المفيض

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 21 صور
الموسوعة الحرة
مزلق مجرى سد Llyn Brianne في ويلز

المفيض هو هيكل يُستخدم لتصريف المياه بشكل مُتحكم فيه من سد أو حاجز ، عادةً باتجاه مجرى النهر المحجوز. في المملكة المتحدة، يُعرف أحيانًا باسم قناة الفائض . يضمن المفيض عدم تسبب المياه في إتلاف أجزاء الهيكل غير المُصممة لنقل المياه.

قد تتضمن المفيضات بوابات للتحكم في تدفق المياه وصمامات أمان لتنظيم تدفق المياه ومستوى الخزان. تُمكّن هذه الميزات المفيض من تنظيم التدفق باتجاه المصب، مما يسمح لمشغلي السدود بتصريف المياه بطريقة مُحكمة قبل امتلاء الخزان، وبالتالي منع تصريف كميات كبيرة غير مقبولة لاحقًا.

وتشمل الاستخدامات الأخرى لمصطلح "المفيض" تحويلات السدود ومخارج القنوات المستخدمة أثناء ارتفاع منسوب المياه، وقنوات التصريف المنحوتة عبر السدود الطبيعية مثل المورينات .

لا يتدفق الماء عادةً فوق المفيض إلا خلال فترات الفيضان، عندما يصل الخزان إلى سعته ويستمر الماء في الدخول بشكل أسرع مما يمكن إطلاقه من خلال أنابيب الضغط أو أبراج السحب المستخدمة للتحكم في إطلاق المياه بشكل روتيني لأغراض مثل إمدادات المياه للري وتوليد الطاقة الكهرومائية .

الأنواع

يقع المفيض بالقرب من أعلى حوض الخزان . وقد تحتوي السدود أيضًا على منافذ سفلية مزودة بصمامات أو بوابات يمكن تشغيلها لتصريف مياه الفيضان، وتفتقر بعض السدود إلى مفيضات الفيضان وتعتمد كليًا على المنافذ السفلية.

مقطع عرضي لمفيض نموذجي مزود ببوابات تاينتر

النوعان الرئيسيان للمفيضات هما المفيضات الخاضعة للتحكم والمفيضات غير الخاضعة للتحكم.

يحتوي المفيض المُتحكم به على هياكل ميكانيكية أو بوابات لتنظيم معدل التدفق. يسمح هذا التصميم باستخدام كامل ارتفاع السد تقريبًا لتخزين المياه على مدار السنة، ويمكن تصريف مياه الفيضانات حسب الحاجة عن طريق فتح بوابة واحدة أو أكثر.

على النقيض من ذلك، لا يحتوي المفيض غير المُتحكم به على بوابات؛ فعندما يرتفع منسوب المياه فوق حافة المفيض، يبدأ بالخروج من الخزان. ويُتحكم في معدل التصريف فقط بارتفاع منسوب المياه فوق المفيض. ولا يُمكن استخدام الجزء من حجم التخزين في الخزان فوق قمة المفيض إلا للتخزين المؤقت لمياه الفيضانات؛ ولا يُمكن استخدامه كمخزون لإمدادات المياه لأنه يقع أعلى من قدرة السد على احتجازه.

في النوع المتوسط، يُتحكم في مستوى المياه الطبيعي للخزان بواسطة البوابات الميكانيكية. في هذه الحالة، لا يُصمم السد للعمل مع تدفق المياه فوقه، إما بسبب المواد المستخدمة في بنائه أو بسبب الظروف السائدة في اتجاه مجرى النهر. إذا تجاوز تدفق المياه إلى الخزان سعة البوابات، يتم تصريف المياه عبر قناة اصطناعية تُسمى المفيض الاحتياطي أو الطارئ. غالبًا ما تُغلق هذه القناة عمدًا بسدادة مانعة للانسداد . إذا وُجدت هذه السدادة، فهي مصممة لتنجرف في حالة حدوث فيضان كبير يتجاوز قدرة تصريف بوابات المفيض. على الرغم من أن فرق الإنشاء قد تحتاج إلى عدة أشهر لإعادة سد القناة وسدادة المفيض بعد هذه العملية، إلا أن إجمالي الأضرار وتكلفة الإصلاح أقل مما لو غمرت المياه الهياكل الرئيسية لحجز المياه. يُستخدم مفهوم السدادة المانعة للانسداد عندما يكون بناء مفيض بالسعة المطلوبة مكلفًا.

