انواع سد زیر زمینی از لحاظ وضعیت قرار گیری در زمین :

الف)سدزیرزمینی طبیعی                                                  

ب)سدزیرزمینی مصنوعی           ب-1 ) مدفون     ب -1-1) نزدیک سطح زمین    ب -1-2 ) در اعماق زمین

                                     ب-2 ) نیمه مدفون

الف ) طبیعی :

لایه های نفوذ پذیر همانطور که قبلا گفته شد از سنگ یا رس تشکیل شده اند که حرکت آب در برخورد با آنها با کندی مواجه شده  ویا قطع می شود . این لایه ها همانند سطح زمین دارای پستی و بلندی می باشند که حاصل حرکت گسلها – آتش فشانها – حرکتهای پوسته ای و.... هستند هنگامی که آبهای زیر زمینی در هنگام حرکت در شیب زمین به یک لایه نفوذ ناپذیر بلند با ارتفاع زیاد برخورد می کنند از حرکت باز ایستاده و در پشت لایه نفوذ ناپذیر که به عنوان سد زیر زمینی عمل می کند جمع میشوند شکل روبرو به صورت شماتیک یک سد زیر زمینی طبیعی را نمایش می دهد .

ب) سدهای مصنوعی :

سدهایی هستند که ساخته دست بشر هستند و به دو دسته مدفون و نیمه مدفون تقسیم می شوند .

ب-1 ) سدهای مدفون :

این نوع سدها شامل دیواره ای هستند که به طور کامل داخل زمین قرار گرفته اند و مخزن آن در داخل آبرفت بالا دست تشکیل می گردد . اکثر سدهای زیر زمینی از این نوع هستند . سدهای مدفون به دو دسته نزدیک سطح زمین و در اعماق زمین تقسیم می شوند .

ب-1-1) سدهای مدفون نزدیک سطح زمین :

لایه نفوذناپذیر مصنوعی هستند که عمود بر مسیر آب زیرزمینی  قرار گرفته اند و ارتفاع آن از سطح زمین بالاتر نمی آید .

ب -1-2-) سدهای مدفون در اعماق زمین :

در بعضی مواقع به منظور جلوگیری از خروج آب قنوات در زمان غیر ابیاری وزمستان می توان در محل مناسبی از مسیرقنات اقدام به احداث سد زیرزمینی نمود و آب مازاد را در داخل سفره بالا دست ان ذخیره ساخت . این روش به طور سنتی در بعضی از نقاط کشور به کار گرفته شده است . همچنین با احداث این گونه سدها می توان مسیر برخی از چشمه ها و قناتها را مسدود کرد و اب انها را به سمت چشمه اصلی و مادر چاه قناتها هدایت نمود .

ب-2) سدهای نیمه مدفون )

در سدهای نیمه مدفون دیواره نفوذناپذیر غالبا" تا ارتفاع بالاتری از سطح زمین نیز امتداد پیدا می کند که این نوع سدها می توانند علاوه بر یک مخزن زر زمینی با ایجاد یک مخزن معلق سطحی و رسوب گیری جریان رودخانه یا سیل بر حجم مخزن زیر سطحی خود بیفزاید و آن را توسعه دهد  بنابراین برای کنترل سیل نیز مناسب خواهند بود . نمونه ای از این سدها در ژاپن ( سد نیمه مدفون جوگین) .ساخته شده او مورد بهره برداری قرار گرفته است .شکل روبرو شماتیک یک سد زیر زمینی نیمه مدفون نمایش داده شده است .

انواع سدهای زیر زمینی از لحاظ نوع مصالح به کار رفته :

مصالح به کار رفته در سدهای زیر زمینی باید مصالحی باشند که در مقابل رطوبت مقاومت زیادی داشته باشند . متداولترین سدهای زیر زمینی که ساخته شده و یا در دست احداث می باشند سدهای زیر زمینی با هسته رسی متراکم شده است و یا سدهای زیر زمینی محافظت شده  با ورق های قیراندود و یا پلاستیکی می باشند . که در ادامه نحوه ساخت این سدها توضیح داده خواهد شد .

