رفرنس کامل مهندسی آبخیزداری تا کارشناسی ارشد

برید به ادامه مطلب و حالشو ببرید!!! 

با توجه به جامع و سیستمیک بودن مطالعات آبخیزداری برای اعمال مدیریت جامع بر یک حوزه ، دو اصل ضروری است: 

به نام خدا

آبخیزداری

جایگاه این دو قسمت هر کدام محفوظ است، کتاب اصول مهندسی آبخیزداری --- )دانشگاه امام رضا) کتاب اصلاح آبخیزها (دکتر نخجوانی) و منابع خارجی Watershed management از suresh، کتاب آبخیزداری principal watershed m و bulletin   F.AC  ---

 آبخیزداری watershed و مدیریت آبخیزداری:

«داری» به معنای مدیریت است مثل مرتعداری (مدیریت مرتع) یک مدیر ابزار کار زیادی دارد که یکی از ابزارهای مهم آن محاسبات و --- آبخیزداری علم مدیریت هرز آب است و حفاظت آب و خاک را --- علمی است که با نگاه جامع به مجموعه عوامل مؤثر در یک اکوسیستم (حوزه آبخیزداری)و ارتقاء اکوسیستم در عین سود جویی و منفعت طلبی ارائه طریق می نماید. تعریف معاونت آبخیزداری (وزارت جهاد) یک برنامه ریزی جامع که یکی از مقبول ترین روشهای برنامه ریزی است که بر اساس نگرش سیستمی و برنامه تکاملی انجام می شود و از ویژگیهایی چون جامع نگری و رعایت اندیشی برخوردار است.

اما تعریف اصلی آبخیزداری حفاظت آب و خاک است و صرفاً مدیریت هرز آب نیست، و آبهای زیرزمینی را هم شامل می شود و آبهای سرگردان و غیر متعارف هم هست، مدیریت هرز آب یا آبخوان داری است.

با توجه به شرایط ایران در سال 1369 به ازای هر نفر افزایش جمعیت، بیش از m³2000در سال آب تجدید شونده داشتیم، در سال 2000 هجری با کاهش سرانه به حدود m³800 است که بحران خواهد بود.

چون توزیع آب در ایران یکسان نیست بحران زاست.

از اهداف اصلی آبخیزداری حفظ منابع و قابل دسترس کردن منابع آب است، با توجه به شرایط اقلیمی، توپوگرافی و زمین شناسی ایران منابع آب و خاک، در نقاط متعددی در ایران با کمیت و کیفیت های مختلف گسترش یافته اند، که غالباً این منابع یا غیر قابل دسترس اند و یا در مناطق قابل دسترس کیفیت خوبی ندارند.

از طرفی ماحصل شرایط ذکر شده و حاکم بر کشور باعث ایجاد دو پدیده مخرب تحت عنوان سیلاب و بیابانی شدن شده است که همه این ها لزوم مدیریت یک حوزه آبخیز به طور جامع برای منابع آب و خاک و استفاده به جا و به موقع آنها را می طلبد.

آبخیزداری یا مدیریت یک حوزه آبخیز بایستی برای ساکنین حوزه، خودکفایی، توسعه پایدار، تولید مستمر، اشتغال زایی، درآمد، زراعت اجتماعی، امنیت سیاسی و اقتصادی اجتماعی یک حوزه آبخیز، مشروط بر آن که منابع آب و خاک به خوبی حفظ شوند، و بر اساس اصول توسعه پایدار روند مثبتی داشته باشند.

آبخیزداری: حفاظت آب و خاک، مدیریت هرز آب، آبهای زیرزمینی آبهای سرگردان و غیر متعارف

آبخوانداری: صرفاً مدیریت هرز آب

حفظ منابع و قابل دسترس کردن منابع آب، خودکفایی، توسعه پایدار، تولید مستمر، اشتغال زایی، درآمد.

سیر تحولات و تاریخچه آبخیزداری در ایران:  ثبات اجتماعی، امنیت سیاسی و اقتصادی از سال 1328 ادارات بررسی آب و خاک و حفاظت منابع طبیعی و کشاورزی.

1337   انتشار گزارش کارشناسان FAO در مورد خطر فرسایش .

1338   اجرای عملیات نمونه حفاظت خاک در حوزه سیاه چال کرج.

1346   تاسیس دفتر فنی خاک در وزارت منابع طبیعی.

1348   اولین تخصیص اعتبارات برای طرح های حفاظت آبخیز.

1349   تهیه اولین طرح آبخیزداری توسط فارق التحصیلان جنگلداری.

1351   تشکیل دفتر حفاظت خاک و آبخیزداری در وزارت منابع طبیعی.

1352   شروع طرح مشترک حفاظت آبخیز با FAO.

1353   تهیه اولین طرح جامع آبخیزداری توسط کارشناسان ایرانی.

1363   آغز دومین طرح مشترک حفاظت آبخیز با همکاری FAO.

1370   تشکیل معاونت آبخیزدار در وزارت جهاد سازندگی (دوران طلایی).

1381   ادقام مجدد معاونت آبخیزداری در سازمان جنگلها و مراتع.

امروزه سازمان های آموزشی دانشگاه ها هستند پس آبخیزداری یک علم مدرن ، یک مدیریت سیستمیک و جامع یعنی به طور مثال عوامل مؤثر در سیلاب --- می شوند و پله پله جلو می رویم.

در حوزه ابخیز با توجه مدیریت جامع، دو اصل کلی باید رعایت شود:

1-   مدیریت فنی پروژه ها

2-   مشارکت مردمی پروژه ها (بررسی مسائل اقتصادی و اجتماعی)

مدیریت فنی پروژه:

1-   هوا و اقلیم 2- فیزیو گرافی  3- هیدرو لوژی 4- زمین شناسی   5- خاک شناسی  6- گیاه شناسی

7- فرسایش و رسوب  8- ژئومرفولوژی  9- مطالعات اقتصادی و اجتماعی

همه این موارد را سنتز (تلفیق) می کنیم. مشکل ما مطالعات اجتماعی و بحث سنتز است . با یک طرح همه این موارد بررسی می شود و بایستی اهداف طرح مورد نظر باشد.

اگر هدف طرح، کنترل فرسایش است از هوا و اقلیم ، بحث شدت و مقدار بارش را بررسی می کنیم و نه کل مباحث را .

ایران دارای دید فنی خوبی است اما مشارکت مردمی در نظر گرفته نمی شود.

با توجه به جامع و سیستمیک بودن مطالعات آبخیزداری برای اعمال مدیریت جامع بر یک حوزه ، دو اصل ضروری است: 

1-   مشارکت ساکنین حوزه ابخیز  2- هماهنگی کلیه واحد های اجرایی و عمرانی که به نحوی در آبخیز فعالیت می کنند. چون آبخیزها منابع تولید عمده آب و انرژی (هیدروالکتریک-برق آبی) و محصولات کشاورزی می باشند.

در هر سیستم مشابه ، بهره بردای از آنها و منابع آنها نیازمند برنامه ریزی جامع و هماهنگ می باشد در غیر اینصورت سیستم بازده مفید نخواهد داشت ، بلکه خروجی آن به شکل سیل ، رسوب ، فقر و بیکاری و مهاجرت خواهد بود.

·         در این خصوص هر ساعت پانصد میلیون تومان خسارت وارد می شود.

مسئولیت اصلی بخش اجرا در کشور برای آبخیز داری:

1-   تهیه طرح های جامع ابخیزداری و مطالعات شناسایی ، توجیهی و تفسیلی.

2-   اجرای پروژه های مختلف کنترل و پخش سیلاب ، حفاظت خاک و کنترل .

3-   انجام مطالعات پایه از قبیل تهیه نقشه فرسایش خاک ، تهیه نقشه سیلاب ، اصلاح کاربری اراضی ، ایجاد بانک اطلاعاتی و ارزیابی شیوه های تیپ بندی زمین لغزشها.

4-   تاکید بر فعالیت های ترویجی و تبلیغی .

5-   پشتیبانی از فعالیت های مشارکتی از طریق تهیه دام برای آبخیزداران تعاونی های آبخیزداری.

6-   تهیه ضوابط و استاندارد های فنی آبخیزداری از قبیل استفاده از سیستم های جغرافیایی ، GAS و استفاده از جدید ترین عکس های ماهواره ای و ...

7-   گسترش فعالیت های تحقیقات حفاظت آب و خاک و آبخیزداری ، همکاری موثر با بخش تحقیقاتی.

اهمیت اجرای پروژهای آبخیزداری :

به طور کلی اجرای پروژه ها در سطح یک حوزه دارای ویژگی های خاصی هستند که به عنوان یکی از راهکارهای علمی و دقیق حفظ منابع اب و خاک و افزایش سطح مادی آبخیزنشینان مورد توجه مراجع علمی و اجرایی دنیا قرار گرفته است.

برخی از این ویژگی ها عبارتند از:

1-   برنامه آبخیزداری جنبه پیش گیری و حل ریشه ای مسئله را دارد و پیش گیری بهتر از درمان است.

2-   برنامه های آبخیزداری دارای قابلیت تامین و اجرا در سراسر کشورند. این به این منظور است که :

الف) برنامه ها ارتباط مستقیم با مردم دارد (نوع برنامه ها مردمی است) و حداکثر مقبولیت را از جانب آبخیزنشینان دارد

ب) این پروژه ها معمولا ارزان و اقتصادی هستند ، بطوریکه در سطح کشور پروژه های آبخیزداری با نتایج مثبت زیاد نسبت به بسیاری از پروژه های با ارقام نجومی کشور هزینه فوق العاده پایین آورنده فوق العاده بالایی دارند.

ج) فناوری ساده دارد ، توصیه ها و عمل کرد اجرای پروژه های ابخیزداری به نحوی است که با توجه به جنبه مردمی انها ، تکنولوژی مربوطه ساده و قابل آموزش و اجرا توسط مردم می باشد.

3- پروژه ابخیزداری چند هدفی و چند بعدی است . بطوریکه نتایج این پروژه ها هم زمان نتها در بخش آب ، کشاورزی ، منابع طبیعی اثراتشان را نشان می دهند  بلکه اثرات اجتماعی و فرهنگی انها در حوزه مورد عمل و یا سایر حوزه های مجاور نیز قابل مشاهده می باشد.

نقش آبخیزداری در توسعه اقتصادی و اجتماعی کشور:

بخش ابخیزداری به عنوان یکی از بخش هایی که با ساختارهای زیر بنایی کشور سرو کار دارد    می تواند در توسعه اجتماعی و اقتصادی کشور نقش ایفا نماید.

1-   حفظ و تقویت ظرفیت های بالقوه ، تولید ؛ با توجه به اینکه ظرفیت های تولید در بخش و منابع ، در صورت عدم رعایت مسائل آبخیزداری رو به نقصان گذاشته است . همه ساله حجم عظیمی از خاک های حاصلخیز و آب های جاری کشور به عنوان دو عنصر اصلی از توان بالقوه سطوح حاصلخیز کشور کاسته می شود . یکی از اولین نتایج اجرایی پروژه کاهش این هدر رفتها و حفظ سرمایه ملی کشور برای افزایش تولید در بخشها می باشد.

در بحث ظرفیت های بالقوه باید تاکید کرد که عملیات حفاظت خاک علاوه بر تاثیر در کاهش هدر رفت خاک باعث حفظ رطوبت و مواد آلی خاک و افزایش تولید در واحد سطح می شود.

2-   کاهش خطرات و بلایای طبیعی و انسانی؛ خساراتی که از جانب سیل و فرسایش های غیر طبیعی متوجه تاسیسات سرمایه های ملی کشور می شود . در نتیجه اجرای برنامه آبخیزداری تا حد زیادی کاهش می یابد. با توجه به آمار ده شصت (70-61) میزان تخریب راه های ارتباطی کشور 15 هزار کیلومتر ، تعداد دهنه های تخریب شده 5700 ، 65000 تلف شدن مجاور از 230000 راس دام و نابودی قریب 149000 زمین زراعی ، خسارتی بالغ بر 680 میلیارد ریال بخشی از خسارات سیل می باشد.

3-   افزایش بازده ملی سرمایه گذاری ها ؛ همان طورکه می دانیم برای افزایش تولید یا راندمان در واحد سطح در بخش کشاورزی همه ساله مقادیر زیادی از نهاده های مختلف از قبیل پول ، ماشین آلات و سم با هزینه های کلان به کار می رود . در صورت عدم اجرای پروژه های ابخیزداری این سرمایه ها بازده اقتصادی ندارند و باعث خسارت ثانویه نیز می شود.

کود هایی که از بخش کشاورزی در جاجرود به پایین دست شسته می شود منابع الاینده ایجاد می کند.

4-   کاهش رسوبات وارده سدهای مخزنی ؛ با توجه به براورد های انجام شده بیش از 150 میلیون متر مکعب رسوب سالیانه وارد دریاچه سدهای مخزنی کشور می شود و این روند بطور چشمگیری با توجه به عدم مطالعات صحیح و دقیق پروژه های ابخیزداری در حال افزایش است و در قالب سد های کشور عمر مفید آنها را به 3/2 تا 2/1 کاهش می دهد.

عمر مفید سد سفید رود به نصف رسیده است .

با توجه به مسائل فوق ، اهداف کلی ابخیزداری عبارتند از:

1-   قانون مند کردن و نظامند کردن انواع بهره بردای ها از منابع حوزه آبخیز

2-   هماهنگی و یکپارچگی برای کلیه برنامه ها و پروژه های عمرانی و اقتصادی .

3-   اصلاح نظام فعلی کاربری در حوزه ها.

4-   واگذاری بخش عمده ای از فعالیت های حفاظت آب و خاک در حوزه به آبخیزنشین.

در حفاظت خاک بحث روی دامنه ها و در این درس بحث بر روی آبراهه ها میباشد.

انواع روش های آبخیزداری :  1- کنترل بیولوژیک   2- کنترل مکانیکی

نقش کنترل بیولوژیک بخاطر ساده بودن ، ارزان بودن و بالابودن نتیجه مهم است . حتی مهندسین عمران از پوشش گیاهی برای کنترل فرسایش رودخانه استفاده می کنند. با توجه به این که استفاده از پوشش گیاهی به عنوان ابزاری مناسب در کنترل فرسایش خاک و جلوگیری از هدر رفت خاک جایگاهش را در مراجع علمی و اجرایی باز می کند . استفاده و ترویج این روش یکی از موفق ترین گام هایی است که ارتباط بین ........ و منابع طبیعی را دوچندان می کند. بنابه دلایل ذیل به عنوان اولین نسخه اجرایی در تمام .........................

1-   استقرار پوشش با توجه به شرایط آب و هوایی ، جنس خاک و شرایط فیزیوگرافی بصورت محلی و منطقه ای قابل استفاده برای تمام ابخیزنشینان می باشد.

2-   دستورالعمل استفاده از نوع گونه و توقعات تغذیه ای الهام گرفته از طبیعت می باشد.

3-   چند منظوره بودن استقرار پوشش گیاهی یکی از نکات مفیدی است که علاوه بر حفظ آب و خاک باعث ایجاد فضای مناسب زیستی و بهره بردای هایی در جهت سوخت و استفاده از میوه انها ، تعلیف دام و غیره می شود.

4-   استفاده از نیروی انسانی بومی و مشارکت دادن ساکنین حوزه ابخیز در فعالیت های مورد دلخواه آنان ، یکی از نکات بسیار مثبت این روش می باشد.

کنترل بیولوژیک آبراهه ها:

بطور کلی ابراهه ها به دو صورت توسط پوشش گیاهی مورد عملیات حفاظتی قرار می گیرند.

1-   استقرار پوشش گیاهی در کناره ها بعد از تغییر شیب.

2-   انجام عملیات استقرار پوشش در بستر.

