الزلازل الناتجة عن السدود

الدكتور المهندس كنعان عبد الجبار أبو كلل _ مهندس استشاري

عضو لجنة الزراعة والري ، المنتدى العراقي للنخب والكفاءات

المقدمة : –

 اولاً : يعرف الزلزال بانه اهتزاز مفاجئ وسريع للأرض نتيجة لإنحراف الصخور تحت سطح الأرض وتسببها في حدوث موجات زلزالية, والتي يمكن ان يؤدي الى اضرار واخفاقات في المنشآت والتي من صنع الأنسان التي شيدت على قشرة الأرض .

تشكل السدود والخزانات الكبيرة التي شيدت في المنطقة ذات الزلازل العالية , مخاطر عالية على الحياة والممتلكات في اتجاه مجرى النهر . ومن الواضح ان الأعمال النشطة , التي تقع بالقرب من مواقع السدود , يمكن ان تسبب تشوها ضارا لمنشأ السد بسبب عدم استقرار السد وفقدان قوة مواد الأساس . لقد حقق العلماء العديد من الأبحاث التي تشرح سلوك المنشآت الأرضية تحت القوى الزلزالية .

تعتمد تأثيرات الزلازل على السدود بشكل اساس على انواع السدود . وان مخاوف السلامة بالنسبة للسدود الإملائية ( الترابية ) المعرضة للزلازل تنطوي اما على فقدان الأستقرارية بسبب فقدان قوة الإملائيات الترابية ومواد الأساس او التشوهات المفرطة مثل الانهيار, الهبوط (settlement ) , التشققات أو الانهيار الدوراني ( Rotetional Slope Failure ) .

ويجب ان تتضمن متطلبات السلامة للسدود الخرسانية المعرضة لأحمال دايناميكية تقييم الأستقرارية العام للمنشأ ¸مثل التحقق من قدرته على مقاومة القوى الجانبية والعزوم ومنع التكسر المفرط للخرسانة .

يمكن ان تؤدي الزلازل الى اضرار وانهيارات في منشآت السدود , في حين ان السدود ذات الخزانات الكبيرة يمكن ان تسبب الزلازل . ويذكر ان سلامة السدود من الزلازل هي ظاهرة مهمة في هندسة السدود وتتطلب دراسات زلزالية اكثر شمولا لفهم السلوك الزلزالي للسدود المعرضة للزلازل الشديدة . ومن المعروف ان الزلازل يمكن ان تؤدي الى اضرار وانهيارات للسدود والمنشآت ا لملحقة بها . وهناك حقيقة اخرى وهي ان السدود ذات الخزانات الكبيرة تؤدي ايضا الى حدوث الزلازل .

اهتزاز الأرض بفعل الزلازل يمكن ان يؤدي الى انهيار السدود . واظهرت المسوحات الأخيرة , فأن الخزان الذي يتسبب في الزلازل ( RIS  ( حيث لوحظ في اكثر من 100 موقع في جميع انحاء العالم . قد يكون الزلزال الأكبر والأكثر ضررا الناجم عن خزان من صنع الأنسان هو زلزال سيشوان بقوة 7.9  كما لوحظت اثار كبيرة للزلازل في سدود في الصين وسد كاريبا في زيمبابوي , وسد كريماستا في اليونان . وتشير الدراسات الميدانية الى ان العوامل الرئيسية المؤثرة في الزلزال للمكمن هي ظروف الإجهاد في الموقع , وتوافر التشققات والانهيارات , جيولوجيا المنطقة الإقليمية ,وابعاد الخزان وطبيعة تقلبات مستوى الخزان .

 ثانياً – الخزانات المائية خلف السدود وعلاقتها بالزلازل :

وفقا للعلماء , تحدث الزلازل بسبب السدود , حيث توجد العديد من الحالات التي تشير الى ارتباط الزلازل ببناء السدود . الزلازل  المستحدثة في الخزان ( RIS ) هي التفسير الأكثر قبولا على نطاق واسع لكيفية تسبب السدود في حدوث الزلازل المرتبطة بضغط الماء الإضافي الناتج عن الشقوق الدقيقة والشقوق في الأرض اسفل الخزان او بالقرب منه 

عندما يزداد ضغط الماء في الصخور , فانه يعمل على تليين الصدوع التي تخضع بالفعل للإجهاد التكتوني , ولكن يتم منعها من الانزلاق بسبب احتكاك الأسطح الصخرية .

