سد

السدود الترابية

تحتوي العديد من السدود الترابية على لب طيني وواجهات مائلة تدريجياً في اتجاهي المنبع والمصب. ^{[ 11 ]}

سد ميساغاوا في اليابان هو سد ترابي .

أكثر أنواع السدود شيوعًا هو السد الترابي، الذي يُبنى من مواد طبيعية مضغوطة - مثل الصخور والطين والرمل والحصى والتربة - ليشكل حاجزًا عريضًا يشبه التل. ^{[ 12 ] [ ج ]} تُصنف هذه السدود إلى سدود ركامية صخرية وسدود ركامية ترابية، وذلك حسب المادة الأساسية المستخدمة. ^{[ 14 ]} من بين أكبر السدود الترابية سد تربيلا ، وسد نوريك ، وسد شيكواسين . ^{[ 15 ]}  

يمكن بناء السدود الترابية باستخدام مواد متوفرة محلياً، مما يجعلها أقل تكلفة من السدود الخرسانية التي تتطلب صخوراً مستوردة وأسمنتاً باهظ الثمن. كما يمكن بناؤها على التربة الرخوة لأن قاعدتها العريضة توزع وزنها على مساحة أكبر (على عكس السدود الثقيلة التي تتطلب أساسات صخرية ). ^{[ 16 ]}

تتمثل العيوب الرئيسية للسدود الترابية في نفاذيتها العالية ، مما يسمح بتسرب المياه عبرها أو أسفلها. ^{[ 17 ]} تشمل تقنيات الحد من التسرب إنشاء نظام تصريف أسفل السد، وحقن الملاط في التربة أسفله، وإضافة طبقة رأسية من مادة غير منفذة داخله. ^{[ 18 ]} في حال إضافة طبقة غير منفذة، يمكن أن تكون مصنوعة من الطين أو الإسمنت أو الأسفلت . ^{[ 19 ] [ د ]} قد يؤدي عدم معالجة التسرب بشكل صحيح إلى انهيار السد بسبب ظاهرة "التسرب الأنبوبي" - حيث تبدأ المياه بالتدفق عبر السد (أو أسفله) في قناة صغيرة، تتسع تدريجيًا حتى تُحدث ثقبًا كبيرًا فيه. ^{[ 21 ]} 

كانت السدود الترابية المبكرة تُبنى غالبًا من نوع واحد من التربة، ولكن بدءًا من منتصف القرن السادس عشر، بدأ المهندسون باستخدام أنواع متعددة من المواد مُرتبة في طبقات. ^{[ 22 ] [ هـ ]} يتكون النمط النموذجي للطبقات من مركز طيني (جدار رأسي يمتد من قاع النهر إلى قمة السد)، مع ضفاف ترابية مائلة تدريجيًا على جانبي المنبع والمصب، وكلا الجانبين مُغطى بصخور كبيرة. ^{[ 24 ]} تحمي الصخور الكبيرة على جانب المنبع الهيكل من تأثير الأمواج. ^{[ 25 ]} في سبعينيات القرن العشرين، تم ابتكار تصميم سد الردم الصخري ذي الواجهة الخرسانية (CFRD)، وهو سد ترابي مملوء بالصخور مع ألواح خرسانية على جانب المنبع، مُحكمة الإغلاق بوصلات مانعة لتسرب الماء. ^{[ 26 ] [ و ]}

السدود الجاذبية

يتميز السد الثقالي النموذجي بواجهة أمامية شبه عمودية وقاعدة عريضة. ^{[ 28 ] [ g ]}

يُعد سد غراند ديكسانس في سويسرا أحد أطول السدود الجاذبية في العالم . ويُظهر الأشخاص الموجودون على قمة السد حجمه الهائل. ^{[ 29 ]}

تعتمد السدود الخرسانية على وزنها لمقاومة قوة المياه المتدفقة من المنبع. تاريخيًا، كانت هذه السدود تُبنى من الحجارة أو الطوب أو الأنقاض ، وتُثبّت معًا بالملاط ، ولكن جميع الأمثلة الحديثة تقريبًا مصنوعة من الخرسانة. ^{[ 30 ] [ ح ]} تكلفة الخرسانة أعلى بكثير من تكلفة الردم الترابي المستخدم في السدود الترابية، لذا فإن السدود الخرسانية أغلى عمومًا. يتمثل أحد أساليب خفض التكلفة في دمج حجرات مجوفة داخل السد ، شريطة ألا يؤثر ذلك على استقرار السد وقوته. ^{[ 32 ] [ ط ]} من أبرز السدود الخرسانية سد غراند ديكسانس وسد غراند كولي . ^{[ 34 ]}   

عادةً ما تكون قمة السد الخرساني خطًا مستقيمًا يمتد بين جدران الوادي الذي يعبره. وعندما تكون القمة منحنية (بحيث يكون الجانب المحدب من المنحنى دائمًا مواجهًا لمنبع النهر)، يُطلق عليه اسم السد الخرساني القوسي (سيتم شرحه لاحقًا ). ^{[ 35 ] [ j ] [ k ]} يكون المقطع العرضي للسدود الخرسانية مثلثًا تقريبًا، بقاعدة مسطحة تستقر على قاع الوادي، ووجهين مائلين (أحدهما مواجه لمنبع النهر والآخر مواجه لمصب النهر) يلتقيان عند القمة. ^{[ l ]} ولضمان استقرار السد وعدم انقلابه، يجب أن يتوافق شكله مع قاعدة الثلث الأوسط ، التي تنص على أن القوى المؤثرة على السد (الجاذبية، ضغط الماء، إلخ) يجب أن تُنتج قوة محصلة موجهة نحو الجزء الأوسط من القاعدة (بدلاً من أن تكون موجهة بالقرب من الحافة السفلية للقاعدة). ^{[ 38 ]} كما يجب تصميم سُمك السد الخرساني وميله بعناية لضمان استقراره. بالنسبة للسدود الجاذبية غير الفائضة، يجب أن يتراوح سمك القاعدة بين 70 و85% من الارتفاع. ^{[ 39 ] [ م ]} ويكون ميل (انحدار، يُقاس كنسبة بين المسافة الأفقية والارتفاع) الواجهة السفلية عادةً من 0.75 إلى 0.8، بينما يجب أن يكون ميل الواجهة العلوية عموديًا أو 0.05 كحد أقصى. ^{[ 40 ] [ ن ]}

نظرًا لثقل السدود الخرسانية، يجب أن ترتكز على صخور أساسية؛ فبناء سد خرساني فوق التربة سيؤدي إلى ضغطها، مما يتسبب في هبوط السد، وربما تشققه وانهياره. ^{[ o ]} إذا كانت الصخور الأساسية بها شقوق أو عيوب، فيجب معالجتها بحقن الملاط أو وضع سدادات خرسانية. ^{[ 43 ]} من المخاوف التي يجب على المصممين مراعاتها "الرفع": فإذا تسربت المياه أسفل هيكل السد، يمكن لضغط الماء أن يُسلط قوة صاعدة شديدة على هيكل السد، مما قد يؤدي إلى تسربات أو حتى انهيار السد. يمكن التخفيف من هذا الخطر باستخدام ستائر الملاط أسفل السد (التي تمنع تسرب المياه أسفله) وأنظمة الصرف أسفل السد، والتي تُصرف المياه بعيدًا عند زيادة الضغط. ^{[ 44 ]}

السدود الداعمة

يتميز السد ذو الدعامات بواجهة مائلة في اتجاه المنبع مدعومة بدعامات متعددة. ^{[ 45 ]}

يظهر في هذه الصورة لسد لاتيان ذي الدعامات في إيران حوالي 20 دعامة. ^{[ 46 ]}

يتكون السد الدعامي من واجهة أمامية مائلة مدعومة من جانبها السفلي بدعامات مثلثة متعددة . ^{[ ص ]} تُصنع معظم السدود الدعامية من الخرسانة. ^{[ 48 ]} على عكس السد الخرساني (حيث تكون الواجهة الأمامية عمودية تقريبًا)، فإن الواجهة الأمامية للسد الدعامي مائلة، وعادةً ما يتراوح ميلها بين 0.2 و1.67. ^{[ 45 ] [ ن ]} ويتراوح ميل الواجهة السفلية عادةً بين 0.09 و0.8. ^{[ 45 ] [ ن ]} يدفع المقطع المثلثي لمياه الخزان السد إلى أسفل، مما يدفعه إلى داخل الأرض ويزيد من استقراره. ^{[ 45 ]} من أبرز السدود الدعامية سد إيتايبو ، وسد لوسيندرو ، وسد المسيرة . ^{[ 49 ]}

تستخدم السدود الدعامية كمية أقل بكثير من الخرسانة مقارنةً بالسدود الثقالية المماثلة، إلا أن هذا التوفير في التكاليف يُقابله تعقيد أكبر في عملية البناء. ^{[ q ]} لا تتمتع السدود الدعامية بنفس قوة السدود الثقالية، وهي مناسبة فقط للارتفاعات المنخفضة. ونظرًا لأن السدود الدعامية تشغل مساحة أصغر بكثير (مساحة الأرض التي يرتكز عليها هيكل السد) مقارنةً بالسدود الثقالية، فإن المخاطر المرتبطة بقوى الرفع (الناتجة عن المياه أسفل السد) تكون أقل في السدود الدعامية. ^{[ 51 ]}

