تعد السدودdams، من أكبر المنشآت المائية التي ينفذها الإنسان على الأنهار الدائمة الجريان أو الوديان الموسمية من أجل تخزين مياهها وتنظيم جريانها ودرء أخطار الفيضانات ومواسم الجفاف، واستخدام المياه في توليد الطاقة الكهربائية النظيفة، وتعويض النقص في مياه الشرب والاستخدامات المنزلية والصناعة والسياحة والزراعة المروية، وتنظيم الملاحة النهرية والمحافظة على البيئة. تنفَّذ السدود بارتفاع قليل نسبياً على الشواطئ البحرية من أجل درء مخاطر المدّ والجزر كما هي الحال في هولندا، كما تنفَّذ على الأنهار الكبيرة من أجل درء خطر فيضاناتها وحماية الأراضي المأهولة المنخفضة المحيطة بها. ويطلق عليها عندئذ اسم سدود الحماية.
يتألف السد أساساً من جسم السدdam wall والمفرِّغ السفليbottom outlet والمأخذ المائيwater intake والمفيضspillway. وينفَّذ جسم السد عادةً في أضيق خانق توفره الطبيعة على مجرى الوادي، من أجل تقليص حجم أعمال السد وكلفتها إلى أدنى حد ممكن، شريطة أن يتسع مجرى الوادي قبل موقع السد لتشكيل الخزان المائي المناسب. ومن المفروض أن يوفر هذا المجرى مورداً مائياً كافياً يسوغ إقامة السد، كما يمكن في بعض الحالات الخاصة جلب المياه إلى الخزان من مصدر مائي قريب بالضخ إذا كان ذلك مجدياً فنياً واقتصادياً. ومن المفروض أيضاً أن يتوافر في موقع السد الشروط الجيولوجية الكفيلة بتحمّل الإجهادات التي ستطبق عليه إضافةً إلى توافر الشروط الهدروجيولوجية المناسبة لضمان كتامة أساسات السد وبحيرة التخزين لتقليص الفواقد المائية فيها إلى الحد المقبول اقتصادياً.
أما المأخذ المائي والمفرِّغ السفلي فهما منشآتٌ أنبوبية تُنفَّذ تحت جسم السد أو على أحد كتفي الوادي من أجل إسالة المياه من بحيرة السد إلى المنطقة الواقعة خلف جسم السد بأمان، ويتم ذلك بتجهيزهما بالبوّابات المناسبة للتحكم بكمية المياه اللازمة للغرض المخصص لها. ويمكن دمج هاتين المنشأتين في منشأة واحدة في بعض الحالات، وخاصة في السدود الصغيرة والمتوسطة.
وأما المفيض فهو منشأة تعمل عمل صمّام الأمان، فتخلّص بحيرة السد من المياه التي تفيض عن حجم تخزينها الأعظمي المعتمد، ولاسيما مياه الفيضان وذلك بإسالتها بأمان إلى المنطقة الواقعة خلف السد أو إلى وادٍ مجاور.
لمحة تاريخية
بنى الإنسان السدود منذ غابر العصور. فقد بنى الحثّيّون سد قطينة على نهر العاصي، واشتهر البابليون ببناء السدود الصغيرة و على نهري دجلة والفرات، وقد نظّمت قوانين حمورابي كيفية استخدام المياه. كما برع المصريون القدماء بتنفيذ السدود على نهر النيل، واشتهر الرومان في إشادة العديد من السدود على الأنهار الواقعة ضمن امبراطوريتهم، ومنها نهر الراين، وذاع صيت العرب أيضاً بعد بنائهم سد مأرب في اليمن السعيد. إلا أنه لابد من القول بأن فن بناء السدود الترابية في تلك العصور وحتى الماضي الحديث، أي حتى قبل نحو مئتي عام تقريباً، كان يعتمد بالضرورة على الخبرة التجريبية البحتة. وحتى بعد أن أصبح من المسلّمات استخدام تلك المواد الطبيعية التي تُسمى «تربة»earth مواد بناء في هذه السدود، فقد كان مفهوماً عاماً يشتمل على عدد كبير من النماذج المختلفة للتربة، من clay وحتى الركام. لذلك كان أكثر من ثلثي السدود التي انهارت في الماضي القريب من السدود الترابية التي لم تصمد مدة طويلة من الزمن. وانقسم المهندسون المصممون إلى مجموعتين، اختارت أولاهمامادة أساسية لبناء السدود، في حين سعت المجموعة الثانية إلى تقصّي أسباب الإخفاق في بناء السدود الترابية.
