مطالعات سد هراز

رودخانه هراز از درههاي قله دماوند بلندترين قله ايران در منطقه لاريجان سرچشمه ميگيرد. مهمترين سرچشمه رود هراز، از قله 4375 متري پالان گردن در 66 كيلومتري جنوب شرقي چالوس، با نام لار جاري ميشود و پس از دريافت آبهاي مهم ديگري مثل آب سفيد، الرم، آب چهل بره، آب سياه پلاس، آب امام پهنك، سهxadسنگ، ديو آسياب، ورارود، دليچاي و چشمه ملك و عبور از ده پلور، با نام هراز، به سمت درياي مازندران جاري ميگردد. البته در راه باز رودها و چشمههايي به آن ميپيوندند كه مهمترين آنها لاسم، تلخ رود، آب رزان، آب مشك انبار،آب آبشار شاهاندشت، پنجاب (نمارساق)، هراز، آب پردمه، شيركلارود، چلورود و هليچال هستند. سپس وارد شهر آمل ميشود. رودخانه هراز در محدوده کوهستانی، در درهای نسبتاً باريك جريان دارد. با نزديك شدن به پهنه ساحلی، پهنای آن افزايش يافته و رودخانه به دليل افت شيب بستر به چندين شاخه تفکيک میگردد. شيب رودخانه هراز در محدوده کوهستانی بسيار متغير است. شيب رودخانه هراز از مرز کوهستان تا شمال شهر آمل ۱۳ در هزار و در محدوده شهر آمل ۷ در هزار میباشد. پيش از ورود به آمل در حوالي كيالوبند كه در 15 كيلومتري جنوب آمل واقع ميباشد از دره هراز و از منطقه كوهستاني خارج شده و وارد منطقه جلگهايxad ميگردد. در محل خروج از کوهستان، رودخانه هراز به ۶ شاخه تقسيم میگردد. ريختشناسی رودخانه هراز اگر چه به صورت کلی يک دره ـ رودخانه است ولی در مجموع ريختشناسی آن تلفيقي از شبکه گيسوارهاي (Braided pattern)، بادزنهاي (Fan forming) با چند پيچابه (meander) میباشد. سرانجام رودخانه در سرخ رود واقع در 24 كيلومتري شمال خاوري آمل و با يك دلتاي وسيع وارد دريا ميشود. طول رود هراز 185 كيلومتر ميباشد. امتداد كلي رودخانه شمالي- جنوبي ميxadباشد و به سمت شمال در جريان است. هدف از مطالعات اخير، بررسيxadهاي زمينشناسي مهندسي و ژئوتكنيك ساختگاه سد مخزني هراز بر روي رودخانه هراز به منظور تامين آب كشاورزي زمينxadهاي پايين دست، آب شرب و فعاليتهاي زيست محيطي ميxadباشد.

سد مخزني هراز در در جنوب استان مازندران، در فاصله
25 كيلومتري جنوب شهر آمل و برروي رودخانه هراز و در طول جغرافيايي 52 درجه و 22
دقيقه و 19 ثانيه شرقي و عرض جغرافيايي 36 درجه و 15 دقيقه و 39 ثانيه شمالي واقع شده است. گستره طرح در بخشي از ارتفاعات
حاشيه شمالي رشته كوه البرز جاي دارد و به لحاظ تقسيمات كشوري در دهستان چلاو از
بخش مركزي شهرستان آمل قرار گرفته است. نزديكترين آباديها به ساختگاه سد،
روستاهاي منگل در 700 متري بالادست و روستاي كلرد در 2 كيلومتري پايين دست سد است.
دسترسي به ساختگاه سد از طريق جاده اصلي تهران- آمل عملي ميxadباشد. ساختگاه هراز
دقيقاً در مجاورت جاده اصلي و در كيلومتر
25 نسبت به شهر آمل قرار گرفته است. بديهي است دره اصلي محدوده درياچه سد
نيز به موازات جاده هراز گسترش يافته است. شكل1 راههاي دسترسي به محل سد را به
نمايش گذارده است.

بررسيهاي مرحله شناخت پروژه سد هراز (منگل) توسط شرکت مهندسي مشاور مهاب قدس در چهار چوب مطالعات شناخت طرح تالار ـ بابل هراز صورت گرفت و گزارش آن در ارديبهشت سال 1365 ارائه شد. در گزارش ياد شده با توجه به وضعيت توپوگرافي و مصالح موجود براي ساختگاه سد، از نوع سنگريزهاي يا خاكي توصيه شد.

