چگونگي رفتار سدهاي مخزني عظيم هنگام وقوع زلزله وخسارتهاي ناشي از زلزله

بنام خدا
چكيده:
اين متن به بررسي مقاومت سدهاي مخزني بزرگ هنگام وقوع زلزله مي پردازد . گر چه سدهاي مخزني بسيار قديمي هستند ولي خسارتهاي وارده مربوط به سالهاي اخير مي باشد ما به بررسي رفتار سدهايي با ارتفاع ۱۵ متر هنگام وقوع زلزله مي پردازيم ، حقيقت اين است كه سدهايي كه طبق طرح تكنولوژي جديد ساخته شده اند تنها خسارت بسيا ركمي د رژاپن ديده اند واين نشانگر اين است كه در برابر زلزله مقاومند روشهاي جديد ابداعي براي بررسي مقاومت در برابر زلزله بسيار سودمند مي باشند ( مهندسي خاك )

۱- معرفي :
حدود صدهزار سدمخزني در ژاپن وجود دارد . اكثر آنها طي زلزله هاي اخير آسب ديده اند اين متن رفتار سدهايي را كه حداقل ۱۵ متر ارتفاع دارند توضيح مي دهد سدهايي كه در سال ۱۸۷۲ و ۴۳۸ سد مخزني كه قبل از ۱۸۶۸ ساخته شده اند ( در دوران ادو )

سد سانوكي كه در سال ۱۹۵۲ ساخته شد يكي از سدهايي است كه با تكنولوژي جديد ساخته شده اند در ژاپن روشهاي استاندارد طراحي سدهاي از سال ۱۹۵۳ شروع شد . سدهاي مخزني كه حداقل ۱۵ متر ارتفاع دارند از سال ۱۹۵۳ به بعد ساخته شدند و بعنوان سدهايي اطلاق مي شوند كه داراي خصوصيات جديد تكنولوژي مي باشند و آنهايي كه قبل از سال ۱۹۵۳ ساخته شده اند و احتمالا سدهاي خاكي ناميده مي شوند هر چند بعد از سال ۱۹۵۳ ودهه ۷۰ نيز سدهايي ساخته شده اند كه بالاي ۱۵ متر ارتفاع دارند همچنين به اين سدها نيز در اين متن سد خاكي گفته مي شود .
۲- رفتار سدهاي مخزني بزرگ در برابر زلزله

صدمات وارده به سدهايي كه قبل از سال ۱۹۵۳ ساخته حداقل ۱۵متر ارتفاع دارند در جدول شماره ۱ نشان داده شده است كه جدول شماره ۲خسارات وارده به سدهاي مدرني كه بعد از سال ۱۹۵۳ ساخته شده اند نشان مي دهد اين اطلاعات در موردزلزله هايي است كه در نزديكي اين سدها اتفاق افتاده است جداول نشان مي دهند سدهايي كه به شدت مورد آسيب قرار گرفته اند اكثر از سدهاي قديمي بوده اند هر چند بعضي از سدهاي جديد نيز از اين قاعده مستثني نيستند .

زلزله اكيتاكن نانتيبو ( ۱۹۷۰ و شدت ۶۵) خساراتي به سد آي نونو كه در سال ۱۹۶۱ ساخته شده و ۴۱ متر ارتفاع داشت وارد كرد لرزه نگاري كه در نزديكي سد براي بررسي امواج زلزله كار گذاشته شده بود نتوانست امواج واقعي زلزله را ثبت كند در واقع امواجي كوتاهتر از شدت واقعي زلزله را ثبت كرد )
از اطلاعات بدست آمده در فاصله ۱۵ كيلومتري مركز زلزله مشخص شد ، حداكثر شدت امواجي كه به دستگاه رسيده حدود ۱۵۰ گال بوده است زلزله باعث شد تركهاي بلندي به ضخامت ۵تا ۲۵ سانتيمتر وارتفاع ۴۰ متر در بدنه سد بوجود آيد . امواج زلزله نيهون كاي چوبو كه درسد ناميوكا در ۱۴۶ كيلومتري از مركز زلزله ثبت شده بود نشان داد كه حداكثر شدت زلزله ۹۴ گال وعكس العمل شتاب در كناره سد ۲۲۳ كال بوده وهمچنين آسيب ديدگي جزئي بوده است .