وانطلاقاً من حقيقة أن المعرفة الشاملة لمواصفات مادة البناء المستعملة يجب أن تكون في مقدمّة كل عمل فنّي جدّي، نشأ علم ميكانيك التربة[ر]soil mechanics أو الجيوتكنيك الذي تطوّر بعد ذلك وبيَّن أن المفهوم الشامل للتربة إنما ينطوي على مفهوم مجرّد بعيد عن الواقع. وبفضل تطوّر هذا العلم الجديد صار ممكنا ًالبرهان على أمان استقرار السد الترابي موضوعياً وحسابه رقمياً، كما هي الحال في أية منشأة معدنية أو بيتونية مسلّحة، مع دراسة تغيّر سلوك بعض أنواع التربة بدلالة الزمن والهبوطات المتوقعة فيها، وشروط رشح المياه عبر جسم السد وأساساته والإجراءات الوقائية لخطر الحت، وإمكانية تحسين الأساسات من أجل تقليص الرشوحات المائية عبرها إلى الحد المبرّر اقتصادياً، وضمان أمان استقرار جسم السد في حالات التشغيل العادية والاستثنائية بما في ذلك الهزّات الأرضية.
ومع ذلك لا بدّ من القول بأن تطبيق منجزات علم ميكانيك التربة/الجيوتكنيك في بناء السدود الترابية مدين بنجاحه إلى المنجزات الكبيرة التي حققها علم هندسة الميكانيك وبناء الآليات الثقيلة المستخدمة اليوم في فِرَق السدود. فلقد امتزج هذان العلمان لدرجة تصعب معها رؤية علاقة الأول وارتباطه بالآخر.
أنواع السدود
الشكل (1) سد ثقلي، سد الحفة في حوض الساحل في سورية
تقسم السدود وفق الهدف المتوخّى منها إلى سدود تخزينية أو سدود درء الفيضان أو سدود ترشيحية لتغذية . أما من حيث مواد إنشائها، فتقسم إلى نوعين رئيسين: خرسانية وترابية.
1ـ السدود الخرسانيةconcrete dams: لا يُنفّذ هذا النوع من السدود إلا في المواقع الصخرية القاسية وغير القابلة للهبوط عملياً بسبب قساوة مادة وعدم قدرتها على مماشاة الهبوطات الكبيرة نسبياً التي قد تحصل في أساسات السد وأكتاف الوادي نتيجة الإجهادات المطبقة عليها.
تشمل السدود الخرسانية مايأتي:
أ ـ السدود الثِقَليةgravity dams: وهي تعتمد على وزنها في ضمان استقرارها وتستفيد من منجزات علوم وميكانيك الصخور والحاسوب بصورة رئيسة. ويمكن أن يكون محور جسم السد الثِقَلي مستقيماً أو قوسيّاً (الشكل ـ1).
بـالسدود القوسية الرقيقةthin arch dams: ويمتاز العديد منها بتصاميم جميلة غاية في الرشاقة، وهي تعتمد على شكلها القوسي في نقل الإجهادات إلى كتفي الوادي وتستفيد من منجزات علوم الإنشاءات والمسلّحة وميكانيك الصخور والحاسوب وتقنيات القالب المنزلق (الشكل ـ 2).