هناك اختلاف كبير بين مواقع السدود بسبب خصائصها الجيولوجية التي تنفرد بها كل منها , وهذا يعني انه من الصعب للغاية التنبؤ بما اذا كانت الزلازل ستحدث ام لا . ومع ذلك , فيما يتعلق باللجنة الدولية للسدود الكبيرة (ICOLD) , ينبغي النظر الى الزلازل التي يسببها الخزان ( RIS) لخزان لعمق من 100 متر .

قد تسبب الخزانات الجديدة في حدوث زلازل بسبب التغيير في الإجهاد بسب وزن الماء او زيادة الضغط

 المسامي للمياه الجوفية مما تقلل من القوة الفعالة للصخور تحت الخزان .الطاقة التي يتم اطلاقها ليست سوى طاقة اجهاد تكتونية طبيعية تم  اطلاقها قبل الأوان بسبب الخزان . من المعروف ان المياه الجوفية تلعب دورا كبيرا  في نشاط الزلزال , لأن الضغط  الطبيعي داخل الصخر ينخفض عن طريق ضغط مسام الماء , بينما اجهاد القص مستقرا . فقط اذا كنا على دراية بحالة الإجهاد وقوة الصخور عند اعماق الزلزال , يمكن التنبؤ بالزلزال التي يسببها الخزان (RIS ) , ولكن لا يمكن H

يمكن ان تحدث الزلازل الناجمة عن طريق السدود . على مستوى العالم , هناك اكثر من 100 حالة زلازل محددة يعتقد العلماء انها ناجمة عن الخزانات المائية . قد تكون اخطر حالة هي 7.9 درجة حدثت في مايو 2008 والتي قتلت ما يقدر بنحو 80 الف شخص وتم ربطها ببناء سد زيبيفجبو ( zipingpu )  في الصين .

 ثالثاً – كيف تسبب السدود الزلازل : How do dams Trigger  Earthquaks  

ورد في ورقة اعدتها اللجنة الدولية العالمية للسدود : عن ان الظاهرة المعروفة باسم ( الزلزالية التي يسببها الخزان RIS  . يرتبط التفسير الأكثر قبولا على نطاق واسع لكيفية تسبب السدود في حدوث الزلازل بضغط الماء الإضافي الناتج عن الشقوق الدقيقة والشقوق في الأرض اسفل الخزان وبالقرب منه , عندما يزداد ضغط الماء في الصخور , فانه يعمل على تليين الصدوع الموجودة بالفعل تحت اجهاد تكتوني , ولكن يتم منعها من الانزلاق بسبب احتكاك اسطح الصخور . وبالنظر الى ان كل موقع من مواقع السدود له خصائص جيولوجية فريدة, لا يمكن التنبؤ بدقة بموعد ومكان حدوث الزلازل . ومع ذلك , فان اللجنة الدولية للسدود الكبيرة  ICOLD ينبغي النظر في الزلازل التي يسببها الخزان RIS  اعمق من 100متر.

 

رابعاً – ماهي بعض خصائص الزلازل التي يسببها الخزان (RIS ) :

توصل العالم Harsh k. Gupta  , الى النتائج حول RIS بعد دراسته حول العالم الى ما يأتي :

1. يعتبر عمق الخزان هو العامل الأكثر اهمية , ولكن حجم المياه يلعب ايضا دورا مهما في احداث الزلازل .
2. يمكن ملاحظة الزلازل التي يسببها الخزان على الفور اثناء فترات ملء الخزانات .
3. يمكن ان تحدث الزلازل التي يسببها الخزان RIS مباشرة بعد ملء الخزان او بعد فترة زمنية معينة.

يتم بناء العديد من السدود في المناطق النشطة زلزاليا , بما في ذلك جبال الهملايا وجنوب الصين وايران وتركيا وتشيلي . الأنهار الدولية تدعو الى وقف بناء السدود العالية في المناطق المعرضة للزلازل .

