2) سد قوسي
تتصف السدود الخرسانية عموماً بارتفاع كلفة تنفيذها بسبب ارتفاع كلفة وفولاذ التسليح وتقنيات التنفيذ المعقدة.
توجد في الأحباس الوسطى والسفلى من المجاري المائية مواقع عديدة تتوضع فيها الطمي النهرية ونواتج تجوية الصخور الأم التي توجد في سرير الوادي وعلى كتفيه بسماكات مختلفة. وإذا كانت هذه المواقع غير مناسبة لإقامة السدود الخرسانية فيها، إلا أنها غالباً ما تكون مواقع مناسبة جداً لتنفيذ السدود الترابية والركامية للمرونة النسبية التي تتمتع بها ردميات هذه السدود وقدرتها على مماشاة الهبوطات المدروسة في الطمي التي تشكل جزءا مهماً من أساسات السدود، وقد أصبحت الأكثر شيوعاً.
2ـ السدود الترابية والركاميةearth & earth-rock dams: من أهم المميزات الاقتصادية لهذه السدود أن الطبيعة قد هيأت لنا مجاناً مواد البناء ووفّرتها بالكميات المناسبة بالقرب من موقع السد في غالبية الأحيان، ومن مميزاتها المهمة أيضاً إمكانية بنائها فوق أي نوع من الأساسات تقريباً، باستثناء تلك التي تحتوي على نسب عالية من المواد العضوية. وتؤدي خبرة المهندس المصمم وقناعاته الشخصية في هذا المجال دوراً أكبر بكثير مما هي عليه الحال في أية منشأة هندسية أخرى، إذْ يمكن عموماً تصميم عدة سدود مختلفة تتصف كلها بالأمان والاقتصادية من أجل الموقع نفسه على الرغم من شدة تباين هذه التصاميم فيما بينها.
تُنفَّذ هذه السدود على طبقات يتوقف سمكها على نوعية التربة وآليات التنفيذ المتاحة أو اللازمة لرصّها في مواقعها من جسم السد. وتشمل آليات تنفيذ هذه السدود مختلف آليات تحريك التربة ونقلها وفرشها وترطيبها ورصّها. وتلعب درجة الرص الواجب تحقيقها في جميع أنواع التربة الناعمة ـ الكتيمة والخشنة ـ النفوذة التي يتألف منها جسم السد دوراً هاماً في ضمان المواصفات المطلوبة منها، ومن ثم ضمان استقرار السد. ومن أكبر الأخطار التي تهدد أمان استقرار السدود الترابية والركامية هو رشح المياه عبر أساساتها بما يزيد على الحد المسموح به وفيضان مياه بحيرة التخزين فوق قمة السد بسبب عجز المفيض عن تصريف مياه موجة عالية استثنائية أو لأي سبب آخر.
الشكل (3) سد متجانس، سد الجرّاح على وادي الجرّاح في الجزيرة السورية
تشمل السدود الترابية ما يأتي:
أ ـ السدود المتجانسةhomogeneous dams: تبنى السدود الترابية المتجانسة كلياً، من مادة بناء واحدة، وغالباً ما تكون هذه المادة هي وخلائطه، وهي تضمن استقرار جسم السد وكتامته ضد رشح المياه (الشكل ـ3).
ب ـ السدود غير المتجانسة: تُنفذ هذه السدود من عدة أنواع من التربة. ويعد السد الركامي أفضل ممثل لها. ويتألف السد الركامي أساساً من نواة كتيمة تحيط بها منطقة انتقالية من تربة راشحة منتقاة من رمل وحصى، ومن أجسام استنادية أمامية وخلفية من الركام ذي التدرّج الحبيبي المناسب، حيث تضمن النواة الكتامة اللازمة ضد رشح المياه عبر جسم السد في حين تضمن الأجسام الاستنادية استقرار جسم السد (الشكل ـ4).
الشكل (4) سد ركامي، سد السّفان على أحد روافد نهر دجلة في سورية
غالباً ما تُنفذ النواة الكتيمة من تربة غضارية يتمّ رصّها على طبقات بوساطة المداحي الملساء أو المداحي ذات أرجل الغنم الساكنة أو الرجّاجة وفق نوعية التربة، وبرطوبة قريبة من الرطوبة المثلى وفق الحال، وعندما لا تتوافر كميات كافية من الغضار، يمكن تنفيذ هذه النواة من مواد صُنعية. ويمكن تصميم هذه النواة نواةً شاقوليةً مركزيةً أو نواةً مائلةً ضمن جسم السد أو على سفحه الأمامي، كما يمكن أن تكون نواةً رقيقة أو نواةً عريضة.
حين ترشح المياه من بحيرة التخزين عبر ردميات جسم السد باتجاه السفح الخلفي تؤثر المياه الراشحة في تربة النواة الغضارية بقوى تسمى قوى المياه الراشحة على اتجاه حركتها نفسها، وتحاول نتيجة قوى الاحتكاك جرف جزيئات التربة الناعمة إلى داخل مسامات التربة الخشنة المجاورة لها. لذلك لا بدّ من لحظ منطقة وسيطة بينهما تتألف من عدة طبقات ذات تركيب حبيبي متدرّج تسمى المرشِّحاتfilters، بهدف صرف المياه الراشحة بسرعة وتثبيت جزيئات التربة في أماكنها.وفي حال عدم توافر المواد الطبيعية لتنفيذ هذه المرشحات، يمكن استخدام المرشحات الصُنعية.
