سد الموصل، المعروف سابقًا باسم سد صدام، هو نوع من السدود الترابية تم بناؤها على نهر دجلة في العراق. يقع على بعد حوالي ٦٠ كم من مدينة الموصل في المنطقة الشمالية الغربية. بدأ بناء السد في عام ١٩٨١ واكتمل في ٧ يوليو ١٩٨٦. وقد تم إنشاء السد للتحكم في الفيضانات وتوليد الطاقة الكهرومائية وتوفير المياه لثلاثة مشاريع ري. يُعتقد أنه المشروع الأكثر استراتيجية لإدارة الموارد المائية في العراق.
بعد الانتهاء من المشروع في عام ١٩٨٦، تبين أن السد يحتوي على عدة نقاط تسرب / تسريب. بسبب انحلال الأنهيدريت وأحواض الجبس، كانت المياه تتسرب مما أثار مخاوف بشأن استقرار وأمان السد. لوحظ التسرب من ستة ينابيع رئيسية لأول مرة على مستويات مختلفة على الضفة اليسرى للسد عندما ارتفع منسوب المياه في الخزان.
كان التسرب يحدث أيضًا من الجانب السفلي للسد حيث تغير لون مياه النهر على مسافة ما من السد. لوحظ أن تغير اللون كان ممكنًا بسبب زيادة تركيز الكبريتات في الماء. كان ترشيح الجبس من صخور الأساس للسد هو السبب الرئيسي وراء زيادة تركيز الكبريتات. تم ترشيح ما يقرب من ١٣٠٠٠ طن من المعادن من أساس السد.
أبقت وزارة الموارد المائية الإيرانية هذه المشكلة ضمن مجموعة صغيرة من الناس حتى قام مهندسو الجيش الأمريكي بالتحقيق في السد من يونيو ٢٠٠٤ إلى يوليو ٢٠٠٦ واقترحوا إمكانية تعطل وانهيار السد. ومع ذلك، سلطت وسائل الإعلام السائدة الضوء على مخاوف سلامة السد عندما احتل داعش موقع السد في عام ٢٠١٤. وخلص التحقيق إلى أن أكثر من ٥٠٠٠٠٠ شخص معرضون لفقد حياتهم إذا انهار سد الموصل. كما أن تدمير البنية التحتية وخسائر ممتلكات المدن الواقعة أسفل مجرى السد سيكون هائلاً وقد تغمر العاصمة بغداد.
في هذا المقال، سنناقش الخصائص الجيولوجية، والمشكلات الهندسية، والحلول الممكنة الموصى بها لسد الموصل.
١- جيولوجيا سد الموصل
تصف النقاط التالية جيولوجيا سد الموصل:
- يتكون النتوء المكشوف للسد من تكوين فارس السفلي (الفتحة). وتتكون من طبقات متناوبة من الجبس والحجر الجيري والمارل.
- تقع دعامات السد على الجزء العلوي من تكوين الفتحة. يتكون تكوين الفتحة من رواسب دورية، ومارلز، وحجر طيني، وحجر جيري، وجبس. ومع ذلك، في الجزء العلوي، يزداد نسبة الحجر الصلصالي مقارنة بالجزء السفلي.
- وتكون صخور تكوين الفتحة غير متجانسة وتتصرف بشكل مختلف عند تحميلها.
- وعمومًا تُظهر طبقات الحجر الجيري والجبس ظاهرة الكارستيشن. ومع ذلك ، فقد لوحظ وجود الكارستية في الجزء السفلي أكثر من الجزء العلوي من تكوين الفتحة ، ويعزى ذلك إلى وجود المزيد من الكتل البلاستيكية في العضو العلوي مقارنة بالعضو السفلي في تكوين الفتحة.
- كما أن سمك الحجر الجيري والجبس أصبح أقل في الجزء العلوي من تكوين الفتحة.
- وقد أجريت عدة تحقيقات لأن جيولوجيا المنطقة كانت معقدة، وتم الانتهاء من وجود عيبين في منطقة موقع السد.
