی که موجب آب اضافی در نواحی پایاب می شود.

ب) سیلاب های ناشی از طغیان های به وجود آمده از گردبادهای طوفانی اقیانوس ها که در ترکیب با امواج دریا پدید می آیند.

پ) سیل هایی که در اثر بارش های سنگین به وجود می آیند که رواناب آنها بیش از ظرفیت انتقال رودخانه ها و زهکش های ساخته شده و طبیعی می باشد.

ت) سیل هایی که به علت ذوب و شکسته شدن سدهای یخی موجود در مقاطع بالا دست رودخانه پدیدار می شوند که به آنها سیلاب های بهاری می گویند.

ث) سیل هایی که از شکستن و فرو ریختن سازه های احداث شده مثل سدها، دیواره ها، دریچه های متحرک، خاکریزها و سازه های کنترلی به وجود می آیند.

                                                   سیل بندها
محدود کردن جریان سیلاب در یک عرض معینی از رودخانه به کمک سازه هایی نظیر گوره ها و دیواره های سیل بند انجام میگیرد. این سازه ها از پخش شدن و گسترش سیلاب در زمینهای اطراف رودخانه جلوگیری کرده, آن را در یک مسیر و مجرای مشخص و محدود هدایت میکند. ساخت گوره ها (خاکریزهای سیل بند) قدیمیترین, رایج ترین و نیز یکی از مهمترین روشهای مهار سیلاب از دیر باز تاکنون بوده است. گوره, بند خاکی کوتاهی است که در فواصل مختلف از کناره رودخانه و در امتداد آن ساخته می شود تا نقش سواحل مصنوعی را در دوره های سیلابی که آب رودخانه از سواحل طبیعی خود بیرون میرود, را ایفا کند و بخش عمده زمینهای اطراف رودخانه را از آب گرفتگی محافظت نماید درمناطق شهری و سایر مناطق که ارزش زمینها زیاد میباشد, به جای گوره از دیواره های سیل بند استفاده میگردد. دیواره های سیل بند از جنسهای مختلف بتنی, سنگی, آجری و …. ساخته میشوند.

در بسیاری از موارد سطوح سیل بندها با پوشش گیاهی (بخصوص علف برمودا) درمقابل فرسایش حفاظت میشوند.

بطور کلی طراحی سیل بندها و دیواره های سیل بند بایستی مشابه سدهای معمول باشد. مزیت اصلی گوره ها امکان استفاده از مصالح محلی ارزان قیمت است.
گوره ها از مصالح معادن قرضه که به موازات گوره میباشند احداث میشود. این مصالح بایستی در لایه ها ریخته و کوبیده شود. نفوذ ناپذیری مصالح در کناره رودخانه بایستی بکار گرفته شود. در کل مصالح مناسب برای هسته بندرت در دسترس میباشد و بیشتر سیل بندها, خاکریزهای همگن میباشند.

مقاطع گوره ها بایستی با توجه به شرایط محلی و مصالح موجود طراحی شوند. به منظور امکان پذیر شدن عبور ماشین آلات, حداقل عرض سیل بند 3 متر میباشد. برای جلوگیری از فرسایش از مصالح ریپ رپ, چمن, بوته, درختان و بتن استفاده میشود.

برای زیبایی, شیب گوره رامیتوانند ملایم تر از میزان لازم احداث نمایند. در این حالت سیل بند کمتر مشخص بوده و رفت و آمد مردم با سهولت بیشتری انجام میشود. زهکش های پاشنه ای برای حفظ ایمنی گوره ها در مقابل آبشستگی و جلوگیری از خروج آب از شیب پایین دست لازم است. بعلت عرض زیاد گوره در پایین و ارزش بالای زمینهای شهری, در این مناطق معمولا از دیواره های سیل بند استفاده میشود این دیواره ها به نحوی طراحی میشوند که درمقابل فشار هیدرواستاتیکی (فشار بالا بر آب) مقاومت کنند.