بررسيهاي بعدي كه تحت عنوان "مطالعات مرحله اول طرح توسعه منابع آب حوزه رودخانههاي تالارـ بابل ـ هراز"صورت گرفت از اوايل سال 66 با حفر گمانههاي شناسايي در ساختگاه سد آغاز شد و در حالي كه تنها 6 گمانه از 14 گمانهاي كه براي اين مرحله پيش بيني شده بود حفاري شد، كارهاي اكتشافي متوقف و گزارشي در فروردين ماه 1368 ارائه شد.

پس از آن، مطالعات ساختگاه براي مدت 8 سال متوقف ماند. در سال 1376 اين مطالعات تحت عنوان "مطالعات مرحله اول سد مخزني منگل" توسط مشاورين لار پي گرفته شد. در اين مرحله براي بررسي وضعيت تكيهگاهها و پي سد تعداد 14 حلقه گمانه به درازاي كلي 1064 متر در دستور كار مطالعات قرار گرفت. اين عمليات از سال 75 آغاز شد كه پس از حفر 10 گمانه با درازاي كل 714 متر در مهرماه 76 به دليل ترك يك جانبه پيمانكار عمليات (شركت خاك آزما) تعطيل شد. نكته بسيار مهم در روند مطالعات ژئوتكنيكي، حفرنشدن گمانههاي اصلي در ترازهاي بالاي تكيهگاهها بود. در گزارش مشاورين لار دلايل اين امر "دشواريهاي دسترسي به گمانههاي تكيهگاهها، وجود توپوگرافي بسيار پرتگاهي، عبور جاده اصلي و آسفالته تهران ـ آمل در تماس بلافصل با تكيهگاه چپ و همچنين پوشش گياهي بسيار متراكم در تكيهگاه راست" عنوان گرديد.

در مطالعات مرحله اول تكميلي كه توسط شركت مهندسي مشاور مهاب قدس صورت گرفت ابتدا حفاريها در محور منتخب مشاورين لار با حفر 4 گمانه آغاز شد تا در صورت مطلوب بودن نتايج نسبت به تمركز مطالعات در اين محدوده اقدام شود. اما باتوجه به گسترش چشمگير خردشدگي در تكيهگاه چپ - بويژه در گمانه M-201 و نيز توقف گمانه M-202 به دليل خردشدگي شديد مصالح و نيز ضخامت بالاي روبار در اين محدوده ضمن آنكه روبارههاي ستبر نيز كه در محور مشاورين لار شناسايي شده بود در محدودههاي بالادست تر گسترش نيافته است، اينگونه ارزيابي شد كه وضعيت توده سنگ در تكيهگاه چپ اين محور از شرايط مطلوبي برخوردار نيست. بر اين اساس مقرر گرديد در راستاي بهگزيني محور سد، ادامه حفاريها به سوي بالادست محور مشاورين لار منتقل گردد. در اين راستا سه گزينه مورد نظر قرار گرفت كه در مرحله بعد براي بهگزيني از ميان دو محور كه در اين جايگاه مورد نظر بود تعدادي گمانه در تكيهگاهxadها، مسير اوليه سازههاي جنبي (سيستم انحراف و تخليه سيلاب) و بستر رودخانه حفاري شد. عمليات اكتشافي مطالعات مرحله اول تكميلي طي مدت 13 ماه از مرداد 85 تا شهريور 86 به انجام رسيد و گزارش مطالعات زمينشناسي مهندسي در بهمن ماه 86 ارائه شد. در اين مرحله درمجموع 17 حلقه گمانه اكتشافي به متراژ كل1446 متر در محدوده ساختگاه سد حفر شد.

مطالعات مرحله دوم سد هراز مشتمل بر مسير تونلهاي انحرافxad، سرريز و انتقال و نيز سازه نيروگاه در سال 88 به مشاور مهاب قدس محول گرديد و مقرر گرديد مطالعات بدنه سد بنا به تصميم كارفرماي محترم طرح به مشاور ديگر واگذار گردد. بهطور كلي در اين مرحله در مجموع 28 گمانه با درازاي كل 5/578 متر و در مسير تونلهاي انحراف، سرريز و انتقال و همچنين محدوده نيروگاه حفاري شد و گزارش مربوطه در مرداد ماه 91 ارائه گرديد.