قد تتعرض الدعامات الفردية لحركات طفيفة بالنسبة لبعضها البعض. إذا كان الوجه الأمامي للسد قطعة خرسانية صلبة، فإن حركات الدعامات قد تُحدث إجهادات كبيرة، مما يؤدي إلى تشقق الوجه الأمامي للسد. وللحد من ذلك، يُقسّم الوجه الأمامي إلى عدة أجزاء، جزء لكل دعامة، تُسمى "رؤوس الدعامات". عادةً ما تُفصل رؤوس الدعامات المتجاورة بفجوة، وتُملأ هذه الفجوات بمواد مانعة للتسرب مرنة. ^{[ 52 ]}

السدود القوسية

تنقل السدود القوسية وزن المياه المحتجزة إلى جدران الوادي. ^{[ 53 ] [ r ]}

هذا السد القوسي في تسمانيا منحني في الاتجاهين الرأسي والأفقي. ^{[ 54 ]}

السد القوسي هو هيكل خرساني منحني ينقل قوة المياه المحتجزة أفقيًا إلى جدران الوادي. يختلف هذا التصميم عن السدود الثقالية أو سدود الدعامات، التي تنقل القوة إلى الأسفل نحو الأساس. ^{[ 53 ]} تتميز السدود القوسية بسماكتها الرقيقة نسبيًا: إذ يقل سمك قاعدتها عن نصف ارتفاعها، ^{[ k ]} وهي مصنوعة من البناء أو الخرسانة. ^{[ 56 ]} يمكن أن تكون الزاوية المركزية التي يشكلها السد القوسي ضحلة نسبيًا أو شبه دائرية، وتتراوح بين 46 و140 درجة. ^{[ 57 ] [ s ]} من أبرز السدود القوسية: سد هونغرين ، وسد فلامينغ جورج ، وسد مويري ، وسد كونترا . ^{[ 59 ]}

جميع السدود المقوسة منحنية، لكنها تتخذ أشكالًا متنوعة. استخدمت معظم السدود المقوسة القديمة شكل "نصف القطر الثابت"، الذي يشبه مقطعًا من أسطوانة رأسية. ^{[ 60 ] [ t ]} أما الشكل الأكثر تعقيدًا فهو شكل "الزاوية الثابتة"، الذي يقل نصف قطره تدريجيًا من القمة إلى القاعدة. ^{[ u ]} وقد دفعت الأبحاث التي أُجريت لتحسين أشكال السدود لتحقيق أقصى قدر من القوة مهندسي السدود إلى اعتماد شكل الزاوية الثابتة للعديد من السدود المقوسة، بدءًا من عام 1914. ^{[ 61 ]} وهناك شكل آخر هو "الانحناء المزدوج"، الذي يشبه مقطعًا من قبة، ويُعرَّف بتضمين الانحناء في الاتجاه الرأسي - وكذلك الأفقي . ^{[ 62 ]}  

بغض النظر عن شكل انحناء السد القوسي، يجب أن ينقل القوس وزن مياه الخزان إلى جدران الوادي. لا يمكن بناء السدود القوسية إلا في الوديان الضيقة ذات الجدران الصخرية القوية والشديدة الانحدار القادرة على تحمل قوى هائلة. في بعض السدود، يجب إنشاء دعامات خرسانية بين القوس وجدران الوادي لنقل الحمل بأمان. ^{[ 63 ] [ r ]}

هياكل السدود المركبة

يُعد سد سايانو-شوشينسكايا في روسيا مثالاً على سد القوس الثقالي .

سد بارتليت في الولايات المتحدة هو سد متعدد الأقواس.

تجمع بعض السدود بين خصائص نوعين من أنواع السدود الأساسية. فالسد القوسي الجاذبي يجمع بين خصائص السدود القوسية والسدود الجاذبية: شكله العام قوسي، ولكنه ليس سدًا قوسيًا حقيقيًا لأن سمك قاعدته يزيد عن نصف ارتفاعه ، مما يمنحه وزنًا وبصمة مميزة للسدود الجاذبية. ^{[ 64 ] [ v ] [ k ]} 

يجمع السد متعدد الأقواس ^{[ w ]} بين خصائص السدود المقوسة والسدود الداعمة. وهو يشبه السد الداعم، لكن واجهته العلوية ليست مسطحة ، بل تتكون من عدد من السدود المقوسة الصغيرة: يربط كل قوس زوجًا من الدعامات المتجاورة. ^{[ 67 ] [ x ]} 

السدّ الحاجز هو سدّ مُدمج به مفيض، مع بوابات متعددة لتنظيم التدفق فوق المفيض. ^{[ 5 ]} أما السدود الترابية والجسور - التي تشترك في نفس تصميم السدود الترابية - فهي ليست سدودًا حقيقية لأنها تُبنى عادةً على ضفاف نهر أو بحر، بينما تُبنى السدود بشكل عرضي في وادٍ. ^{[ 8 ]}  

ليست كل السدود من صنع البشر: فالسدود الطبيعية هي حواجز تتشكل بفعل عمليات مثل الانهيارات الصخرية ، وتدفقات الحمم البركانية ، أو بفعل سلوك بناء السدود لدى القنادس . ^{[ 71 ]}

السد الصخري هو سد طبيعي يتشكل نتيجة انزلاق صخري إلى وادٍ، مما يعيق تدفق النهر ويشكل بحيرة في المنبع. ^{[ 72 ]} يوجد آلاف السدود الصخرية حول العالم، بما في ذلك سدٌّ تشكّل عام 2010 في باكستان، والذي شكّل بحيرة أتاباد . ^{[ 72 ]} تُشكّل السدود الصخرية خطراً داهماً على الأرواح، إذ قد تتسبب في خسائر فادحة في الأرواح إذا انهارت وأحدثت فيضاناً مفاجئاً . ففي عام 1786 في الصين، تسبب زلزال في انهيار سد صخري على نهر دادو ، والذي انهار بعد عشرة أيام، مما أسفر عن مقتل 100 ألف شخص. ^{[ 73 ]} يمكن الحد من مخاطر الفيضانات المفاجئة عن طريق بناء قنوات تصريف على السدود الصخرية لخفض مستوى المياه. ^{[ 73 ]} وقد استخدم المهندسون السدود الصخرية كأساسات لبناء سدود جديدة. ^{[ 74 ]} نادراً ما استخدم المهندسون التفجير على سفوح الجبال لإحداث انهيار صخري وإنشاء سد ترابي بدائي، يُطلق عليه اسم سد "التفجير والردم". ^{[ 75 ]}

تُعدّ السدود البركانية نتاجًا للنشاط البركاني ، الذي يُمكن أن يُشكّل سدودًا من تدفقات الحمم البركانية، أو رواسب الطين البركاني ، أو التدفقات البركانية الفتاتية ، أو غيرها من الحطام. ^{[ 76 ]} وقد أدّى النشاط البركاني قبل حوالي 13000 عام إلى تكوين حاجز الحمم البركانية في كندا، والذي حجز مياه بحيرة غاريبالدي . ^{[ 77 ]}

سدود القنادس هي هياكل تبنيها القنادس عبر مجرى مائي. تبني القنادس هذه السدود ليلاً، حاملةً الطين والحجارة والأغصان بأقدامها الأمامية وأسنانها. يُنشئ السد بركةً تحمي القنادس من الحيوانات المفترسة وتُسهّل الوصول إلى الغذاء. تحتوي بعض السدود على مساكن - غرف مبنية داخل السد - حيث يمكنها العيش. تُغيّر سدود القنادس البيئة المحلية بطريقة تُنشئ موائل جديدة لأنواع أخرى، مما يجعل القنادس من الأنواع الأساسية في النظام البيئي . ^{[ 78 ]}  

تشمل الأغراض الرئيسية التي تخدمها السدود الري ، وتوليد الطاقة الكهرومائية ، وإمدادات المياه ، وإدارة الفيضانات ، والترفيه ، والملاحة الداخلية ، وتربية الأسماك . ^{[ 80 ]} تدعم العديد من السدود - التي تُسمى "السدود متعددة الأغراض" - وظيفتين أساسيتين أو أكثر. ^{[ 81 ]}  

يُعدّ الريّ أحد أهمّ استخدامات السدود: إذ تُروى حوالي 20% من الأراضي الصالحة للزراعة في العالم بمياه مصدرها خزانات المياه التي تُنشئها السدود (حتى عام 2022). ^{[ 82 ]} إضافةً إلى نقل المياه مباشرةً من الخزان إلى قنوات الريّ، يُمكن للسدود أيضًا دعم الريّ من خلال "إطلاق المياه في موسم الجفاف": حيث يحجز السد المياه خلال موسم الأمطار، ويُطلقها في اتجاه مجرى النهر خلال موسم الجفاف ، ممّا يضمن توفّر المياه في النهر على مدار العام. ^{[ 83 ]}

