مقال علمي تثقيفي | الهندسة المدنية – الموارد المائية والمنشآت الهيدروليكية قدّمتها التدريسية: م.م فرح حميد عبد الخضر المقدمة تُعد السدود من أهم المنشآت الهيدروليكية التي شيّدها الإنسان، إذ تؤدي أدواراً حيوية في خزن المياه وتوليد الطاقة الكهرومائية والري والسيطرة على الفيضانات. غير أن هذه المنشآت تتعرض بدورها لأحمال هيدرولوجية قصوى أثناء الفيضانات، وقد يؤدي تجاوز قدرتها التصميمية إلى أضرار إنشائية جسيمة أو إلى انهيار كامل تترتب عليه خسائر بشرية واقتصادية كبيرة في المناطق الواقعة أسفل المجرى. ولذلك يُعد فهم تأثير الفيضانات على السدود ركناً أساسياً في تصميم السدود وتشغيلها وسلامتها. طبيعة الأحمال الناتجة عن الفيضانات عند حدوث فيضان، يرتفع منسوب الماء في الخزان وتزداد الأحمال المؤثرة على جسم السد. ويمكن تلخيص أبرز هذه التأثيرات فيما يأتي: 1. زيادة الضغط الهيدروستاتيكي: يؤدي ارتفاع منسوب الماء إلى زيادة القوى الأفقية المؤثرة على جسم السد، وهو ما يهم بصورة خاصة في السدود الخرسانية الثقلية والقوسية، التي يعتمد استقرارها على التوازن بين قوى الماء ووزن المنشأ وردة فعل الأساس. 2. ارتفاع قوى الرفع (Uplift): يزداد ضغط الماء المتسرب تحت قاعدة السد عند ارتفاع منسوب الخزان، فيقل الوزن الفعال للمنشأ ويتأثر معامل الأمان ضد الانزلاق والانقلاب. 3. تجاوز الماء لقمة السد (Overtopping): إذا تجاوز منسوب الماء قمة السد ولم تكن سعة المفيض كافية، فإن الجريان فوق السد قد يسبب انجراف الجانب الخلفي (المجرى السفلي) ثم تكوّن ثغرة قد تنتهي بالانهيار. وتُعد هذه الحالة الأخطر في السدود الترابية والركامية، لأن موادها قابلة للتآكل بفعل الجريان السطحي. 4. زيادة التسرب والتآكل الداخلي: يرفع ارتفاع المنسوب الميل الهيدروليكي عبر جسم السد وأساسه، فيزداد خطر التآكل الداخلي (Internal Erosion) والأنابيب الداخلية (Piping)، وهما من أبرز أسباب انهيار السدود الترابية. 5. التأثير في المفيضات ومنشآت التصريف: يؤدي الجريان العالي السرعة إلى مخاطر التجويف (Cavitation) وتآكل الأسطح الخرسانية وتلف أحواض التهدئة (Stilling Basins) والنحر في المجرى السفلي. وقد برزت هذه المشكلة بوضوح في حادثة مفيض سد أوروفيل في ولاية كاليفورنيا عام 2017، التي أدت إلى إخلاء أعداد كبيرة من السكان وأُجري بعدها تحقيق فني مستقل لتحليل أسبابها. 6. الترسبات والحطام الطافي: تنقل الفيضانات كميات كبيرة من الرواسب والأشجار والأجسام الطافية التي قد تسد فتحات المفيضات والبوابات وتقلل كفاءة التصريف. كما أن تراكم الرواسب على المدى الطويل يقلل السعة الخزنية المتاحة لامتصاص موجات الفيضان. أسباب انهيار السدود المرتبطة بالفيضانات أظهرت الدراسات الإحصائية لحوادث السدود أن التجاوز فوق قمة السد والتآكل الداخلي من أكثر أسباب انهيار السدود الترابية شيوعاً. وغالباً لا يحدث الانهيار بسبب عامل واحد، بل نتيجة تضافر عدة عوامل، مثل: تقدير غير كافٍ لفيضان التصميم نتيجة قصر السجلات الهيدرولوجية. قصور سعة المفيض أو انسداده أو تعطل بواباته. ضعف الصيانة وتقادم المنشأ. ضعف التنبؤ والإنذار المبكر وسوء إدارة التشغيل أثناء الفيضان. التغير في خصائص الحوض المائي بفعل التوسع العمراني أو إزالة الغطاء النباتي. وقد شهد العالم حوادث انهيار كبرى مرتبطة بفيضانات استثنائية، منها انهيار سد بانكياو في الصين عام 1975 نتيجة أمطار غزيرة استثنائية، وانهيار سدين قرب مدينة درنة في ليبيا عام 2023 إثر العاصفة دانيال، وهي أمثلة تُستخدم في الأدبيات الهندسية لبيان أهمية تقدير الفيضانات القصوى وإدارة المخاطر. الفيضان التصميمي ومعايير الأمان يعتمد تصميم السدود على مفهوم فيضان التصميم (Design Flood)، وهو أكبر فيضان يُراد للمنشأ أن يتعامل معه بأمان. ويُحدد وفق تصنيف السد وحجمه وخطورة نتائج انهياره على السكان والمنشآت أسفله. وتُستخدم عادة مفاهيم مثل: الفيضان الأقصى المحتمل (PMF): أكبر فيضان يمكن تصوره هيدرولوجياً في الحوض نتيجة أقصى هطول محتمل مع ظروف الحوض الأسوأ، ويُعتمد غالباً للسدود ذات النتائج الخطرة. فيضان فترة رجوع محددة: مثل فيضان 100 أو 1000 أو 10000 سنة، بحسب فئة السد. وتنص إرشادات اللجنة الدولية للسدود الكبيرة (ICOLD) والإرشادات الوطنية مثل إرشادات الوكالة