برای ایجاد و استقرار پوشش در کنار ابراهه ها ، ابتدا با استفاده از ماشین آلات و یا ادوات دستی ، اقدام به تعدیل شیب کناره ها کرده و بعد با توجه به شریط حاکم اقدام به بذر پاشی یا استفاده از نهال می کنیم . این روش در ابراهه های با درجه اهمیت کم و در مناطقی که سرعت جریان کم باشد مورد استفاده قرار می گیرد و به نوعی می توان در آبراهه های درجه یک و دو استفاده شود.

چون خاک عمق مناسبی ندارد و گونه های کاشته شده یک ساله و علفی نیاز به خاک زیادی ندارند می باشد.

غالبا آبراهه های مناطق برف گیر ، آبراهه های با شیب کناره کمتر است ، آبراهه های علمی را     می توان در این مناطق ایجاد کرد.

در این مناطق دامنه پایاب سدها را می توان سبز سبز دید. اما در رابطه با اقدام دوم پوشش در بستر است می توان از نهالکاری که بدون کمک موانع ساختمانی است . که معمولا در آبراهه هایی که دارای اهمیت زیادی می باشد مورد استفاده قرار می گیرد و با توجه به اینکه اصلی ترین موارد هزینه ای ، هزینه خرید و نهالکاری می باشد بسیار قابل توصیه می باشد.

معمولا در ابراهه هایی که سرعت آب کمتر از 2 متر برثانیه می باشد ، می توان مشکل اصلی استقرار این نهال ها در آبراهه ها می باشد. با توجه به عمق کم ولی از انجایی که بازده ان قابل توجه است از این جنبه قابل توجیه است . برخی از گیاهان مانند خانواده بید ، پره در ابراهه ها به طور طبیعی استقرار خانوده آتریپلکس را در اتوبان تهران – کرج کاشته اند.

نهالکاری با کمک موانع ساختمانی:

در آبراهه ای که سیلاب باعث جدا کردن نهال ها می شود ، استفاده از ایجاد موانع ساختمانی سرعت آب را کنترل کرده و ضمن تثبیت پروفیل طولی آبراهه، شرایط مناسبی برای استقرار گیاه ایجاد می شود.

مساله اصلی که این جاست نحوه کشت نهال است که معمولاً از نهالهای ریشه دار یا قلمه استفاده م شود، انتصاب گونه و فاصله گیاهان از هم مهم است.

تجارب نشان می دهد کشت گیاه به صورت قلمه ارجح تر از ریشه دار است چون هزینه و زمان بازم کمتر از تهیه نهالهای ریشه دار در خزانه است، تهیه قلمه همزمان با زمان کشت می تواند باشد،(نهال ریشه دار باید در خزانه باشد)

توسط قلمه می توان گیاهان با ارتفاع کافی و ریشه عمیق ایجاد کنیم، مقاومت قلمه نسبت به پاشوی و غرقاب بیشتر است، کشت قلمه راحت است، فاصله گیاهان از یکدیگر یکی از مسائلی است که جهت کاهش جریانهای ثانویه در نتیجه برخورد آب بایستی به طرز علمی و دقیق رعایت شود.

تور--- که در اثر برخورد آب به یک مانع باعث کف کنی می شود، معمولاً استفاده از سدهای زنده پیشنهاد می شود که به جای تحت پوشش قرار دادن کل آبراهه از سدهای وزنی در طول آبراهه استفاده شود. نحوه اجرای آنها به این شکل است که نهال ها سه یا چهار ردیف در کف بستر عمود بر جهت جریان کاشته می شود به نحوی که تمامی کف و قسمتی از کناره ها را پوشش می دهد. معمولاً این نهالها به صورت شبکه لوزی شکل و با فواصل تقریباً cm 15از همدیگر ایجاد می شوندو فاصله هر سد زنده با سد بعدی چیزی در حدود m20 می باشد که این بستگی به شیب منطقه و شرایط حاکم بر دامنه ها نیز می باشد، این سدها معمولاً توسط یکسری نهالهای قطور با فواصل 5/1 تا 2 متر –

در غالب کشورهای جهان روشهای بیولوژیکی جواب نمی دهد، و بحث های ساختمانی، بدلایل خشکسالی ها، تابش شدید نور خورشید خاک کاملاً نمک و پوک شده بیولوژیکی جواب نمی دهد، شرایط بیولوژیک وقتی است که ما در مرحله پیشگیری قرار داریم.

روشهای تلفیقی، هم استفاده از روش بیولوژیک و هم موانع ساخته شده با توجه به شرایط حاکم حوزه آبخیز آبراهه های مورد نظر موانع --- جریان هیدرولوژیکی، فیزیولوژیکی و مطالح موجود احداث و سپس با کاشت گونه گیاهی اقدام به استقرار پوشش گیاهی می کنیم. در برخی مواقع با توجه با اینکه هدف از ایجاد موانع عرضی، گرفتن فرصتی از طریق استقرار پوشش می باشد. اختیاج به تحکیم رسوبات دستی در پشت مانع که این کار یا با استفاده از ادوات دستی یا مکانیزه انجام و بعد اقدام به ---می کند، توصیه می شود این جا فاصله نهال ها حدود cm30 باشد و یا --- کنترل فرسایش کناره ای است، فاصله نهال ها از هم کمتر باشد.

هر کاری که بخواهیم انجام دهیم چه بیولوژیک چه ساختمانی باید اول در شرایط آزمایشگاهی بررسی لازم را انجام دهیم.

انتخاب گونه:

جهت این کار برای کنترل فرسایش های آبراهه ها یا سیلاب بهترین منبع و ماخذ خود طبیعت است به نوعی که در سخت ترین و حادترین شرایط چرایی و از بین رفتن پوشش گیاهی مقاوم ترین گونه ها جهت حفظ آب و خاک گونه هایی هستند که هنوز به رشد خود ادامه می دهند و باید چنانچه نیاز به گونه های وارداتی جهت حفظ و تثبیت آب، خاک باشد، مدنظر قرار گیرد:

-        انطباق و سازگاری با شرایط آب و هوایی

-        سازگاری با شرایط خاک

-        مقاومت نسبت به خاکشویی و غرقابی شدن با توجه با اینکه گونه های پاجوش دهنده اغلب مقاوم تر به خفگی هستند و به سهولت خراش های سطحی ناشی از برخورد رسوبات با کف را ترمیم می نماید، لذا توصیه می شود که از این گونه ها استفاده گردد.

-        سیستم ریشه دوانی: توصیه می شود که از گونه های با ریشه عمیق و متراکم استفاده گردد.

-        روش ازدیاد گونه: معمولاً گونه هایی که به راحتی تکثیر و احتیاج به ایجاد فضای قبل از کاشت نداشته باشند توصیه می شود و علت آن برآورد اقتصادی پروژه است که از مؤثرترین عوامل روشن تکثیر گونه است.

-        اندام های هوایی گیاه: معمولاً گونه هایی که کپه ای و متراکم اند توصیه می گردد که از ایجاد رقابت گونه ها باید فاصله کشت در این مواقع افزایش یابد.

طرح هرس تاغ می خواهد ببیند اگر سر شاخه ها حذف شود، استفاده از---انواع گونه های خانواده صنوبر، سنجد، اقاقیا، گز، زالزالک و .. هرچه شیب بیشتر کنش کف بیشتر می شود. از طرفی چون آب جمع شده در --- حوزه بیشتر است، بیشترین کنش معمولاً در خروجی حوزه هاست.

کنترل مکانیکی آبراهه ای:

هم پروفیل طولی آبراهه هم پروفیل عرضی را می خواهیم تثبیت کنیم.

وقتی می گوییم آبراهه یعنی هر گونه معابر آب را بررسی می کنیم و کل فرسایش این جا بحث سد Dam مطرح می گردد.

هر گونه مانع عرضی که عمود بر جهت جریان احداث می شود و تمامی سطح مقطع این موانع از جمع آوری سنگ در لا شه سنگ موجود روی دامنه و انباشت ---شروع شده و تا سدهای مخزنی و عظیم که جهت کنترل سیلاب و ایجاد شده اند . اصول محاسبات برای تمامی سدها با مصالح متفاوت یکسان می باشد. البته در سد های بزرگ باید گسل ها و زمین لرزه و غیره هم بررسی گردد

برای ورود به بحث طراحی و ساخت موانع عرضی بایستی یکی رسی اصول هیدرولوژی و هیدرولیک حاکم بر طراحی مررور کنیم. در طراحی کلیه سازه هایی که جهت کنترل فرسایش و رسوب و سیلاب مورد استفاده قرار می گیرند اولین مبحث بحث شیب حد آبراهه یا رودخانه می باشد.

شیب حد:

شیب آستانه فرسایش ، حداکثر شیبی است که در آن فرسایش و انتقال ذرات انجام نمی شود .

جهت بررسی شیب حد به عنوان پارامتر مهم در طراحی ، ابتدا بایستی حرکت کف آبراهه را بررسی کنیم. جهت انجام این مطالعه بایستی به اصول بنیادین از قبیل سرعت آستانه فرسایش ، ضریب سیلاب و روابط هیدرولیکی سرعت جریان برای ابراهه اصول هیدرولیکی کانال های باز مورد استفاده قرار گیرد. فضای آب فضای پیوسته ای نیست و کانال آب مجموعه ای از لوله های فرمول شده خود مجموعه ای از خطوط جریان و این هم مجموعه مولکول ها است .

بر مجموعه مولکول ها خطی برازش می دهیم : خط جریان

پس باید به اینکه محیط آب در عمل یک محیط مولکولی است که مولکولها بسته به هم نزدیک یا دورند ولی در عمل و جهت مطالعه جریان های موجود در کانال های مصنوعی ناچار به فرض پیوسته بودن محیط جریان می باشیم. بر این اساس جریان عبوری کانال را مجموعه ای از بی نهایت خطوط جریان موازی می گیریم. خط جریان خط فرضی است که در یک لحظه مشخص بر برداریهای ................... که در این حالت اندازه مولفه بردار عمودی سرعت صفر می باشد.

با توجه به این موضوع یک دبی عبوری مشتمل بر بی نهایت خط جریان است و جهت پی ریزی اصول هیدرولیک به ناچار بر اساس تئوری برنولی به تشریح جریان های موجود در کانال باز می پردازیم.

تئوری برنولی :

ثبات انرژی واحد وزن سیال را بر روی نقاط مختلف یک خط جریان بحث می کند یعنی اینکه بر روی یک خط جریان کمینه انرژی های مربوط به واحد وزن سیال را مورد بررسی قرار می دهیم.

جهت تشریح شرایط حاکم فرضیات اساسی این تئوری عبارتنداز :

1-   معادله براساس قانون دوم نیتون F=MA   استوار است و در امتداد یک خط جریان بدست آمده است.

2-   از لزوجت جریان و در نتیجه تنش و نیروهای برشی مستحر صرف نظر شده یعنی اصطکاک در نظر نمی گیرم.

3-   جریان دائمی فرض شده است . پرامترهای عمق و سرعت جریان در واحد زمان ثابت شده است

4-   سیال غیر قابل تراکم در نظر گرفته شده یعنی جرم مخصوص ثابت در نظر گرفته می شود .

(برای جرم اختلاف آن با وزن این است که برای وزن نیروی ثقل در نقاط مختلف فرق می کند)     در جریان یکنواخت پایدار شیب هیدرولیکی ، شیب انرژی و شیب کف بستر ...........

(انرژی جنبشی ، پتانسیل و فشار بررسی می شود )                         

   پس در هر نقطه روی یک خط جریان معمولا سه نوع انرژی مورد بررسی است .

Z : انرژی پتانسیل

      انرژی فشاری

    انرژی جنبشی

اگر لوله ای شیشه ای تا ارتفاع خاصی وارد شود آب در لوله بالا می آید . این ارتفاع معادل فشار می باشد. اگر لوله شیشه ای مقابل جریان بزنیم ، این ارتفاع معادل سرعت می باشد.

با استفاده از تئوری برنولی می توان نیروهایی که در یک جهت مشخص وارد می شوند .

1-   نیروی ناشی از E  پتانسیل:                                   W1=mz

اختلاف ارتفاع * جرم = انرژی پتانسیل

چون در واحد حجم V برابر یک است نادیده گرفته می شود                     m=V

2-   انرژی که می خواهد ذره سیال را در واحد حجم به طرف جلو انتقال دهد . نیروی کار

W2=F.L          P=

3- انرژی جنبشی :                                                  W3=1/2               

با توجه به این سه نیرو نیاز به اصل ثبات انرژی مجموع انرژی هایی که در یک نقطه از مسیر جریان بدون در نظر گرفتن نیروی اصطکاک وارد می شوند عددی ثابت می باشد.

W1+W2+W3=C

اگر همه طرفین به یک δ تقسیم شود به معادله برنولی می رسیم.

بر این اساس ثبات انرژی در نقاط مختلف یک خط جریان تایید شده و برای کلیه جریان های باز مبنای محاسبات بعدی است .

سرعت حد :

 حداقل سرعتی که توسط آن ذرات جابجا میشود .

با توجه به مواردی که در رابطه با تعیین مجموع انرژی های واقع در یک نقطه بر روی یک خط جریان و از آنجایی که معمولا جریان های آبراهه های طبیعی به ندرت به حالت صاف و زلال عبور می کند واجد بار رسوبی می باشند. در این قسمت به بحث وجود ذره یا سنگ در یک ............... می پردازیم و شرایط نیروهای موجود را بررسی می کنیم.

چنانچه در حالت طبیعی یک ذره رسوب بر مسیر جریان قرار گیرد   :

1-   سرعت قبل از سنگ از بین می رود و انرژی جنبشی تبدیل به فشار می شود .

2-   Z&δ تغییر نمی کنند

در پشت سنگ فشار وارد می شود و جلوی سنگ مکش ایجاد می شود ، فضای خالی پشت سنگ کشش منفی ایجاد می کند .

با توجه به شرایط جریان چنانچه انرژی جنبشی را در این حالت معادل صفر در نظر بگیریم و شرایط جریان را در این حالت، با معادله برنولی مقایسه کنیم داریم:

Z+  

p₁-p=                                                                                                                                                 

                                     p_F=        p_F=kv²

با توجه به معادلات فوق الذکر نیروی پشت سنگ یا E جنبشی تبدیل به فشار شد و چون نیروی مکش در جلوی سنگ کم کم از محل تماس سنگ در امتداد جریان از صفر به V میل می کند ،چنین بیان می شود که در این جا نیروی مکش متناسب با V² ایجاد می شود.

با توجه به این موضوع و معمولاً در کارهای سد سازی سرعت آب را تبدیل به --- و لذا مصالحی که به کار می برند باید در برابر فشار آب مقاوم باشد.

F = P_F . S                               F = KV²S

چنانچه یک جسم ساکن را در آب در نظر بگیریم و وضعیت تعادل آن را بررسی کنیم

 اصطکاکR                                                                T

                                                                          F

                                   Pوزن

با توجه به اینکه ضریب اصطکاک برابر tanα است.

Tanα =

در صورتی جسم شروع به حرکت می کند که P<T شود و یا --- در این حالت

F=                   R=pf

از طرفی نیروی عمود بر سطح تماس برابر است با :    

(وزن)               P₁-(وزن آب)P_w

P₁=(حجم) . s(وزن مخصوص سنگ)              Pw =  . (آب)

P = P₁       P_w =  (_s - )                    و        R = Pf

          R(نیروی اصطکاک) = (حجم) (_s – ) f(ضریب اصطکاک)

با توجه به این روابط در صورتی جسم قادر به حرکت است که F نیروهای جسم بزرگتر از R باشد. F>R

KSV²    ≥     f (_s - )

با توجه به این معادله سرعت آب باید در نامعادله زیر صدق کند.

V2    ≥          

این جا K ضریبی است که بستگی به شکل و فرم جسم دارد.