توفر الطاقة الكهرومائية طاقة نظيفة ومتجددة على شكل كهرباء مائية. وبحلول عام 2024، شكلت القدرة العالمية للطاقة الكهرومائية حوالي 14% من إمدادات الكهرباء في العالم. ^{[ 84 ]} ويُستخدم أكثر من 80% من إجمالي سعة تخزين المياه في الخزانات حول العالم لتوليد الطاقة الكهرومائية، وذلك اعتبارًا من عام 2006. ^{[ 85 ]} وتخزن أكبر 40 خزانًا في العالم 40% من مياه الخزانات العالمية، منها 90% مخصصة لتوليد الطاقة الكهرومائية، وذلك اعتبارًا من عام 2006. ^{[ 85 ]} وفي بعض المناخات، يمكن أن تعمل سدود الطاقة الكهرومائية كنظام تخزين سنوي: حيث يُملأ الخزان خلال موسم الأمطار، ثم يُطلق الماء خلال موسم الجفاف (عندما يكون الجو عادةً أكثر حرارة وتكون هناك حاجة إلى الكهرباء لتشغيل أجهزة التكييف ) لتوليد الكهرباء. ^{[ 86 ]}

تُوفر بعض سدود الطاقة الكهرومائية خاصية التخزين بالضخ : حيث تستهلك هذه السدود فائض الكهرباء (على سبيل المثال، من الطاقة الشمسية في يوم مشمس) لتشغيل مضخات ترفع المياه من خزان منخفض إلى خزان أعلى. وعندما تحتاج شبكة الكهرباء إلى مزيد من الطاقة (على سبيل المثال، في يوم غائم)، يُمكن إطلاق المياه لتشغيل مولدات السد لتوليد الطاقة الكهرومائية. ^{[ 86 ]} يُمكن استخدام خاصية التخزين بالضخ في دورة مدتها 24 ساعة: خلال الليل، عندما يكون استهلاك الكهرباء منخفضًا، يُمكن لمصادر الطاقة التقليدية (النووية، النفطية) تشغيل المضخات لرفع المياه إلى الخزانات؛ ثم - خلال ساعات ذروة الاستهلاك في النهار - يُمكن إطلاق المياه عبر مولدات السد لتوليد الكهرباء. ^{[ 86 ]}  

يُعدّ توفير المياه - للاستخدام المنزلي والصناعي ^- ثالث أكثر استخدامات السدود الكبيرة شيوعًا ^{. في} عام 2025، خُصص 3394 سدًا كبيرًا لهذا الغرض. ^{[ 79 ]} يُعادل الاستخدام الصناعي ضعف الاستخدام المنزلي تقريبًا، ولكن يُعاد جزء من المياه المسحوبة من الخزانات (مثل المياه المستخدمة لأغراض التبريد فقط) إلى نظام النهر. ^{[ 87 ]}  

تُعدّ إدارة الفيضانات وظيفةً أساسيةً للعديد من السدود. ^{[ 88 ]} في عام 2025، بلغ عدد السدود الكبيرة في العالم المخصصة لإدارة الفيضانات 2510 سدًا. ^{[ 79 ]} لا تسعى هذه السدود إلى منع وصول جميع مياه الفيضانات إلى المصب، بل إلى خفض ذروة منسوب الفيضان (ارتفاعه) إلى حدٍّ آمن. ونظرًا لعدم إمكانية التنبؤ بالفيضانات، تُعبّر هذه الأهداف عادةً عن هوامش إحصائية تستند إلى فترات تكرار طويلة . على سبيل المثال، قد يُصمّم سدٌّ بهدف تنظيم الفيضانات التي تحدث مرةً كل 100 عام بأمان. ^{[ 88 ]} قد تزداد أهمية فوائد السدود في مكافحة الفيضانات في القرن الحادي والعشرين، إذ يُتوقع ازدياد مخاطر الفيضانات نتيجةً لتغير المناخ . ^{[ 89 ]}

تُبنى العديد من السدود على الأنهار بهدف الحفاظ على مستوى المياه مرتفعًا بما يكفي لدعم النقل ، بما في ذلك المراكب التي تنقل البضائع. عادةً ما تكون هذه السدود منخفضة، وتوجد بالقرب من الصناعات التي تتطلب نقل البضائع عبر الممرات المائية . ^{[ 90 ]} وتُصمم سدود أخرى بهدف أساسي هو دعم الأنشطة الترفيهية أو تربية الأسماك. ^{[ 90 ]}

سد مخلفات التعدين هو سد يُستخدم لحجز مخلفات التعدين ، وهي النفايات الناتجة عن عمليات التعدين . ^{[ 92 ]} معظم سدود مخلفات التعدين عبارة عن سدود ترابية. ^{[ 93 ]} على عكس سدود تخزين المياه التقليدية - التي تُبنى عادةً في الوديان - يمكن بناء سدود مخلفات التعدين على أرض مستوية، مع سد ترابي يُحيط بالمخلفات من جميع الجهات. ^{[ 94 ]} تتميز سدود مخلفات التعدين بأنها غالبًا ما تُوسّع بمرور الوقت: فمع استمرار عمليات التعدين، تُرفع السدود الترابية بشكل متكرر. ^{[ 95 ]} غالبًا ما تحتوي مخلفات التعدين على منتجات ثانوية سامة للتعدين، مثل الزرنيخ أو الرصاص . لذلك، عادةً ما تتضمن سدود مخلفات التعدين تدابير وقائية خاصة لضمان عدم تلوث إمدادات المياه خارج السد بمواد من مخلفات التعدين. ^{[ 96 ]} تشمل التدابير الوقائية حقن الأساسات، والبطانات (الطينية أو الغشائية)، وأغطية الصرف، والمصارف السفلية. ^{[ 97 ]}   

السدّ المؤقت هو هيكل مؤقت مانع لتسرب المياه يُبنى في موقع العمل لتوفير منطقة جافة للبناء حتى اكتمال المشروع. ^{[ 98 ]} تُستخدم السدود المؤقتة عادةً عند بناء دعامات الجسور في البحيرات والأنهار والمحيطات. ^{[ 99 ]} عند بناء سدّ في وادٍ نهري، تُبنى السدود المؤقتة غالبًا في أعلى النهر لتحويل مساره عبر أنفاق أو قنوات مؤقتة. تحمل هذه الأنفاق (أو القنوات) المياه حول موقع البناء وتصرفها في اتجاه مجرى النهر، مما يحافظ على جفاف موقع العمل. ^{[ 98 ]}

السد هو بناء منخفض ومسطح يُقام عبر مجرى النهر. لا يحجب السد مجرى النهر تمامًا، بل ينظم تدفقه بطريقة مُحكمة. [ ^{100 ] صُممت} بعض السدود للحفاظ على مستوى المياه في جزء من النهر، ^{[ 101 ]} بينما تُقلل سدود أخرى من تآكل ضفاف النهر. ^{[ 102 ]} كما تُستخدم السدود لأغراض تنسيق الحدائق أو الترفيه، ^{[ 103 ]} أو تعمل كمقاييس (يمكن حساب إجمالي تدفق المياه من عمق المياه المارة فوق السد). ^{[ 104 ]}

إذا احتوى التل المحيط بخزان السد على منخفض (نقطة منخفضة) أسفل المستوى المخطط له للخزان، فيجب بناء سد جانبي لملء تلك النقطة المنخفضة. وينبغي تصميم السدود الجانبية بنفس الدقة والعناية التي يُصمم بها السد الرئيسي. ^{[ 105 ] [ ab ]}

تُستخدم السدود الجوفية لحجز المياه الجوفية وتخزينها تحت سطح الأرض. وهي عبارة عن هياكل صغيرة تُبنى في المناطق القاحلة حيث شحّ المياه. تُبنى بعض السدود الجوفية بحفر خندق في مسار المياه الجوفية المتدفقة طبيعيًا، ثم وضع حاجز رأسي غير منفذ، ثم إعادة ملء الخندق. وهناك تصميم آخر، يُستخدم في المناطق الرملية، يتمثل في بناء سد منخفض عبر وادٍ صغير، بحيث تتسبب العواصف المطرية العرضية في تراكم الرمال والمياه خلف السد (حيث تمنع الرمال تبخر المياه الجوفية). وفي كلا التصميمين، يُوضع بئر أو أنبوب أعلى الحاجز لسحب المياه. ^{[ 107 ]}

أقدم سد معروف هو سد جاوا ، الذي بُني حوالي عام 3000  قبل الميلاد بالقرب من ^{عمّان، الأردن. كان هذا السد الترابي جزءًا من نظام متطور لإمدادات المياه، وبلغ سمكه 28 مترًا (92 قدمًا) وارتفاعه 5.5 مترًا (18 قدمًا). [} 109 ] [ ^ac ] حوالي عام 2600 قبل الميلاد ، بنى المصريون ^{سد سد الكفارة الترابي بالقرب من} القاهرة ، إلا أنه انهار في نفس وقت اكتمال بنائه تقريبًا ^{. [ 111 ]}     

شيدت الإمبراطورية الحثية عدة سدود بين القرنين السابع عشر والثالث عشر  قبل الميلاد، بما في ذلك سد بالقرب من معبد إفلاتون بينار في تركيا الحالية. ^{[ 112 ]} وبدايةً من حوالي عام 1500  قبل الميلاد، بنى السبئيون سلسلة من السدود عبر وادي دانة، الواقع في اليمن الحالي . وبلغ هذا العمل ذروته مع سد مأرب الكبير (الذي بُني حوالي عام 500  قبل الميلاد) والذي بلغ طوله 700 متر (2300 قدم) وارتفاعه 20 مترًا (66 قدمًا) . ^{[ 108 ]} وفي الصين، شُيّد سد مبكر - بناه سونشو آو حوالي عام 580 قبل الميلاد - لإنشاء خزان أفينغتانغ ، الذي لا يزال قائمًا حتى اليوم. ^{[ 113 ]} وفي سريلانكا ، بُنيت عدة سدود - بما في ذلك سد تيسا ويوا - بين عامي 370 و 300 قبل الميلاد تقريبًا لإنشاء خزانات مائية. وبلغ طول بعض هذه السدود عدة كيلومترات. ^{[ 114 ]}          