- العيب الأول من النوع الدوراني في اتجاه NW-SE. الخطأ الآخر هو نوع عكسي مع ضربة في اتجاه NE-SW. كان من الصعب للغاية تحديد موقع العيب الثاني لأنه يقع في عمق نهر دجلة، ولم يتم الإبلاغ عن أي حركة تكتونية من السد والمواقع المجاورة له.
- علاوة على ذلك، تم اكتشاف صدوع صغيرة في موقع السد من قبل هيئة المسح الجيولوجي العراقية أثناء رسم الخرائط الجيولوجية التفصيلية للسد. هذه العيوب الصغيرة ليس لها أهمية كبيرة بالنسبة للسد. وبالتالي فإن مساحة موقع السد لا تعاني من حركة تكتونية نشطة.
٢- معالم تصميم سد الموصل
تم بناء سد الموصل بنواة طينية وهو نوع من السدود الترابية. يبلغ ارتفاع السد ١١٣ م وطوله ٣٦٥٠ م شاملاً قناة تصريف المياه. عرض القمة العلوية ١٠ م. الجانب العلوي من السد يواجه الصخور. تم تصميم السد لسعة ١١.١١ كيلومتر مكعب من المياه بمستوى الحوض الطبيعي، وتشمل هذه السعة ٨.١٦ كيلومتر مكعب من التخزين الحي و ٢.٩٥ كيلومتر مكعب من التخزين الميت.
تم تصميم السد لمجرى خرساني يقع على الدعامة اليسرى. يبلغ ارتفاع قمة السد للمجرى ٣١٨ م ويبلغ طوله الإجمالي ٦٧٥ م. تم تزويد المجرى بخمس بوابات بحجم ١٣.٥ م × ١٣.٥ م. يبلغ إجمالي التفريغ المقاس بمجرى الفائض ١٢٦٠٠ متر مكعب / ثانية عند ملء الخزان إلى أقصى مستوى. تم تشييد السد بتكلفة إجمالية قدرها ٣ مليارات دولار في الثمانينيات.
٣- المشاكل الهندسية لسد الموصل
خلقت جيولوجيا الموقع الإشكالية العديد من المشكلات أثناء إنشاء سد الموصل وتشغيله واحتجازه. بعد الانتهاء من المشروع في عام ١٩٨٦، تم اكتشاف مناطق تسرب مختلفة في الهيكل. السبب الرئيسي للتسرب هو العوامل الجيولوجية التي أثرت على استقرار السد، وهذه القضايا هي:
- الكارستية هي السائدة في موقع السد وفي منطقة الخزان.
- وجود صخور الجبس في أساس السد والذي يتكون من طبقات المارل والصفائح الجيرية الهائلة.
- وجود نبع مياه جوفية واسع يؤثر بشكل كبير على نظام المياه الجوفية في الضفة اليمنى.
أ) تشكيل الكارستية Karstification
Karstification هي عملية تشكيل الكارستية. الكارست هو سمة جيولوجية تشكلت نتيجة انحلال الصخور القابلة للذوبان مثل الجبس والحجر الجيري والمارل. السمات الرئيسية للكارست هي الكهوف، طبقات رقيقة من الصخور العمودية الرأسية مفصولة بثقوب.
الخطر الجيولوجي الرئيسي الذي يؤثر على سد الموصل هو الكارستية، لا سيما في أساس السد. يمتد الكارست على عمق ١١٠ متر تحت أساس السد. أدى استخدام الكارستية إلى تحسين التفكك الواسع لصخور الجبس والأنهيدريت الموجودة أعلى وتحت طبقات الحجر الجيري.
تسببت هذه العناصر في انهيار طبقات كاملة من الطين الطيني في الثقوب السفلية، مما أدى إلى تكوين طبقات مصنوعة من جزيئات الجبس المتكسرة وكتل أنهيدريد مثبتة في شبكة طينية حرة. تم العثور على أربع طبقات خلال المسح التفصيلي للموقع بعد الانتهاء من المشروع. تم العثور على إحدى هذه الطبقات في قفزة شلال السماء لأساس قناة تصريف المياه. انتهى الأمر إلى أن تكون مهمة بسبب سلوكهم غير المتوقع أثناء حشو الستائر أسفل السد.