در كليه گمانهها ضمن ثبت دادهxadهاي حفاري بويژه شاخص كيفي آزمايش نفوذپذيري (لوژن ) انجام شد. همچنين لوگ گمانههاي اكتشافي شامل توصيف واحدهاي زمينxadشناسي و نيز مشخصات ناپيوستگيxadهاي مغزهها به طور كامل ثبت گرديد.

- مطالعات اخير

حفاريxadهاي اكتشافي ژئوتكنيكي محل سد از آبان ماه سال 1391 توسط شركت آزمايشگاه فني و مكانيك خاك آغاز و در اسفند ماه سال 1392 خاتمه يافت. نظارت بر حسن انجام عمليات را شركت مهندسي مشاور مهاب قدس عهدهxadدار بوده است. مطالعات انجام شده در ساختگاه سد هراز مشتمل بر حفر گمانه، انجام آزمايشxadهاي نفوذپذيري به روشxadهاي لوژن و لوفران، S.P.T (ضربه و نفوذ استاندارد)، C.P.T (ضربه و نفوذ مخروط) و تدقيق نقشهxadهاي زمينxadشناسي مهندسي ساختگاه سد و مخزن بوده است كه در جدول 1 ارائه شده است.

مطابق جدول مذكور، تعداد 14 حلقه گمانه اكتشافي به متراژكلي 1027 متر به منظور شناسائي كلي خصوصيات ژئوتكنيكي سنگxadپي حفر گرديد. پراكندگي گمانهxadها به گونهxadاي آرايش يافته كه بتوان حداكثر اطلاعات مورد نياز را بدست آورد.

به موازات كارهاي اكتشافي و تهيه نقشهxadها، اندازه گيري ناپيوستگيها صورت پذيرفته و نمودارهاي مربوطه ترسيم شده است كه نتايج اين اندازه گيريها در برآورد كيفيت توده سنگ و طراحي ابعاد پرده آببند محل سد و سازهxadهاي وابسته مورد استفاده قرارگرفته است.

لايهxadهاي موجود درمحل سد، درواقع منتهي اليه يال شمال شرقي تاقديس عمارت را تشكيل دادهxadاند. روند اين ساختار، شمال غرب ـ جنوب شرق ميباشد. شيب و جهتxadشيب لايهxadبنديxadها در حدود °68°-65/°005-°357 ميباشد. سكانسxadهاي لايهxadهاي طرفين محدوده ساختگاه و محور سد سالم بوده و از بهم ريختگي ناشي از گسلش اثري مشاهده نميxadگردد. تشابه عمومي ويژگيxadهاي هندسي لايهبندي تكيهگاهxadxadها، نشان از وجود ساختاري همسان در كل ساختگاه دارد و تغييرات موجود ضمن اينكه در بسياري از مناطق امري طبيعي محسوب ميگردد، تا حدودي نيز ناشي از فاصلهداري نسبت به ميدان تنش اصلي منطقه و نيز تفاوت در شكل پذيري لايهxadهاي با جنس مختلف است. در مطالعات تكميلي مرحله اول سد منگل و نيز مطالعات مرحله دوم تونلxadهاي انحراف و سرريز سد هراز، دره منگل كه در فاصله حدود 800 متري بالادست تكيهگاه راست و خارج از محدوده بدنه سد قرار دارد به عنوان يك عارضه گسلي فرض شده بود ولي بررسيxadهاي تكميلي و دقيقxadتر انجام شده در اين مرحله از مطالعات، نشاندهنده انطباق اين دره با محور يك تاقديس است. اين تاقديس بر روي فراديواره گسل چلاو قرار دارد. در بخشxadهاي زيرين، محدوده بستر و ترازxadهاي پايين دره، برونزدهايي از آهك روته ديده ميxadشود و در بخشxadهاي بالايي و ديوارههاي آن برونزدهايي از آهك و شيل و لايxadسنگxadهاي سازند نسن ديده ميشود. دره منگل در گذشتههاي دور به وسيله آبرفتهاي ستبر پرشده بوده است و هنوز آثار آنها در دو سوي دره و به ويژه سمت پايين دست آن ديدهxad ميxadشود.