شيدت الإمبراطورية الرومانية منشآت مائية رئيسية ، بما في ذلك القنوات والأنفاق ، بدءًا من القرن الخامس قبل الميلاد، لكنها لم تبدأ ببناء سدود كبيرة إلا في القرن الأول الميلادي. ^{[ 116 ]} كانت السدود الرومانية في الغالب سدودًا حجرية ذات واجهات رأسية على جانبي المنبع والمصب، مع أن بعضها كان يُدعّم من جهة المصب بدعامات أو سدود صخرية. ^{[ 117 ]} كان الرومان أول من استخدم الإسمنت كمادة بناء، والذي كان يُخلط مع الصخور الصغيرة لتكوين الخرسانة ، أو يُخلط مع الرمل لتكوين الملاط لربط الطوب أو الحجارة. بعض أنواع الإسمنت الروماني، وخاصة تلك التي تحتوي على الرماد البركاني ، كانت مقاومة للماء. ^{[ 118 ]}  

كان سد سوبياكو، الذي بُني حوالي عام 60 ميلاديًا ، من أوائل السدود التي بناها الرومان، وكان أيضًا أطولها.  بلغ ارتفاعه 40 مترًا (130 قدمًا) وسُمكه 13.5 مترًا (44 قدمًا) . ^{[ 119 ]} بنى الرومان حوالي 80 سدًا معروفًا في هسبانيا (إسبانيا الحديثة)، ^{[ 120 ]} بما في ذلك سد بروسيربينا ، الذي حجز 6 ملايين متر ^مكعب من المياه، وكان لا يزال يعمل حتى عام 2026. ^{[ 121 ]} طُبقت تقنية السدود الرومانية في البلدان المجاورة: فبعد أن هزم الملك الفارسي شابور الأول الإمبراطور فاليريان ، وظّف أسرى الحرب الرومان في بناء سد باند قيصر الذي يمتد على نهر كارون . ^{[ 115 ]} أما بوابة الحديد ، فكانت سدًا قوسيًا جاذبيًا مبكرًا بناه جستنيان الأول حوالي عام 550 ميلاديًا بالقرب من أنطاكية في تركيا الحديثة. ^{[ 122 ] [ إعلان ]}      

كان سد ساياما ، الذي شُيّد بالقرب من أوساكا عام 380 ميلادي، من أوائل السدود التي بُنيت في اليابان  ، حيث بلغ ارتفاعه 8 أمتار (26 قدمًا) وطوله 300 متر (980 قدمًا) . ^{[ 125 ]} أما سد كوريت ، وهو أول سد قوسي كبير ورفيع في العالم ، فقد بُني في بلاد فارس (إيران حاليًا) حوالي عام 1350 ميلادي. كان ارتفاعه 26 مترًا (85 قدمًا) ، ثم رُفع لاحقًا إلى 64 مترًا (210 أقدام) . وظل أطول سد في العالم حتى بداية القرن العشرين. ^{[ 126 ]}           

في أوروبا، استُخدمت السدود لتشغيل دواليب المياه لأغراض الطحن والتعدين . [ 127 ^{] ومن الأمثلة} المبكرة على ذلك سد بازاكيل الذي بُني حوالي عام 1170 ميلادي في فرنسا. ^{[ 128 ]} كانت السدود لإنشاء أحواض الأسماك شائعة في أوروبا، حيث بُني المئات منها في بوهيميا خلال القرنين الخامس عشر والسادس عشر، مما أدى إلى إنشاء أحواض تغطي مساحة إجمالية قدرها 1800 كيلومتر ^مربع . ^{[ 129 ]} وشملت سدود الري السدود الإسبانية، مثل سد ألمانسا (1384) - وهو سد قوسي جاذبي؛ وسد إلتشي ⁽ إسبانيا، 1640) الذي لا يزال قائمًا حتى ^{اليوم -} وهو أول سد قوسي حقيقي يُبنى في أوروبا منذ العصر الروماني. ^{[ 130 ] [ 138 ]} بُنيت عدة سدود لتزويد إسطنبول بالمياه، بما في ذلك سد بُني عام 1560 جلب المياه من غابة بلغراد . ^{[ 132 ]} كان النقل غرضًا آخر من أغراض السدود: فقد بُني سد سان فيريول في فرنسا عام 1675 لتوفير المياه لقناة ميدي . وظل أحد أعلى السدود الترابية في العالم لأكثر من قرن. ^{[ 133 ]} نُشرت عدة كتب حول موضوع تصميم السدود في القرن الثامن عشر الميلادي من قِبل مؤلفين أوروبيين من بينهم جاكوب ليوبولد ، وألبرت برامز ، ويوهان سيلبرشلاج ، وأوليفر إيفانز . ^{[ 134 ]}    

في أواخر القرن الثامن عشر، بدأت عملية تصميم السدود تتحول من ممارسة تجريبية - تعتمد على الخبرة والتجربة والخطأ - إلى تخصص هندسي راسخ في العلم. ^{[ 136 ]} ومن الشخصيات البارزة في هذا التطور العالم الفرنسي شارل أوغستان دي كولوم ، الذي وضع عام 1776 معادلة تصف كيفية تفاعل التربة تحت الضغط. وقد طبق ألكسندر كولان هذه المعادلة لاحقًا على هندسة السدود . ^{[ 136 ]} وفي عام 1847، أصبح فرانسوا زولا أول مهندس يصمم سدًا قوسيًا بناءً على دراسة تحليلية للإجهادات. ^{[ 137 ]} كما أثبت المهندس الفرنسي ج. أوغسطين دي سازيلي أن المقطع العرضي الأمثل لسد الجاذبية هو مثلث ذو وجه رأسي في الجانب المواجه للمجرى. ^{[ 138 ]}  

أدت هذه الأسس العلمية إلى بناء سدود أكبر وأكثر أمانًا من جميع الأنواع. كان سد غلينكورس في بريطانيا (1824) سدًا ترابيًا بارتفاع 21 مترًا (69 قدمًا) يحتوي على لب طيني وجوانب منحدرة بلطف. ^{[ 139 ]} وفي فرنسا، بلغ ارتفاع سد غوفر دانفير الحجري (1866) 60 مترًا (200 قدم) . ^{[ 28 ]} وكان سد مير علم (1804) في الهند أول سد كبير مدعوم بدعامات في العالم . ^{[ 135 ]} وفي أستراليا، اختبر سد باراماتا (1856) حدود سُمك السدود المقوسة. ^{[ 135 ]}    

في النصف الأول من القرن العشرين، شُيِّدت العديد من السدود الكبيرة، لا سيما في أوروبا الغربية والولايات المتحدة. ^{[ 141 ]} بعد الحرب العالمية الثانية، ساهم توفر آلات البناء الثقيلة - مثل الجرافات والشاحنات القلابة والكاشطات - في زيادة كبيرة في بناء السدود على مستوى العالم. ^{[ 142 ]} من أبرز سدود العصر الحديث سدود الخرسانة الضخمة ذات الجاذبية، مثل سد هوفر (الولايات المتحدة، 1936) ^{[ 143 ]} وسد الخوانق الثلاثة (الصين، 2006). ^{[ 144 ]} بعض السدود الترابية الحديثة أكبر حجمًا، بما في ذلك سد تربيلا (باكستان، 1976) ^{[ 145 ]} وسد نوريك (طاجيكستان، 1980). ^{[ 146 ]}  

مكّن اختراع تقنيات ستائر الحقن من بناء السدود بأمان فوق التربة المسامية. ^{[ 147 ] [ ag ]} وقد سمح ذلك ببناء السد العالي في أسوان (1970) عبر نهر النيل ، الذي يتميز بقاع رملي عميق. تم ضخ الملاط إلى عمق 208 أمتار (682 قدمًا) في الرمال، مما أدى إلى إنشاء حاجز تحت الأرض يمتد على مساحة 57000 متر ^مربع ، ومنع تسرب المياه أسفل السد. ^{[ 147 ]}  

شهد العصر الحديث أيضًا ظهور حجج معارضة لبناء السدود. فبعد أن أصبح تغير المناخ مصدر قلق عالمي، برزت نقاشات حول ما إذا كانت الكهرباء المنتجة من السدود نظيفة مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح . ورغم أن الطاقة الكهرومائية بحد ذاتها نظيفة، إلا أن معارضي السدود يجادلون بأن الآثار البيئية السلبية ^{[ أه ]} تفوق أي فوائد محتملة. ^{[ 149 ]}

بلغ عدد السدود الكبيرة ^{في العالم} عام 2025 نحو 62,362 سداً. ^{[ 79 ] وقُدّر} إجمالي عدد السدود التي صنعها الإنسان - مهما كان حجمها - في العالم عام 2019 بنحو 2.8 مليون سد. ^{[ 150 ]}   