 

خامساً – الهزات الأرضية وتصميم السدود :

تعتمد المخاطر الإجمالية لمنشآت السدود بشكل اساسي على تصنيف المخاطر الزلزالية لموقع السد وتصنيف المخاطر للمنشأ المكتمل . يمكن بلمحة عامة عن اثار الزلزال على السدود وتأثيرات السدود على حدوث الزلزال , ان نشير الى ضرورة اتخاذ تدابير تصميم وبناء خاصة للسدود , والتي تخضع لتأثيرات الحركات الأرضية القوية . ومن الواضح ان المطلب الرئيسي في تصميم السدود المقاومة للزلازل هو لحماية السلامة العامة والحياة والممتلكات في نهاية المطاف . لذلك ,يجب ان تؤخذ بعض العوامل المهمة المدرجة ادناه في الاعتبار في مرحلة التصميم :-

1 –  يجب تصميم السدود الكبيرة بحيث تكون قادرة على مقاومة حركة الزلازل الشديدة او حركة الصدوع في موقع السد دون اطلاق غير متحكم فيه للمياه المخزونة في الخزان.

2 –  بالنسبة للسدود الكبيرة الواقعة في منطقة زلزالية غير نشطة , يمكن ان يكون الخزان الذي يتسبب في الزلزال RTS اكثر اهمية . لذلك , يجب تعريف RTS بحساسية على اساس الوحدات الجيولوجية المحلية والبنية التكتونية عن طريق تحليل مخاطر الزلزال المفصل .

3 –  قد يكون الضرر الذي يلحق بالسدود وملحقاتها ناتجا عن (1) حركة مباشرة عبر اساس السد او

(2) حركة ارضية ناتجة عن موقع السد بسبب زلزال يقع على مسافة ما من السد . لكن (1) ينتج عنه مشاكل اكثر خطورة للسدود ومنشآتها الملحقة بها .

4 –  تشكل العيوب النشطة امكانية التسبب في ازاحة مدمرة للمنشأ عندما تكون قريبة جدا من موقع السد .

هناك بعض الأمثلة على السدود التي تضررت اثناء الزلزال حدثت في الماضي . وخاصة السدود ذات الواجهات الخرسانية التي تنطوي على مخاطر عالية عند النظر الى تأثير قريب من المصدر مع حركة ارضية قوية . يتم التعامل مع هذه الظاهرة مع حقيقة ان الطاقة المنقولة عن طريق الإملائيات الصخرية لا تمتص بواسطة السطح الخرساني اثناء الزلزال . ويجب مراعاة تأثير قريب من المصدر مع مزيد من الاهتمام للسدود الكبيرة في مرحلة التصميم .

5 –  بالنسبة للسدود التي تخضع لتأثير من المصدر , يبدو نوع السد ذي اللب الطيني نوعا اكثر ملائمة نظرا لكونه ذي خصائص ذاتية الإصلاح لمواد الطين عندما يكون هذا النوع ممكنا تقنيا واقتصاديا لموقع السد المختار .

 

سادساً – الاستنتاجات بخصوص هل ان السدود والخزانات تتسبب في حدوث الزلازل ؟

تم التوصل من المختصين الى الاستنتاجات التالية بهذا الخصوص :

1 –  الزلازل التكتونية الطبيعية والزلازل التي يسببها الخزان المائي لها آليات مماثلة .

2 –  تمثل السدود والخزانات مصدرا اضافيا للإجهاد ( Stress) والضغط المسامي

( Pore Pressure ) عند من يعانون من الزلازل التكتونية اللاحقة بالقرب منهم .

3 – تعتبر الإجهادات الناتجة عن الخزان والضغط المسامي ضئيلة مقارنة بتلك المطلوبة للتسبب في الزلازل التكتونية من تلقاء نفسها .

4 – يمكن ان تؤدي الخزانات الى حدوث زلازل تكتونية اذا شجعت الانزلاق المتجدد على الصدوع القريبة وكانت مقادير ضغوط القص ( Sear Force ) الدافعة المحيطة قريبة بالفعل بدرجة كافية من قوى الاحتكاك للصدوع ذات الصلة .

5 – لا يجب ان تكون كل الزلازل التكتونية بالقرب من خزان جديد زلزالا مستحثا .