زلزله ناگانو كن سيبو باعث وارد شدن خساراتي جزئي به سد ماكيو شد كه بسيار به مركز زلزله نزديك بود سد از نوع مخزني با هسته سنگي بود كه ۱۰۵ متر ارتفاع داشته ودر سال ۱۹۶۱ تكميل شد لرزه نگارهايي كه مي توانستند مواجي بالاتر از ۳۰۰ گال را ثبت كنند در كناره و پي سد كار گذاشته شده بود ولي شدت امواج زلزله از اين مقدار بالاتر رفته وبه ۵۰۰ تا ۶۰۰ گال رسيد . زلزله بعضي از صخره ها را در قسمت كناره سد جابجا كرد ولي صدمه جدي به سد وارد نشد . تحقيقات بعد از زلزله نشان داد كه تركهايي كه در بدنه بوجود آمده به هسته نرسيده است سد با چگالي ۱۵ و حداقل ضريب اطمينان ۱٫۴۰ طراحي شده بود .
زلزله چيباكن توهواوكي صدماتي جزيي به سد ناگارا زد سدي كه ۵۲متر ارتفاع داشته ودر سال ۱۹۸۵ تكميل شده واز مركز زلزله ۲۹ كيلومتر فاصله داشت حداكثر شتاب در پي ۲۶۲ گال ودر بدنه سد ۳۶۹ گال بود . زلزله باعث پيدايش تركهايي حدود ۲ سانتي متر در بدنه گرديد .

زلزله هوكايدو نانسي اوكي به سد نيواي كومين كه يك سد خاكي ساخته طبق يك روش جديد در سال ۱۹۲۰ بود خساراتي وارد كرد . همانطور كه در شكل ۱ نشان داده شده است يك تفاوت سطحي ۱۵ تا ۲ متري در قسمت بالاي رود در كناره بوجود آمده است سد ماكوماناي كه از سد نيواي كومين به مركز زلزله نزديكتر بود يك شتاب افقي حدود ۱۸۰ گال داشت . ولي ما شاهد تغييرات بسيار كمي مي باشيم زلزله هايوگوكن نانبو خسارات كمي به سد توكيوا درجزاير آواجي زد بررسي ها و جزييات دقسق بعد از زلزله نشان دادند كه تركها به هسته نرسيده اند سدبا بريدن تركها و پر كردن آنها با خاك باز سازي گرديد درشكل ظاهري سد اوتاني كه آن هم به مركز زلزله نزديك بودتغيير زيادي مشاهده نمي گردد.

درسد مي نو گاوا به ارتفاع ۴۷ متر حداكثر شتاب ۱۲۷ گال ودر سد گون گن به ارتفاع ۳۳متر حداكثر شتاب ۱۰۳ گال را در پي مشاهده مي كنيم با اين حال هيچكدام صدمه نديده اند ارتفاع خسارات وارده وهمچنين شتاب افقي در پي را براي سدهاي مخزني كه قبل از سال ۱۹۵۳ در ژاپن ساخته شده اند را نشان مي دهنداين شتاب افقي توسط فرمول ايواساكي محاسبه گرديده است .

به اين علت كه طرح استانداردي قبل از سال ۱۹۵۳ وجود نداشت پيش زمينه هايي حتي به كلي متفاوت با بعد از ۱۹۵۳ بوجود آمد . سدهاي مخزني ساخته شده بعد از سال ۱۹۵۳ كمتر مورد صدمه قرا رگرفته اند بعضي از سدهايي كه قبل از سال ۱۹۵۳ ساخته شده اند به سختي آسيب ديده اند گرچه فقط يكي از آن سدها بكلي منهدم شد آثار همچنين شامل اندازه ها و حداكثر شتاب مي باشد كه حدود ۶۰۰ كال است سدهايي كه در ژاپن بر طبق متد جديد ساخته شده اند بايد بتوانند در برابر چنين شدت زلزله اي مقاومت داشته باشند تاريخچه حركت زمين درمكانهاي سدنشان مي دهد كه حداكثر شتاب در پي حدود ۵۰۰ تا ۶۰۰ گال است كه بسيار بيشتر از چگالي لرزه گير بكار رفته در طرح زلزله مي باشد .