قُدِّر إجمالي عدد الخزانات (الكبيرة والصغيرة) في عام 2011 بنحو 16.7  مليون خزان. ^{[ 151 ]} وتُخزِّن هذه الخزانات ما يُقدَّر بنحو 8000  كيلومتر ^مكعب من المياه، ^{[ 152 ]} أي ما يُعادل 10% من حجم بحيرات المياه العذبة الطبيعية على سطح الأرض، و16% من إجمالي تصريف الأنهار السنوي إلى المحيطات. ^{[ 153 ]} وتُغطي هذه الخزانات حوالي 305000  كيلومتر ^مربع من سطح الكوكب، أي ما يُعادل 7.3% من مساحة البحيرات الطبيعية. ^{[ 154 ]}

يتأثر نحو نصف الأنهار الرئيسية في العالم بالسدود أو الخزانات ^{[ 155 ]} ، وحتى عام 2019، لم تكن سوى 23% من أنهار العالم تصب بحرية في المحيط. ^{[ 156 ]} وفي عام 2015، بلغ عدد السدود الرئيسية المخطط لها أو قيد الإنشاء حوالي 3700 سد، معظمها في الصين (أعلى قدرة توليد إجمالية)، والبرازيل (أعلى عدد من السدود المخطط لها)، والهند. ^{[ 157 ]}

يُعدّ نقص المياه مشكلة عالمية رئيسية تؤثر على دول مثل الصين وكوريا الجنوبية والهند وبلجيكا وجنوب إفريقيا والجزائر والأردن ورواندا. ^{[ 202 ]} ويُعدّ سحب المياه من بعض الأنهار واسع النطاق لدرجة أن تدفقها يتناقص بشدة قبل وصولها إلى دلتاها ، بما في ذلك نهر السند (باكستان) ونهر كولورادو (الولايات المتحدة) والنهر الأصفر (الصين). ^{[ 203 ]} واستجابةً للمخاوف بشأن نقص المياه، شرعت بعض الدول في مشاريع بناء السدود لتعزيز الأمن المائي ودعم الأهداف الاستراتيجية طويلة الأجل. ^{[ 204 ]} وعند بناء سد على نهر يتدفق إلى دول أخرى ، غالبًا ما تشعر دول المصب بالقلق إزاء تأثير السد على توافر المياه وتدفق النهر، فضلًا عن خطر انهيار السد. ^{[ at ]} ويمكن أن تؤدي هذه السدود إلى نزاعات دولية بين دول المنبع والمصب، لا سيما عندما تواجه دول المصب مشاكل نقص المياه. ^{[ 205 ]}

تشمل النزاعات البارزة حول السدود مشروع جنوب شرق الأناضول التركي ، وهو مشروع مائي ضخم يتضمن العديد من السدود، من بينها سد كاراكايا . تقع معظم هذه السدود على نهري دجلة والفرات ، اللذين يصبان في سوريا والعراق المجاورتين. وقد احتجت دول المصب لدى تركيا على مشاكل محتملة تتعلق بإمدادات المياه. ^{[ 206 ]} يُعد نهر السند النهر الرئيسي في باكستان، وتنبع مياهه من عدة دول، من بينها الهند. وقد شيدت الهند سدودًا ضخمة على نهر السند رغم معارضة باكستان، بما في ذلك سد باجليهار وسد كيشانجانجا . ^{[ 207 ]} يمر نهر ميكونغ عبر عدة دول. وقد شيدت الصين العديد من السدود على النهر دون موافقة دول المصب، بما في ذلك سد شياووان وسد نوزادو . ^{[ 208 ]} لطالما كان نهر النيل مصدرًا للتوترات بين دول المصب القاحلة (مصر والسودان) ودول المنبع التي تستمد معظم مياهه من الأمطار. في عام 2020، أكملت إثيوبيا بناء سد النهضة الإثيوبي الكبير على النيل الأزرق، على الرغم من معارضة السودان ومصر. ^{[ 201 ]}

يمكن تنفيذ عملية تصميم السد على ثلاث مراحل: الاستطلاع، ودراسة الجدوى ، وتخطيط المشروع . ^{[ 209 ]} في مرحلة الاستطلاع، يزور المصممون الموقع، ويدرسونه بدقة، ويجمعون البيانات الجيولوجية والزلزالية والطبوغرافية. في مرحلة دراسة الجدوى، تُجرى تحقيقات فنية مفصلة لتقييم جيولوجيا الموقع وهيدرولوجيته وهيدروليكاه . ويبدأ تحليل الآثار البيئية وآثار الفيضانات، وتُجرى استفسارات حول حيازة الأراضي ، وتوافر المرافق العامة ، ومصادر مواد البناء (مثل الصخور والتربة المستخدمة في الردم). ^{[ 209 ]} في مرحلة التخطيط، تُوضع خطط تفصيلية، ويُحدد جدول زمني للبناء، وتُعدّ تقديرات التكاليف . ^{[ 209 ]}

خلال عملية التخطيط لبناء سد، تُجرى عادةً دراسات فنية عديدة. ويمكن تصنيف هذه الدراسات إلى دراسات طبوغرافية وجيولوجية وهيدرولوجية . [ 211 ^{] تُجري الدراسات} الطبوغرافية مسحًا لموقع السد ، وتستخدم البيانات لإعداد خرائط طبوغرافية تفصيلية للمنطقة. ويعتمد كل جانب من جوانب تصميم السد على هذه الخرائط، لذا يجب أن تكون دقيقة للغاية. ^{[ 212 ]}

تُعنى الدراسات الجيولوجية بدراسة الصخور والتربة في موقع السد. يُمارس السد - والمياه التي يحجزها - قوى هائلة على جدران الوادي وعلى الأرض أسفل الخزان وبنية السد. يُعدّ الفهم الدقيق لقوة الأرض، وتحديد أي صدوع ، أمرًا بالغ الأهمية لتقليل التسرب وخفض مخاطر انهيار السد. ^{[ 213 ]} كما يجب أن تُقيّم الأبحاث الجيولوجية احتمالية حدوث الزلازل وقوتها. ^{[ 214 ]}  

تُعنى الدراسات الهيدرولوجية بدراسة جميع جوانب تدفق المياه في محيط السد. وتُجمع بيانات تُحدد حجم مستجمع المياه في المنبع ومعدل هطول الأمطار السنوي. كما تُجرى دراسات لتحديد كمية المياه المتدفقة عبر موقع السد في السنة العادية، ومدى تباينها خلال السنة الواحدة وبين السنوات. ^{[ 215 ]} تُستخدم هذه البيانات للتنبؤ بتواتر الفيضانات وشدتها في موقع السد، ولتحديد سعة مفيض السد. ^{[ 88 ]}

خلال عملية التصميم، يُلزم المطورون في العديد من البلدان بإعداد دراسة تقييم الأثر البيئي (EIA) التي توثق آثار السد (وخزانه) على المجتمعات والبيئة. ^{[ 148 ]} تُمكّن دراسة تقييم الأثر البيئي المطور والحكومة من تقييم جدوى السد، والتخفيف من آثاره، وتعويض المتضررين. ^{[ 216 ]} تشمل إجراءات التخفيف تغيير موقع السد أو حجمه أو تصميمه؛ أو تعويض المتضررين؛ أو إلغاء المشروع بالكامل. ^{[ 217 ]}

تتضمن عملية تصميم السد ثلاثة قرارات هامة: اختيار الموقع ، ونوع الهيكل، ومواد البناء. تتطلب هذه الخيارات تحليلاً دقيقاً للتضاريس (شكل الوادي)، والجيولوجيا (خاصةً فيما يتعلق بقوة التربة أسفل السد وجوانبه)، والهيدرولوجيا (تدفق المياه في الوادي)، وتوافر مواد البناء، والمسارات المحتملة للمفيضات. [ 218 ^{] يجب على} المصممين تقييم جميع القوى التي يجب أن يتحملها هيكل السد، بما في ذلك الضغط الهيدروستاتيكي الناتج عن المياه المخزنة، وأحمال الجليد، وضغط الرواسب، والإجهادات الناتجة عن تغيرات درجة الحرارة، وقوى الرفع، والفيضانات، والزلازل، وانكماش الخرسانة، ووزن السد نفسه. ^{[ 219 ]}

ينبغي اختيار موقع السد بحيث يكون الخزان كبيرًا بما يكفي لتلبية متطلبات المشروع. كما يجب أن يضمن الموقع أن تكون التربة قوية بما يكفي لتحمل القوى التي سيفرضها هيكل السد ومياه الخزان. ^{[ 220 ]} يجب أن يراعي اختيار الموقع أيضًا العوامل الزلزالية : فعند اكتشاف خطوط صدع تحت السد أو بالقرب منه، يجب على المصممين تحديد ما إذا كانت تشكل خطرًا. ^{[ 221 ] [ au ]}