برای جسم مکعبی K را برابر 0.076 می گیرند و با توجه به اینکه همیشه ذره در برابر جریان است چنانچه  را α در نظر بگیرم

V₂  ≥ 

                                                                                                                                                               - 1)α) ( v₂ ≥ 13.1 f (

سرعت حد:

با توجه به این معادله وقتی ذره شروع به حرکت می کند که مجذور سرعت آب – دوم باشد در این حالت جسم توسط جریان شروع به حرکت می کند، با توجه به --- هرچه δ_s افزایش یابد یعنی آب گل آلود تر شود سرعت آستانه کمتری از جسم را به حرکت درآورد.

ضریب سیلاب:

با توجه به نامعادله سرعت آستانه هر چه f بالا رود سرعت بیشتری جهت حرکت مورد نیاز است ، لذا وقتی که آب ناخالص می شود واجد سرعت کمتر(چون مقداری از انرژی ها صرف حرکت جسم می شود.)

یعنی همیشه وقتی جسمی در آب قرار گیرد سرعت آب از سرعت—

V₂ ≥ V₁

F_c = K(ضریب سیلابی) =

v      هرچه ضریب سیلابی کمتر شود سیلاب بیشتر و شدت سیلاب بیشتر می باشد، چون هرچه ذرات بیشتر شود v₂ کمتر و ضریب سیلاب کمتر می شود.

V =

(ضریب)C =                      ,     V = C                 ضریب زبری=

C =

با توجه به اینکه سرعت اولیه از همین رابطه شتری استفاده می شود، (در مسیل ها و آبراهه های خشک که وسایل اندازه گیری ندارد از شتری استفاده می شود.)

چنانچه آب گل آلود شود، سرعت ثانویه بدست می آید که

KV₁ = KC

  تجارت نشان می دهد که معمولاً سرعت آب در نزدیکی کف بستر می باشد چنانچه جایگزین شود.

6kc  =

چون در حالتی که مجذور سرعت کوچکتر و مساوی طرف دوم نامعادله  -- جسم در حال سکون است. اگر در رابطه فوق طرفین معادله را برسانیم نهایتاً داریم:

تراکم مواد معلق در 15-10 cm  نزدیک بار کف حداکثر است.

با توجه به جمیع جهات بهترین راه تعیین شیب حد جهت انجام محاسبات سازه ای استفاده از همین رابطه اخیر است که به عنوان رابطه هیدرولیکی تعیین شیب حد مشهور می باشد. ولی از آنجایی که تعیین تمامی این پارامترها و نهایتاً تعیین دقیق شیب حد در طبیعت مشکل است.

با توجه و با استفاده از تجارت مختلف رابطه هایی به صورت زیر هم بوجود آمده است:

در آبراهه ها : (کوهستان)                                                                         (شیب طولی) P’ = ⅟2 P   (شیب حد)

در مخروط افکنه ها :                                                                               P’ = ⅟3 P   

با توجه به آنچه گفته شد و با استفاده از فرمول هیدرولیکی شیب حد می توان نتیجه گرفت که رابطه ضریب اصطکاک با شیب حد مستقیم.

 هر چه نسبت مواد محموله افزایش یابد چون k کم می شود، I شیب حد زیاد می شود.

هر چه وزن مخصوص مواد (_s) افزایش یابد، شیب حد زیاد می شود.

از نظر ابعاد هم رابطه مستقیم با شیب حد دارد.

هرچه آب زلال باشد، چون k به طرف واحد میل می کند در این حالت شیب به حداقل خود می رسد که به آن شیب--- می گویند.

شیب حد برای تعیین فواصل سازه هایی بود که در پروفیل طولی آبراهه می زنیم.

قسمت های مختلف یک سد:

بسته به نوع سد، اعم از سدهای کم ارتفاع یا سدهای مرتفع یک سد از بخشها--- شده، از آنجایی که علاوه بر قسمتهای مشترک سد خاکی واجد قسمتهای دیگری نیز است. قسمتهای مختلف یک سد خاکی را که تمامی قسمتهای سایر سدها را هم در بر می گیرد.

1)   پی foundation :

قسمتی از سد که وزن سد ونشست آب را کنترل می کند.

2)   گرده آب بند cut off

(دو بحث داریم، یکی وقتی سر قوس رودخانه ها می خواهیم سد انحرافی بزنیم یک برش cut off داریم. یکی در این بحث سد خاکی که پرده آب بند داریم) آب که جمع می شود روی مواد خاکی است و چون مصالح منطقه است،خطوط جریانی از زیر سد عبور می کند و در پایاب سدهای خاکی، آب کافی داریم که مورد نیاز پایین دست است، و نیز نیروی فشار وارده بر سد کاهش می یابد.

(سد خاکی در هر شرایطی حتی با نفوذ بالا زده می شود) در جلوی سد خاکی یک برش عمقی cut off می زنند. در امتداد طول سد در کف رودخانه عمود بر پروفیل طولی رودخانه و رس کائولینیت که تراکم پذیرند را می ریزند(ذرات ریز دانه) و compact می کنند، قبلاً که ذرات پایین سد حل می شدند و به جریان می افتادند، کم کم تونل زیر سد ایجاد می شد و سد می ریخت، با cut off شعاع میدان جریان زیاد شده و شعاع زیاد شده و خطوط به بدنه سد برخورد نمی کنند و از کف (نزدیک سنگ بسترها کنش ندارد) می گذرد و چشمه ای که در پایاب بود به این حالت با فاصله بیشتری از پایاب تشکیل می شود. هر چه پرده آب بند عمیق تر باشد مشکل کمتر می شود.

3)   ورقه آب بند:

معمولاًپرده و ورقه آب بند در بسیاری از منابع به جای یکدیگر آورده می شوند. ورقه آب بند غالباً در جاهایی که عمق نفوذ پذیری زیاد است استفاده می شود و می تواند از جنس ورقه فلزی، آهن گالوانیزه و .. باشد.

4)   هسته Core :

هسته معمولاً در سدهای خاکی غیرهمگن، جهت جلوگیری از نشت آب و ذرات ریزدانه مورد استفاده است.

5)   فیلتر Filter :

به طور کلی در هر جایی که دو نوع مصالح با نفوذ پذیری متفاوت در کنارهم برای جلوگیری از ایجاد تونل و فرار آب، سعی می شود تغییرات دانه --- تدریجی انجام پذیرد و این کار با استفاده از فیلتر انجام می شود.

(مثلاً جنس سنگ بستر سخت در کف داریم و روی آن اگر رس کائولیفیت) این دو همگن نیستند و اولین سیلاب که بیاید مطمئناً این-- که تجانس ندارد از هم گسیخته می شوند، که این فیلتر هم در سدهای خاکی و هم سایر سازه های – بر جهت جریان که تمامی عرض جریان را پوشش نمی دهند. مثل پی ها و آب شکن ها.

6)   پوسته استخوان بندی سد را پوسته shell گویند.

در سد پوسته را جسم سد گویند. در سدهای خاکی بحث پوسته مطرح است و معمولاً پوسته بدنه اصلی سد را تشکیل می دهد و در سدهای خاکی غالباً از مصالح کف بستر جهت ساختمان استفاده می شود.

7)   ارتفاع آزاد free board : این قسمت هم غالباً در سدهای خاکی است.

عبارتست از ارتفاعی از سد که بالاتر از تراز طراحی قرار می گیرد و سر ریز شدن آب از روی بدنه سد را جلوگیری می کند. سد خاکی یک تراز طراحی دارد (ارتفاع آبی که بر اساس دبی طراحی محاسبه می شود)معمولاً تراز طراحی را به صورت رقوم ارتفاعی (از سطح دریا) در نظر می گیرند.

معمولاً سعی می شود از روی سد خاکی و بدنه اش هیچ آبی رد نشود، چون مواد آن دانه ریزند و مستقل می شوند. وقتی سد طراحی می شود باید کل باد و جهت بادهای غالب منطقه بررسی گردد. چون امواجی که ایجاد می شود آب را از روی سرریز سد خاکی منتقل می کنند، پس یک ارتفاعی به نام ارتفاع آزاد free board در نظر می گیرند تا آب از روی بدنه سد عبور نکند.

8)   سنگریز Rip Rap : استفاده از لاشه سنگ و استقرار منظم آن روی دامنه سراب سد طوری که انرژی امواج را غالباً مستهلک می کند. (سنگ ریز سد لار روی سراب پلکانی سد است.)

9)   تاج crest : بالاترین قسمت سد است.

10)      سراب سد : upstream قسمتی است که دریاچه سد تشکیل می شود.

11)      پایاب سد : downstream دامنه پایانی سد که به رودخانه می رسد

12)      ارتفاع سد : Elevation    1. ارتفاع کلی  2. ارتفاع مفید

ارتفاع کلی = فنداسیون + ارتفاع مفید + ارتفاع سرریز .

ارتفاع مفید = ارتفاع سد از کف آبراهه تا کف سرریز (که در سدهای خاکی تا تاج سد می شود.)

13)      گالری : Galleri

حفره ها و یا تونل هایی است که به صورت افقی در طرفین دیواره های خاستگاه در سدهای بزرگ قبل احداث سد گالری می زنند و رفتار سخجی می کنند. شیب لایه های زمین شناسی، میزان درز و ترک توسط لرزه نگاری بررسی می شود. (ذره ای که سد را می خواهند در آن بسازند) اگر حفره ها را عمودی بزنند، اٌگر ouger است که چاهک تحقیقاتی است.

اهداف زدن سد:

کنترل سیلاب، کنترل فرسایش رسوب، تأمین آب، تأمین انرژی، پرورش آبزیان، تفرج، تلطیف آب و هوا، جنگل کاری.

14)      آنکراژ: Anchrage

بخشی از بدنه سد که معمولاً در دیواره های طرفین خاستگاه سد جهت حفظ پایداری در مقابل نیروهای موجود ایجاد می شود.

15)      حجم دریاچه : volume

حجم زنده (Active v.)   -   حجم مرده (Death v.)

قسمتی که آب در آن جمع می شود حجم زنده است. در بحث operation (Managment) سد باید به نوعی با استفاده – و حداقل هزینه رسوبات تخلیه شود و متداول ترین روش است که دریچه سد در مواقع سیلابی باز می شود و آب گل آلود که چگالی –دارد، تخلیه می شود.

16)       سرریز : spill way

مهم ترین قسمت سازه عمود بر جهت جریان است که معمولاً با توجه به شرایط حوزه آبخیز،حجم دریاچه، نوع سد و پارامترهای دیگر جهت خروج مازاد آب، عکس العمل هیدرولیکی حوزه توسط سرریز کنترل می شود.

مهم ترین قسمت در طراحی سد، سرریز است.

در سدهای بزرگ و حوزه های بزرگ با توجه به شرایط --- و جوی برآورد می شود. شرایط چه سیلابی تولید می کند، و سرریز با توجه به دوره بازگشت دبی ها ی حداکثر لحظه ای در این دوره مشخص، طراحی می شود.

انواع سد:

-   وزنی: کلیه سازه های عمود بر جهت جریان اصلی که پایداری آنها در مقابل نیروهای وارده توسط وزن سازه حفظ می شود. کلیه سازه های آبخیزداری از این نوع هستند.

-   قوسی: کلیه سازه های عمود بر جهت جریان که پایداری آنها در مقابل نیروهای وارده—

چنانچه مشخص است معمولاً سدهای قوسی در محل هایی که واجد چنین سنگ مقاوم و دره های عمیق باشند احداث می شوند.

عوامل مورد بررسی در خاستگاه سد:

{  جنس سنگ – نوع دره – عرض دره –

 شیب و امتداد لایه های سنگ توسطGalleri , Ouger بدست آید  }

غالباً در دره های عمیق (چون معمولاً مقاوم به فرسایشند) نوع سد، قوسی است چون می تواند نیروها را به طرفین منتقل کند.

طراحی بخش های مختلف سد:

1-حجم دریاچه:  قسمتی از سراب سد که معمولاً دبی آب و رسوب وارد آن می شود. با توجه به این که حجم سد دره برآورد هزینه های اقتصادی سد، نقش مهمی دارد، تعیین حجم باید—

{  توجیه   - فنی

              -اقتصادی : اکثراً مشکل این جاست .    }

در کار آبخیزداری سدی، وقتی توجیه اقتصادی دارد که:

قیمت هر متر مکعب آب شرب (یا آب جمع شده در پشت سدهای مخزنی)  ≥  قیمت هر متر---

مثال:                            پول (تومان)    5×10⁹         حجم دریاچه سد کرج  V = 250×10⁶ m³

x₁                                                                                                                                                 قیمت هر متر مکعب آب                

              X₁≥X₂        (جای صورت و مخرج عوض می گردد)   = قیمت هر متر مکعب

نحوه تعیین حجم دریاچه سد:

1-روش پلایمتری یا نقشه برداری صحرایی:

دقیق ترین روش است و با استفاده از ادوات نقشه برداری بستگی به ارتفاع سد و با توجه به نوع سد و دقت محاسبات اقدام به تعیین خطوط تراز با اختلاف ارتفاع مورد نظر می گردد.

(ارتفاع سد بر اساس عمق کنش تعیین میکنیم چون هدف کار ما تثبیت پروفیل طولی  عرضی آبراهه است.)

هرچه فاصله خطوط تراز کمتر باشد دقت بیشتر است.

(مثلاً اگر فاصله ها m10 باشد، ممکن است برخی بیرون زدگی ها برداشت نشود.)

همه نقاط عطف (آزیموت و فاصله آنها) برداشت می شود. کف آبراهه (خط تالوگ) مثلاً رقومش m1245  است، با اختلاف ارتفاع m2، خطوط را برداشت می کنیم.

با توجه به ارتفاع سد که می خواهیم بزنیم مثلاً  m40

وقتی روی دامنه این نقطه تعیین شد، این آخرین نقطه آبگیری سد طبق مسائل هیدرولوژی حجم تعیین می شود.

باید میانگین ها در نظر گرقته شود چون برآمدگی ها و فرورفتگی ها باید همدیگر را در محاسبات تعدیل کنند تا حجم به طور صحیح—

2-روش هندسی:

این روش هنگامی عملی است(با این فرض قابل محاسبه است.) که پروفیل طولی و عرضی یعنی فرض کف بستر و شیب کناره ها در دو طرف سراب سد ثابت باشد.

در این حالت فرم رسوبات به صورت چند وجهی است که با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود.

V = ⅙ L ( S₁ + 4S₂ + S₃)

شیب رسوب بسته به دانه بندی است و از شیب آبراهه تبعیت نمی کند. رسوب مثل آب افقی نمی ایستد، رسوبات حتماً اغنایی دارند.

-   مسأله1: چنانچه قیمت یک مخزن جمع آوری آب در منطقه مورد مطالعه   تومان 10⁹×3  باشد، و حجم آن  m³ 10⁴×250 باشد، احداث سازه از نظر اقتصادی توجیه کنید.

-   مسأله2 : چنانچه حداکثر شدت بارندگی در یک منطقه در پایه زمانی در ساعت 14 mm/h زمان تمرکز حوزه  min13 ، مساخت حوزه  ha10000 و دبی خروجی از حوزه  2.5 m ³ /s باشد و قرار باشد سازه ای با دوره بازگشت 100 سال طراحی شود میزان آب قابل جمع آوری؟

حل مسأله 1 :

V =

V = 1650 m³

V = 2×1650 = 3300 m³     اگر شیب 8% شود.       

   = قیمت هر متر مکعب رسوب= 1818181.8

   = قیمت هر متر مکعب رسوب= 909090.9 تومان

   = = 1200 تومان

احداث سد صرفه اقتصادی و توجیه اقتصادی ندارد.

حل مسأله 2 :

V=Q×T  =  2.5× 365 × 24 × 3600 = 78840000   متر مکعب آب در سال

توجه: فرمول  Q = CIA تا دوره بازگشت 10 سال مساحت 1000 ha قابل استفاده است.