- هيدروژئولوژي

همانگونه كه در مبحث سنگ بستر اشاره شد، سنگxadبستر محل سد را رسxadسنگ و شيلxadهاي رسي رنگارنگ در بخش زيرين و تناوب شيل و سنگ آهك تيره رنگ فسيلxadدار در بخش فوقاني متعلق به سازندxad نسن و سنگ آهك خيلي نازك لايه تا متوسط لايه و گاهي ضخيم لايه، گاهي درون لايهxadهاي سنگ آهك ورقهxadاي، سنگ آهك مارني، گاهي درون لايهxadهاي سنگ آهك ورميكوله، سنگ آهك االيتي صورتي ـ بنفش، قرمزـ خاكستري و يا زردـ قرمز، مارن كمي ندولار زرد ـ قهوه اي، مارن شيلي تا نازك لايه و تناوب شيل بنفش- سبز-خاكستري، شيل آهكي، مارن، مارن رسي، سنگ آهك و در افقxadهاي متعددي كنگلومرا و برشxadهاي درون سازندي متعلق به سازند اليكا تحتاني تشكيل داده است.

- رفتارنگاري جريان آب در توده سنگ محل سد

در آزمايشxadهاي نفوذپذيري سنگ، علاوه بر بدست آوردن مقدار آبخوري سنگ تحت فشارهاي گوناگون، ميتوان به واكنش درزهها و ناپيوستگيها در مقابل جريان تحت فشار آب پي برد.

، حدود 21 درصد از كل رفتارها مربوط به رفتار آشفته (Turbulent)، حدود 10 درصد مربوط به رفتار خطي (Laminar)، حدود 13 درصد مربوط به رفتار آبشستگي (Wash out) و 9 درصد مربوط به رفتارهاي پرشدگي (Void filling) و رفتار انبساطي (Dilation)، 40 درصد آبگذر كامل (Total loss) و 7 درصد نفوذناپذير (Impervious) ميxadباشد.

جريان آشفته بيشتر در بخشهاي سطحي سنگها ديده ميشود و معرف بازشدگي بيشتر درزهها در نزديكي سطح زمين ميباشد. جريان خطي نشان از كاهش بازشدگيها در حد قابل توجه دارد. جريان آب در درزه و تركxadهاي سنگ آرام بوده و مصالح فرسايش نميxadيابد.

جريان آبشستگي معرف شسته شدن سطوح درزهxadها ميxadباشد.

جريان پرشدگي دلالت بر عدم ارتباط درزهxadها با يكديگر در فواصل طولاني داشته و جريان خطي نشان از كاهش بازشدگيها در حد قابل توجه دارد.

جريان انبساطي نشان ميxadدهد كه ميزان نفوذ پذيري با افزايش فشار افزايش يافته و با كاهش فشار از ميزان آن كاسته ميxadگردد. (درزهxadهاي سنگ با افزايش و كاهش فشار باز و بسته ميxadشوند).

- روبار

بيشترين گسترش وحجم رسوبات مربوط به آبرفتهاي رودخانهxadاي ميباشد. رسوبات آبرفتي، درشت دانه بوده و شامل قطعاتي درحد شن، ماسه، قلوهxadسنگ و مقادير اندك تخته سنگ به همراه افقxadهاي ناxadپيوستهxadاي از مواد سيلتي و رسي ميباشد. حداكثر ضخامت آبرفت رودخانهxadاي در حدود 5/27 متر برآورد ميxadگردد. ضخامت پادگانه آبرفتي كه در بالاxadدست تكيهxadگاه چپ قرار داشته و از مصالح درشت دانه مشابه با آبرفتxadهاي رودخانهxadاي از قبيل شن، ماسه و تاحدودي از افقxadهاي رسي و سيلتي تشكيل شده است در حدود 15 متر ارزيابي شده است. ضخامت مواد واريزهxadاي در تكيهxadگاهxadهاي سد غالباً درحدود 3 متر ميxadباشد. در بخش كوچكي از پايينxadدست تكيهxadگاه چپ (محدوده انتهايي بدنه سد)، اين ميزان به حدود 7 متر بالغ ميxadشود. تراكم آبرفتxadهاي رودخانهxadاي و واريزهxadهاي دامنهxadاي ساختگاه سد غالبا" در حد متراكم (dense) تا خيلي متراكم (very dense) بوده البته افقxadهايي با تراكم كمتر و در حد سفت و محكم (compact) به ويژه در مصالح واريزهxadاي نيز وجود دارد.