در بیشتر موارد گوره ها به موازات رودخانه احداث میشوند ولی گوره های حلقوی, گوره هایی که به زمینهای بلند متصل میشوند و گوره های در برگیرنده پیچان رود نیز در موارد خاص بکار گرفته میشوند.

از مسائل مهم در طراحی گوره ها, زهکشی مناطق داخلی میباشد که از راه حلهای مختلف, بشرح زیر مورد استفاده قرار میگیرند:

• حوضچه جمع آوری و ایستگاه پمپاژ
• زهکشی درونی گوره ها
• زهکشی انحرافی
• کانال زهکشی
• تخلیه از لوله های تحت فشار

شرایط و مصالح ساختمانی بندرت کاملا" رضایت بخش میباشد و بنابراین با توجه به عدم قطعیتهای مهندسی رودخانه حتی با بهترین فنون احداث, خطر تخریب وجود دارد. مکانیزم های مختلف تخریب سیل بند بشرح ذیل میباشد:

• روگذری سیلاب
• نشت آب و آبشستگی
• فرسایش
• ناپایداری شیبها و لغزشهای پیاپی (Sloughing)
• ایجاد حفره توسط حیوانات

با توجه به موارد فوق گوره ها بایستی مرتبا مورد بازرسی قرار گیرند و اصلاحات لازم صورت پذیرد.
ایمنی سیل بندها مطلق نیست و بنابراین مدیریت بحران نقش کلیدی دارد.

در بسیاری از رودخانه ها افزایش تراز آب در جریان سیلاب به میزان چند سانتیمتر بالاتر از تاج سیل بند میتواند موجب تخریب آن شود. بنابراین افزایش اضطراری ارتفاع سیل بندها در جریان سیلاب که در مقابله با سیلاب صورت میگیرد، دارای اهمیت فوق العاده می باشد. روشهای مورد استفاده بشرح زیر میباشد:

• خاکریز اضطراری بر روی تاج سد
• کیسه های شنی
• دیوار حائل چوبی – خاکی
• جعبه خاکی

در صورت تخریب سیل بندها، عواقب میتواند از شرایطی که اصلا" سیل بندی احداث نشده باشد بسیار وخیم تر شود. این مسئله بایستی در انتخاب دوره بازگشت گوره ها در نظر گرفته شود و استفاده از فیوز پلاگ نیز در بسیاری از موارد قابل توجیه می باشد.

دیوارهای سیل بند کمتر از گوره ها در معرض خرابی میباشند. ولی امکان روگذری دیواره و یا آبشستگی در پی آن وجود دارد.
در صورت تخریب سیل بندها، عواقب میتواند از شرایطی که اصلا" سیل بندی احداث نشده باشد بسیار وخیم تر شود.

گوره ها با محدود کردن عرض مسیر, موجب افزایش تراز سیلاب میشوند. اصلاح مسیر و افزایش ضریب گذردهی میتواند مانع از افزایش تراز در اثر سیل بندها شود. با افزایش تراز سیلابی در ناحیه ای که گوره ها احداث شده اند, تراز آب در بالا دست و پایین دست افزایش مییابد. این افزایش تراز در مواردی عواقب ناگوار بدنبال داشته است. یک ناحیه که بوسیله گوره ها حفاظت شده ممکن است در اثر احداث گوره ها در بالادست یا پایین دست, دچار سیل گرفتگی شود. در این راستا لازم است ساماندهی رودخانه ها بر اساس یک طرح جامع به انجام برسد و بر اساس این طرح قسمت مهمی از سیلابدشت به مسیر جریان اختصاص یابد.