طراحی سدهای زیر زمینی :

الف) مطالعات احداث سد :

دره های کوچک v یا u شکل مکان های مناسبی جهت احداث سدهای زیر زمینی می باشند که با انجام مطالعات دورفولوژیکی ،زمین شناسی ،هیدرولوژیکی و بهره گیری از دانش ژئوفیزیک نسبت به شناخت محلهای مناسب انها می توان اقدام نمود. اصول اجرای سدهای زیرزمینی سنتی برا ی ایجاد دیواره های غیر قابل نفوذ به منظور جلوگیری از فرار اب زیر زمینی می باشد . بگونه ای که با مطالعات فیزیکی و تعین سنگ بستر ، تعیین ضخامت نهشته های ابرفتی ، تعیین سطح استابی ، ضخامت لایه آبی ؛ شرایط نفوذ پذیری سفره ، مطالعات چینه  شناسی ، و سنگ شناسی به مکانیابی و تعیین محل مناسب سدهای زیر زمینی پرداخته می شود . بدیهی است دره های کم عرض V شکل و آبرفتهای کوهستانی مشرف به مخروطه افکنه ها بهترین نواحی احداث این قبیل سدها می باشند . از نظر زمین شناسی لایه های آبرفتی با ضخامت کم و لایه های نفوذ ناپذیر سنگ بستر نزدیکتر به سطح زمین به همراه حرکت آبهای زیر زمینی در جهت شیب هدرولیکی به عنوان بهترین شرایط مناسب در پتانسیل یابی سدهای زیر زمینی محسوب می شوند . بنابراین با بهره گیری از تکنیک های اکتشاف منابع تحت لارضی مشتمل بر دانش زمین شناسی یا رئوفیزیک و حتی سنجش از راه دور امروزه می توان علاوه بر روشهای معمول یعنی تامین اب به صورت حفر چاههای عمیق و نیمه عمیق و قنوات که به استحصال اب سفره های زیرزمینی منجر می شود ، با استفاده از فنون جدید مهندسی به منابع جدیدی جهت استعمال ابهای زیر زمینی دست یافت ، همچنین تعیین شکستگیها و درزهای تکتونیزه ، وجود زمین لغزشهای احتمالی و تعیین دقیق شیب گرادیان هیدرولیک اب زیر زمینی و تغییرات مسیر و انشعابات فرعی آن از دیگر مواردی است که باید در مطالعات مربوط به انتخاب محل سدهای زیر زمنی مشخص شود .

به طورکلی مطالعات احداث سدهای زیر زمینی در دو مرحله مطالعاتی به شرح زیر انجام می شود .

الف) مطالعات مقدماتی

شامل جمع آوری اطلاعات مربوط به عکس هوایی ، نقشه های توپوگرافی ، زمین شناسی ، اطلاعات مربوط به تراز آب زیر زمینی ، آورد سالانه آبهای زیر زمینی و سطحی در منطقه ، وضعیت سیلابهای محتمل ؛ اطلاعات مربوط به بارشهای منطقه ؛ آزمایشات ژئوفیزیک و......

الف -2) مطالعات تکمیلی :

شامل اطلاعات مربوط به نوسانات فصلی آبهای زیر زمینی حفر گمانه جهت تعیین عمق و خصوصیات سنگ کف ، تعیین ضخامت ابرفت و نهایتا" رسم پروفیلهای طولی و عرضی ابراهه ها می باشد . لازم به ذکر است انجام مطالعات در زمان اجرا و حتی بعد از آن نیز ادامه می یابد و در حین اجرا دیواره آببند سد می بایست به طور منظم از بدنه سد و تکیه گاهها به خصوص در محل اتصال دیواره آب بند به سنگ کف  مغزه گیری به عمل آید و آزمایشات متعددی جهت بررسی کسفت مغزه و کنترل و اطمینان از صحت  اجرای عملیات صورت پذیرد که به منظور ایجاد اتصال مناسب بین دیوار آب بند و سنگ کف می بایست دیواره حداقل 20 سانتی متر در سنگ کف فرو رود.

ب) مکانیابی سدهای زیرزمینی :

پس از مرحله مطالعات مقدماتی و شرایط مطلوب برای احداث سدهای زیر زمینی حال باید مکان مناسب برای احداث سد زیر زمینی را جستجو کرد . در مکانیابی باید به توپوگرافی حوضه و زمین شناسی حوضه توجهی خاص داشت .

ب- 1) توپوگرافی حوضه :

حوزه باید دارای اقلیم خشک یا نیمه خشک باشد 2- شیب زمین باید کمتر از 5% باشد که این خصوصیت بیشتر در دره ها یا رودخانه های باریک و یکدست یافت می شود  3- سدهای زیر زمینی را می توان در خروجی دشتها و یا در محل گسلها نیز احداث نمود .4- بهترین حوضه ها جهت احداث سدهای زیر زمینی باید دارای یک مسیر خروجی آب زیر زمینی باد . 5- بستر نفوذ ناپذیر به فاصله کمی از سطح زمین 6- لایه های زمین با خلل و فرج زیاد و ضخامت کافی برای ذخیره مناسب و هر چه بیشتر آب 7- کمترین فاصله تا محل مصرف.

