السدود المقوسة: أنواعها، فوائدها، سلبياتها وتأريخها (دليل نهائي)

سد القوس (Arch Dam) أو السدود المقوسة عبارة عن سد صلب مصنوع من الخرسانة المنحنية في اتجاه مخطط ال (upstream). تم تصميم سد القوس بحيث تضغط قوة الماء ضده ، والمعروفة باسم الضغط الهيدروستاتي ، على القوس ، وتقوم بضغط المنشئ ومقاومته أثناء اندفاعه إلى الأساس أو الدعامات.

يعتبر السد المقوس أكثر ملائمة للجسور الضيقة أو الأودية ذات الجدران شديدة الانحدار من الصخور المستقرة لدعم الهيكل والضغوط. نظرًا لأنها أرق من أي نوع آخر من السدود ، فإنها تتطلب مواد بناء أقل بكثير ، مما يجعلها اقتصادية وعملية في المناطق النائية.

يتم نقل حمل الماء إلى الأساس عن طريق العمل الناتئ (cantilever action).

• غالبًا ما يكون سد القوس مصنوعًا من الخرسانة ويوضع في وادي على شكل حرف “V”. يجب أن يكون الأساس أو الدعامات لسد القوس مستقرًا جدًا ويتناسب مع الخرسانة.

يتطلب الدفع الذي تم تطويره بواسطة حمل الماء الذي يتم بواسطة فعل القوس بشكل أساسي وجود جدران جانبية قوية من الوادي لمقاومة قوى القوس.

تصنيف السدود القوسية CLASSIFICATION

بشكل عام، تصنف السدود المقوسة على أساس نسبة سمك القاعدة إلى الارتفاع الإنشائي (b/h) على النحو التالي:

• نحيفة ، إذا كانت (b/h) أقل من 0.2 ،
• متوسطة السُمك ، لـ (b/h) بين 0.2 و 0.3 ،
• سميكة ، لنسبة (b/h) أكثر من 0.3.

السدود المقوسة المصنفة حسب ارتفاعها الهيكلي:

• السدود المنخفضة تصل إلى 100 قدم ،
• السدود متوسطة الارتفاع ما بين 100 – 300 قدم ،
• السدود العالية أكثر من 300 قدم.

الأحمال Loads

الأحمال الرئيسية التي تم تصميم سد القوس على أساسها هي:

• الحمل الميت (Dead Load)
• الحمل الهيدروستاتيكي (Hydrostatic load) الناتج عن الخزان ومياه الذيل (tail water)
• حمل درجة الحرارة (Temperature load)
• حمل الزلزال (Earthquake load)

تشمل الأحمال الأخرى المتنوعة التي تؤثر على السد ما يلي: أحمال الجليد والطمي ، وضغط الرفع (uplift pressure).

تأريخ سد القوس

بدأت السدود عبر التاريخ مع الرومان في القرن الأول قبل الميلاد ، وبعد تطوير العديد من التصميمات والتقنيات ، تحقق التوحيد النسبي في القرن العشرين.

تم بناء أول سد مقوس معروف ، وهو سد جلانوم ، المعروف أيضًا باسم سد فالون دي بوم ، من قبل الرومان في فرنسا ويعود تاريخه إلى القرن الأول قبل الميلاد.

كان السد حوالي 12 مترًا وطوله 18 مترًا. كان قطر السد حوالي 14 متر ، ويتكون من جدارين. قام الرومان ببنائها لتزويد Glanum بالمياه القريبة.

فوائد السدود المقوسة

1. تتكيف السدود المقوسة بشكل خاص مع المضيق حيث يكون طولها صغيرًا ويتناسب مع الارتفاع.
2. بالنسبة للارتفاع المحدد ، يكون قسم السد المقوس أقل بكثير من سد الثقل المناظر (gravity dam). وبالتالي ، فإن السد المقوس يحتاج إلى مواد أقل وبالتالي فهو أرخص.
3. بسبب أقل عرض للقاعدة ، مشاكل ضغط الرفع (uplift pressure) طفيفة.
4. يتم نقل جزء صغير فقط من حمل الماء إلى الأساس عن طريق فعل العتبة الناتئة (cantilever action).

يمكن بناء سد مقوس في أسس معتدلة حيث قد يكون سد الجاذبية (gravity dam) الذي يتطلب أساس صخري سليم غير مناسب.

عيوب السدود المقوسة

1. يتطلب عمالة ماهرة وشكل متطور. كما أن تصميم السدود المقوسة متخصص للغاية.
2. سرعة البناء بطيئة عادة.
3. يتطلب دعامات قوية للغاية من الصخور الصلبة قادرة على مقاومة قوى دفع القوس الجانبية.

وبالتالي ، فهي غير مناسبة في المواقع التي لا تتوفر فيها دعامات قوية.

• لسوء الحظ ، عدد قليل فقط من المواقع مناسبة لهذا النوع من السد.

أنواع السدود المقوسة (Types of Arch Dam)

تصنف السدود المقوسة بشكل عام إلى أربعة أنواع رئيسية:

1. سد نصف القطر الثابت (Constant radius arch dam)
2. سد نصف القطر المتغير (Variable radius arch dam)
3. سد بزاوية ثابتة (Constant angle arch dam)
4. سد انحناء مزدوج (Double curvature arch dam)

سد نصف القطر الثابت (Constant radius arch dam)

سد نصف القطر الثابت ، حيث يتم بناء منحنى الجانب الخارجي للقوس بنصف قطر ثابت في جميع الارتفاعات. في الوقت نفسه ، يتم إنشاء المنحنى الداخلي للقوس بنصف قطر متناقص من أعلى إلى أسفل السد.