انواع مصالح خرده سنگی در سد سازی

نگاه اجمالی

کاربردهای مختلف مصالح خرده سنگی را می‌توان به سه گروه عمده تقسیم کرد که شامل مصالح غیرقابل نفوذ ، که بیشتر برای آب بندی مخازن و کانالها مصرف می‌شوند، مصالح نفوذپذیر که به صورت شن و ماسه در بتن ، فیلترها ، زهکش‌ها ، در راهسازی و ندرتا به عنوان عاملی برای جلوگیری از فرسایش مصرف می‌شوند و مصالح مقاوم در برابر فرسایش یا سنگریزها ، که بیشتر به صورت قطعات سنگ و معمولا برای جلوگیری و کاستن قدرت تخریب آبهای جاری یا عمل امواج مصرف می‌شوند.

مصالح نفوذ ناپذیر

مصرف عمده مصالح خرده سنگی نفوذ ناپذیر بیشتر در بستر کانالها و مخزن سدها و آبگیرهایی است که به روی پی‌های نفوذ پذیر قرار گرفته‌اند. علاوه بر آن ، اینگونه مصالح جهت آب بندی در هسته سدهای خاکی و جاهای دیگر مصرف می‌شوند. ویژگی اصلی این نوع مصالح این است که باید در مقایسه با خاکهای سازنده محل پی‌ها نفوذ ناپذیر تر باشند. باید توجه داشت که خاکهای رسی که دارای خاصیت خمیرسانی زیادی هستند، اگر چه غیر قابل نفوذ هستند، ولی برای مقاصد فوق کمتر مفید واقع می‌شوند.

کاربرد خاکهای رسی

کانالها

در کانالها و مسیرهای گذر آب ، لایه نفوذ ناپذیر از یک طرف برای جلوگیری از اتلاف آب از کانال و از طرف دیگر برای جلوگیری از خیس و اشباع شدن و در نتیجه غیر قابل مصرف شدن زمینهای اطراف کانال بکار گرفته می‌شود. گر چه به ظاهر در اینگونه موارد به مصالحی کاملا غیر قابل نفوذ احتیاج داریم، ولی آنچه که در عمل مصرف می‌شود، لایه‌ای از مصالح دارای نفوذ پذیری متوسط است. این لایه‌ها را می‌توان با کاهش سرعت جریان آب در روی آنها ، با قرار دادن یک پوشش محافظ خرده سنگی ، در مقابل عمل فرسایش آب محافظت نمود.

دیواره مخزن

در مخزن سدها به ندرت می‌توان با تعبیه لایه پوششی ، نشت آب را به مقدار قابل ملاحظه‌ای کاهش داد. ولی با این حال می‌توان با این عمل گرادیان نشت را به حدی کاهش داد که از عمل خروج ذرات ریز از میان ذرات درشت (پدیده رگاب) جلوگیری به عمل آید. مصالحی که با هدف فوق در سد سازی بکار گرفته می‌شوند، لازم نیست کاملا غیر قابل نفوذ باشند، بلکه کافی است که نفوذ پذیری آنها کمتر از نفوذ پذیری مصالح سازنده پی باشد. در مخزن سدها به علت سکون آب ، مقاومت مصالح در برابر حرکت آب مسئله ساز بوده در نتیجه نیازی به مخلوط نمودن ذرات درشت با مصالح لایه نفوذ ناپذیر نداریم.

هسته سدهای خاکی

مصالح نفوذ ناپذیری که برای هسته سدهای خاکی مصرف می‌شوند، عمدتا از جنس رس یا مخلوطی از رس و لای است. در نقاطی که معدن مناسبی برای استخراج اینگونه مصالح در نزدیکی سد وجود ندارد، می‌توان از مصالح رسی و لای موجود در دشت سیلابی رودخانه استفاده کرد. به عنوان مثال ، مصالح نفوذ ناپذیر مورد نیاز برای سد خاکی درودزن ، در نزدیکی شیراز ، از بستر رودخانه کر و در محدوده مخزن برداشت شده است.