يتطلب اختيار نوع الهيكل الإنشائي للسد تقييم مجموعة متنوعة من العوامل. ^{[ 223 ]} إذا كان السد يقع في وادٍ ضيق، فقد يكون السد الخرساني أو السد القوسي هو الأنسب، خاصةً إذا تطلب الأمر سدًا مرتفعًا. مع ذلك، لا يمكن استخدام السد القوسي إلا إذا كانت جدران الوادي قوية بما يكفي لتحمل القوى الكبيرة التي ستفرضها جوانب القوس. ^{[ 224 ]} لا يُعد بناء السد الخرساني ممكنًا إلا إذا كانت الأرض أسفل السد صخرية صلبة. ^{[ 225 ]} تُصنع معظم السدود الخرسانية والسدود القوسية من الخرسانة، وهي أغلى عمومًا من التراب أو الصخور، وقد تؤثر على اختيار التصميم. ^{[ 226 ]} إذا كان السد يجب أن يمتد فوق وادٍ واسع، فغالبًا ما يكون السد الترابي هو الخيار الأفضل. تُعد السدود الترابية الركامية مناسبة إذا كانت الصخور متوفرة بكثرة بالقرب من الموقع، ويمكن استخدام السد الترابي عندما لا تتوفر الصخور. ^{[ 225 ]} بالنسبة لأي سد ترابي، سيكون الموقع المثالي بالقرب من مواد غير منفذة للماء - مثل الطين - والتي يمكن استخدامها كطبقة أساسية داخل السد. ^{[ 225 ]}  

يشتهر سد وجسر خاجو في إيران بجمالهما. ^{[ 227 ]}

يُعدّ مظهر السدّ عاملاً مهماً عند تقييم التصاميم المحتملة. ^{[ 228 ]} كان المهندس المعماري البريطاني تشارلز فاولر من أوائل الداعين إلى تصميم سدود ذات مظهر جمالي ، حيث ألقى خطاباً عام 1929 أشار فيه إلى سدّ روزفلت وسدّ أوشوغنيسي كمثالين على السدود الجميلة. ^{[ 229 ] [ av ]} وأكد فاولر أن السدود ذات الانحناءات، وخاصة السدود المقوسة، تُعتبر أكثر جاذبية من تلك المصممة بخطوط مستقيمة تماماً. ^{[ 230 ]} لاحظ المهندس المدني السويسري نيكولاس شنيتر أنه على الرغم من أن السدود الجذابة مرغوبة ، إلا أن الجمال مسألة ذوق، مما يجعل من الصعب تحديد ما إذا كانت خطة معينة ستُحسّن المشهد الطبيعي قبل بناء السدّ. ^{[ 231 ]} بعد الحرب العالمية الثانية، أتاحت شعبية الخرسانة كمادة بناء لمصممي السدود مرونة أكبر في ابتكار أشكال جذابة للسدود. ^{[ 232 ]}  

إلى جانب الجانب الجمالي ، يمكن أن تُشكّل السدود معالم رمزية تُعزز الشعور بالفخر المدني والهوية الثقافية . ^{[ 233 ]} ومن الأمثلة البارزة على ذلك سد هوفر (الولايات المتحدة، 1936)، وسد براتسك (الاتحاد السوفيتي، 1967)، وسد الخوانق الثلاثة (الصين، 2003)، والسد العالي في أسوان (مصر، 2020). ^{[ 233 ]}

سدود الطاقة الكهرومائية

في هذا المقطع العرضي النموذجي لمحطة توليد الطاقة الكهرومائية ، يتدفق الماء من اليسار إلى اليمين. ^{[ 234 ]}

توجد مولدات هذا السد في المبنى الأفقي المنخفض في أسفل اليسار. خمسة أنابيب ضغط تنقل المياه من الخزان إلى المولدات.

تتضمن العديد من السدود محطات توليد طاقة تعمل بتمرير المياه عبر توربين متصل بمولد كهربائي لإنتاج الكهرباء. ^{[ 235 ] [ aw ]} عادةً ما يقع المولد بالقرب من قاعدة السد، داخل مبنى مخصص لتوليد الطاقة . ^{[ 234 ]} تقع بعض مباني توليد الطاقة داخل هيكل السد - غالبًا في السدود الخرسانية المجوفة - خاصةً عندما لا تتوفر أراضٍ في اتجاه مجرى النهر. ^{[ 237 ]}  

يتطلب تصميم محطة توليد الطاقة الكهرومائية لسد معين تحليل كمية الكهرباء المطلوبة، وكمية المياه المتاحة لتغذية التوربين، وارتفاع منسوب المياه في المنبع فوق المولد (يُسمى هذا الارتفاع " الرأس "). وتحدد هذه العوامل نوع التوربين الأمثل، مثل توربين فرانسيس ، أو توربين بيلتون ، أو توربين كابلان . ^{[ 238 ]}

يتم توجيه الماء إلى المولد من المنبع (غالباً من خزان) عبر قناة تُسمى قناة التوربين ، والتي تغذي المولد بالماء، حيث يستخدم المولد قوة الماء لتدوير توربين وتوليد الكهرباء. ^{[ 239 ] [ ax ]}  

يظهر سد أوروفيل الترابي في الولايات المتحدة الأمريكية كبنية صخرية ضخمة في منتصف الصورة. وتتدفق المياه الفائضة من الخزان عبر المفيض على الجانب الأيسر.

تتضمن العديد من مشاريع السدود قنوات تصريف المياه، التي توفر تصريفًا متحكمًا فيه للمياه الزائدة من الخزان إلى النهر في اتجاه المصب، مما يمنع السد من الفيضان واحتمالية انهياره. ^{[ 240 ]}

قد تتسبب الأمطار الغزيرة غير المعتادة في المناطق العليا من النهر في فيضان الخزان، مما قد يؤدي إلى أضرار جسيمة في بنية السد أو حتى انهياره بالكامل. وللحد من هذا الخطر، يجب أن تكون قنوات تصريف المياه كبيرة بما يكفي لنقل الفائض بأمان إلى أسفل النهر. ويتعين على مصممي السدود إجراء تحليل مفصل لتقلبات هطول الأمطار والفيضانات في المنطقة، واستخدام هذه البيانات لتصميم قدرة قناة تصريف المياه على استيعاب فيضان أقصى محدد. بالنسبة للسدود الصغيرة، تُصمم قنوات تصريف المياه عادةً لاستيعاب أكبر فيضان يُتوقع حدوثه مرة كل 100 أو 500 عام. أما السدود الكبيرة، فيُشترط عادةً أن تستوعب أكبر فيضان يُتوقع حدوثه مرة كل 10000 عام. ^{[ 88 ]}

توجد عدة طرق لدمج المفيضات في مشروع السد. في السدود الخرسانية الثقيلة، قد يُوضع المفيض مباشرةً على هيكل السد. وفي بعض السدود، يُوضع المفيض عند نقطة منخفضة (سرج) من التلال المحيطة بالخزان. تنقل هذه المفيضات السرجية المياه عبر قناة ^{أو نفق لتصريفها في اتجاه مجرى النهر. ومن التصاميم غير المألوفة للمفيضات تصميم "الفوهة الجرسية"} ، وهي ^عبارة عن ^بئر عمودية داخل الخزان تؤدي إلى نفق يصب في اتجاه ^{مجرى النهر .}

لضمان التشغيل الفعال، يجب تصميم المفيض بعناية، وعادةً ما يكون له شكل قطع مكافئ في الأعلى. ^{[ 242 ]} يتطلب الجزء السفلي من المفيض آلية لتبديد الطاقة لإبطاء تدفق المياه قبل وصولها إلى النهر، مما يقلل من أضرار التعرية. ^{[ 243 ]} تستخدم بعض المفيضات شكلًا مقوسًا : يبدأ المفيض أفقيًا من أعلى السد، ثم يصبح شديد الانحدار في المنتصف، ثم ينحني أفقيًا في الأسفل (مما يضمن توجيه المياه بعيدًا عن هيكل السد لتقليل الأضرار). ^{[ 244 ]}

تتضمن العديد من السدود بوابات - توضع عادةً في أعلى المفيض - لتنظيم مستوى المياه في الخزان والتحكم في معدل تصريف المياه الزائدة إلى المصب. تشمل أنواع البوابات بوابات الرفع الرأسية ، والبوابات الأسطوانية ، والبوابات الشعاعية . ^{[ 245 ] [ az ]}  

منافذ السدود هي هياكل - تُوضع عادةً في الجزء السفلي من هيكل السد - تسمح بتصريف جزئي للمياه من الخزان. ويمكن خفض مستوى المياه في الخزان لإجراء الصيانة، أو تنظيف الرواسب من قاع الخزان، أو توليد الطاقة الكهرومائية، أو زيادة تدفق المياه في اتجاه مجرى النهر خلال موسم الجفاف، أو تخفيف الضغط على هيكل السد في حالات الطوارئ. ^{[ 246 ]} في بعض مشاريع السدود، تُنشأ أنفاق في المراحل الأولى من عملية بناء السد لتحويل مياه النهر حول موقع البناء أثناء تشييد السد. وفي بعض الأحيان، تُحوّل هذه الأنفاق إلى منافذ بعد اكتمال بناء السد. ^{[ 247 ]}  

الهياكل المساعدة

تقوم قاطرة بدفع الصنادل إلى داخل قفل مدمج في هذا السد .

يُمكّن هذا السلم السمكي (الدرجات القطرية) الأسماك المهاجرة من تجاوز سد واتشينو في اليابان.