ب-2 ) زمین شناسی حوضه :

لیتولوژی : سنگ کف و دیواره های مخزن باید به گونه ای باشد که آبگذاری نداشته باشد . این کار با انجام عملیات ژئوتکنیک که شامل حفاری گمانه های اکتشافی و ازمایش لوژان در محل احداث سد و در محوطه سد امکانپذیر می باشد .

تکتونیک : با توجه به اینکه اکثر تنگه ها و دره ها مناسب سد سازی در نواحی کوهستانی که در اثر پدیده های کوهزایی و عمدتا" گسلی به وجود آمده اند واقع می باشند  منطقه مورد نظر می بایست تحت کاوشهای ژئوفیزیک قرار گیرد و اطلاعات پروفیلها مختلف طولی و عرضی تهیه شده با گمانه های شناسایی مورد بررسی قرار گیرد .

ابرفت محل سد : از عوامل مهم قابل اجرا بودن یک سد زیر زمینی  نفوذ پذیری ابرفت و قابلیت ذخیره سازی و بازدهی سفره است . در محلهای خروجی دشتها به دلیل بعد مسافت و کم شدن توپوگرافی و عبور جریان سطحی و فصلی و دائمی  عمدتا" آبرفتهای ریزدانه هستند . لیکن سیلابهای عظیم در بعضی از سنوات لایه های درشت دانه به جا گذاشته که بایستی آن پدیده با ضخامت لایه آبدار و عمق سنگ کف در ان ناحیه و با حفر گمانه های اکتشافی مورد بررسی قرار گیرد . عواملی از قبیل ضخامت قسمت خالی سفره بالا دست محور و جنس رسوبات در راندمان ذخیره و آبدهی و عواملی مانند شیب آبراهه و سطح مقطع خروجی در هزینه های اجرایی طرح بسیار موثر می باشند.

ج) ساخت سدهای زیر زمینی :

اولین اقدام در ساخت سدهای زیر زمینی حفر گدوالی عمود بر مسیر حرکت آبهای زیر زمینی و یا بستر رودخانه است . در آبرفت های ماسه ای خشک با خاصیت چسبندگی کم و مناطق شنی به علت ناپایداری شنها امکان فروریزی دیواره  تراشنه ها وجود دارد و حفاری را با مشکل مواجه می کند . با این وجود آبرفتهای ماسه ای برای مکان سد مطلوب هستند ..چون سطح آب زیر زمینی براحتی در انها دیده میشود و می توان با پمپ کردن سطح آب را پایین نگه داشت . معمولا زمان احداث سدهای زیر زمینی در پایان فصل خشک می باشد . که سطح آب زیر زمینی پایین می باشد . و عملیات اجرایی به سهولت بیشتری همراه خواهد بود . مصالح معرفه در احداث سدهای زیر زمینی با توجه به سه پارامتر 1-منبع قرضه موجود در منطقه 2- هزینه های مصرفی 3- سهولت انجام کار تعیین می شود هرچند از مواد ساختمانی مختلفی برای احداث سد می توان استفاده کردا ما تنها احتیاج به آب بند کردن  دیواره های سد می باشد . سیستم آب بند یا بدنه اصلی سد در سدهای بزرگ به روشهای مختلفی مانند رس متراکم شده – ورق های قیراندود- پرده تزریق و دیوار آب بند بتنی اجرا گردد. در نمونه های کوچک سدهای زیر زمینی جهت اجرای دیوار اب بند از مصالح بنایی مثل آجر – ملات ماسه و سیمان و حتی مواد ژئوتکستایل به عنوان عامل آب بند کننده استفاده می شود . لازم به ذکر است جهت اجرای دیواره اببدبا ابعاد بزرگ به دستگاهها و ماشین آلاتی با قدرت بالا مانند هدروفرز- کلامشل – گراب باکت – یا اورگرهای قدرتمند – نیاز است . و این نکته باید در بررسی های امکان سنجی و اقتصادی پروژه مورد توجه قرار گیرد . از طرف دیگر تهیه بتن مناسب جهت پر کردن تراشنه های حفر شده به طوری که نتواند در عین دارا بودن خصوصیات روز از جمله دانه بندی مناسب ، روانی مناسب ، تراکم مناسب ، مقاونت بالا و غیره با لایه های مختلف زمین سازگاری نیز داشته باشد .