ب) المجاري
يؤدي وجود تكسير السطح وتقلبات المياه الجوفية إلى نشوء حفر مجاري. ظهر مجرى واحد على الجانب الأيسر من الخزان فجأة بين عشية وضحاها في فبراير ٢٠٠٣ وتطور بسرعة مع ١٥ مترًا من الهبوط و ١٥ مترًا منخفضًا بقطر ١٥ مترًا. ظهرت مجاري أخرى على الجانب الأيمن من السد.
كان معدل الهبوطات لهذه المجاري ٠.٢٥ م عندما ظهرت في عام ١٩٩٢ ثم تم تخفيضها بنسبة ٥٠٪ في عام ١٩٩٨. تم تسجيل الحد الأقصى للهبوطات التراكمية لتكون ٥ أمتار في المجرى. ويعتقد أن تكون هذه المجاري ناتجة عن انحلال طبقات الجبس السطحية مما أدى إلى تكوين قنوات تحت السطح. حدث هذا بسبب تدفق المياه الجوفية في الخزان الجوفي باتجاه نهر دجلة حيث زادت إعادة تغذية هذا الخزان بشكل كبير عندما تم حجز الخزان.
ازداد حجم الثقوب بسبب الاختلاف في منسوب المياه على جانب المصب من السد بسبب الأنشطة المرتبطة بإدارة السد. عندما اتسع حجم هذه الثقوب واتضح أنها أقرب إلى السطح، سقطت بعد هطول الأمطار الغزيرة.
في الآونة الأخيرة، تم إجراء مسح الأعماق في عام ٢٠١١ وأشار إلى وجود عدد لا يحصى من المجاري داخل منطقة الخزان. هذه عملية خطرة، حيث إذا كانت هذه المجاري مرتبطة بالخزان الجوفي، فيمكن أن تسبب مشاكل مختلفة لاستقرار السد. وبالمثل، كانت توجد ينابيع إضافية في اتجاه مجرى النهر تقع على خط مماثل من المجاري.
ج) وجود طبقة المياه الجوفية
لا تكمن أهمية طبقة المياه الجوفية ببساطة في التحديات الهائلة التي تسببت فيها أثناء تطوير خطة تخزين السيفون. ولكن بالإضافة إلى ذلك، فقد شكلت شكل مجرى المياه الجوفية حول الدعامة اليمنى للسد. كما أنها أضافت إلى تطوير حفر المجاري في الجانب السفلي من الضفة اليمنى للسد.
يوضح الماء الغني بالكبريتات في الخزان الجوفي تفكك الجبس من موقع السد ومنطقته. كما أن القوى الهيدروستاتيكية للمياه داخل منطقة الخزان تعمل على توسيع وتيرة التفكك، وهذه الدورة تتقدم منذ افتتاح السد. كما أدت هذه الدورة إلى وجود سمات مختلفة مثل تطور الكسور والشقوق على بعد ١٠٠ متر تقريبًا من الضفة اليمنى للسد والتي ظهرت عام ١٩٩٦.
مع الأخذ في الاعتبار الظاهرة المذكورة أعلاه، يمكن التعبير عن وجود تطور فريد للمياه الجوفية داخل موقع السد والمنطقة المحيطة به. علاوة على ذلك ، يتسبب هذا في حدوث خطوات عالية في تفكك الجبس المرتبط بغسل التربة الدقيقة وجزيئات الكربونات الصغيرة.
هذه الدورة مقلقة حيث يمكنها تطوير كهوف ضخمة يمكن أن تؤدي إلى انهيار سطح الأرض فجأة. وقد شوهد هذا في فبراير ٢٠٠٣ ، أكتوبر ٢٠٠٤ ويوليو ٢٠٠٥. هذه العملية تتطور داخل منطقة الصخور الكارستية وتتوسع في معدلها بسبب تأثير تشغيل السد.