يُسمى منحنى الجانب الخارجي للقوس باسم extrodos بينما يسمى المنحنى الداخلي ب introdos. تواجه Extrodos دائمًا جانب المنبع وتواجه intrados جانب المصب.

سماكة السد أكثر في القاعدة لتحمل الضغط الهيدروليكي من الماء ويتم توفير الحد الأدنى للسمك في الأعلى.

في هذا النوع من السدود المقوسة ، تقع جميع مراكز المنحنيات الدائرية للإنترادوس على نفس الخط وعلى نفس الخط تقع مراكز إكسترادوس أيضًا. لذلك ، يمكن أيضًا تسمية هذا السد بسد ثابت للقوس المركزي.

تتطلب السدود المقوسة ذات نصف القطر الثابت كمية كبيرة من الخرسانة لبناءها. هذه هي الأنواع الأكثر شيوعًا من السدود المقوسة وهي مفضلة عمومًا للوديان ذات الشكل U.

الزوايا المركزية لسد قوس نصف قطره ثابت ليست ثابتة. تختلف زاوية كل حلقة مقوسة في مركزها على ارتفاعات مختلفة.

الزاوية المركزية هي الحد الأقصى في الجزء العلوي من السد والحد الأدنى في الجزء السفلي من السد.

ولكن هناك بعض التوصيات التي يتم فيها اشتقاق الزاوية الأكثر أمانًا لسد القوس كـ ’133^o 34. ولكن بسبب شكله ، لا يمكن توفير زاوية ثابتة في جميع أنحاء السد.

وبالتالي ، يتم توفير هذه الزاوية الأكثر أمانًا للحلقة القوسية الوسطى. من الحلقة الوسطى ، ستزيد الزاوية نحو الأعلى وتنخفض باتجاه قاعدة السد. ولكن في الجزء العلوي من السد ، يجب ألا تزيد الزاوية عن 150 درجة ، وبالتالي ، خلال تصميمها ، يمكن إدارة الزاوية العلوية إلى أقل من 150 درجة.

سد نصف القطر المتغير (Variable radius arch dam)

سد قوس نصف القطر المتغير ، كما في الاسم نفسه ، يتنوع نصف قطر منحني كل من الجانب الخارجي (extrados) والجانب الداخلي (intrados) من حيث الارتفاع. يبلغ الحد الأقصى نصف القطر في أعلى السد والحد الأدنى في قاعدته.

في هذه الحالة ، تتنوع الزوايا المركزية للحلقات اللولبية على ارتفاعات مختلفة ، ومن ثم يطلق عليها أيضًا السد المركزي المتغير.

يبدو الخط المركزي أو خط التاج على الوجه السفلي وكأنه خط عمودي. في الدعامات أيضًا ، يبدو الخط العمودي بالمثل ويبدو الجانب العلوي أيضًا عموديًا.

بشكل عام ، يعتبر سد نصف القطر المتغير اقتصاديًا مقارنة بسد نصف القطر الثابت. يستخدم فقط 58٪ من كمية الخرسانة المستخدمة لسد نصف قطره ثابت. هذا النوع من السدود المقوسة مناسب أكثر للوديان ذات شكل حرف V.

سد بزاوية ثابتة (Constant angle arch dam)

سد قوس الزاوية الثابتة ، هو سد تكون فيه الزاوية المركزية لكل حلقة قوس ثابتة طوال ارتفاع سد القوس. يتم الحصول عليها عن طريق تعديل سد نصف القطر المتغير. الزاوية الآمنة وأفضل زاوية ’133^o 34 تستخدم كزاوية مركزية في هذه الحالة.

من أجل هذا النوع من السدود المقوسة ، من الضروري توفير تعليقات على التاج وعلى الدعامات. يتم أيضًا توفير عمليات التعليق الزائدة عندما تكون الأسس أقوى وغير مناسبة للمؤسسات الأضعف.

هذا النوع من السدود المقوسة هو أكثر اقتصاداً من النوعين المذكورين أعلاه ويتطلب فقط 43٪ من كمية الخرسانة المستخدمة لبناء سد نصف قطره ثابت. سد قوس الزاوية الثابتة أكثر ملائمة للوديان ذات شكل حرف V.

سد الانحناء المزدوج (Double curvature arch dam)

سد قوس المنحني المزدوج ، حيث يتم توفير الانحناء ليس فقط في الاتجاه الأفقي ولكن أيضًا في الاتجاه الرأسي. وهذا يعني أن المقطع العرضي للانحناء المزدوج يشبه أيضًا المنحنى.

السد كله يشبه نوع الصدفة ، ويسمى أيضًا سد قوس الصدفة (shell arch dam).

بسبب الانحناء المزدوج ، يتم تقليل سمك الجدار المقوس. ولكن من الصعب بناء سدود الأنواع غير الرأسية هذه مقارنة بالأنواع الثلاثة الأخرى. أنها تتطلب أيضا أسس أقوى. سدود الصدفة المقوسة هي أكثر ملائمة للوديان الضيقة للغاية.

• حصل سد Jinping-I مزدوج الانحناء المقوس على نهر Yalong ، المصمم من قبل Chengdu Engineering Corporation Limited التابعة لشركة POWERCHINA والذي تم بناءه من قبل شركة Sinohydro Bureau 7 Co.، Ltd. على أعلى رقم قياسي في موسوعة غينيس العالمية.