سدهايي كه طبق طرحهاي استانداردبعد از سال ۱۹۵۳ ساخته شده اند زلزله هايي باشدت بالا آسيب كمي ديده اند . تنها سدهايي كه مورد آسيب قرارگرفته اند وبيش از ۱۵متر ارتفاع داشته اند سدهايي خاكي بودند كه با روشهاي اوليه ساخته شده اند اين نشان مي دهد كه طرحهاي جديد كار ايي بسيار بالايي دارند .
۳- رفتار سدهاي مخزني در طول زلزله در ساير مناطق جهان :

اطلاعايت پايه از طراحي سدهاي مخزني بدست آورده ايم اين اطلاعات پايه مختص سدهايي است كه ۱۵ متر ارتفاع دارند ولي شامل سدهاي كوتاه تري كه دركاليفرنيا است نيز مي شود چون كاليفرنيا داراي ۱۲۱۲ مخزن است كه حداقل ۷٫۲ متر ارتفاع دارند و ۶۱۷۰۰۰ در مقياس پوند قابليت ذخيره سازي دارند وهمچنين داراي سدهايي كوتاهتر از ۱۵ متر است بيشتر خسارات به سدهاي خاكي وارد مي گردد وهيچ گونه خسارات جدي كه باعث از دست دادن توانايي ذخيره سازي آبدر سدهاي مخزني هيدروليكي مي شود مشاهده نشده ( به غير از يك مورد )
خسارات وارده به سد ها طبق آمار زير طبقه بندي مي شود باران سنگين و زلزله طبق طبقه بندي ICOLD خسارات وارده توسط سيل و باران ۱۲۶ درصد وزلزله ۲۹ درصد مي باشد شكل ۶ تمام خسارات مستقيم وارد شده بد سدها را نشان مي دهد .

بقيه اين متن خسارات جدي وارده به سدها را در جهان نشان مي دهد در امريكا زلزله سانتا بار بارا باعث انهدام سد شفيلد شد اين سد ۱۱ متري بخار فشا در پايين سد وبخاطر اينكه قسمتهاي پاييني به خوبي پر نشده بود از بين رفت زلزله سنت فرناند ودر سال ۱۹۷۱ خسارات شديدي به سدهاي ۴۳ و ۲۵ متري سنت فرناندو وزد اين دو سد كه به روش مخزني هيدروليكي ساخته شده بودند با يك فشار آب ناشي از زلزله نابود شدند .
زلزله لوماپريتا در سال ۱۹۷۱ خساراتي جزيي به ۹ سد وارد كرد ولي هيچكدام را خراب نكرد با وجود مشاهده شتاب حداكثر ۴۵۲ گال وحداكثر شتاب برگشتي ۱۰۰۰ گال دربدنه ياكناره در سد لگز ينگتون اين سدخساراتي جدي نديده است در ۱۶ جولاي ۱۹۹۰ زلزله اي بزرگ با شدت ۷٫۸ درلوزون فيلي بين اتفاق افتاد و به سدهاي پانتابانگان به ارتفاع ۱۹۷ متر و ماسيوي به ارتفاع ۲۵ متر در نزديكي مركز زلزله خساراتي وارد كرد خسارات به سد اولي بسيار كم بود . ولي سد ماسيوي خسارات بيشتري را پذيرفته و قسمتهاي پاييني و بالايي آن از بين رفت اگر چه در قسمتهاي ابريز ونشت كننده سالم ماند طبق بررسيهاي انجام شده از مركز و مقياس زلزله بايدگفت كه زلزله حدود ۳۰۰ تا ۴۰۰ گال بوده است خسارات وارده وهمچنين شتاب در پي سدهاي ساير نقاط جهان را برطبق فرمول ريچر و گوتنبرگ نشان مي دهد.

حداكثر شتاب محاسبه شده در سدها حدود ۱۷۰۰ گال بوده است تمامي سدهاي خراب شده در اثر فشار آب ناشي از زلزله قبل از سال ۱۹۱۸ ساخته شده بودند سدهايي كه بعد از اين سال ساخته شده اند آسيب جزيي ديده اند . اگر چه اثر زلزله بر سدهاي مخزني بر مبناي حداكثر شتاب اندازه گيري نمي شود ولي مي توان گفت كه زلزله هايي حدود ۷۰۰ گال تاثيري جدي بر روي سدهاي مدرن نمي گذارند تمامي سدهاي خسارت ديده قبل از سال ۱۹۵۳ ساخته شده اند .
a