مصالح نفوذ پذیر

مصالح خرده سنگی نفوذ پذیر در واقع مصالحی است که ما آن را تحت عنوان کلی شن و ماسه ساختمانی می‌شناسیم. همانگونه که می‌دانیم موارد اصلی مصرف شن و ماسه شامل بتن ، فیلترها و زهکشها (مخصوصا در ارتباط با ساختمانهای بتنی) ، به صورت لایه یا لایه‌هایی در زیر سنگریزهای سطحی سدهای خاکی ، به عنوان لایه یا بخش زهکش در پاشنه پائین دست سدهای خاکی ، به عنوان عامل حد واسط برای جلوگیری از رگاب (خروج ذرات ریز از میان ذرات درشت) ، در جاهایی که گرادیان نشت آب زیاد است و بالاخره بکار گیری آنها در راهسازی و تهیه آسفالت است.

مصالح خرده سنگی بتن

بتن یکی از پر مصرف ترین مصالح ساختمانی در سدها است. عملیات اکتشافی اینگونه مصالح خرده سنگی باید از دقت زیادی برخوردار باشد. از این رو از پی جوئیهای مربوط به مصالح بتن می‌توان برای مقاصد دیگر استفاده کرد. ولی عملیات اکتشافی که برای دستیابی به مصالح خرده سنگی دیگر انجام می‌شود. معمولا از دقت کافی برخوردار نیست و این مصالح اغلب نمی‌توانند به عنوان مصالحی مناسب برای بتن مفید واقع شوند.

صافیها و زهکشها

هدف اصلی از بکار گیری اینگونه مصالح ، جلوگیری از فشار برخاست هیدرولیکی است. از این رو اینگونه مصالح باید آب را به سهولت زهکشی نموده و بطور همزمان ، بارهای نسبتا زیادی را ، بدون اینکه مصالح ، صافی (فیلتر) یا پی ، حرکت کنند، تحمل نمایند. در اغلب موارد در این کاربرد خاص ، یک لایه منفرد مصالح کافی نیست و باید از دو لایه استفاده کرد. گر چه مقدار مصالح مورد نیاز برای فیلترها و زهکشها معمولا کم است ولی در مقابل ، اینگونه مصالح باید از کیفیت بالایی برخوردار باشند.

لایه‌های زیر سنگریز

مهمترین مشخصه لایه شن و ماسه‌ای زیر سنگریزها ، درشتی اندازه آنها است. از این رو اینگونه مواد اغلب سنگ شکسته حاصل از معدنکاری و حفاری‌های معادن روباز تامین می‌شوند. البته اگر بتوان نقشه‌ای طبیعی از شن درشت را در فاصله‌ای مناسب از محل مصرف پیدا کرد، آن را نیز می‌توان بکار گرفت. باید توجه داشت که مقدار مصالحی که در این کاربرد نیاز داریم اغلب زیاد است و در صورتی که دانه بندی مصالح طبیعی ، مناسب نباشد دانه آرایی مجدد آنها مخارج زیادی را به دنبال خواهد داشت.

زهکش پاشنه پایاب سدهای خاکی

مصالحی که برای زهکشی در زیر پاشنه پائین دست سدهای خاکی بکار می‌روند باید تا حدی نفوذ پذیر تر از خاک پی باشند. اندازه دانه‌ها در اینجا اهمیت چندانی ندارد و مصالح ممکن است دارای مقادیر زیادی ذرات درشت تا ماسه ریز باشند. البته مصالحی که مقدار قابل ملاحظه‌ای لای و رس داشته باشند، مناسب نیستند. در این کاربرد ، حجم مصالح بکار گرفته شده در کیفیت آنها ارجحیت دارد. از این رو اگر مصالح به مقدار کافی در نزدیکی محل مصرف پیدا شود، جستجو برای پیدا کردن مصالح مرغوبتر ، به نقاط دورتر از کارگاه یا محل سد گسترش نمی‌یابد.