تتألف الأجسام الاستنادية من ركام طبيعي يتمّ استخراجه من المقالع بوساطة التفجير على بُعد اقتصادي من جسم السد، ويتمّ رص هذا الركام بوساطة المداحي الرجّاجة الكبيرة حتى يصل إلى الكثافة المطلوبة.
3 ـ السدود الخرسانية المدحولةroller compacted concrete dams: وهي تنفَّذ من التي تُرصّ على طبقات بوساطة المداحي المألوفة في السدود الترابية. ويعد سد الوحدة، وهو قيد التنفيذ اليوم على نهر اليرموك، نموذجاً لهذا النوع من السدود.
4 ـ السدود الترابية الإسمنتيةsoil-cement dams : وتتألف مادة بنائها من تربة ناعمة تُمزج بنسبة قليلة من الإسمنت وتُرصّ على طبقات بوساطة المداحي كما هو مألوف في السدود الترابية. وقد استُخدمت هذه التقنية على الوجه الأمامي لبعض السدود.
العوامل المؤثِّرة في تصميم السدود
من أهم هذه العوامل الغاية من السد ومواد البناء، وطبيعة الأساسات، والمناخ، وشكل الوادي، وطريقة تحويل مياه النهر في أثناء مدة التنفيذ، وفعل الأمواج في خزان السد، والمدة المتاحة للتنفيذ. وفيما يأتي بعض هذه العوامل:
1ـ الغاية من السد: يُحدد هدف السد وطريقة استثمار بحيرة التخزين خلفه، كمية الفواقد المائية المسموح بها عبر جسم السد وأساساته. ففي سدود مياه الشرب والمواقع ذات الموارد المائية المحدودة، من المفروض أن تكون هذه الفواقد ضئيلة جداً بسبب الحاجة إلى المياه، والكلفة الباهظة التي تُنفق على تخزينها، وفي هذه الحالة يجب اتخاذ جميع الإجراءات الممكنة لتقليص حجم هذه الفواقد المائية إلى أدنى حدّ ممكن، وضمان أمان استقرار السد. أما ما يتصل بسدود درء الفيضان فلا توجد عموماً أي حدود اقتصادية لكمية الفواقد المائية إلا وفق ما يقتضيه أمان استقرار جسم السد، وفي بعض سدود توليد الطاقة الكهربائية فقد تبقى بحيرة التخزين فترة طويلة ملأى بالمياه ليجري بعد ذلك تفريغها في عدة ساعات من أجل توليد أكبر طاقة كهربائية ممكنة مما يعرض وجهها الأمامي إلى خطر التفريغ السريع. والسدود التي تُصمم لتبقى فارغة خلال فترة طويلة من الزمن تتطلب بعض الإجراءات التصميمية لوقايتها من أخطار الحيوانات القارضة وأخطار التشقق بسبب الجفاف.
2ـ مواد البناء المتوافرة: عندما يوجد نوع واحد من التربة بالقرب من موقع السد، تكمن مسألة في اختيار السد الأكثر اقتصاديةً الممكن إنشاؤه من هذا النوع من التربة. وإذا كانت هذه التربة كتيمة فسيعتمد تصميم السد أساساً على ردميات متجانسة. أما إذا كانت التربة المتوافرة نفوذة كالرمل والبحص، فيمكن عندئذ اعتماد عنصر الكتامة على الوجه الأمامي للسد من مواد مُصَنَّعة كالبلاطات الخرسانية أو الأسفلتية أو الصفائح المعدنية غير القابلة للصدأ وغيرها، وذلك وفق المواد المتاحة والمقارنة الفنية-الاقتصادية. وقد تتوافر بالقرب من موقع السد أنواع عديدة من التربة، وفي هذه الحالة يُفضل اختيار سد غير متجانس.
3ـ طبيعة الأساس: يُعطى لمواصفات الأساس التأثير الكبير في تصميم ردميات جسم السد، وقد تكون مسألة معالجة الأساس في بعض الأحيان من أهم وأصعب عناصر تصميم المشروع. وكلما كانت تربة الأساس ذات مقاومة ضعيفة للقص، كان من الضروري تصميم ردميات جسم السد أعرض وبميول أصغر من الميول الممكنة في موقع آخر. كما يجب أيضاً مراعاة الهبوطات المتوقعة في تربة الأساس الرخوة وتأثيرها في الارتفاع الاحتياطي في جسم السد وإمكانية حدوث التشققات نتيجة الهبوطات غير المتجانسة.أما إذا كان الأساس صخرياً فلا بدّ من ضمان ربط نواة السد بصخر الأساس جيداً وبطريقة كتيمة. وإذا كانت هناك ثمة ضرورة لتنفيذ ستارة حقن في صخور الأساس، ف