م.م سالي سيلان
المقدمة
تعتبر السدود الترابية (Earth Dams) من أبرز المنشآت المائية التي تُستخدم لتخزين المياه لأغراض الري، توليد الطاقة الكهرومائية، والحماية من الفيضانات.
مع التغيرات المناخية وزيادة معدلات هطول الأمطار، أصبح تحليل كفاءة السدود الترابية أمرًا حيويًا لضمان سلامتها واستدامتها.
تعتمد النمذجة الهيدرولوجية على تمثيل العمليات المائية في الحوض المائي لتقييم تصريف المياه، تخزينها، واستجابة السدود للأحمال المطرية والجريان السطحي.
مفهوم النمذجة الهيدرولوجية للسدود الترابية
النمذجة الهيدرولوجية هي عملية استخدام نماذج رياضية وكمبيوترية لمحاكاة حركة المياه في الحوض المائي، بما في ذلك الجريان السطحي، التسرب، وتخزين المياه في السد.
تساعد هذه النماذج على:
تقدير تدفقات الذروة أثناء العواصف.
تقييم استجابة السد للأمطار الغزيرة.
تحديد مخاطر الفيضانات وتسرب المياه.
تحسين تصميم وتطوير استراتيجيات التشغيل والصيانة.
المكونات الرئيسية للنمذجة الهيدرولوجية
جمع البيانات الهيدرولوجية والمناخية:
معدلات هطول الأمطار، درجات الحرارة، التبخر، والتصريف الطبيعي.
نمذجة الجريان السطحي:
تقدير كمية المياه التي تصل إلى خزان السد بعد التسرب والامتصاص.
نمذجة التخزين والتصريف:
تحديد حجم التخزين المتاح والحد الأقصى للتصريف لضمان سلامة السد.
تحليل السيناريوهات:
دراسة استجابة السدود تحت عواصف شديدة، فترات جفاف طويلة، أو تغييرات مناخية مستقبلية.
أدوات وتقنيات النمذجة
HEC-HMS (Hydrologic Modeling System): نموذج شائع لتقدير الجريان السطحي وحساب تدفقات الذروة.
SWAT (Soil and Water Assessment Tool): لتقييم تأثير الاستخدام الأرضي والزراعة على الجريان السطحي وتخزين المياه.
MIKE SHE: نموذج متكامل لمحاكاة الهيدرولوجيا السطحية والجوفية.
أدوات GIS: لتحليل تضاريس الحوض ومسارات الجريان.
العوامل المؤثرة على كفاءة السدود الترابية
مواصفات التصميم الهندسي: طول وارتفاع السد، زاوية الميل، ونوعية المواد المستخدمة.
الخصائص الهيدرولوجية للحوض: مساحة التصريف، نوع التربة، معدل النفاذية.
التسرب والاهتزازات: وجود شقوق أو تآكل داخلي يقلل الكفاءة ويزيد مخاطر الفشل.
ظروف التشغيل والصيانة: فحص القنوات، البوابات، وأجهزة التحكم في التصريف.
التغيرات المناخية: زيادة شدة الأمطار أو فترات الجفاف تؤثر على قدرة التخزين.
أهمية تحليل كفاءة السدود الترابية
ضمان السلامة الهيكلية للسدود وتقليل مخاطر الانهيار.
تحسين إدارة المياه لتلبية الاحتياجات الزراعية والصناعية.
التقليل من الفيضانات في المناطق السفلية.
تخطيط استراتيجي للتشغيل طويل الأمد وفق الظروف المناخية المستقبلية.
دراسات وأمثلة تطبيقية
أظهرت دراسة Chowdhury et al. (2019) أن استخدام HEC-HMS لتحليل سدود ترابية في الهند ساعد على تحسين تصريف المياه خلال موسم الأمطار وتقليل مخاطر الفيضانات بنسبة 25%.
طبق Li et al. (2020) نموذج SWAT لتقييم تأثير التغيرات المناخية على سدود نهرية في الصين، مما ساعد في تعديل استراتيجيات التخزين والتصريف.
أظهرت دراسة أخرى أن استخدام GIS مع النمذجة الهيدرولوجية في السدود الترابية العربية ساعد على تحديد مناطق التسرب والمناطق المعرضة للانهيار بدقة عالية.
الخاتمة
تمثل النمذجة الهيدرولوجية أداة فعالة لتحليل كفاءة السدود الترابية، إذ توفر تقديرًا دقيقًا لتدفقات المياه، تخزينها، واستجابة السد للأحمال المطرية.
دمج النماذج الرياضية مع البيانات الحقلية وأنظمة GIS يعزز من سلامة السدود، تحسين إدارة الموارد المائية، وتقليل مخاطر الفيضانات.
يعكس ذلك أهمية استخدام التقنيات الحديثة في تصميم وتشغيل السدود الترابية لضمان استدامتها على المدى الطويل.
المراجع (APA 7th Edition)
Chowdhury, R., Saha, S., & Das, S. (2019). Hydrological modeling of earth dams using HEC-HMS for flood mitigation. Water Resources Management, 33(12), 4155–4172.
Li, X., Wang, Y., & Zhang, Q. (2020). Assessment of climate change impacts on earth dam performance using SWAT model. Journal of Hydrology, 590, 125–137.
HEC (Hydrologic Engineering Center). (2016). HEC-HMS Hydrologic Modeling System User’s Manual. U.S. Army Corps of Engineers.
Maidment, D. R. (Ed.). (2002). Handbook of hydrology. McGraw-Hill.
Sadeghi, S. H., & Azari, H. (2018). GIS-based hydrological modeling for earth dam safety assessment. Environmental Monitoring and Assessment, 190(4), 203.
جامعة المستقبل الجامعة الاولى في العراق