مصالح مقاوم در برابر فرسایش

در بسیاری از موارد ، از مصالح خرده سنگی برای محافظت سطح سازه یا سطح زمین در برابر عمل فرسایشی آبهای سطحی استفاده می‌شود. این مصالح معمولا به صورت لایه‌ای در سطح خارجی دامنه سراب و پایاب سدهای خاکی ، دیواره مخازن و سطح حوضچه آرامش سدها بکار گرفته می‌شوند.

سنگریز دامنه سراب سدهای خاکی

به منظور محافظت سطح خاکریزها ، یا بخشهای خاکبرداری شده ، از عمل فرسایش آب از لایه سنگریز استفاده می‌شود. فرسایش توسط آب ممکن است به صورتهای گوناگون ، از جمله عمل تخریبی آبهای جاری ، مخصوصا جریانهای غیر خطی و آشفته ، عمل تخریبی امواج در سواحل ، یا بر اثر عمل فرسایشی بارانها و رگبارهای شدید باشد.

حوضچه‌های آرامش

در بخشهایی از مسیر کانالها یا در محل تصفیه آب از سر ریز یا دریچه سدها ، که سرعت آب و در نتیجه قدرت تخریب آن زیاد است، معمولا حوضچه‌های نسبتا عمیقی در مسیر جریان آب ساخته می‌شود که نقش سرعت گیر را بازی می‌کنند. بستر این حوضچه‌های سرعت گیر و آرام کننده معمولا با لایه‌ای از سنگریز پوشانده می‌شود.

سطح کانالها

از سنگریز ، برای محافظت زمین در مقابل عمل فرسایشی آب در کانالها و مسیرهای گذر آب نیز استفاده می‌شود. این نوع سنگریز بیشتر در شیبهای تند مسیر و محل پیچهای شدید کانال ، در مجاورت پایه پلها و دیگر سازه‌های بتنی ، که زمین اطراف آن در معرض عمل فرسایشی آبهای جاری است، تعبیه می‌شود.

لایه محافظ باران

برای محافظت سطح زمین از عمل فرسایشی باران ، از همه نوع ذرات و قطعات سنگی ، که در مجاورت آب خرد نمی‌شوند، می‌توان استفاده کرد. تنها محدودیتی که در این مورد وجود دارد استفاده از شیلها و لای سنگها (سنگهای سیلتی) است. اندازه ذرات در این کاربرد خاص از اولویت برخوردار نیست. با وجود این ، مصالحی که به این منظور بکار می‌روند نباید از شن ریزتر باشند.

موج شکن

موج شکنها ، همانگونه که از نامشان پیداست، دیوارهایی هستند که برای محافظت اسکله‌ها ، تاسیسات بندری یا بخشهایی از سواحل ، در مقابل عمل تخریبی امواج دریا ، احداث می‌شوند. بیشتر موج شکنها با ریختن و انباشتن قطعات سنگ در محل مورد نظر بوجود می‌آیند. این ساختمانها معمولا نیمرخی مثلثی یا ذوزنقه‌ای دارند. در بیشتر موارد یک موج شکن از یک هسته داخلی ، متشکل از مصالح با مرغوبیت کمتر و ریز دانه تر و یک بخش خارجی ، متشکل از مصالح درشت و مرغوب ساخته شده است.

نوع طرحهای آبراهه­ای به شرح زیر می­باشند:

1- زهکش موازی : این نوع زهکش در مناطق دشت و سردشت­ها و قله­های مقاوم ایجاد

می­شود. بطور کلی این آبراهه در سه واحد مشاهده می­شود:

سنگ­های بازالتی که تیپ ملایمی داشته باشند، همچنین در سازندهای ماسه سنگی و

 دره­های خشک در مناطق مرتفع. امتداد آبراهه­های فرعی این نوع زهکش تقریباً به موازات

 هم می­باشد.