- شاخص كيفي

سنگ آهك خيلي نازك لايه تا متوسط لايه و گاهي ضخيم لايه، گاهي درون لايهxadهاي سنگ آهك ورقهxadاي، سنگ آهك مارني، گاهي درون لايهxadهاي سنگ آهك ورميكوله، سنگ آهك ااوليتي صورتي-بنفش،قرمز-خاكستري و يا زرد-قرمز، مارن كمي ندولار زرد-قهوه اي، مارن شيلي تا نازك لايه و تناوب شيل بنفش- سبز-خاكستري، شيل آهكي، مارن، مارن رسي، سنگ آهك و در افقxadهاي متعددي كنگلومرا و برشxadهاي درون سازندي متعلق به بخش زيرين سازند اليكا و رسxadسنگ و شيلxadهاي رسي رنگارنگ در بخش زيرين و تناوب شيل و سنگ آهك تيره رنگ فسيلxadدار در بخش فوقاني متعلق به سازند نسن، سنگxadبستر ساختگاه سد را تشكيل داده است.

اين سنگxadها داراي هوازدگي كم تا متوسط داشته. از نظر استحكام سنگxadهاي آهكي و دولوميتي سازند اليكا در رده سنگxadهاي مقاوم تا مقاومت نسبتا" بالا و سنگxadهاي مارني و شيلي سازند مذكور و نيز سازند نسن در رده سنگxadهاي با مقاومت متوسط تا مقاومت كم قرار ميxadگيرند

- نفوذپذيري

محيط هاي قرارگيري سدها عمدتاً محيطxadهاي سنگي ناپيوسته، ناهمگن و شامل تعداد زيادي ناپيوستگي در مقياسهاي متفاوت است. طبيعت و توزيع عوارض ساختاري در داخل تودهسنگ مانند لايهبندي، گسل و مشخصات هندسي و مهندسي دسته درزهها تأثير قابل توجهي بر خصوصيات فيزيكي و مكانيكي تودهسنگ و در نتيجه پاسخ آن در قبال جريان آب زيرزميني دارد.

به منظور بررسي حالات مختلف نفوذپذيري، ، چهار حالت مختلف براي نفوذپذيري واحدها در نظر گرفته شد و براساس آن محاسبات نشت انجام شده است.

1- نفوذپذيري معادل با در نظر گرفتن ميانگين نتايج آزمايش لوژن

2- نفوذپذيري بر اساس بالاترين نفوذپذيري ثبت شده در آزمايشxadهاي لوژن براي هر واحد سنگي

3- نفوذپذيري معادل با در نظر گرفتن نفوذپذيري محاسبه شده براساس نتايج ناپيوستگيها

4- تحليل حساسيت براساس نفوذپذيري هاي مختلف

انجام آناليزهاي تراوش بر اساس مقاطع ژئوتكنيكي كه بر روي آن با در نظر گرفتن تفاوتxadهاي موجود در ويژگيxadهاي هيدروژئولوژيكي و نفوذپذيري توده سنگ ناحيهxadبندي صورت گرفته و به هر ناحيه نفوذپذيري خاص آن نسبت داده شده بود صورت گرفته است.

از آنجا كه هدف از انجام محاسبات نشت، تعيين گسترش جانبي (شامل طول و راستا) و گسترش عمقي پرده آبxadبند در پي و تكيهxadگاهxadهاي سد است لذا محاسبات نشت در دو مرحله متفاوت انجام شد. مرحله اول كه شامل مدلسازي افقي مخزن و تكيهxadگاهxadها است و براساس نتايج آن، علاوه بر آن كه گسترش جانبي و زاويه پرده آببند تدقيق خواهد شد، مسيرهاي احتمالي جريان نيز شناسايي ميxadشوند و برپايه اين اطلاعات در مرحله دوم با تهيه مقاطع زمينxadشناسي در جهت مسيرهاي احتمالي جريان، مقدار فرار آب در حالات گوناگون مورد بررسي قرار گرفت.

جمعی از همکاران سد هراز:

از راست ، مهندس: پرویزی عمران،عبدی،نظری پورکیایی(سرناظر محترم)،خودم،محمدنظری پورکیایی،سلیمانپور و زاهدی

از راست : مهندس سلیمانی نژاد،دکترقاسمی و نائب،مهندس سلیمانی عزیز