إذا كان السد المزمع إنشاؤه سيعيق مجرى نهر صالح للملاحة ، فيمكن دمج الأهوسة في المشروع لتمكين القوارب من عبور السد في كلا الاتجاهين. تتكون الأهوسة من غرفة مستطيلة واحدة أو أكثر مزودة ببوابات كبيرة في كلا الطرفين وصمامات تسمح بملء كل غرفة وتفريغها. ^{[ 248 ]}

تُعدّ بعض الأنهار مسارات هجرة مهمة للأسماك. وقد يؤثر بناء سد على أحد هذه الأنهار تأثيراً بالغاً على حركة الأسماك وتكاثرها. ويمكن التخفيف من هذه الآثار البيئية من خلال تضمين مشروع السد ممراً جانبياً للأسماك. وتشمل تصاميم الممرات الجانبية للأسماك سلالم الأسماك ، ورافعات الأسماك ، وجداول اصطناعية تحاكي النهر الطبيعي. ^{[ 249 ]}

يتطلب بناء سد كبير ودائم موقع بناء جاف. بالنسبة للسدود المبنية عبر وادٍ، يجب تحويل تدفق النهر مؤقتًا حول موقع البناء. ^{[ 251 ]} يمكن تحقيق التحويل عن طريق بناء نفق أو قناة حول موقع السد أو أسفله، وإنشاء سد مؤقت لتوجيه النهر إلى مسار التحويل. ^{[ 252 ]} بعد اكتمال السد، تُزال السدود المؤقتة عادةً، ولكن في بعض سدود السد الترابي، تُدمج في السد النهائي. ^{[ 253 ]} عادةً ما تُسد قنوات التحويل والأنفاق أو تُهدم؛ على الرغم من أن بعض مشاريع السدود تحتفظ بالأنفاق أو القنوات كجزء من مشروع السد الدائم، على سبيل المثال، كمخرج أو مفيض. ^{[ 253 ]}

تتمثل إحدى تقنيات تحويل مجرى النهر في بناء سد مؤقت نصف دائري على أحد جانبي الوادي، مما يجبر النهر على الانتقال إلى الجانب الآخر. بعد بناء نصف السد داخل السد المؤقت، يُنقل السد المؤقت إلى النصف الآخر من الوادي، ويُوجّه النهر إلى الجزء الأول من السد (الذي يحتوي على ممرات لتصريف المياه). يُبنى النصف الثاني من السد داخل السد المؤقت، ثم يُزال السد المؤقت. ^{[ 254 ]}

في بعض مشاريع السدود الترابية، يمكن تجنب استخدام السدود المؤقتة وقنوات التحويل عن طريق توجيه النهر إلى مسار ضيق في وسط الوادي، وبناء السد من كلا جانبي الوادي، تاركًا فجوة في المنتصف ليتدفق النهر من خلالها. في موسم الجفاف - عندما يكون تدفق النهر منخفضًا نسبيًا - يُغلق الجزء الأوسط بسرعة، بينما يرتفع منسوب المياه في الخزان خلف السد في الوقت نفسه. ^{[ 255 ]}  

تُعدّ تهيئة الأساس خطوةً أولى في عملية البناء ، وهو الصخر الذي سيرتكز عليه هيكل السد. تتميز السدود الخرسانية - كالسدود الجاذبية والسدود المقوسة والسدود الدعامية - بثقلها الشديد، ولذا يجب أن ترتكز على صخور صلبة . يجب إزالة أي تربة أو حصى أو صخور رخوة أو صخور رديئة الجودة لكشف الصخور الصلبة قبل بناء السد. أما السدود الترابية، فلها قواعد عريضة، ولا تُعرّض الأرض لضغط كبير كالسدود الثقيلة؛ ونتيجةً لذلك، غالباً ما تُبنى على صخور أو تربة رخوة. ^{[ 256 ]}  

يُعدّ تسرب المياه أسفل السد أو حول جوانبه من المخاطر الرئيسية في أي مشروع سد. وللحدّ من هذا الخطر، يُحقن الملاط - قبل بناء السد - في الصخور أسفله وفي جدران الوادي على جانبيه. ^{[ 257 ]} تُستخدم طريقتان للحقن: الأولى هي حقن التثبيت، حيث تُحدد الصخور أسفل السد وعلى جانبيه التي قد تحتوي على شقوق أو عيوب، ويُحقن الملاط تحت ضغط عالٍ في تلك المواقع، ما يؤدي إلى ملء الشقوق وتقوية الصخور. ^{[ 258 ]} أما الطريقة الأخرى فهي حقن الستارة ، حيث يُحقن الملاط عميقًا في الصخور من خلال ثقوب محفورة بنمط مُرتب لتكوين جدار صلب من الملاط أسفل السد وعلى جانبيه. وقد يصل عمق ستارة الملاط إلى ما بين 30% و70% من العمق المُخطط له للمياه خلف السد. ^{[ 259 ]}  

يُعدّ نظام الصرف أحد الأساليب الأخرى للحدّ من التسرب، ويهدف إلى تقليل خطر "التآكل الداخلي" (تآكل هيكل السد بفعل المياه المتجمعة داخله) أو "الرفع" (دفع المياه المتجمعة أسفل السد له إلى الأعلى). يجمع نظام الصرف المياه من داخل السد أو أسفله وينقلها إلى المصب. وقد يتكون من أنابيب، أو طبقة من الصخور المكسرة أسفل السد. ^{[ 260 ]} قد تحتوي السدود الخرسانية على ممرات داخل هيكلها لجمع المياه ونقلها؛ وتُسمى هذه الممرات "أروقة" (أفقية) أو "أعمدة" (رأسية). ^{[ 261 ] [ i ]}

تستخدم السدود الترابية والسدود الخرسانية أساليب بناء مختلفة. تتطلب السدود الترابية كميات هائلة من التربة والصخور، والتي تُستخرج عادةً من مناطق استعارة قريبة من موقع السد. تُوضع التربة والصخور في طبقات متتالية تُسمى طبقات. ^{[ 263 ]} بعد وضع كل طبقة، تُضغط باستخدام آلات ثقيلة . ^{[ 264 ]} يجب مراقبة الطبقات بعناية للتأكد من احتوائها على المواد الصحيحة، وعدم كونها رطبة بشكل مفرط، وضغطها بشكل كافٍ. تُزرع أجهزة قياس داخل السد أثناء بنائه، وتُراقب باستمرار لتصحيح أي عيوب بسرعة. ^{[ 265 ]}

تتطلب السدود الخرسانية إنشاء مصنع للخرسانة بالقرب من موقع السد. يقوم المصنع بخلط الركام (الصخور) والأسمنت والرماد المتطاير والماء لإنتاج الخرسانة. ^{[ 266 ]} تُنقل الخرسانة من المصنع إلى هيكل السد بواسطة سيور ناقلة أو دلاء خرسانية أو شاحنات قلابة أو رافعات. تُبنى قوالب في موقع السد لاحتواء الخرسانة عند صبها. ^{[ 267 ]} بعد صبها في هيكل السد، يجب هز الخرسانة لإزالة أي فقاعات أو جيوب هوائية. [267] يُبنى السد تدريجيًا بصب "كتل" خرسانية منفصلة؛ يبلغ ارتفاع كل كتلة عادةً من 1.5 إلى 3 أمتار (من 5 إلى 10 أقدام) ، وعرضها وعمقها من 12 إلى 30 مترًا ( ^من 39 إلى 98 قدمًا) ^{. [ 268 ]} تنكمش الخرسانة بهذا السمك - والتي تُسمى ^{الخرسانة} الكتلية - وتولد كمية كبيرة من الحرارة أثناء تصلبها ، مما قد يؤدي إلى تشققات. ^{[ 269 ]} للتخفيف من هذه المشكلة، يمكن تضمين فواصل تمدد داخل السد للسماح للخرسانة بالانكماش دون تشقق. بعد تبديد الحرارة، تُملأ فواصل التمدد بمادة حشو، وتُغلق حوافها العلوية بشرائط من المعدن أو المطاط أو البلاستيك. ^{[ 270 ]} بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام أنظمة تبريد تُمرر سائل التبريد عبر الخرسانة بواسطة أنابيب. ^{[ 271 ]}      

من الابتكارات الحديثة الخرسانة المدكوكة بالأسطوانات (RCC)، التي تتميز بعدة مزايا مقارنةً بالخرسانة التقليدية. ^{[ ba ]} تستخدم الخرسانة المدكوكة بالأسطوانات كمية أقل من الإسمنت، وتسمح باستخدام ركام يصل  حجمه إلى 100 مم، ولا تولد حرارةً بقدر الخرسانة التقليدية. كما تسمح هذه الخرسانة للجرافات المجنزرة بالمرور عليها مباشرةً بعد صبها، وتُقلل من تكاليف البناء نظرًا لقلة الحاجة إلى القوالب والعمالة. ^{[ 273 ]}

بعد اكتمال بناء السد وبدء تشغيله، تُطبَّق إجراءات إدارية لضمان استمراره في أداء أغراضه (الري، توليد الطاقة الكهرومائية، إلخ)، وتجنب الحوادث، وتحقيق عمره الافتراضي المُحدد. تشمل هذه الإجراءات الصيانة والإصلاحات، واختبار وفحص المرافق، وحفظ السجلات ، والتخطيط لحالات الطوارئ . ^{[ 274 ]}