2 - زهکش درختی : تشکیل این نوع زهکش اغلب مربوط به جنس سنگ بستر است،

 چنانچه سنگ و خاکهای یک منطقه دارای مقاومت و سختی مشابهی نسبت به فرسایش

 باشند  شکل­گیری آن حتمی است. آبراهه­های فرعی بطور تصادفی تحت اثر فرسایش

بطرف سرآب آبخیز توسعه می­یابد و شیب­های حاصله دارای جهتی غالب و نظم مشخصی

نمی­باشند. مسیر آبراهه­ها معمولاً نامنظم بوده و آبراهه­های  فرعی می­توانند تحت هر

زاویه­ای به جریان اصلی وارد شوند.

این زهکش در انواع سنگ­ها بوجود می­آید، بطور مثال در رسها، مارنها، شیستهای

دگرگونی، ماسه سنگها و کم و بیش در روی سنگهای آذرین و گرانیت.

3- زهکش تاکی : این زهکش در مناطقی تشکیل می­گردد که سنگهای متلاشی شده

 دارای سختی یکنواختی نباشند. توسعه و حفر آبراهه­ها در تشکیلات سست با شدت بیشتری صورت می­گیرد واین وضعیت سبب ایجاد دره بین مناطقی می­گردد که از سنگهای

 سخت تشکیل    شده­اند و شبکه زهکشی آبراهه­های آن کوتاه و فواصل آنها بهم نزدیک

می­باشند. نمونه دیگری از زهکش تاکی را می­توان در دشتهای ساحلی که دارای

 تشکیلات متلاشی شده قدیمی است مشاهده نموده که این وضعیت نتیجه مقاومت و

سختی لایه­هایی است که دارای شیب ملایمی هستند. وجود آبراهه­هایی طویلتر با

فواصل بیشتر از مشخصات بارز این نمونه است.

در ناهمواری­های چین خورده موازی که از سازندهای مختلف از نظر مقاومت به فرسایش

تشکیل شده و یا در مناطقی که تحت تأثیر نیروهای تکتونیکی قرار دارند معمولاً این نوع

آبراهه ایجاد می­گردد.

4- زهکشی مستطیلی : این زهکش در مناطق گسل­دار که رودخانه­ها بسادگی در محل

شکاف حاصله از گسل­ها جریان می­یابند ایجاد می­گردد. آبراهه­های عمومی این نمونه، از

نوع آبراهه­های خودسر می­باشند. مناطقی که در آنها این نوع زهکشی ایجاد

می­شودمناطقی هستند که درزیرخودتوده­های­بزرگ­و وسیع­سنگهای یکنواخت دگرگونی

 ودشتهای رسوبی دارندو درآنها واحدهای­رسوبی باشیب کم وجود دارد. این نوع زهکش با

مقیاس­کم و بطور محدود درماسه سنگهای درز وشکافدار نواحی خشک و نیمه خشک هم

 مشاهده می­شود. آبراهه­ها بندرت کاملاً عمود برهم بوده ومعمولاً دارای زوایای حاده بزرگ

 (نزدیک به 90 درجه) می­باشند.

5 - زهکش حلقوی : بطورکلی قله­ها در روی نقشه­های توپوگرافی بصورت خطوط

متحدالمرکز نشان داده می­شوند و در روی عکسهای هوایی قله­ها به صور برجسته ظاهر

گردند و درسنگهای نرم و سست اغلب آبراهه­ها عمود برشیب دیده می­شوند. این آبراهه­ها

اگر در روی قله­های مدور جریان داشته باشند  زهکش حلقوی  را تشکیل می­دهند .

6 - زهکش مرکزی : این نوع زهکش در مناطقی روی می­دهد که آبراهه­های اولیه آن از روی

 دامنه و کناره­های سنگهای مقاوم­تر حاشیه­های گودال به طرف داخل حوزه جریان می­یابند

 که یک سیستم مرکزی ایجاد می­کند که در چاله­های مدور و بسته ناودیسی تشکیل می­گردد.