در فاز مطالعات شناخت سد استفاده می شود و خیلی قابل اطمینان نیست. حجم دریاچه یک سد در این حالت بایستی با استفاده از جدول چند ساله جریان (جدول چند ساله جریان یا متوسط سالیانه جریان یا خطی که ابتدا و انتهای منحنی --- هرچه طول دوره آماری بیشتر دقت کار بیشتر می شود.)

ü      حجم تبخیر – حجم بارش + حجم جریان فرودی = حجم جریان باقیمانده

ü      نیاز آبی – حجم جریان باقیمانده = حجم ذخیره

قسمت بالای جدول = مازاد آب

قسمت پایین جدول = کمبود آب

خط مستقیمی را عمود بر قسمتی که Man تقعر و تحدب را داریم رسم کرده و حجم مورد نیاز سد بدست می آید:

مخزنV = V₂  -  V₁

منحنی دبی کلاسه هم ماهانه، هم روزانه و هم سالانه رسم می شود. دبی ها را نزولی مرتب کرده، و میزان آب مورد نیاز را با آن تعیین می کنند.

مثال: 100 روز در منطقه دبی از q1  بیشتر است.

(q1 را با توجه به آماری که از مصرف آب در بخش های مختلف منطقه مورد نظر است تعیین می کنیم.)

265 = 100 – 365 پس 265 روز کمبود آب داریم و با توجه به مقداری که کمبود داریم. می توان حجم مخزن مورد نیاز را تعیین کرد.

مطالعات لازم برای تعیین ظرفیت مخزن می تواند بر اساس آمار ماهیانه روزانه یا حتی زمانهای کوچکتر انجام شود. نتایج مطالعات براساس سالانه معمولاً با دقت کمی همراه است لذا معمولاً از اطلاعات دبی های ظرفیت مخزن استفاده می شود.

مثال: در محل احداث یک سد آمار مربوطه به دبی رودخانه در یک سال دوره کم – و تبخیر همان ایستگاه موجود است، هم چنین نیاز آبی و مقدار آبی که پایین – کند مشخص باشد چنانچه مساحت متوسط سطح مخزن برابر ضریب تشتک تبخیر c=0.7 باشد، حجم مورد نیاز را محاسبه کنید.

حجم بارش + حجم تبخیر – حقابه – حجم جریان ورودی = ---

نیاز آبی – حجم جریان باقی مانده = حجم ذخیره

هرگاه حجم جریان باقی مانده از نیاز آبی بیشتر شود مثل (فروردین ، اردیبهشت، خرداد جدول) نیازی به حجم ذخیره نیست.

پس منحنی دبی کلاسه و این روش فوق برای محاسبه آب مورد نیاز و حجم مخزن استفاده می شود.

سازه ای که آب مازاد را بویژه در مواقع سیلابی عبور می دهد و تضمین کننده سلامت و پایداری سد و تأسیسات موجود در آن است.

کم هزینه ترین سرریز آن است که آب از روی خود سد عبور کند، --- دبی طراحی سد همان دوره بازگشت سرریز است.

---سرریز:

بستگی به نوع سد، دبی طراحی ، وضعیت فونداسیون دبی، توپوگرافی دره(خاستگاه)و وضعیت اقتصادی پروژه دارد.

دبی طرح:    Discharge Design

حداکثر دبی در واحد زمان که با دوره بازگشت مشخصی که جهت طراحی سد در نظر گرفته و معمولاً محاسبه مؤلفه های مختلف سرریز براساس دبی طرح انجام می شود.

در طراحی های سدهای بزرگ این دبی را برابر Max سیل محتمل (PMF) طراحی  PMF معمولاً براساس بیشینه کردن شرایط هیدرو--ورولوژی منطقه – در این روش Max سیل محتمل ناشی از بارندگی را همراه با یک سیل مهم ----- جهت طراحی در نظر می گیرند. (در مناطق برفگیر یک سیل مهم ناشی از برف را همراه------ عنی در یک حوزه آبخیز حداکثر شرایطی که ممکن است را در نظر گیرند. مثلاً ابر در Max شرایط باران زایی باشد، ضریب هرز آب فوق العاده با – با توجه به جبهه های هوایی ورودی به منطقه، بدترین حالت شیب و این سیلاب که Max است و برای سدهای با دوره بازگشت بالایی استفاده می شود     از همه سیلابهایی که تا به حال محاسبه شده بیشتر است. ریسک پذیری و بیشینه سازی ما توجیه اقتصادی هم داشته باشد.

در سدهای مخزنی معمولاً دبی طراحی با دوره بازگشت 10000 سال

در سدهای انحرافی معمولاً دبی طراحی با دوره بازگشت 100-50 هزار سال

در سدهای گابیونی خشکه چین و سنگ چین ملات دار و سایر سدهای آبخیزداری 20-10 ------

1-استفاده از اثرات فیزیکی سیل های سالهای قبل (داغاب)

(کتاب هیدرولوژی CHOW)

2-استفاده از روابط تجربی  کریگو، فولر، استدلالی

(فولر دوره بازگشت را هم در نظر می گیرد)، (استدلالی زیاد استفاده می شود ولی برای حوزه های کوچک)

3-مطالعه فرکانس سیلابها: احتمال وقوع یک سیل یا بزرگتر از آن در دوره زمانی مشخص

4-هیروگرافها (هیدروگراف واحد)

--- :

با توجه به نوع سد و شرایط توپوگرافی و محل احداث محل سرریز متفاوت است به طوری که شرایط پی و نتایجی که از مطالعات تفصیلی مربوط به گسله های منطقه میزان تراوش و نشت وضعیت فرسایش، ظرفیت باربری و تنش برشی مجاز (پارامترهایی که مربوط به فنداسیون است) و نیز نوع سد مهم است که محل سرریز را تعیین می کند.

1)   سرریز روگذر                       over flow  s

2)   نیلوفری                       Norning Glory  s

3)   برج آبگیر                               Tower   s

4)   لابیرینت                           Labyrinth   s

5)   دریچه ای                                 Gate   s        

6)   تونلی                                   Tunnle   s

7)   سیفونی                                Siphon   s

8)   با کانال جانبی                Side Channel   s

9)   با پرش اسکی                       Ski jump   s

10)      شوت یا سرسره ای     Chute  or  Trough   s

1-    سرریز روگذر:      بهترین سرریز است به شرطی که---

یکی از مهم ترین سرریزهایی است که در طراحی سدها بویژه سدهای مخزنی از آن است. نوع سرریز معمولاً جریان طغیانی از روی بدنه سد عبور می کند.

معمولاً بهترین سرریزی است که چنانچه شرایط منطقه از نظر عرض دره و شرایط پی اجازه دهد قابل استفاده است.

این سرریزها در سدهای قوسی و انحرافی هم استفاده می شود.

هرچه عرض پی زیاد ، احتمال غلطیدن سد پایین.

2-    سرریز نیلوفری:

این نوع سرریز معمولاً به صورت قیف مانند ساخته می شوند و انتهای آنها به یک تونل تخلیه منتهی می شود.

مثال: سد خاکی لار، سد سفیدرود، سد تهم

سرریز نیلوفری هم تراز با بدنه سد نیست و پایین تر است، تا ریسک پروژه کاهش یابد.

3-   سرریز برج آبگیر:

این نوع سرریز معمولاً در سدهای خاکی استفاده می شود. شبیه سرریز نیلوفری است با این تفاوت که انتقال آب توسط یک یا تعدادی کالورت با سطح مقطع مربعی انجام می شود و بسته به شرایط استفاده آب در پایین دست از این سرریزها استفاده می شود.

( Limnigraph        وسیله ای که تراز آب را ثبت می کند.)

که با استفاده از ترازهای حداکثر، دبی های سیلابی Max را بدست آوریم. یک اشل هم کنار لیمنوگراف قرار می دهند و رابطه دبی و ارتفاع را بدست می آورند. جنس لوله اگر با مصالح اطراف یکی باشد و خوب compact شود مشکلی حفره ای شدن سد رخ می دهد.

4-   سرریز لابیرینت: معمولاً در سدهایی مورد استفاده قرار می گیرد که فضای سرریز ها بسیار محدود باشد. به شکل پیچ در پیچ طراحی می شود به نوعی که حداقل و با توجه به این که غالباً در دوره های عمیق و با عرض کم احتمال طراحی میرود، لذا حتماً بایستی در آزمایشگاه هیدرولیک نسبت به مدل حفاری آن اقدام شود.

5-   سرریز دریچه ای: تخلیه آب مازاد توسط یکسری درچه ها انجام می شود که غالباً سدهای وزنی چنین سرریزهایی دارد که میزان آب کنترل شده خارج می شود.

6-   سرریز تونلی: سرریزهایی اند که تخلیه آب مازاد یا آب مورد نیاز توسط – و در حالتی مورد استفاده قرار می گیرد که ایجاد سرریز در طول سد یا در محل دیگری در – قابل انجام نباشد.

( در سد لار: m_3/s1200  قابلیت انتقال دارد. مقاومت مصالح دقیقاً توسط سرعت و فشار جریان تعیین می شود.)

7-    سرریز با کانالهای جانبی: معمولاً در جاهایی مورد استفاده است که فرم کناره های طرفین یا محل احداث سد اجازه احداث سایر سرریزها را ندارد. در این حالت معمولاً جریان پس از عبور از روی سرریز روگذر وارد یک کانال جانبی می شود.

8-   سرسره ای یا شوت: این نوع سرریز در سدهای خاکی یا سدهایی که ساختن سرریز در طول بدنه سد امکان پذیر نباشد احداث شده و تفاوت اصلی آنها نسبت به سرریز های زودگذر حجم خاکبرداری و گودبرداری-----کمتری است که انجام می شود.

هرچه طول سرریز بیشتر و شیب تغییر نکند، احتمال ایجاد جریان های یکنواخت بیشتر می شود.

9-   سرریز سیفونی:   این نوع سرریز معمولاً در مناطقی که محل کافی برای احداث سایر سرریزها و------ و نیز Q طغیانی، دارای اهمیت زیادی نباشد که ایجاد شده عکس العمل هیدرو----- سریع است و خیلی سریع تر از آب را به تراز نرمال می رساند.

10-      سرریز با پرش اسکی:   همان سرریز شوت است با این تفاوت که این جا با ایجاد یکسری عاج سد، سرعت جریان را کاهش می دهند.(علت نامگذاری: به عاج برخورد کرده و پرشی می شود.)

(اگر سرریز کوچک باشد و نتواند آب طغیانی را عبور دهد به آنکراژ و بدنه سد آسیب رسانده و سد که مستغرق شود طبق ارشمیدس سبک می شود. )

با توجه به این که کوچک یا بزرگ طراحی کردن ابعاد سرریز هم  باعث افزایش خسارات احتمالی به بدنه سد و ایجاد ناپایداری و هم افزایش هزینه ها می شود، لذا باید ابعاد سرریز بهینه طراحی شود، و بر این اساس ابعاد آن با توجه به دبی طراحی (دبی Max لحظه ای با دور بازگشت مشخص) و پارامترهایی از قبیل عمر سد و وضعیت اقتصادی پروژه تعیین می شود.

معمولاً سرریزهایی که برای سدهای اصلاحی استفاده می شود، سرریز روگذر با سطح مقطع ذوزنقه ای است.

معمولاً لبه سدهای اصلاحی به صورت افقی نیست و یک شیب به طرف آب را متمرکز در وسط کند. =10^̊Ѳ

(برای سرریز مستطیلی  s=b.h است.)

تعیین – سرریز b :

عرض سرریز با توجه به شرایط فیزیوگرافی (ابعاد در مورد عمل) تعیین می شود. معمولاً آبراهه هایی که دارای بسترهای کم عرضی باشند باید حداکثر عرض – تا هم ارتفاع آب کم شود، هم خطر مسدود شدن سرریز توسط شاخ و – و نیز هرچه ارتفاع آب روی سرریز کاهش یابد باعث کاهش انرژی و—اگر عرض سرریز از حد مشخص بیشتر شود این باعث آسیب قسمت پایاب ---- و می توان وضعیت های مختلفی را برای سرریز متضرر گردید. چنانچه کف بستر – معمولاً عرض سرریز را حدود  --- است، اگر V ---- عمل نهایتاً با توجه به عرض فرضی عمق جریان نرمال روی سرریز را پیدا می کنند. چنانچه عرض بستر خیلی زیاد و قابل ملاحظه باشد در این حالت شرایط ------- که تعیین کننده عرض است.

هرچه ارتفاع آب روی سرریز بیشتر باشد موقع ریزش -------.

ارتفاع سرریز:

ارتفاع سرریز با توجه به دبی طراحی مشخص می شود که معمولاً با توجه به عمق سدها بدست می آید.

( A معلوم است،   V  با وضعیت پایاب معلوم می شود.       Q= AV  )

محاسبه دبی طرح :

برای محاسبه دبی طرح بسته به اینکه در منطقه ایستگاه هیدرومتری وجود دارد یا نه از روابط تجربی یا آمار و احتمالات موجود استفاده می شود. قابل اعتمادترین رابطه برای حوزه های کوچک فرمول استدلالی است.

دو فاز مختلف دارد:  تعیینی ----- احتمالی

اگر آمار به ضریب هرز آب با توجه به مشخصات فیزیوگرافی، مساحت حوزه، خاک، پوشش و .. بدست آید از جدول استفاده می شود.

فرضیات دبی طراحی:

شدت بارش در طول بارش ثابت است (یکنواخت)

رطوبت قبلی خاک را در نظر نمی گیرد.

شکل حوزه برای حوزه هایی که نه زیاد کشیده و نه زیاد مربعی باشد استفاده می شود.

حوزه ای که زیاد کشیده و زیاد مربعی نیست.   = 2

این جا Q_p بدست آمده را 1.5 برابر می کنند.             = 1     برای حوزه مربعی

این جا Q_p بدست آمده را 0.68 برابر می کنند.             = 4     اگر کشیده

فرمول استدلالی غالباً برای دوره بازگشت های 10 سال استفاده می شود و ---

--دوره بازگشت را هم در نظر می گیرد.

Q_max  =  C.A^0.8 ( 1 +β log T)                 )β(ضریب طغیان

Qp = Q_max  ( 1 +266A ^-0.3)                 

Q_max : حداکثر دبی متوسط 24 ساعته در دوره بازگشت T سال (دبی اوج 24 ساعته)

(20 سال آمار داریم 20 تا 365 روز آمار داریم، چون در هر روز سد برداشت می شود. میانگین سد برداشت را گرفته و max آنها را پیدا کرده و ..)

20 تا max در 20 سال پیدا کرده و از آن ها میانگین می گیریم.

Qp : دبی حداکثر لحظه ای است که مربوط به سیلاب Q_max  24 ساعته است.

C : ضریبی که بستگی به خصوصیات حوزه و شرایط اقلیمی جغرافیایی دارد و معمولاً در حوزه آبخیز 0.026 تا 277 بدست آمده.

A : مساحت حوزه km ²

Β  : ضریب طغیان برای حوزه های نرمال حدود 0.8 و برای حوزه آبخیز وسیع یا بارندگی را در نظم 2 یا بیشتر بدست می آید.

e: ارتفاع سرریز:

--بر اساس روابط تجربی دبی تعیین شد و – ارتفاع سرریز بدست می آید. با استفاده از رابطه موجود برای سرریزهای آزاد لبه پهن و با فرض این که سرعت اولیه آب ناچیز باشد :

Q _p = α L

 =                                 e ³ =             

( همه روابط تجربی برای سرریزها از ارتفاع آبی که از روی سرریز عبور می کند استفاده می شود، H را در فاصله حدود 4L با پیزومتر اندازه می گیرند.)

در این روابط    Q _p  :  از فرمول مولر یا استدلالی

                    a:      حدود 35/0

                     L  : عرض سرریز بر حسب m

                     g:   شتاب ثقل 8/2

                      e:   ارتفاع آب روی سرریز که همان ارتفاع سرریز می شود.

با استفاده از منحنی دبی اشل می توانیم دبی طراحی را مشخص کنیم.