من المهام الأساسية لمشغلي السدود مراقبة السد لتحديد المشكلات المحتملة المتعلقة بالسلامة. ^{[ 275 ]} ترصد هذه الفحوصات الضغوط المؤثرة على السد، بما في ذلك: ^{[ 276 ]}

• تؤثر محتويات الخزان (الماء والجليد والأمواج والرواسب) على هيكل السد
• الزلازل
• وزن السد والخزان يضغط على الأساسات أو الدعامات
• الحركات الناتجة عن هبوط الأرض أسفل السد
• إجهادات الضغط والشد الداخلية داخل الهيكل
• التمدد والانكماش نتيجة لتقلبات درجة الحرارة

يمكن لهذه الضغوط أن تُلحق الضرر بالسد من خلال ثنيه أو رفعه أو تمدده أو انكماشه أو تحريك بنيته. ^{[ 277 ]} وللكشف عن هذه الضغوط، تُوضع أجهزة قياس دائمة داخل السد وحوله. تشمل هذه الأجهزة مقاييس الميل ، ومقاييس الوصلات ، ومقاييس الإجهاد ، ومقاييس الانحراف ، ومقاييس الحرارة ، ومقاييس التشوه ، ومقاييس الضغط . ^{[ 276 ]} يراقب العاملون في السد هذه المجسات، وفي حال ورود بيانات غير منتظمة، يقومون بالتحقيق في السبب الكامن وراءها، وينفذون الإصلاحات أو الإجراءات اللازمة للتخفيف من آثارها. ^{[ 278 ]}

تتراكم الرواسب تدريجيًا في معظم الخزانات ، مما يقلل من كمية المياه التي يمكن أن يستوعبها الخزان. وعندما تنخفض سعة التخزين، تنخفض قدرة السد على أداء أغراضه المرجوة (الري، وتوليد الطاقة الكهرومائية، وإمدادات المياه، والسيطرة على الفيضانات، إلخ). ^{[ bb ]} تدخل الرواسب إلى الخزان على شكل تربة عالقة في مياه النهر؛ ومع تدفق النهر إلى الخزان، تنخفض سرعة المياه، وتترسب الرواسب في قاع الخزان. ^{[ 280 ]} يمكن أن تدخل الرواسب أيضًا من التربة التي تحملها الرياح، والانهيارات الأرضية، والإنشاءات القريبة من الماء، والتعرية الناتجة عن الري أو هطول الأمطار. ^{[ 281 ]} يُحجز ما يقرب من نصف رواسب الأنهار في العالم بواسطة السدود - حوالي 8 إلى 16 كيلومترًا ^مكعبًا سنويًا. ^{[ 279 ]} وللحد من الترسيب ، يطبق مشغلو السدود استراتيجيات لتقليل تدفق الرواسب. ^{[ 282 ]} يمكن الحد من الترسيب عن طريق زراعة النباتات في حوض تصريف الخزان ، أو عن طريق بناء المدرجات . ^{[ 283 ]}  

قد يُزال السد عمدًا لأسبابٍ مختلفة: إذا كان يُشكّل خطرًا على السلامة، أو إذا لم يعد يُحقق غرضه الأصلي، أو لاستعادة مسارات هجرة الأسماك، أو لتحسين صحة الأنهار في المصب من خلال تحسين تدفق الرواسب. [284] عند إزالة السد، تُستعاد مصائد الأسماك، وتُعاد تدفقات المياه والرواسب ^{، وتتآكل الرواسب} في الخزان تدريجيًا وتتدفق إلى المصب ، ويزداد عرض النهر وتتفرع مياهه بشكلٍ أوضح، وتُستعاد درجات حرارة المياه الطبيعية وموائل الحيوانات. ^{[ 285 ] [ bc ]}

إزالة سد البوابة الحديدية في الولايات المتحدة

في عام 2009، قبل الإزالة

في عام 2024، بعد الإزالة

في الولايات المتحدة، تُعيق أكثر من 800,000 سد وحاجز مجاري الأنهار والجداول. ^{[ 287 ]} أُزيل أكثر من 1,200 سد حتى عام 2016، منها أكثر من 600 سد أُزيلت بين عامي 1996 و2016. ^{[ 285 ]} بين عامي 2014 و2018، أُزيل سدان - سد إيلوا وسد غلينز كانيون - من نهر إيلوا في الولايات المتحدة. ^{[ 288 ]} أدت إزالة السدود إلى استعادة تدفق الرواسب والأخشاب إلى النهر في المصب، وأُعيد تشكيل دلتا النهر. ^{[ 288 ]} أُزيلت مجموعة من أربعة سدود - بما في ذلك سد آيرون غيت - من نهر كلاماث في الولايات المتحدة بين عامي 2020 و2024. جاءت هذه الإزالة نتيجة لحملة متواصلة قادها السكان الأصليون الأمريكيون والناشطون البيئيون. كان أحد الأهداف استعادة أحد أكبر مسارات هجرة سمك السلمون على ساحل المحيط الهادئ في أمريكا الشمالية. ^{[ 289 ]}    

في عام 2021، بلغ عدد السدود والحواجز في أوروبا أكثر من مليون سد، منها 150 ألف سد على الأقل لم تعد هناك حاجة إليها. ^{[ 290 ]} تُعد السدود وما ينتج عنها من تجزئة للأنهار سببًا رئيسيًا لانخفاض أعداد الأسماك المهاجرة بنسبة 55%، وانخفاض التنوع البيولوجي للأسماك بنسبة 80%. ^{[ 291 ]} في عام 2024، أصدر الاتحاد الأوروبي قانون استعادة الطبيعة الذي يشجع على إزالة السدود غير الضرورية. ^{[ 287 ] [ bd ]} تسعى منظمة إزالة السدود في أوروبا إلى تحديد السدود المراد إزالتها وتسهيل هذه العملية. ^{[ 291 ] [ be ]} في عام 2025، أُزيل أكثر من 600 سد في أوروبا، مما أدى إلى استعادة 3740 كيلومترًا (2320 ميلًا) من الأنهار والجداول. ^{[ 287 ]}  

استُهدفت السدود خلال الحروب، حيث سُجّلت 20 هجمة على السدود بين عامي 1917 و1993. عُدّلت اتفاقيات جنيف عام 1949 لحظر الهجمات على السدود إذا كانت ستُسبب "خسائر فادحة بين السكان المدنيين". ^{[ 304 ] [ bi ]}

تُطبّق معظم الدول التي تضم سدودًا كبيرة قوانين أو لوائح تنظم بناء السدود وفحصها. وتختلف هذه اللوائح اختلافًا كبيرًا بين الدول. فبعض الدول لديها هيئة حكومية مسؤولة عن فحص السدود، بينما لا يوجد ذلك في العديد منها. ^{[ 306 ] [ bj ]} ولا تُحدد لوائح معظم الدول عادةً معايير تصميم محددة للسدود، بل تشترط الامتثال لـ "القواعد التقنية المعترف بها" أو "أحدث ما توصل إليه العلم والتكنولوجيا". ^{[ 308 ]} وتُنظّم بعض الدول السدود على المستوى الاتحادي، بينما تُنظّمها دول أخرى على مستوى المقاطعات/الولايات. ^{[ 309 ]} فعلى سبيل المثال، لا توجد في ألمانيا لوائح اتحادية؛ بل لكل ولاية قوانينها الخاصة. ^{[ 310 ]}

تظهر السدود في الروايات والأفلام والوثائقيات والأغاني والطوابع البريدية والكتب التاريخية الشعبية والملصقات السياسية. في منتصف القرن العشرين، ^أبرز فنانون سوفييت مثل إسحاق برودسكي وغوستاف كلوتسيس السدود الكبيرة في أعمال فنية تهدف إلى ^تمجيد العمال والصناعة. وقد صوّرت أعمالهم سدود مينغاشيفير وكايركوم وبراتسك ودنيبر . [ ³¹¹ ]

صوّر الفيلم الوثائقي الحربي " مدمرو السدود " (1955) عملية عسكرية خلال الحرب العالمية الثانية ، حيث نجح سلاح الجو الملكي البريطاني في قصف سد موهنه في ألمانيا، مما أسفر عن مقتل حوالي 1600 مدني. ^{[ 312 ]} أنتجت شركة باتاغونيا الفيلم الوثائقي " أمة السدود " (2014) الذي يدعو إلى إزالة السدود لاستعادة النظم البيئية ومخزون الأسماك. ^{[ 313 ]}

من بين الكتب التي تتناول موضوع السدود كتاب "فيضان جونزتاون " (1968) لديفيد ماكولوغ ، وهو كتاب تاريخي شهير يروي قصة انهيار سد عام 1889 والفيضان الذي تلاه في الولايات المتحدة. ^{[ 314 ]} وكتب إدوارد آبي رواية "عصابة مفتاح الربط" (1975) التي تتناول قصة نشطاء بيئيين سعوا إلى تدمير سد غلين كانيون . ^{[ 315 ]} 

كتب الموسيقي الشعبي وودي غوثري أغنيتي " سد غراند كولي" و" استمري يا كولومبيا، استمري " (كلاهما عام 1941) ضمن سلسلة كتب كتبها عن مشروع حوض نهر كولومبيا . ^{[ 316 ]} أُنتجت عدة أغاني شعبية في إثيوبيا خلال العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين لجمع التبرعات لبناء سد النهضة الإثيوبي الكبير. ^{[ 317 ]}