قناة مفتوحة لتصريف المياه

مفيض القناة

المفيض الانزلاقي تصميم شائع وبسيط ينقل المياه الزائدة من خلف السد عبر منحدر سلس إلى النهر أسفله. عادةً ما يُصمم على شكل منحنى مقوس . في أغلب الأحيان، يُبطن قاعه وجوانبه بالخرسانة لحماية السد والتضاريس. قد يحتوي على جهاز تحكم، وبعضها يكون أرق وأكثر تبطيناً إذا كانت المساحة والتمويل محدودين. إضافةً إلى ذلك، لا يُقصد به دائماً تبديد الطاقة مثل المفيضات المتدرجة. يمكن دمج المفيضات الانزلاقية بحاجز من كتل خرسانية، ولكنها عادةً ما تحتوي على "حافة قابلة للطي" و/أو حوض تبديد، مما يُحدث قفزة هيدروليكية ، تحمي قاعدة السد من التآكل. [ 1 ]

مفيض متسرب

مفيض ذو حواجز متدرجة لخزان يومان هاي في منطقة بيك ديستريكت في إنجلترا

استُخدمت القنوات المتدرجة والمفيضات لأكثر من 3000 عام. [ 2 ] ورغم استبدالها بتقنيات هندسية أكثر حداثة، مثل القفزات الهيدروليكية، في منتصف القرن العشرين، إلا أنه منذ حوالي عام 1985 [ 3 ] تجدد الاهتمام بالمفيضات والمنحدرات المتدرجة، ويعود ذلك جزئيًا إلى استخدام مواد بناء جديدة (مثل الخرسانة المدكوكة بالأسطوانات ، والجابيونات ) وتقنيات تصميم جديدة (مثل حماية السدود من تجاوز المياه). [ 4 ] [ 5 ] تُنتج الدرجات تبديدًا كبيرًا للطاقة على طول المنحدر [ 6 ] وتقلل من حجم حوض تبديد الطاقة المطلوب في اتجاه المصب. [ 7 ] [ 8 ]

لا تزال الأبحاث جارية حول هذا الموضوع، مع تطورات حديثة في أنظمة حماية السدود الترابية من الفيضانات، [ 8 ] والمفيضات المتقاربة [ 9 ] وتصميم الهدارات الصغيرة. [ 10 ]

مفيض على شكل جرس

نمت النباتات في قناة تصريف المياه على شكل جرس في كوفاو دوس كونشوس ، البرتغال ، منذ إنشائها عام 1955، بحيث أصبحت تشبه التكوين الطبيعي.
مفيض فتحة المجد في بحيرة بيريسيا ، كاليفورنيا، في مارس 2017
مفيض فتحة المجد في حوض أونيل الأمامي لخزان سان لويس ، بالقرب من لوس بانوس، كاليفورنيا

يُصمّم المفيض ذو الفتحة الجرسية على شكل جرس مقلوب ، حيث يمكن للماء أن يدخل من جميع جوانبه. [ 11 ] تُعرف هذه المفيضات غير المُتحكّم بها أيضًا باسم "مجد الصباح" (نسبةً إلى الزهرة )، أو "فتحة المجد" ، أو "مفيضات العمود" . [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] في المناطق التي قد يتجمد فيها سطح الخزان، يُجهّز هذا النوع من المفيضات عادةً بآليات لكسر الجليد لمنع تراكم الجليد حول المفيض.

تُتحكم بعض المفيضات الجرسية الشكل ببوابات. يقع أعلى مفيض من نوع "زهرة الصباح" في العالم في سد هانغري هورس بولاية مونتانا الأمريكية، ويُتحكم به بواسطة بوابة دائرية أبعادها 19.5 × 3.7 متر (64 × 12 قدمًا ) . [ 15 ] أما أكبر مفيض جرسي الشكل فيقع في سد جيهي بولاية نيو ساوث ويلز الأسترالية، ويبلغ قطره 32 مترًا (105 أقدام ) عند سطح البحيرة. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]   

مفيض السيفون

تستخدم قناة التصريف السيفونية فرق الارتفاع بين المدخل والمخرج لتوليد فرق الضغط اللازم لإزالة الماء الزائد. تتطلب السيفونات عملية تحضير لإزالة الهواء من الانحناء لكي تعمل، ومعظم قنوات التصريف السيفونية مصممة لاستخدام الماء لتحضير السيفون تلقائيًا. أحد هذه التصاميم هو السيفون الحلزوني ، الذي يستخدم حلزونات ، أو زعانف، على قمع لتشكيل الماء في دوامة تسحب الهواء خارج النظام. تتم عملية التحضير تلقائيًا عندما يرتفع مستوى الماء فوق المداخل. [ 19 ]

أنواع أخرى

يعلو قمة السد المقوسة، وتلتف قناة جانبية حول تضاريس السد، ويستخدم تصميم متعرج متاهة لزيادة طول العتبة لتصميم أنحف وزيادة التصريف. يشبه مدخل السقوط مدخل محطة توليد الطاقة الكهرومائية، وينقل المياه من خلف السد مباشرة عبر أنفاق إلى النهر في اتجاه المصب. [ 20 ]