طراحی سدهای وزنی:

با توجه به این که کلیه سدهای مورد استفاده در عملیات کنترل فرسایش و رسوب و سیلاب (آبخیزداری) جز سدهای وزنی هستند لذا به طور خیلی خلاصه کلیات طراحی بدنه یا جسم اصلی یک سد وزنی این ---- بررسی می شود به طور کلی بعد از این که ارتفاع کل سد وزنی با در نظر گرفتن حداکثر رقوم تراز آب (در حالت max ظرفیت) و ارتفاع آزاد سد تعیین گردید با توجه به شکل زیر و با استفاده از روابط مربوط ابعاد و مشخصات قسمتهای مختلف سد وزنی مورد محاسبه قرار می گیرد.

با توجه به این که کلیه سدهای وزنی براساس ارتفاع در سد کلی اند ( کم ارتفاع – مرتفع )

به طور کلی بالای ^m10 مرتفع و زیر ^m10 کم ارتفاع است.

الف) در سدهای کم ارتفاع یا با ارتفاع متوسط بایستی مجموع tan  زاویه های قسمت شیبدار بالا دست و پایین دست سد برابر 7/0 شود. 

ب) در سد های مرتفع باید:

0.9  ≥   ≥  0.8

بر این اساس در هر دو حالت از مجموع tan به اندازه 5% آن برای شیب قسمت بالادست و مابقی برای پایین دست در نظر گرفته می شود.

در حالت کلی tan زاویه قسمت شیبدار بالادست ما بین دو مقدار 0  و 0.1 تغییر –

0.1                  ≥   ≥  0

برای محاسبه و انتخاب مقدار   L’   که عرض تاج سد می باشد و برابر ضلع  A ₁ A’ ₁    است در ذوزنقه             A ₁ A’₁ED  می باشد، از رابطه زیر استفاده می شود.

L’ = A ₁ A’₁ = 0.55

در عمل مقدار L’  را برای سدهای مرتفع 0.1 H ₄ و برای سدهای کم ارتفاع  0.15 H ₄  در نظر می گیریم.

      برای سد مربع         L’ = 0.1 H ₄

 برای سد کم ارتفاع       L’ = 0.15 H ₄

برای محاسبه ارتفاع H ₂ چون مقدار زاویه  β معلوم و مشخص می باشد از رابطه مقابل استفاده می شود.

H 2 = 

قسمت بالادست سد که از نقطه B شروع می شود با استفاده از رابطه

AB = H _s = 2L’

و نیز وضعیت تحلیل پایداری بدست می آید که هر چه این شیب کمتر باشد یعنی طول و دامنه قسمت شیبدار بالادست بیشتر است و حجم مصالح افزایش می یابد.

برای محاسبه عرض پی سد با استفاده از رابطه

L = H + y          (H₄ - H_s) tanα  +  H₄  tanβ

استفاده می شود.

مقدار y با استفاده از روابط تجربی بدست می آید. ولی در هر حال y نباید از   H₄  tanβ کمتر باشد.

y ≤    H₄  tanβ

و نیز می توان از رابطه مقابل بدست آورد.

y = 

H₁  عمق آزاد بر حسب  m و D وزن مخصوص بتون بر حسب tan/m³ است.

با توجه به محاسباتی که در رابطه با تعیین ابعاد جسم سد انجام گردید، موضوع مهم دیگری که باید محاسبات مدنظر قرار گیرد، بحث تحلیل پایداری سدها می باشد.

(سدها باید نسبت به سد حالت پایدار باشند: فروروی (نشست)، غلطیدن و چرخش و واژگونی. لذا نیروهایی که آب وارد می کند، در سدهای آبخیزداری خاکریزی دستی پشت سد وجود دارد که آن هم نیرو وارد می کند، آب در برخی حالات گل آلود است و خود این مواد هم نیرو وارد می شود و گاهی اوقات هم آبی که روی سرریز است نیرو وارد می کند.)

تحلیل پایداری سد:

با توجه به جایی که سد به عنوان یک مانع باعث مهار شدن سیال آب می گردد در نتیجه نیروهای متعددی به بدنه سد وارد می شود که هدف از تحلیل پایداری سد باقی ماندن سد در مقابل نیروهای وارده از جهات مختلف بدون کمترین خسارت احتمالی به بدنه یا جسم سد می باشد. به طور کلی دو سری نیروی اصلی به بدنه وارد می شود: 1- نیروی قائم     2- نیروی افقی

نیروهای قائمی که بر پایه یا پی سد وارد می شود:

Ø      نیروی قائم وارده از طرف وزن سد.

Ø      نیروی قائم فشار آب از قسمتهای مختلف.

Ø      نیروی قائم از طرف وزن مواد رسوبی.

Ø      نیروی قائم وارده از طرف زلزله

نیروی افقی:

Ø      فشار آب پشت دریاچه و مواد رسوبی و نیروهای زمین لرزه

-   نیروی فشار تحتانی یا نیرویupLH  نیروی ناشی از جریان آب در زیر سطح پی است که در جهت عکس نیروی وزن عمل می کند.

جهت پایداری سدها بایستی ابتدا نیروهای وارد به بدنه سد در تمامی جهات شناسایی و مورد محاسبه قرار گیرد، ذکر این نکته ضروری است که اصول طراحی و محاسبات در کلیه سدهای مورد استفادهدر آبخیزداری اعم از خشکه چین، گابیونی، سنگ چین –دار، بتون آرمه و خاکی یکسان می باشد ولی تغییر نتایج حاصله و روش ساختن آنهاست که متفاوت است.

این سدها که معمولاً در زمره سدهای کم ارتفاع طبقه بندی می شود، تحت تأثیر نیروهای متفاوتی از قبیل نیروهای ناشی از سیال (آب) و نیروی ناشی از رسوب یا خاک دستی قرار می گیرد.

با توجه به دیاگرام نیروها حداکثر نیرو در کف دریاچه و حداقل آن در کف سرریز است، در این حالت فشار ناشی از آب (هیرواستاتیک) برابر ---- است .

نیروی ناشی از این فشار چنانچه برای قطعه ای به عرض 1000 از سد محاسبه شود.

F₁ = P S                        F₁ = P (dh . 1^m)                     F₁  =

حداکثر طول نیرو              m                   m =

حداکثر طول نیرو              n                   n =                            n = ( h - a)

                                 h= e +a

                                e= h - a

F₁ =                   F₁ =                              ارتفاع مفید + ارتفاع سرریز :h

                  : a  ارتفاع مفید

--- با توجه به این که مرکز ثقل ذوزنقه بدست آمده از دیاگرام نیروها به صورت:

نیروی ناشی از خاک یا رسوب :  علاوه بر مواد – که توسط جریان های وارده به دریاچه یک سد می رسند جهت کاهش نیروهای وارده به بدنه سد و در عین حال صرفه جویی در میزان مصالح مورد استفاده توصیه می شود که در سدهای کنترلی حتماً از خاک دستی به عنوان کاهش فشار هیدرو استاتیک استفاده و در پشت سد با میزان کوبش (compact) مشخص استفاده شود.

غلطک:

-    غلطک هایی که کل مسیر را یکنواخت compact نمی کند.

-   غلطک پاچه بزی: به صورت یکنواخت نیست و عاج داراست و موضعی compact می کند.

(در --- برای کاهش نیروی هیدرواستاتیک compact انجام می شود. در سدهای خاکی compact در جهت کاهش خطوط هم جریان است.)

میزان خاک دستی که توسط انسان در پشت سازه های کنترلی توصیه می شود بستگی به مهندس ناظر پروژه و اقتصادی دارد.

لذا در خاکریزی دستی توصیه می شود ابتدا خاکهای با کیفیت – شناسایی شده و با توجه به زاویه داخلی خاک و وزن مخصوص آن نسبت به استقرار آن در پشت سازه اقدام شود. در هنگامی که خاک پشت سازه قرار می گیرد نیروی ناشی از آن با استفاده از رابطه        F’ = 

F’   : نیروی وارده از طرف خاک

K : ضریب فشاری که براساس زاویه طبیعی یا Ѳ یا زاویه اصطکاک داخلی خاک بدنه

T : ارتفاع خاک

π : ̊ 180 در محاسبات مثلثاتی                                                          K = tan ² ()

هرچه خاک بافت سبک تر باشد Ѳ کمتر

هرچه خاک بافت سنگین تر باشد Ѳ بیشتر.

در خاکهای رسی و سنگین هرچه رطوبت بیشتر شود (تا حد پلاستیته) Ѳ بیشتر می شود ولی اگر رطوبت از حد پلاستیته بیشتر شود Ѳ کاهش می یابد.

با استفاده از رابطه مشخص است که هر چه Ѳ زیاد شود،  kکم می شود.

با توجه به نتایج آزمایشگاه مکانیک خاک بر اساس نوع بافت خاک و میزان رطوبت جدول کلی برای خاکهای متفاوت به سورت زیر ارائه شده:

K =tan 2 ()

خاک	میزان رطوبت	Ѳ	gr/cm 3               s
رس	خشک مرطوب لجن	35-40 25-30 20-25	1.6 1.3 1
رس --	خشک مرطوب لجن	35-30 25-30 25>	1.6 1.8 1.1
---	خشک مرطوب لجن	35 40-35 35-30	1.6 1.8 1.1

با توجه به معادلات و جدول ارائه شده حتماً در خاکریزی دستی سعی شود که بر اساس وزن مخصوص خاک و بافت آن ابتدا میزان نیروی ناشی از خاک مورداستفاده مشخص و بعد محاسبات پایداری انجام پذیرد.

در این حالت چنانچه پشت سد از خاک کاملاً پر شده باشد و ----- آن آب جریان داشته باشد پس از محاسبه نیروی ناشی از خاک بایستی نیروی حاصل از آب سرریز یا نیروی ----- نیز با استفاده از فرمول Rimbert محاسبه و در تحلیل ها استفاده شود. Kt)                                                              F’ =

بر این اساس به طور کلی در محاسبه نیروهای وارد به سد 4 حالت کلی را می توان در نظر گرفت یا فقط نیروی ناشی از آب خالص، فقط نیروی ناشی ار فشار هیروستاتیک محاسبه ----- چنانچه قسمتی از سد توسط خاکریزی اشغال شده و قسمتی هم توسط آب اشغال شده باشد، در این حالت:

F = F _s (نیروی ناشی از خاک) + F _w (نیروی ناشی از آب)

F = ½ k_s t² + h (1/2 kt)

تمام سد توسط خاک دستی پر شده و فقط آب ناشی از سرریز روی آن جریان یابد:

F = ½ k_s t² +  (1/2 kt)

چنانچه در حالت سیلابی در نظر بگیریم که ترکیبی از کلیه نیروها را می توان برای محاسبه پایدار مد نظر گرفته یا به نوعی می توانیم این حالت را به عنوان ریسک پذیرترین شرایط برای سازه لحاظ کنیم لذا محاسبه نیروها:

F =  (a h - )

محاسبه --:

با توجه به این که در حالتی که خاکریزی دستی پشت سد انجام می شود برای یک قطعه عمودی به عرض 1000 محل ----- نیروها در  ارتفاع از کف اتفاق می افتد، در هنگام محاسبه نقطه اثر مشترک تمام نیروها از قاعده محاسبه مجموع گستاور نیروهای ---- نسبت به یک نقطه می توانیم نقطه اثر مشترک نیروها را بدست آوریم.

تعیین حجم و-- :

چنانچه قبلاً اشاره شد ارتفاع خاکریزی با توجه به نظر مهندس ناظر و خصوصیات مکانیکی خاک مورد استفاده مشخص می شود.

برای تعیین سطح یا حجم خاک مورد استفاده در روی نقشه ای که سد مورد عمل طراحی شده است، زاویه طبیعی خاک مورد استفاده مشخص و سپس تا ارتفاع مورد نظر ادامه داده و از جایی که تراز ارتفاع مورد نظر قطع شد مجدداً همان زاویه سمت کف دریاچه زاویه ای جدا می شود. در این حالت با توجه به مقیاس نقشه مورد نظر سطح خاکریزی مشخص می شود.

حجم = سطح خاکریزی × طول سد (عرض آبراهه)

جهت خاکریزی دستی باید یکسری احتیاطات را مدنظر قرار داد:

1-   تعیین طول صحیح خاکریزی با توجه به روشی که ارائه شد.

2-   -- کامل خاک در شرایط رطوبتی نه زیاد خشک و نه زیاد مرطوب.

3-   احداث فیلتر بین خاک فشرده و بدنه سد که کمک به زهکشی و کاهش نیروی هیدروستاتیک مینماید.

(در سدهای خاکی خاکریزی دستی انجام نمی یابد.)

با توجه به مسائلی که در مورد تحلیل نیروهای وارده به سد بیان گردید، تحلیل پایداری براساس این نیروها و مقدار نیروی مقاومی که در مقابل آنها قرار گرفته انجام می شود.

به طور کلی بر این اساس در تحلیل پایداری عواملی که در تخریب سد دخالت دارند به دو دسته ----- اصلی و فرعی، و معمولاً در محاسبات پایداری شروط اصلی تحلیل را نیروهای اصلی قرار می دهند.

شروط اصلی:  شرط عدم واژگونی،  عدم لغزش روی کف خاک بستر،  عدم فروروی

فشار تحتانی:

در هنگام محاسبه پایداری سد یکی از نیروهایی که در خلاف جهت وزن سد و به صورت قائم از پایین به بالا عمود بر قاعده تحتانی پی عمل می کند، فشار تحتانی است.

که این فشار ناشی از نفوذ خطوط جریان نشت کرده از حجم آب ذخیره شده در پشت جسم سد می باشد. میزان فشار تحتانی بستگی کامل به دانه بندی مصالح – محور تماس بدنه را جسم اصلی سد یا فنداسیون با محل حفاری شده در خاستگاه، و ارتفاع سازه دارد. این نیروی حاصل از فشار طبق قانون – مرتبط در تمامی سطح پی مؤثر بوده و با توجه به این که در سازه های بزرگ و با دانه بندی مناسب (نفوذ پذیری) میزان این فشار کاملاً قابل توجه بوده و باید حتماً در محاسبات پایداری وارد شود. (سطح مقطع پی مستطیلی است.)

برای تعیین فشار تحتانی که به V نشان می دهند از رابطه V =   استفاده می شود.

V : فشار تحتانی

C  : ضریب کاهش که بسته به دانه بندی مصالح فرق می کند. برای ازاضی با قابلیت نفوذ خوب .مقدار  1=C و برای سایر اراضی 5/0 در نظر می گیرند.

L : عرض سد در قسمت پی.

H : ارتفاع کل سد.

در طراحی ها سعی می شود جهت پایداری سازه مقدار نیرویی که بر خلاف وزن عمل می کند، از مقدار نیروی وزن که به عنوان نیروی مقاوم مطرح است کم شود و وارد محاسبات شود.

چنانچه لازم باشد در طراحی می توانیم با استفاده از تمهیداتی مقدار نیروی فشار تحتانی را کاهش دهیم، به نوعی که ----- در نظر گرفته شود. در این شرایط چنانچه --  (بردار برآیند) نیروهای وارده به سطح از ⅓ وسط -----(عرض پی در دید جانب) عبور نماید از واژگونی سد حول لولای پاشنه پایاب جلوگیری شده و در نتیجه کف پی با کف محل خاستگاه کاملاً با هم درگیر می باشند.

اگر نیروی مقاوم کافی نباشد سد حول پایاب شروع به واژگونی نموده و به تدریج کف پی از خاستگاه فاصله می گیرد.

دومین راه حل افزایش طول جریان آب در پی سد است.

این حالت می تواند به صور مختلف انجام پذیرد:

§         افزایش عمق پی سد.

§         افزایش طول پاشنه در سراب سد.

§         استفاده از خاکریزی های دستی.