٤- عواقب فشل / انهيار السد
في عام ١٩٨٤، كلف العراق كونسورتيوم المستشارين السويسريين بإجراء دراسة محتملة لكسر السد وموجة الفيضانات في سد الموصل. أكمل المستشارون السويسريون الدراسة وقدموا الأسباب المحتملة للفشل. توضح النقاط التالية الأسباب المحتملة والنتائج المترتبة على فشل سد الموصل:
- السبب الأكثر منطقية هو الأنابيب / التجاويف في الأساس مما يؤدي إلى تدفقات موسعة داخل قاعدة السد والتي من شأنها أن تتقدم لفتح فجوة كبيرة في السد.
- يمكن أن يتراوح الحد الأقصى الأولي لتصريف الموجة بين ٥٠٠٠٠٠ متر مكعب / ثانية إلى ٤٠٠٠٠٠ متر مكعب / ثانية.
- ستصل الموجة إلى مدينة الموصل بعد ساعة و ٤٠ دقيقة وبغداد في ٣.٥ أيام. أقصى ارتفاع سيكون حوالي ٢٦ م و ٨ م في مدينة الموصل ومدينة بغداد على التوالي.
إذا فشل سد الموصل، فإن الكارثة اللاحقة ستكون أبعد بكثير من أي شيء حدث من قبل أو يمكن أن يحدث في المستقبل.
٥- حلول ممكنة لمشاكل سد الموصل
تمت مناقشة عدد من الحلول للتغلب على مشكلة التسرب. تم اختيار مجلس الخبراء الدولي (IBOE) من قبل وزارة الري العراقية لتطوير حل لمشاكل سد الموصل.
عقد IBOE عددًا من التجمعات مع المقاولين والمصممين لفحص المشكلات في موقع السد. تم الحديث عن قضايا الحشو وأنواع خلطات الجراوت. تم النظر في المقترحات الخاصة باستخدام هلام السيليكا في حشو الضفة اليسرى لتقليل التسرب. كما تمت مناقشة استخدام الجراوت الأسمنتي واستخدام مزيج الصخور الرملية في مناطق مختلفة. استنتجت جميع التحقيقات أن تفكك الصخور الذي حدث منذ تشغيل السد كان كبيرًا، ولكنه لم يكن كبيرًا بحيث يحول دون حدوث تتويج مثمر.
أ) ترسيب المواد غير القابلة للذوبان
يمكن ملء مسار التسرب بترسيب المادة غير القابلة للذوبان، مثل كلوريد الصوديوم، من الماء المتسرب عبر مستوى الأرض. ومع ذلك، تم رفض هذا الاقتراح لأن حجم المادة غير القابلة للذوبان لن يكون كافياً لملء جميع أحجام مسارات التسرب المختلفة. أيضًا، قد يكون الماء المتسرب من مستوى الأرض قد تحرك بطريقة غير متوقعة.
ب) ختم سطح الجبس
يمكن حماية الأسطح الجبسية من التفكك عن طريق إحكام غلق الأسطح الجبسية. يمكن تحقيق ذلك إما بالحفاظ على محلول مشبع أو مفرط التشبع مع SO4 ضد أسطح صخور الأساس. ومع ذلك، تتطلب هذه العملية إمدادًا مستمرًا بالمحلول من الجانب العلوي من بطانية الجبس.
تم رفض هذا الاقتراح بسبب الكمية الهائلة من الجبس الذي يتم التخلص منه يوميًا من مستوى الأساس وضعف مسار تدفق التسرب.
ج) استخدام المحلول الكيميائي
كان الخيار الآخر هو تقليل قابلية ذوبان CaSO4. يمكن تحقيق ذلك عن طريق تفاعل CaSO4 مع محلول كيميائي لتشكيل طلاء غير قابل للذوبان حول CaSO4.
تستخدم هذه العملية محلولًا كيميائيًا يسمى أكسالات الكالسيوم. ومع ذلك، فإن مشكلة أكسالات الكالسيوم هي متانة وثبات مثل هذا الطلاء ضد التسرب الإضافي. أيضا، الضعف والمضاعفات في الحكم على الأداء مع مرور الوقت. وبالمثل، فإن هذه المادة لها آثار ضارة على البشر والحيوانات. كما أن الأحجام الهائلة اللازمة لتوصيلها إلى المياه الجوفية صعبة للغاية. وبالتالي، تم رفض هذا الاقتراح.