در ذیل به دو نمونه از مصالحی که در احداث سدهای زیر زمینی استفاده می شود اشاره شده است .

1-    رس متراکم شده :

استفاده از رس روش مرسومی است که احتیاج به نیروی انسانی نیرومند ندارد  رس در لایه های با ضخامت کم ریخته و سپس متراکم می شود . به علت جریان آبی زیر زمینی احتمال فرسایش سطح رس وجود دارد . به همین علت برای محافظت دیواره از ورق های لاستیکی استفاده می شود . عملیات پر کردن تراشنه توسط وسایل متراکم کننده و با رطوبت مناسب انجام می شود اگر ذخیره سد در فصول خشک کاهش یابد امکان توسعه درز و ترک در سد وجود دارد به همبن خاطر با احداث دیواره با ضخامت مناسب جهت نگهداری رطوبت در منطقه هسته در دوره های خشک طولانی نیز می توان از این مسئله جلوگیری کرد .

2-ورقه های قیر اندود یا پلاستیکی :

1-   در این روش از یک هسته پلاستیک برای آب بند کردن استفاده می شود که نوع پلاستیک آن معمولا" پلی اتیلن است . و تا جایی که به هزینه مواد مربوط می شود کم هزینه ترین روش می شود . هنگامی که از این روش استفاده می شود . باید توجه داشت که باید از مصالحی مانند گل و لای برای اندود کردن دو طرف ورق استفاده شود تا از ایجاد سوراخ توسط سنگهای تیز جلوگیری به عمل اید . همچنین برای محافظت در برابر اثرات انبساط و انقباض باید تغییرات دمایی را مورد توجه قرار داد

استخراج اب از سدهای زیر زمینی.

 استخراج اب از سدهای زیر زمینی به دو صورت ثقلی و چاهی صورت می گیرد

1-استخراج به وسیله چاه : در این روش بر روی مخزن اب زیرزمینی در پشت سد زیر زمینی چاههایی حفاری شده و اب به سطح زمین پمپ شده و استفاده می شود . در شکل روبرو نحوه استفاده آب توسط چاه به صورت شماتیک نمایش می دهد.

2-استخراج آب به روش ثقلی : در مناطقی که تامین اب از طریق پمپاژ و در بالا دست سد صورت می گیرد . می توان با نصب خروجی در داخل سد ، جریان اب را بدون نیاز به پمیاژ از مخزن به طرف محل مصرف منتقل و با حذف  چاهها و یا استفاده موردی از آنها  صرفه جویی قابل توجهی در هزنه های تامین آب به عمل آورد . اگر محل بهره برداری مردم در پایین دست سد باشد . و شرایط توپوگرافی نیز هم فراهم باشد . امکان استخراج اب از مخازن به صورت ثقلی وجود دارد . در شکل روبرو شماتیک از استخراج اب به روش ثقلی نمایش می دهد.

معرفه نمونه های انجام شده از سدهای زیر زمینی در ایران و جهان :

منطقه کندر کهنوج استان کرمان: دارای مجموعه ای از روستاهای پراکنده در نقاط صعب العبورو کوهستانی در 40 کیلومتری شهرستان کهنوج بوده که جهت رساندن خدمات رفاهی به آنها لازم بود در محل مناسبی و در قالب یک شهر متجمع گردند . و جهت تامین آب مورد نیاز این جمعیت با توجه به شرایط طبیعی و اقلیمی منطقه ، تبخیر بالا و احتمال شیوع بیماری مالاریا و مقایسه هزینه ها در ارتباط با انجام پروژه های مختلف ، سرانجام ساخت سد زیر زمینی بر روی رودخانه گرووان با ارتفاع 5/9 متر ، و عرض 17 متر ، و76 متر به ترتیب در عرض بالا و کف مورد تأئید و توافق قرار گرفت که میزان بارندگی متوسط سالانه حوضه 207 میلی متر و آورد سالانه آن  66/1 میلیون کتر مکعب می باشد .

از دیگر سدهای زیر زمینی کشورمی توان سد های زیر را نام برد .

کوهزرد دامغان : که روش ساخت آن در دوقسمت می باشدد. از کف تا ارتفاع 4 متر به صورت دیوار چینی آجری با رویه قیر گونی می باشد . و در قسمت دوم با ارتفاع 3 متر رس کوبیده شده می باشد .