حالت اول:

اگر شرایط اقتصادی پروژه اجازه دهد می توان انجام داد، چنانچه در شکل روبرو حالت الف به ب تبدیل شود، با افزایش پی ناچاراً طول پی هم زیاد می شود، لذا چون سطح افزایش می یابد فشار تحتانی کمتر   می شود و نیروی کمتری به بدنه سد وارد می شود.

حالت دوم:

یکسری ورقه ها بسته به شرایط به صورت عمودی یا افقی در جلو پی قرار می دهند، که این sheet pile باعث دور شدن خطوط هم جریان از بدنه سد می شود، یعنی شعاع اثر افزایش می یابد.(در حالتی که نفوذ پذیر نباشد خطوط به طور ---- اما به محض نفوذ پذیری خطوط انحراف پیدا می کنند. R ₂> R₁ هرچه پی نفوذ پذیرتر باشد نقاط از فاصله دورتری شروع به ----- می کنند. هرچه پی نفوذ پذیرتر باش، نقاط از فاصله دورتری شروع به انحراف می کنند.

  sheet pile هرگونه ورقه ای(فلزی ، بتنی ، رسی)که به صورت افقی یا عمودی جهت کاهش نشت آب استفاده می شود.

حالت سوم:

معمولاً خاکریزی دستی پشت بدنه سد:

اولاً باعث کاهش نیروهای وارده به سد می شود.

دوماً از ایجاد مجاری جریان یا نشت در زیر پی تا حدود زیادی جلوگیری می کند و در نهایت به صورت غیر مستقیم باعث کاهش فشار تحتانی می شود.

یکی از مواردی که در هنگام طراحی باید مدنظر قرار بگیرد، ارتباط کامل بین سد و خاک پی می باشد. یعنی مطمئن ترین راه در این حالت جهت کاهش فشار تحتانی ارتباط کامل بین بدنه و محل خاکبرداری شده، جهت فونداسیون می باشد.

یعنی به هر اندازه قاعده (ابعاد قاعده) پی طراحی شده سعی شود در هنگام خاکبرداری به همان میزان خاک دستخورده شود.

یکی از مهم ترین راه حل های اساسی برای کاهش فشار تحتانی استفاده از فیلتر است. فیلتر های مورد استفاده در سازه ها یا از نوع طبیعی یا از نوع مصنوعی می باشد.

در قسمت مصنوعی از تورهای با ابعاد متفاوت استفاده می شود.

(ژئوتکستایل: هر گونه مصالح مصنوعی که از جنس چوب، پلاستیک و یا فیبرهای سد جهت عایق نمودن یک منطقه استفاده شود.)

فیلتر هر گونه لایه است که دانه بندی بین پی سنگ محل احداث سد – صورت تدریجی در می آورد.

در مصالح فیلترهای مورد استفاده باید ذرات رس و سیلت وجود نداشته باشد، مواد حتماً شستشو شده باشند و بهترین حالت برای فیلتر از نظر تئوری در امر تخلیه آب و ---- وقتی ایجاد می شود که قطر فیلتر با قطر ذرات خاک پشت سد هماهنگی داشته باشد.

(از سرند های با دانه بندی مختلف استفاده می شود.)

جاهایی که فیلتر استفاده می شود:

-         کف آبراهه

-        بین خاکریزی دستی و بدنه سد

-        بین بالهای سد و هسته سد

پس از تعیین ابعاد سازه و با توجه به وزن مخصوص مصالح و طول سد (عرض آبراهه) وزن سد محاسبه شده و به عنوان نیروی مقاوم یا نگه دارنده در مقابل نیروی جلو برنده که ناشی از آب یا رسوب ویا هر دوی آنها می باشد بایستی مقاومت کند، این مقاومت پایداری ایجاد نمی شود مگر این که سه شرط اساسی زیر وجود داشته باشد:

1-شرط عدم واژگونی:

این شرط هنگامی برقرار می شود که بردار برآیند نیروهای وارده به سدR یا ⅓ از  میانی قاعده عبور نماید.

فاصله بین محل برخورد امتداد بردار برآیند نیروها با مرکز قاعده سد که به N نمایش داده می شود با S مشخص شود و به عنوان دوری از مرکز نامیده می شود. بر این اساس شرط عدم واژگونی وقتی رعایت می شود که:                                                                                                                  S ≤ 

S می تواند هم به طرف پایاب و هم به طرف سراب باشد.

هر چه عرض سد بیشتر باشد ، عمق دره بیشتر است یعنی ارتفاع سازه بیشتر، از حجم آب پشت سد بیشتر و نفوذ پذیری بیشتر است.

تنها سدی که در هر صورت فشار تحتانی وجود دارد سد خاکی است.

2- عدم ---:

با توجه به نوع مصالح، محل احداث و مصالح جسم اصلی سد تحت تأثیر نیروی افقی ناشی از آب، رسوب و یا امواج زلزله در جهت نیروی افق احتمال حرکت و جابه جایی سد به طرف پایاب وجود دارد، تجارب آزمایشگاهی در مکانیک خاک نشان می دهد که در این شرایط هر گاه زاویه ایجاد شده بین برآیند نیروهای وارد بر سازه و بردار نیرویی که در جهت عمود بر پی عمل می کند (وزن سد) کمتر از زاویه اصطکاک بین سد و خاک محل احداث باشد، سد هیچ گونه حرکتی ندارد. (لغزش نیست)

هرچه ضریب اصطکاک سد و خاک زیری بیشتر  باشد goin بیشتر و لغزش کمتر است.

(در بانکت و سکو هم سعی می شد خاک زیری را با شخم زدن، ضریب زبری اش را افزایش دهند.)

در مراجع مکانیک خاک معمولاً برای خاکهای متعدد ضرایب اصطکاک معین شده و به صورت یک کتابچه دستیدر اختیار کارشناسان است با توجه به نوع سدهایی که مورد استفاده قرار می گیرد( با توجه به مصالح آنها) مقدار ضریب اصطکاک ها به صورت جدول زیر است.

(مواد هر چه ریزدانه تر شود ضریب fکاهش می یابد. مواد ریزدانه ضریب ریزدانه نسبت به درشت دانه ها می سازد.)

مواد بستر	f
سنگ	0.75
ماسه سنگ	0.6
شن	0.4
خاک رس مرطوب	0.3

نکته مورد توجه در محاسبه مقدار P (وزن) است که در شرایطی که Vبه مقدار----- باشد باید فشار تحتانی (V) کم شود.

3- شرط عدم --:

با توجه به میزان بارگذاری ناشی از احداث سد در واحد سطح (kg/cm²) پایداری را از نظر نشست و یا فروروی جسم در خاک زیرین مورد مطالعه قرار می دهند، براین اساس نیرویی که خاک دستخورده می تواند تحمل کند3 kg/cm²  است ولی برای ریسک کمتر در کارهای عمرانی حداکثر نیرویی را که خاک می تواند تحمل کند kg/cm³ 1  در نظر می گیرند.

خاک کائولینیت اگر خوب متراکم شود.(مخصوصاً هسته سد باید 95%  -- شود.)

بیشترین نیرو را در بین خاکها تحمل می کند. هرچه ذرات درشت دانه تر شود فشردگی کمتر قابل انجام است.

توزیع فشار در روی قاعده پایینی سد به صورت معادله خطی است که ----- آن در قسمت جلو قاعده پایاب و حداقل در جلو سراب است.

لذا مقدار فشار برای پایاب:                                                            (1+)  P =

و در قسمت سراب :                                                                    (1- )  P =   

با توجه به این روابط چنانچه   S ≤   معادله سراب – با توجه به رابطه داریم که هنگامی که بردار نیروها (R) خارج از محدوده ⅓ وسط قاعده ----- مقدار فشار منفی است. ( فاصلهS  از مرکز بیشتر شده است.)

چنانچه بردار R دقیقاً از⅓  وسط قاعده عبور کند، مقدارp_u برابر ----- خواهد شد و در صورتی که از داخل محدوده⅓ وسط قاعده عبور کند مقدارp_u ----- بود. چنانچه مقدارS را در معادله پایاب قرار دهیم ملاحظه می شود هنگامی که بردار R از⅓  وسط قاعده عبور کند مقدار فشارmax است.

                                                     (1+)            به عنوان یک pعمل می کند.                   P =

بر این اساس برای پایداری و توزیع یکنواخت بردارهای فشار در تمامی سطح قاعده------ سد باید کلیه پارامتر ها اعم از حالت واژگونی، فروروی و لغزش به صورت جامع در یک پروژه احداث سد دیده شود.

اگر در سراب سد شکست شیب باشد توزیع فشار در تحت الارض --.

عوامل --:

پس از آن که در طراحی سازه شروط اصلی پایداری لحاظ شد برای این که مواردی که باعث ایجاد خوردگی ها، برداشت مصالح و یا انحلال آنها می شود با موادی که توسط سیلاب باعث وارد شدن ضربه فیزیکی و نیروی مکانیکی به بدنه می شوند در دراز مدت باعث کاهش یا از بین رفتن شروط پایداری می گردند، لذا بسته به نوع سد در هنگام اجرای پروژه یا بعد از آن بایستی یکسری موارد را جهت جلوگیری از تخریبهای احتمالی در نظر گرفت. در سدهای مرتفع کاهش عوامل فرعی معمولاً با استفاده از مصالح با دانه بندی کاملاً مشخص به صورت محافظت از شیب سراب و پایاب این مهم انجام می شود.

(نسبت قطر ذرات که درRip Rap است با باد غالب منطقه بررسی می شود.)

در سدهای آبخیزداری همیشه تصور می شود آب از روی سرریز رو گذر سد در حال عبور باشد، در سازه هایی که برای عملیات آبخیزداری استفاده می شوند عوامل فرعی تخریب سد:

1-   تخریب ناشی از سائیدگی:

در سدهای مختلفی که مورد استفاده اند با توجه به این که غالباً در آبراهه های کوهستانی و با شیب تند می باشند از طرفی محاسبات طراحی برای دوره بازگشت های پایین انجام شده است. لذا احتمال وقوع سیلابهای با دوره بازگشت بالا و در نتیجه حمل مصالح با قطر بزرگتر و خارج از مسائل طراحی های انجام شده وجود دارد. بر این اساس با توجه به نوع سازه مصالح مختلفی جهت حفاظت در برابر سائیدگی استفاده می شود، آبی که وارد دریاچه می شود پروفیل جهت دارد.

آب گل آلود هم از طریق دریچه ها تخلیه می شود. ولی نباید طوری ناگهانی آب از طریق ----- تخلیه شود که ------ دانه ها در اثر فشار آب به قسمت بدنه برسند و کلی مشکل ایجاد------.

در سدهای گابیونی با توجه به این که مصالح از سنگ و توری اند و با توجه به این که -------.

لذا توصیه می شود محل برخورد سنگ به گوشه ها از ------ فلزی یا ورقه های فلزی (غیر قابل زنگ) استفاده می شود.

برای سازه های سنگ چین ملات دار مهم ترین قسمتی که احتمال برخورد مصالح با کف وجود دارند، شیب طرف پایاب است که نباید ار 20% بیشتر باشد و نیز با استفاده از سنگهای مقاوم و سختی که به عنوان منبع ----- استفاده می شود سازه در مقابل خطرات ناشی از سائیدگی مقاوم شود.

و نیز در سدهای L شکل در طراحی قسمتهای زائد پایاب و سراب و امتداد آن باید توجه کرد چنانچه طول زوائد از حدی بیشتر شود، در نتیجه ریزش آب از روی بدنه سد و برخورد مصالح باعث تخریب    می شود که در این حالت توصیه می شود ختماً محل ریزش دبی خروجی از سرریز در پایاب مشخص   و زائده پایاب تا قبل آن ادامه یابد و محل ریزش آب را نیز بلااستفاده از کف بند یا زاویه مصلح می شود.

در سدهایی که در مناطق حضور جریانات لاوی شکل احداث می شوند برای جلوگیری از تخریب بدنه توسط مصالح انتقال یافته بوسیله جریان-----.

توصیه می شود که ابعاد سد بزرگتر از ابعاد طراحی در نظر گرفته شوند و حتماً بدنه سد یا از مواد انعطاف پذیر یا از موادی که توسط ورقه های فلزی حفاظت شده محافظت شود ونیز در سدهایی که کناره (دانه های )طرفین دریاچه آنها پتانسیل ایجاد حرکت های توده ای را دارد توصیه می شود حتماً ضمن استفاده از مصالح مناسب برای جسم اصلی سد، طرفین سد در محل اتصال جسم به کناره های طرفین از مصالح انعطاف پذیر از قبیل خاکریز و دستی و یا گابیون ساخته شود که ترمیم آن به راحتی صورت گیرد.

جریانات لاوی که به موازات بستر آبراهه است و لغزش در امتداد یا به موازات آبراهه اصلی است، برترین راه استفاده از خاکریزی دستی است.

خاکریزی دستی مانع وارد شدن نیروی جریانات لاو به بدنه شده و از شکستن سد جلوگیری می کند.

محاسبه عمق کشی در پایاب سد :

با توجه به این که در غالب لارهای ساختمانی در آبخیزداری جریان از روی بدنه سازه عبور می کند،    با توجه به ارتفاع سازه، مقدار دبی خروجی از سرریز و نوع مصالح کف آبراهه در قسمت پایاب حتماً کنش آبراهه و انتقال مصالح از کف بستر به آبراهه یا رودخانه باعث ایجاد حفره های عمودی می شود که چنانچه عمق این حفره ها از ----- قوم ارتفاعی کف پی سد عبور کند، شروط پایداری از بین رفته و لذا واژگونی سازه حتمی خواهد بود.

هرچه ارتفاع سازه بیشتر باشد، انرژی جنبشی ناشی از E پتانسیل  بیشتر بوده و لذا کنش بیشتر خواهد بود.

هر چه مصالح ریزدانه تر، کنش بیشتر خواهد بود و برعکس

هرچه دبی عبوری از سرریز بیشتر، عمق کنش بیشتر.

برای جلوگیری از این مسأله بعد از تعیین عمق کنش که با استفاده از رابطه :

t+hr = 1.44 

t :  عمق کنش

h_₀ : ارتفاع ریزش آب

hr :  عمق آب در آبراهه طرف پایاب

q : دبی بر حسب  m 3/s

d₉₀:  قطر رسوبات در قسمت پایاب سد و عبارتست از قطری که 90% ذرات موجود در کف آبراهه در قسمت پایاب دارای قطری کمتر از آن.

برای این که کنشی صورت نگیرد و t=0 شود، با داشتن مقادیر hr , h₀  ابعاد مصالح در قسمت پایاب یا d قابل محاسبه است.

بسته به نوع سد و ارتفاع آن روشهای مختلفی برای min کردن مقدار عمق کمتر t وجود دارد:

1)   برای سدهایی که ارتفاع ریزش کمتر از m4 است و q< 500 یا از تخته سنگ یا گابیون جهت محافظت پایاب استفاده می شود.

وقتی از تخته سنگ استفاده می شود، ضخامتی که برای چینش تخته سنگها در نظر می گیرند، 2 برابر قطر سنگهای مورد استفاده است.

ضخامتh= zw

طول کفL= 15 h_₀      ارتفاع ریزش    

و شیب مورد استفاده از شیب کف آبراهه پیروی نمی کند.

در حالت گابیون ضخامت با استفاده از رابطه:

h= 0.25 (e +h_₀)^0.5

طول کف بند مورد استفاده:                                                                                     L = 15 h_₀

شیب طولی از شیب کف آبراهه پیروی می کند.