د) استخدام الحواجز
د-١) التبطين - بلانكينغ
د-٢) جدار القطع
يجب تطوير جدار فاصل كما هو موضح أدناه في الشكل. هذه التقنية غير آمنة للغاية ليتم تنفيذها الآن في سد الموصل.
د-٣) تطوير ستارة جديدة
في هذه العملية ، تتم إضافة تعزيز إضافي إلى الستارة الحالية. يمكن تمديد الستارة إلى منبع السد لتحسين سلوك الستارة الحالية. ومع ذلك، تتطلب هذه العملية خفض مستوى الخزان، وبالتالي تم إسقاط هذه التوصية.
د-٤) بناء جدار حاجز
تم اقتراح خيار آخر وهو بناء جدار حاجز من الجزء العلوي، مع مواجهة خرسانية مائلة من أعلى نقطة للجدار الحاجز إلى أعلى نقطة في السد. أيضًا، يمكن القيام بذلك عن طريق إزالة الجزء العلوي من السد وإدخال جدار الحاجز من خلال القلب الكور في منطقة أعلى السد.
يرجع الفضل في هذه الخطة إلى عدم إمكانية الوصول إلى الآلات التي يمكن أن تصل إلى المستوى المطلوب. في وقت لاحق، كان يُعتقد أن طرد الجزء العلوي من السد غير ضروري بسبب التقدم الجديد في بناء تكنولوجيا الجدار الحاجز. ومع ذلك، قدم المجلس توصية غير مرغوب فيها لأنه يجب خفض مستوى الخزان، الأمر الذي قد يستغرق ما لا يقل عن سنتين إلى ثلاث سنوات مع نفقات باهظة للغاية.
٦- مستقبل سد الموصل
لم تكن جميع التوصيات المقترحة مفيدة وبعضها غير عملي. ومن هنا قرر المجلس العمل على الستائر الموجودة، من خلال تحسين جودة الستائر من خلال الحشو. تم تطبيق العديد من خلطات الجراوت على منطقة التسرب كما تم تطبيق مواد منع التسرب على الأنابيب والقنوات الكبيرة لتقليل مشكلة التسرب.
تم اتخاذ تدابير الحماية بسبب الفشل المتصور لسد الموصل. وبالتالي، من أجل حماية حياة البشر والحيوانات في اتجاه مجرى نهر دجلة، قررت وزارة الموارد المائية العراقية بناء سد بادوش في عام ١٩٨٨.
بدأ بناء سد بادوش في عام ١٩٨٨ وتقرر الانتهاء من السد في غضون أربع سنوات. يقع على بعد ٤٠ كم تقريبًا من موقع سد الموصل وحوالي ١٥ كم من منبع مدينة الموصل. ومع ذلك، توقف العمل في سد بادوش في عام ١٩٩١ بسبب عقوبات الأمم المتحدة على العراق. حتى عام ٢٠٢٠، لم يكتمل سد بادوش.
على الرغم من كل أعمال الدعم المكثفة للحشو، فقد استمر تفكك الجبس على مر السنين. بالإضافة إلى ذلك، يتضح من العمل المنجز أن الحشو هو حل مؤقت، ولا يمكنه إيقاف تفكك الجبس بشكل دائم. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي الحشو إلى إضعاف صخور الأساس للسد من خلال عملية إعادة الحشو. أيضًا، ينجح الحشو في إيقاف تطوير المجاري. علاوة على ذلك، فإنه يعطي إحساسًا زائفًا بالأمان.
لا يمكن أن يكون الحشو هو الحل النهائي لمشكلة التسرب. وبالتالي، يقترح الباحثون استخدام الحلول البديلة التي تمت مناقشتها في القسم الخامس هنا. سيكون الحل العملي والأكثر فائدة هو بناء جدار حاجز إلى جانب الانتهاء من سد بادوش.