تویه دوار یزد: که تا عمق 5 متر از سنگ و ملات و ادامه آن از بتن استفاده شده است . و برای حفاظت از لایه ایزوگام ، دیوار 20 سانتی متری ایجاد گردیده است . و در داخل مخزن سد از مصالح گراولی استفاده شده است .

از سدهای زیرزمینی خارجی نیز می توان به موارد زیر به صورت فهرست وار اشاره کرد .

منطقه ساحلی واقع در شاخ آفریقا – جزایر و مناطق ساحلی کشور ژاپن – جزیره میاکو در جنوب غربی ژاپن – جزیره ناکاجیمای ژاپن- نواحی مرکزی کشور تانزانیا- مناطق خشک و نیمه خشک شمال و شمال غرب تبت در کشور چین – جزیره ساحلی فاکت در جنوب تایلند – و موارد دیگر....

معایب سدهای زیر زمینی :

از آنجا که ایده ها و پروژه ها و مصنوعات دست بشر هیچگاه حسن کامل نداشته و عاری از عیب نیز نبوده است سدهای زیر زمینی نیز از این امر مستسنی نیستند . و دارای معایب می باشند . از جمله معایب سدهای زیرزمینی می توان به موارد زیر اشاره کرد :

1-  حجم آب کمتری را در مخزن خود ذخیره می نماید .

2-   تخمین صحیح آب ذخیره شده و قابل برداشت بسیار مشکل است و به عوامل متعددی بستگی دارد .

3-  در این نوع سدها به علت غیر قابل رویت بودن کار،کنترل عملیات اجرایی،کنترل کیفیت ساخت دیواره اب بند و همچنین کنترل آبگذاری از مرزها بسیار مشکل می باشد . و نیاز به دقت و مطالعه زیادی دارد .

4-  در صورتی که عمق بدنه سد از 70 متر بیشتر باشد پروژه از لحاظ اجرایی و تهیه دستگاه حفاری مناسب و مسائل اقتصادی با مشکل مواجه خواهد شد .

در مقایسه محاسن و معایب سدهای زیر زمینی به وضوح می بینیم که محاسن سدهای زیرزمینی نسبت به معایب ان بسیار چشمگیر تر است . با استفاده از سدهای زیر زمینی می توان با توجه به شرایط محلی امکان استفاده از منابع آب زیرزمینی راتا حدود 30 درصد افزایش داد که این میزان افزایش به خصوص در مناطق خشک رقم قابل ملاحظه ای بوده و می تواند تأثیر بسزایی در منطقه به خصوص در مواقع بحران بگذارد .

نتیجه گیری:

سدهای زیر زمینی با توجه به هزینه های پایین ، روش ساخت آسان ، ذخیره اب بهداشتی ، و مزایایی بسیاری که نسبت به سدهای سطحی دارند . و به خصوص با توجه به آب و هوای خشک و نیمه خشک ایران می توانند یک روش مقرون به صرفه و ساده برای استفاده از آبهای زیرزمینی باشند . امید است با صرف هزینه های زیاد در بخش سد سازی در کشور ما  ساخت این گونه سدها نیز پیش از پیش مد نظر قرار گیرد . و ما که در بخش استفاده از ابهای زیرزمینی در دنیا پیش تاز بوده ایم و در حال حاضر نیز یکی از بزرگترین سد سازان دنیا هستیم در این زمینه نیز گوی سبقت را از سایر کشورها ربوده و پیش تاز باشیم .

منابع و مراجع

1-  ایران ابر قدرت تاریخ مهندسی آب در جهان نوشته دکتر کامران امامی

2-  اولین کنفرانس ملی بررسی راهکارهای مقابله با کم آبی و خشک سالی ، جهد دانشگاهی استان کرمان 9و10 اسفند 79

3- شرکت سابیر ( وزارت نیرو) سدهای زیرزمینی راهی به سوی توسعه منابع آب ، مهندس علی بهرنگی

4- سد زیرزمینی یک تکنولوژی جدید توسعه منابع آب زیرزمینی ،منابع آب منطقه ای اصفهان

5-   تغذیه مصنوعی با استفاده از سدهای زیرزمینی ، دکتر y-c-Reitzer

6-   سد خاکی زیرزمینی کهنوج ، محمدرضا امینی زاده برزجانی ، جهاد کشاورزی استان کرمان

7- نخستین همایش آبخیزداری و مدیریت استحصال آب ، محمد محرابی ، بوشهر ، بهمن 1380

8-  سدهای زیرزمینی ، نوشته آ-ک-نلسون ، ترجمه مهندس باقر یزدانی – انتشارات دانشگاه اصفهان