2)   ارتفاع ریزش بیش ازm 4 :

معمولاً از سدهای محافظ استفاده می کنند. این سدها معمولاً ابعاد کوچکتری ست به سازه اصلی اند و بسته به ارتفاع سازه اصلی در یک فاصله نسبت به سد اصلی در قسمت پایاب ساخته می شوند که مناسب ترین فاصله حالتی است که تمامی نوسانات ناشی از ریزش آب در قسمت پایاب توسط دریاچه سد محافظ، کنترل می شود را به طور تجربی این محفظه را 5/1 برابر (h_₀+e)

سازه های آبخیزی:

1)معمولاً در مناقی که حساسیت سنگ به فرسایش و انحلال بالاست توصیه می شود با توجه به این که این گونه سازه ها که از مصالح فلزی همراه با پوشال یا سر شاخه ها و یا با باقی مانده زراعت غلات استفاده    می شوند. لذا نقش مناسبی را در تثبیت پروفیل های طولی و عرضی آبراهه های این مناطق ایفا می کنند و صرفاً به عنوان یک فیلتر عمودی باعث نگه داشت مواد محموله جریان و نیز کاهش سرعت جریان می گردد.

تجارب عملیات آبخیزداری در مناطق حساس از قبیل مارن ها نشان می دهد که تقریباً عملی ترین روش تثبیت فرسایش های خطی در این مناطق استفاده از این سازه ها می باشد.

علاوه بر مصالح فلزی، بسته به شرایط حاکم بر منطقه مصالح درختی و سرشاخه ها نیز به نحو مطلوب،      و این آبراهه ها می توانند مورد استفاده قرار گیرند و لذا هدف اصلی احداث آنها اخذ فرصتی از طبیعت جهت استقرار پوشش گیاهی می باشد.

قسمتهای مختلفی که این سازه ها دارند شامل:

پایه های اصلی  ،  پایه های مهاری  ،  سیم های رابط  ،  بدنه (جسم) سد ،  میله های رابط

پایه های اصلی عبارتند از نبشی (پایه آهنی) که عمود بر جهت جریان احداث شده و بدنه یا جسم اصلی سد روی آن استقرار می یابد.

پایه های مهاری: میخ های فلزی که در قسمت سراب سد و در یک فاصله معین نسبت به پایه های اصلی احداث می شوند، کوبیده می شوند.

در هر حالت باید فاصله پایه های اصلی و مهاری کمتر از ارتفاع سازه نباشد. این فاصله معمولاً بستگی به ارتفاع سازه، شیب حد، شیب آبراهه دارد.

سیم های رابط: سیم های از جنس گالوانیزه با قطر mm3 به صورت دوبل پایه های اصلی و مهاری را به هم وصل می کنند.

2)بدنه یا جسم سد: توری های گابیونی با ابعاد استاندارد و حتی می تواند سرشاخه های درختان و یا باقی مانده ساقه غلات هم چنانچه عرض بین پایه های اصلی اجازه دهد مورد استفاده باشد ولی در هر حال توصیه می شود حتماً جسم اصلی توری های گابیونی ساخته شود.

با توجه به شرایط منطقه بدنه یا جسم سد یکی از قسمتهای اصلی است که به مقدار زیاد می تواند هزینه پروژه را کاهش دهد.

میله های رابط: سپرهای افقی T شکل که جهت اتصال پایه های اصلی به همدیگر و نیز پایه مهاری استفاده می شود.

برای احداث این گونه سازه ها پس از تعیین شیبهای طولی و خالص آبراهه و محاسبه فاصله فاصله و تعداد آنها با توجه به مصالح مورد استفاده اقدام به راه اندازی کارگاه احداث سازه – و کارگاه تجهیز می شود. یعنی باید همه وسایل وساختمانهای موجود در کارگاه آماده می شود.

بعد از تجهیز کارگاه با توجه به اعداد کمی بدست آمده می شود. بعد از تجهیز کارگاه با توجه به اعداد کمی بدست آمده از شرایط هیدرولوژی و پروفیل های طولی عرضی آبراهه مورد نظر برای پایه های اصلی و مهاری شیاری تا حد سنگ بستر (معمولاً cm25) عمود بر جهت جریان ایجاد می کنند و سپس اقدام به کاشت پایه های مهاری (برای کاهش هزینه های پروژه معمولاً برای هر دو پایه مهاری کاشت می شود)بعد از آن با در نظر گرفتن فاصله تقریباً cm60 اقدام به کاشت پایه های اصلی و محکم نمودن پای پایه می شود. بعد از این مرحله با استفاده از قرار دادن شبکه توری روی پایه های اصلی جسم سازه ایجاد می شود که معمولاً به فواصل cm30 سعی می شود توری را به پایه های اصلی مهار کنند با قرار دادن لایه دوم توری می توانیم نقش فیلتراسیون سازه را افزایش دهیم، بعد از این مرحله پایه اصلی به پایه مهاری (فرعی) توسط سیم های دوبل از قسمت رأس و میانه پایه اصلی به هم متصل می شوند، و سپس اقدام به خاکریزی دستی در صورت نیاز می شود. معمولاً خاکریزی دستی تا ارتفاع حدود cm30تاج این سازه ها می باشد.

تجارب نشان می دهد استفاده از این سازه ها برای تثبیت خندق ها نیز پاسخگو می باشد و چنانچه از نظر اقتصادی مشکل نداشته باشد به راحتی استفاده می شود.

گاهی حیوانات حفار، حفره ایجاد کرده و پایداری سد را با مشکل عنوان می کنند.

این سازه با توجه به پایداری که در نتیجه اتصال پایه های اصلی و مهاری بدست می آورد، جزء سدهای وزنی محسوب نمی شود. بر این اساس بقیه سدهای آبخیزداری تا سدهای وزنی اند.

سدهای خشکه چین:

سدهای خشکه چین سازه ای است که با استفاده از مصالح در دسترس و محلی ایجاد می شوند و معمولاً در آبراههایی که عمق و ابعاد آن زیاد نباشد غالباً درجه 2 و3 از آنها استفاده می شود.

مسأله اصلی احداث این سازه ها وجود سنگ به عنوان اصلی ترین مصالح (منبع عرضه) مورد نیاز در منطقه است. اصول کلی که در طراحی سایر سازه های وزنی لحاظ می شود این جا هم باید مورد توجه قرار گیرد. از نظر سطح مقطع عرضی ذوزنقه ای شکل اند، در قسمت سراب به حالت دیواره قائم (بدون شیب) است و در پایاب شیب آنها در حدود 25-20% در نظر گرفته می شود.

استفاده از این گونه موانع در جاهای مختلف و یا در آبراهه های درجه 2 و 3 باعث تثبیت پروفیل های طولی و عرضی و جلوگیری از تشکیل و پیشروی آبراهه های – بر جهت جریان اصلی در مناطق مختلف می شوند.

حداکثر ارتفاع آنهاm 5/1 است. ضخامت قسمت فوقانی این موانع در حدودH 3/0 است.

(H ارتفاع کل سازه = پی + مفید + سرریز)

معمولاً ارتفاع آب روی سرریز این موانع باید از حدود cm20 تجاوز نکند.

از نظر خاکریزی دست هم تا حدود cm50 زیر سرریز معمولاً از خاک پر می شود و چون خاکریزی دستی می شود حتماً یک فیلتر لازم است.

سنگ چین فلات:

این سازه ها در آبراهه های درجه 4 و بالاتر که حجم قابل ملاحظه ای از سیلاب را بایستی عبور دهند و یا واجد مناطق فرسایشی شدیدند احداث می شوند، مصالح مورد استفاده جهت احداث آنها سنگ و فلات سیمان می باشد. و معمولاً توصیه می شود حداقل ابعاد سنگها 15 سانتی متر ارتفاع، 20 سانتی متر عرض، 40سانتی متر طول داشته باشد.

این سازه ها جز سازه های کم ارتفاع و مرتفع می توانند باشند و برای احداث آنها و آبراهه های مهم احتیاج به تجهیز کارگاه می باشد. هرچه که در عملیات آبخیزداری تا حدود 6m ارتفاع به عنوان کنترل کنند فرسایش رسوب و سیلاب

(یک صفحه غیر قابل تایپ) !!!!!!!!!!!!!!

اما ارتفاعات بالاتر هم برای احداث سدهای مخزنی می تواند ساخته شود. میزان آنکراژ یا تکیه گاههای جانبی در دیواره های محل خاستگاه محدوده – توصیه می شود.

حداکثر ارتفاع تراز آب در روی سرریز این گونه سازه ها بستگی به عمق بدست آمده از دبی طراحی دارد و جهت پایداری سعی می شود خاکریزی دستی 50 سانتی متر زیر کف سرریز انجام شود. عمق پی در این سازه ها در حدود ⅕ ارتفاع کل + ضخامت پاشنه است.

عمق پیC = ⅕ + ضخامت پاشنه

در این سازه با استفاده از فیلتر در حد واسط بین خاکریزی دستی و بدنه اصلی توجه می شود، و نیز جهت کاهش فشار هیدروستاتیک احداث – با ابعاد cm 10×20 و به شکل لوزی در کف این سازه ها پیشنهاد       می شود.

بیشتر محاسبات در این سنگهای سنگ چین ملات دار انجام می شود.

هرچه سنگ زاویه دارتر باشد، پایداری سد بیشتر است، اصطکاک بیشتر و با سیمان ارتباط بیشتری         می یابند.

گابیونی:

سدهایی که با استفاده از مصالح تورهای با ابعاد استاندارد و سنگهای با ابعاد مشخص ساخته می شود. استفاده از این نوع سازه ها بیشتر در مناطقی که احتمال وجود نیروهای ثانوی از قبیل حرکتهای توده ای باشد توصیه می شود. هر چند در کلیه مناطقی که این نیروها وجود دارند، این سازه ها در قالب جعبه های طولی با ابعاد استاندارد مورد استفاده قرار می گیرند اما در مناطقی که جنس سنگ مقاوم خاستگاه را ساخته، ایجاد این نوع سازه ها توصیه نمی شود.

(غالب وزن به سمت قوس داخلی جاده هاست.)

برای احداث این نوع سازه ها حتماً نیاز به تجهیز کارگاه و کارگر ماهر می باشد.

حجم های مورد استفاده را یا می توان در محل احداث ایجاد نماییم و یا این که به صورت L و در ابعاد مشخص در بازار موجود می باشند و قابل تهیه .

نکته اصلی که در پر نمودن این جعبه ها از سنگ وجود دارد، رعایت ابعاد این سنگها می باشد که در اثر کوچکترین نیرو وارده از روزنه های توری خارج شود.

طول جعبه ها معمولاً ازm 6-2 است ولی به طور متوسط با طول 300 و آگاه – موجود است. قطر سیم های گابیون 3mm است.

ارتفاع و عرضm1 است ولی برای قسمت پاشنه 5/6m است.

روش ساخت سدها طوری است که هم سراب و هم پایاب حالت پلکانی پیدا می نماید، و معمولاً در قسمت سراب پیشتر – می شود که عرض پله یا کمتر از پایاب باشد. و غالباً cm 10 عرضی برای سراب و cm40 برای پایاب در نظر می گیرند.

از نظر اندازه سنگهای مورد استفاده حداقل قطر مورد استفاده بایستی بزرگتر و مساوی 5/1 برابر حداکثر قطر توری گابیونی باشد.

سنگ  D_min  ≥  1.5 D_max  توری  

ارتفاع پی برای سدهای گابیوی m 5/0 + ارتفاع پاشنه است. و خاکریزی دستی هم در پشت سازه           (در سراب) جهت کاهش فشار هیدروستاتیک زیر سرریز استفاده می شود و از فیلتر استفاده گردد.

سد خاکی:

موانع عمود بر جهت اصلی جریان که یک سطح مقطع عرضی را به طور کامل پوشش می دهند، و از مصالح دسترس محلی تا حد امکان برای ساخت آنها استفاده می شود، معمولاً در آبراهه های عمیق با دو ----- عمودی و در آبراهه های عریض با شیب کم قابل طراحی است.

در خاستگاههای طلب تا خیلی نفوذ پذیر هم می توان از آن استفاده کرد.

براین اساس استفاده max ا زمصالح موجود و لذا کاهش فوق العاده هزینه ساخت در جاهایی که سدهای وزنی به علت کاهش مقاومت خاک زیرین نمی توانند احداث شوند این سدها یه راحتی جواب می دهند. مهم ترین مشکل در طراحی این سدها محل ایجاد سرریز است که توصیه جدی می شود در حد امکان هیچ سرریزی از روی بدنه سد عبور کند. و با استفاده از کانالهای جانبی که ارتباط مستقیم با دریاچه سد دارند و یا در صورت ضرورت و عدم وجود راه حل دیگر با ساخت سد L شکل به عنوان جسم اصلی و استفاده از مصالح موجود در کف رودخانه به عنوان بالهای سازه می توان سرریز را طوری عبور داد که از محل سد Lشکل بگذرد.

به طور کلی بهترین مصالحی که برای ساخت سدهای خاکی استفاده می شود، دانه بندی مداوم و خاک غیر قابل نفوذ مثل رس، و بهتر است که درصد شن و رس در حد مطلوب باشد و به علت جلوگیری از کوبیدگی و فشرده شدن از مصالح کمتر از cm 10 قطر استفاده شود.

بلند ترین سد خاکی دنیا (سد Nurek روی رودخانه Vakhsh)

H = 300 m

L = 730 m

V = 53.8 ×10⁶ m³

تا 1972 بلندترین سد بوده. بعد دوباره در روسیه سدی به ارتفاع 335 ساخته شد. طولانی ترین سد خاکی دنیا سد کی یف kief (در روسیه  1964 )                                 H = 204 m           L = 54 km

در چین هم به طول 92km سد خاکی زده شد.

با توجه به این که این سدها (خاکی) معمولاً با دانه بندی محسوسی طراحی و اجرا می شوند، لذا قبل از طرح و محاسبه تعادل این گونه سدها مطالعات و بررسی های مختلفی انجام می گیرد.

انواع سدهای خاکی از نظر تکنیک و روش ساخت:

1-   سدهای غلتکی یا کوبیدنی

2-   سدهای هیدرولیکی و نیمه هیدرولیکی

از نظر همگنی:

-        سد همگن

-        سد مطبق یا مغز دار

-        دیافراگمی

سدهای غلتکی:   ساخت سد در نتیجه کوبیدن لایه های خاکریزی با غلتک انجام می شود. ارتفاع لایه ها حدود 22-15 cm است.

سدهای هیدرولیکی و نیمه هیدرولیکی:   انباشته شدن مصالح ساخت سد با کمک آب است و در ضمن جدا شدن آب از خاک نوعی طبقه بندی طبیعی در دانه بندی خاک صورت می گیرد که برای سد مناسب  است. دانه های درشت تر در کناره جمع شده و ریزها در میانه می مانند.

همگن (هموژن):   سدهایی که تمامی بدنه سد از یک نوع مصالح ساخته می شود که در این حالت شیب دامنه ها خیلی کم بایستی در نظر گرفته شود.

سدهای منطبق (مغزه دار):    نقش آب بندی سد به عنوان مخزن به عهده مغزه می باشد، و نقش استحکام و پایداری سد به عهده پوسته است.

سدهای دیافراگمی:  تمام بدنه از مواد دانه درشت یا مخلوط است و فقط بخشی که نقش آب بند را دارد به صورت عرضی و به صورت دیافراگم مرکزی و یا در دامنهبالادست سد تعبیه می شود که جنس آن از مواد نفوذ ناپذیر مثل رس، سیمان و چوب است. عرض این مغزه دیافراگمی در قاعده سد بایستیH 3/0 تا H 5/0 در نظر گرفته و به طور کلی در سدهای مغزه دار min عرض قاعده مغزه بایستی برابر با ارتفاع سد باشد و چنانچه کوچکتر باشد به عنوان تیپ دیافراگمی محسوب شده و اگر بزرگتر باشد به عنوان سد همگن. ارتفاع مغزه ترجیحاً باید به تاج سد برسد و در صورتی که کمتر باشد بایستی برطرف شود تا از خطر سیفون مولینی مصون باشد، چون در این حالت آب مولینی به صورت کشش سطحی به بالا حرکت کرده. در شرایطی ممکن است با سرریز از روی مغزه به سمت پایین حرکت کرده و موجب تخریب بدنه شود.