الفيدرالية الأمريكية لإدارة الطوارئ (FEMA) على ربط فيضان التصميم بمستوى المخاطر الناتجة عن الانهيار، لا بحجم السد وحده. وسائل الحماية وتحسين الأمان تتضمن استراتيجيات تقليل أثر الفيضانات على السدود إجراءات إنشائية وأخرى غير إنشائية: الإجراءات الإنشائية: توفير مفيضات ذات سعة كافية، ومفيضات إضافية أو طارئة (Auxiliary/Emergency Spillways). تصميم أحواض تبديد الطاقة بما يلائم السرع والتصاريف العالية. تدعيم الجانب الخلفي للسدود الترابية والركامية، أو استخدام تقنيات الخرسانة المدموكة بالحدل (RCC) لحمايته من التجاوز. رفع قمة السد أو إضافة جدران موجية (Parapet Walls) عند الحاجة. معالجة الأساس وتحسين منظومات التصريف والترشيح لتقليل قوى الرفع والتسرب. الإجراءات غير الإنشائية: أنظمة الرصد والتنبؤ بالفيضانات والإنذار المبكر. قواعد تشغيل الخزان، ومنها تفريغ جزء من الخزان مسبقاً عند توقع فيضان. المراقبة المنتظمة بالأجهزة، مثل مقاييس الانسياب والضغط المسامي والإزاحات. خطط الطوارئ والاستجابة وتوعية السكان في مناطق الخطر. الصيانة الدورية والتفتيش الفني المنتظم. نمذجة انهيار السدود والتخطيط للطوارئ تُستخدم النماذج الرياضية والحاسوبية لتقدير معاملات ثغرة الانهيار (Breach Parameters) وتتبع موجة الفيضان الناتجة وتحديد المناطق المتأثرة وأزمنة وصول الموجة. وتشكّل هذه المخرجات أساس خطط العمل الطارئة (Emergency Action Plans) وخرائط الغمر، التي تُعد أداة جوهرية في الحد من الخسائر البشرية. تحديات المستقبل: تغير المناخ تشير تقارير الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) إلى أن ارتفاع حرارة الغلاف الجوي يزيد قدرته على حمل بخار الماء ويرفع شدة هطولات الأمطار الغزيرة في مناطق عديدة من العالم. وهذا يعني أن البيانات التاريخية وحدها قد لا تكفي لتقدير الفيضانات المستقبلية، وتبرز الحاجة إلى مراجعة معايير التصميم الهيدرولوجي للسدود القائمة وتقييم كفاية مفيضاتها دورياً في ضوء الظروف المناخية المتغيرة. الخاتمة تمثل الفيضانات أحد أهم التحديات التي تواجه سلامة السدود، لما تفرضه من أحمال إضافية وما تسببه من مخاطر التجاوز والتآكل والتلف في منشآت التصريف. ولا يتحقق الأمان بالتصميم السليم وحده، بل بتكامل عناصر عدة تشمل الدراسات الهيدرولوجية الدقيقة، والمفيضات الكافية، والصيانة المنتظمة، والرصد والإنذار المبكر، وخطط الطوارئ. وتزداد أهمية هذا التكامل مع ازدياد حالات عدم اليقين المرتبطة بالتغير المناخي، وهو ما يستدعي مراجعة مستمرة لسلامة السدود القائمة وتطوير ممارسات إدارتها. المصادر Foster, M., Fell, R., & Spannagle, M. (2000). The statistics of embankment dam failures and accidents. Canadian Geotechnical Journal, 37(5), 1000–1024. International Commission on Large Dams (ICOLD). (2012). Safe Passage of Extreme Floods. Bulletin 142. Paris: ICOLD. International Commission on Large Dams (ICOLD). (1992). Selection of Design Flood: Current Methods. Bulletin 82. Paris: ICOLD. Federal Emergency Management Agency (FEMA). (2013). Selecting and Accommodating Inflow Design Floods for Dams. FEMA P-94. Washington, DC. U.S. Bureau of Reclamation. (1987). Design of Small Dams (3rd ed.). Washington, DC: U.S. Government Printing Office. Wahl, T. L. (1998). Prediction of Embankment Dam Breach Parameters: A Literature Review and Needs Assessment. Report DSO-98-004. U.S. Bureau of Reclamation. Singh, V. P. (1996). Dam Breach Modeling Technology. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. Khatsuria, R. M. (2004). Hydraulics of Spillways and Energy Dissipators. New York: Marcel Dekker. Hartford, D. N. D., & Baecher, G. B. (2004). Risk and Uncertainty in Dam Safety. London: Thomas Telford. Morris, G. L., & Fan, J. (1998). Reservoir Sedimentation Handbook. New York: McGraw-Hill. Independent Forensic Team. (2018). Independent Forensic Team Report: Oroville Dam Spillway Incident. IPCC. (2021). Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report. Cambridge University Press.