اعتبارات التصميم

أحد معايير تصميم المفيض هو أكبر فيضان مصمم للتعامل معه. يجب أن تتحمل المنشآت بأمان فيضان تصميم المفيض المناسب (SDF)، والذي يُسمى أحيانًا فيضان تصميم التدفق الداخل (IDF). يمكن تحديد حجم فيضان تصميم المفيض وفقًا لإرشادات سلامة السدود، بناءً على حجم المنشأة والخسائر المحتملة في الأرواح أو الممتلكات في اتجاه مجرى النهر. يُعبر عن حجم الفيضان أحيانًا بفترة تكرار . فترة التكرار التي تبلغ 100 عام هي حجم الفيضان المتوقع تجاوزه مرة واحدة في المتوسط ​​كل 100 عام. يمكن التعبير عن هذا المعيار بتكرار التجاوز مع احتمال 1% لتجاوزه في أي سنة معينة. يتم الحصول على حجم المياه المتوقع خلال فيضان التصميم من خلال حسابات هيدرولوجية لحوض التصريف في المنبع. تُحدد فترة التكرار وفقًا لإرشادات سلامة السدود، بناءً على حجم المنشأة والخسائر المحتملة في الأرواح أو الممتلكات في اتجاه مجرى النهر.

تعتمد فيلق المهندسين بالجيش الأمريكي متطلباتها على الفيضان الأقصى المحتمل (PMF) [ 21 ] والهطول المطري الأقصى المحتمل (PMP). يُمثل PMP أكبر كمية هطول مطري يُعتقد أنها ممكنة فعليًا في مستجمع المياه العلوي. [ 22 ] قد يُسمح للسدود الأقل خطورة بأن يكون لها معدل شدة-مدة-تكرار (IDF) أقل من الفيضان الأقصى المحتمل.

تبديد الطاقة

حوض تهدئة من النوع الثالث تابع لمكتب استصلاح الأراضي الأمريكي

عندما يمر الماء فوق المفيض وينزل عبر القناة، تتحول طاقة الوضع إلى طاقة حركية متزايدة . وعدم تبديد طاقة الماء قد يؤدي إلى تجريف وتآكل قاعدة السد. وهذا بدوره قد يُلحق الضرر بالمفيض ويُضعف استقرار السد. [ 23 ] ولتوضيح هذه الطاقة، يمكن لمفيضات سد تربيلا ، عند طاقتها القصوى، أن تُنتج 40,000 ميغاواط، أي ما يُعادل عشرة أضعاف قدرة محطة توليد الطاقة التابعة له. [ 24 ]

يمكن تبديد الطاقة من خلال معالجة جزء واحد أو أكثر من تصميم المفيض. [ 25 ]

خطوات
أولاً، على سطح المفيض نفسه من خلال سلسلة من الدرجات على طول المفيض (انظر المفيض المتدرج ). [ 5 ]
اقلب الدلو
ثانياً، عند قاعدة المفيض، يمكن للدلو القلاب أن يخلق قفزة هيدروليكية ويحول المياه إلى أعلى.
القفز التزلجي
يمكن لمنحدر التزلج توجيه الماء أفقيًا وفي النهاية إلى حوض الغطس، أو يمكن لمنحدرين للتزلج توجيه تدفقات المياه الخاصة بهما لتصطدم ببعضها البعض. [ 5 ] [ 24 ]
حوض التهدئة
ثالثًا، تعمل أحواض التهدئة عند نهاية المفيض على تبديد الطاقة بشكل أكبر ومنع التآكل. وعادةً ما تُملأ هذه الأحواض بماء ذي عمق ضحل نسبيًا، وأحيانًا تُبطّن بالخرسانة. ويمكن دمج عدد من العناصر المُخفِّضة للسرعة في تصميمها، بما في ذلك كتل الانحدار، وكتل الحواجز، والجدران الجانبية، والدوامات السطحية، أو العتبات الطرفية. [ 26 ]

أمان

قد تعمل بوابات المفيض فجأةً ودون سابق إنذار، عن بُعد. ويُعدّ المتسللون داخل المفيض مُعرّضين لخطر الغرق. عادةً ما تكون المفيضات مُسيّجة ومُجهّزة ببوابات مُقفلة لمنع التسلل العرضي داخلها. وقد تُوضع لافتات تحذيرية وصفارات إنذار وغيرها من التدابير لتنبيه مستخدمي المنطقة الواقعة أسفل المجرى المائي من إطلاق المياه المفاجئ. وقد تتطلب بروتوكولات التشغيل فتح بوابة جزئيًا لإطلاق كمية صغيرة من الماء لتنبيه الأشخاص في المنطقة الواقعة أسفل المجرى المائي.