در سدهای خاکی مطالعات بایستی به شرح زیر انجام شود:

1)   بحث مشخصات بهترین نوع خاک:

در یک پروژه ساخت سد خاکی بعد از آزمایشات و بررسی های متعددی که توسط دانشمندان و کارشناسان سد سازی به عمل آمده نتیجه گرفته اند که بهترین نوع خاک، از نظر دانه بندی برای احداث سد خاکی بایستی دارای شرایط زیر باشند:

-        رس 15% کل خاک مصرفی.

-        لیمون 15% کل خاک مصرفی.

-        ماسه نرم 15% کل خاک مصرفی.

-        ماسه درشت 20% کل خاک مصرفی.

چنانچه در محدوده احداث سازه خاکی با مشخصات فوق نبود و یا مخارج حمل آن مقرون به صرفه نیست، می توان با ساخت هسته مرکزی تقریباً غیر قابل نفوذ مشکلات احتمالی را پیشگیری کرد. این جا خاکی که در هسته مرکزی است معمولاً رسی یا رسدار می باشد که بایستی حداقل 20% کل دانه بندی خاک به کار رفته در هسته مرکزی قطر 0.05mm باشند. ضمناً اگر از خاک معمولی در ساخت سد استفاده می شود بایستی توجه داشت قطر دانه بندی آنها بزرگتر و مساوی 10cm نباشد.

2)   صلاحیت خاک برای بنای سدهای خاکی:

در بخش های مختلف سد مواد تشکیل دهنده آن بایستی ویژگی های خاصی از نظر نفوذ پذیری، استحکام برشی، تراکم پذیری و مقاومت در برابر پدیده piping دانه باشد.

 با استفاده از جدول زیر که توسط UNIFIO اراده شده می توانیم ترتیب اولویت استفاده از انواع خاکها را در سدهای خاکی مشخص کنیم:

تراکم پذیری	مقاومت نسبی برشی	مقاومت نسبی در برابر piping	نفوذ پذیری نسبی	اولویت برای مغزه سد غیر همگن	اولویت برای سد همگن	گروه خاک
خیلی خوب	زیاد	خیلی زیاد	نفوذ ناپذیر	1	1	GC
خیلی خوب	زیاد	زیاد تا متوسط	نیمه نفوذ ناپذیر	4	2	GM
خوب تا متوسط	زیاد تا متوسط	زیاد	نفوذ ناپذیر	2	3	SC
خوب تا متوسط	زیاد	متوسط	کم نفوذ پذیر	5	4	SM
				3	5	CL

قرار دادن مغزه دیافراگمی در وسط سد معمولاً از سهولت ساخت برخوردار است، در صورتی که دیافراگم مایل نسبت به دیافراگم محوری تا حدی پایداری بیشتری دارد و بالاخص در برابر زلزه مقاومت دارد.

چنانچه جداره دیافراگمی تمامی ارتفاع از تاج سد تا انتهای شا—نفوذپذیر را بپوشاند دیافراگم ناقص --.

تعیین فاکتورهای مهم و مؤثر خاک (مصالح مورد استفاده):

پس از انجام نمونه برداری قائم در محل پی و اطراف سد در آزمایشگاه بایستی موارد زیر تعیین شود:

-        تعیین دانه بندی و نوع خاک با استفاده از الک انجام می شود.

-        تخلخل(پوکی)

نسبت حجم فضای خاک به حجم کل خاک     ×100   e=

-        اندیس خلاء (نسبت تخلخل)  voids – Ratio

نسبت حجم فضای خاکی خاک به حجم قسمت جامد.     V_s = V_t - V_v

که این نشان دهنده فرم قرار گرفتن دانه ها نسبت به هم می باشد و تنها تابع شکل دانه های موجود در نمونه نیست.

e’=

e=

-        عیار رطوبت خاک:

وزن آب موجود در نمونه ای از خاک (p_w) به وزن ذرات جامد(p_s)                                    M_c =  

باید توجه داشت که این شاخص آب موجود در نمونه را ما بین ذرات وجود دارد شامل می شود نه آب چسبیده به ذرات خاک را.

-        درجه اشباع خاک از آب:

نسبت حجم آب موجود در نمونه به حجم کل فضای خالی خاک                                      S_r =

-        چگالی خاک نسبت به آب:

نسبت وزن حجم معینی از خاک به وزن همان حجم آب.

نسبت وزن مخصوص ظاهری خاک (D)به وزن مخصوص آب ()                                        S=

-        وزن مخصوص خاک خشک:

وزن واحد حجم از خاک خشک که توسط رابطه زیر نشان داده می شود.   S(1 –e)                 D_d =

D_d : وزن مخصوص خاک خشک      : وزن مخصوص آب     S : بدون بعد     e : ضریب تخلخل خاک بر حسب درصد

-        وزن مخصوص خاک مرطوب:

وزن واحد حجم از خاک در حالت اپتیم رطوبت که معمولاً با D_h نشان می دهند و بر حسبtan/m³ یاkg) ( می باشد.

-        وزن مخصوص خاک اشباع از آب:

وزن واحد حجم از خاک اشباع که بر حسب tan/m³ یاkg) ( نشان می دهد.

D_s = D_d + e

-        وزن مخصوص خاک غوطه ور در آب: tan/m³ یاkg) (

وزن واحد حجم خاک غوطه ور در آب را نشان می دهد:  

D_i = D_s - 

Soil compactness

به طور کلی در خیلی از عملیات ساختمانی که با مصالح غیر پیوسته انجام می شود مانند ساختمان سد خاکی، زیر سازی راهها، ایجاد خاکریزها، احداث ترانشه ها، لازم است که لایه های – شده کوبیده شوند، لذا عملاً ضریب تراکم یا نشست خاک را توسط رابطه زیر محاسبه می شود.                   m=   (نو)

0.01 < m < 0.05

:m ضریی تراکم بر حسب  cm/kg

E₁ : ضریب تخلخل خاک (نمونه وقتی که مقدار فشار  p₁ است. )

E₂ : ضریب تخلخل خاک (نمونه وقتی که مقدار فشار  p₂ است. ) p₂  <   p₁                              

با توجه به رابطه ضریب تراکم خاک وقتی به مقدار حداکثر می رسد که در اثر وارد شدن فشار ضریب تخلخل آن به حداقل، رطوبت خاک، مقدار اپتیمم و وزن مخصوص آن به حد max برسد.

با توجه به نوع مصالح مورد استفاده در بدنه سد و این که مصالح از نوع غیر چسبیده یا چسبیده باشند روشهای متراکم کردن آنها متفاوت است.

-تراکم خاکهای غیر چسبیده (شن و ماسه):

در این حالت چون دانه ها شکل کروی دارند و به سختی تغییر شکل می دهند و چون این نوع – تقریباً غیر قابل تراکم اند. استفاده از بار استاتیکی -. تجارب نشان می دهد بهترین روش متراکم کردن این خاکها ایجاد ارتعاش – و چون نیروی موئینگی مانع تراکم ذرات می شود روی این اصل در هنگام متراکم کردن، ماسه را به صورت اشباع از آب در آورده و توسط ارتعاش عمل تراکم انجام می شود.

در عملیات صحرایی برای تراکم خاکهای شنی و ماسه ای از دستگاه فلوتاسیون استفاده می شود.

این دستگاه ضمن ایجاد ارتعاش و لغزش آب مورد نیاز برای تراکم را هم تأمین می کند.

تراکم خاکهای چسبیده:

برای کاهش خلل و فرج و بدست آوردن تراکم مورد نیاز جهت احداث سازه های خاکی هم برای هسته سد و هم برای بدنه باید بتوانیم از روشهای ممکن حداکثر تراکم ممکن را ایجاد کنیم. این خاکها که غالباً سیلت و رس اند. به صور مختلف قابل تراکم اند و با توجه به وضعیت لایه بندی که دارند به راحتی با استفاده از فشار و بار استاتیکی لازم به تراکم مورد نظر می رسند. برای این موضوع بهترین روشی که پذیرفته شده آرایش proctor است، هدف اصلی انجام این آزمایش تعیین رابطه بین درصد رطوبت ونسبت تخلخل یک نمونه از خاک می باشد.

این دستگاه از سه قسمت اساسی قالب تراکم، قسمت گردنی و دستگاه کوبیده ساخته شده  است.

قالب تراکم: استوانه این (برنج یا فالود) که اقطار آن   D = 10.16 cm         و ارتفاع   H= 11.7 cm

قسمت گردنی: هم از فلزی با جنس قالب تراکم است به قطر 10.16 cm و ارتفاع  5.1 cm  که به صورت توری روی قالب تراکم قرار می گیرد و دستگاه کوبنده هم استوانه ای، قطر  10.16 cm و ارتفاع  30.5 cm، که داخل آن چکشی به وزن 2.5 kg وجود دارد.

تعیین درصد رطوبت optimum خاک:

با توجه به این که حد رطوبت بهینه یا اپتیمم در متراکم کردن خاکها اهمیت خاصی دارد، به این حد در تمامی کارهای خاکهایی که با کوبیدن سرو کار دارند حتماً بایستی به نحو مطلوب از مراحل رسیدن به حد رطوبت optimum به شرح زیر است:

-        ابتدا نمونه ای از خاک مورد نظر را انتخاب کرده و با افزودن حدود 2% آب در دستگاه تراکم قرار می دهند. بعد از انجام عمل تراکم، نمونه را از دستگاه بیرون آنها درصد مقدار رطوبت آن و نیز وزن مخصوص آن در حالت خشک اندازه گیری می شود در جدول آزمایشگاه ثبت می شود.

-        دوباره به نمونه مرحله 1 مقداری اب (2%) اضافه کرده و عمل تراکم از این عملیات آن قدر انجام می شود تا وزن مخصوص نمونه max خود برسد ، یعنی به مرحله ای که چنانچه نمونه را مجدداً با افزودن آب تحت تأثیر عملیات تراکم قرار گیرد، وزن مخصوص نمونه کاهش می یابد. این جا با استفاده از راه های جدول وزن واحد حجم خاک خشک و درصد رطوبت است اقدام به ترسیم گرافی --.

تعیین نفوذ پذیری:

با توجه به این که تقریباً همه خاکها کم و بیش آب را از خود عبور می دهند و نفوذپذیرند وضعیت نفوذپذیری خاکها را می توان با استفاده از قانون دارسی و محاسبه ضریب نفوذ پذیری انجام دهیم.

دارسی برای محاسبه ضریب نفوذ پذیری نمونه ای از خاک را بین دو صفحه مشبک قرار داد و توسط شیر آب R را وارد استوانه c نمود.

به طوری که آب در این استوانه سرریز شده و سطح آب در همه حالت ثابت نگه داشته شود، آب پس از عبور از نمونه ای که در استوانه B قرار دارد مجدداً سرریز نموده و وارد ظرف A و تقسیم آن به زمان مربوط دبی آب جریان یافته از نمونه تعیین می شود.           

Q = S . V

از طرفی با توجه به قانون دارسی مقدار سرعت جریان آب از نمونه بوسیله رابطه زیر محاسبه می شود:

V = k

K  : ضریب نفوذ پذیری دارسی.

 اختلاف ارتفاع تراز آب در ظرف c و b بر حسب متر

:    طول نمونه بر حسب m

(شیب هیرولیکی)I =

k =                              Q = KIA

چون در این روابط مقادیر Q   S   I معلومند پس مقدار K (ضریب نفوذ پذیری) قابل محاسبه است.

محاسبه نیروهای زه و فشار آب منفذی:

مقدار نیروی ناشی از نشت آب به داخل بدنه سازه های خاکی که به نیروی زه مشهور است. یکی از مواردی است که باید در محاسبات مربوط به پایداری سازه ها مورد توجه قرار گیرد. منظور محاسبه نیروها در بدنه سد و شالوده آن معمولاً با مدلیزه کردن محیط مورد نظر با استفاده از روشهای ریاضی از قبیل روش اجزاء محدود و یا تحلیل های عددی مقدار این نیرو قابل محاسبه است.

با استفادهاز روش  kriging می فهمند چه مقدار آب قابل عبور است و...

تا کنون در طراحی ها اساساً روش استفاده از ترسیم شبکه جریان (شامل خطوط هم جریان و هم پتانسیل است) کاربرد داشته چون که اعتقاد بر این است که یک شبکه جریان هر چند ناقص هم می تواند شناخت مناسبی از محیط عمل ارائه دهد.

بر این اساس شبکه جریان عبارتست از نمایش ترسیمی دو بعدی از وضعیت هیدرولیک آب در جسم خاک. و از دو سری خطوط منحنی (هم پتانسیل و هم جریان) ساخته شود.

خطوط هم پتانسیل:  Equi potention

·         مکان هندسی نقاط با پتانسیل واحد و مساوی.

·         برای جریان آرام پتانسیل در هر نقطه مجموع دو ارتفاع است:

یکی ارتفاع از مبنا (ارتفاع از سطح دریا)

و دیگری ارتفاع متناظر با فشار آب منفذی واقعی آب.(فشار پیزومتریک)

خطوط هم جریان:  Stream Line

·         خطوطی که جهت مسیرهای جریان آب را در مقطع خاک را مشخص می کند.

·         منطقه بین دو خط جریان مجاور هم را –و یک شبکه جریان را می توان بر اساس محاسبات تحلیلی توسط مدلهای – یا روشهای قیاسی یا – به صورت دستی نیز با استفاده از کامپیوتر می توان مقادیر بدست آمده از تحلیل اجزا محدود را شبکه جریان ترسیمی تبدیل نمود.

·         معمولاً خطوط هم پتانسیل عمود بر خطوط هم.

این اساس تحت شرایط هم سان یعنی این که نفوذ پذیری در همه جریانات یک باشد.

خطوط هم جریان و هم پتانسیل هم را با زاویه قائمه قطع می کند.

در عمل شبکه جریان بستی بر این اصل ترسیم می شود که پتانسیل آب از هر خط پتانسیل بعدی ثابت است و دبی جریان آب که از کانالهای متفاوت عبور می کند نیز مساویند، تمامی این فرضیات بخاطر این است که ابعاد چهار ضلعی بدست آمده از خطوط هم جریان و هم پتانسیل مساوی در نظر گرفته شود.

در ترسیم این خطوط توصیه می شود ابتدا خطوط شرایط مرزی ترسیم شده و بر اساس آن طبق یک الگو سایر خطوط شبکه ترسیم شود.

(خطوطی که نزدیکی سراب، کف، پایاب و تاج هستند، ابتدا ترسیم شوند.)

براساس تعریف فشار مرکزی و پتانسیل در هر نقطه از مقطع را می توان با استفاده از شبکه جریان بدست آوریم. لذا گرادیان متوسط جریان که عبارتست از نسبت اختلاف پتانسیل بین دو منطقه به طول جریان آن دو نقطه به طول مسیر جریان آن دو نقطه را می توانیم با اندازه گیری فاصله بین نقاط تعیین کنیم. در این حالت افت پتانسیل متناظر با افت انرژی در طول مسیر جریان بین نقاط است. این افت انرژی در نتیجه وجود اصطکاک بین دانه های خاک موجود و محیط آب بوجود می آید. و بر همین اساس آنچه که به عنوان نیروی زه نامیده می شود، و در امتداد خط جریان عمل می کند و تحلیل می یابد. لذا نیروی زه در واحد حجم یک محیط دانه ای متناسب است با گرادیان جریان و وزن واحد حجم آن نیروی زه فشار موثری را ایجاد می کند که در امتداد جهت خط جریان می باشد و در نهایت ایجاد تنش هایی می شود که در هنگام طراحی باید این تنش ها به تنش های ناشی از نیروی ----- موجود در پشت سد اضافه شود . این تفاوت سد خاکی و سایر سد ها است که اینجا تنش سطحی ----- نیروی زه در امتداد خطوط جریان است