يمكن أن يؤدي الإغلاق المفاجئ لبوابة المفيض إلى جنوح الأسماك، وعادة ما يتم تجنب ذلك.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ هنري هـ. توماس. "المفيضات المائية، هندسة السدود الكبيرة" . مؤرشف من الأصل في 9 أبريل 2010. تم الاسترجاع في 5 يوليو 2010 .
  2. ↑ هـ. شانسون (2001-2002). "التطور التاريخي للشلالات المتدرجة لتبديد الطاقة الهيدروليكية". معاملات جمعية نيوكومن . 71 (2): 295-318 .
  3. ↑ هـ. شانسون (2000). "هيدروليكا المفيضات المتدرجة: الوضع الحالي" (ملف PDF) . مجلة الهندسة الهيدروليكية . 126 (9): 636-637 . doi : 10.1061/(ASCE)0733-9429(2000)126:9(636) . ISSN 0733-9429 . 
  4. ↑ هـ. شانسون (1995). التصميم الهيدروليكي للشلالات المتدرجة والقنوات والسدود والمفيضات . بيرغامون. ISBN 978-0-08-041918-3.
  5. 1 2 3 هـ. شانسون (2002). هيدروليكا القنوات المتدرجة والمفيضات . بالكيما. ISBN 978-90-5809-352-3.
  6. ↑ راجاراتنام، ن. (1990). "تدفق الانسياب في المفيضات المتدرجة". مجلة الهندسة الهيدروليكية . 116 (4): 587-591 . doi : 10.1061/(ASCE)0733-9429(1990)116:4(587) .
  7. ↑ شانسون، هـ. (2001). "التصميم الهيدروليكي للمفيضات المتدرجة ومبددات الطاقة في اتجاه المصب" (ملف PDF) . هندسة السدود . 11 (4): 205-242 .
  8. 1 2 غونزاليس، كاليفورنيا؛ شانسون، هـ. (2007). "التصميم الهيدروليكي للمفيضات المتدرجة ومبددات الطاقة في اتجاه المصب لسدود السد الترابي" (ملف PDF) . هندسة السدود . 17 (4): 223-244 .
  9. ↑ إس إل هانت، إس آر أبت، ودي إم تمبل (2008). التصميم الهيدروليكي للمفيضات المتدرجة ومبددات الطاقة في اتجاه المصب لسدود السد الترابي . تأثير جدران القناة المتقاربة على المفيضات المتدرجة الخرسانية المدكوكة بالأسطوانات.
  10. ↑ إ. ميريلز؛ ج. كابريتا؛ ج. ماتوس (2006). خصائص التدفق السطحي غير المهوى على المنحدرات المتدرجة فوق السدود الترابية الصغيرة في المنشآت الهيدروليكية: تحدٍّ للمهندسين والباحثين، وقائع ورشة العمل الدولية للباحثين والمهندسين الشباب حول المنشآت الهيدروليكية . سانت لوسيا، كوينزلاند: جامعة كوينزلاند، قسم الهندسة المدنية. ص 205. ISBN  978-1-86499-868-9.
  11. ↑ راتناياكا، دون د.؛ براندت، مالكولم ج.؛ جونسون، ك. مايكل (2009). إمدادات المياه في توورت ( الطبعة السادسة). أكسفورد: باتروورث-هاينمان. ص 177. ISBN   978-0-7506-6843-9.
  12. ↑ سابيتي، بارام؛ كرامي، حجة؛ سركارده، حامد (30-06-2019). "تحليل تأثير الطول الفعال لمجرى تصريف زهرة المجد الصباحي على أدائه (دراسة عددية)" . أدوات القياس والقياس . 18 (2): 211-221 . doi : 10.18280/i2m.180217 .
  13. ↑ "بحيرة بيريسّا، مكتب الاستصلاح، منطقة وسط المحيط الهادئ" . وزارة الداخلية. 15 ديسمبر 2017. تاريخ الاسترجاع: 8 مارس 2019 .
  14. ↑ "مفيضات ومخارج السدود" . britishdams.org . 2025. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-03-2025 .
  15. ↑ "سد الحصان الجائع" . مكتب استصلاح الأراضي الأمريكي. مؤرشف من الأصل في 13 يونيو 2011. تم الاطلاع عليه في 1 نوفمبر 2010 .
  16. ↑ "السدود" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2013-05-03 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2016-10-04 .
  17. ↑ ستين، إريك أ. "تاريخ مشروع الحصان الجائع" (ملف PDF) . مكتب استصلاح الأراضي الأمريكي. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 13 يونيو 2011. تم الاطلاع عليه في 1 نوفمبر 2010 .
  18. ↑ ستوري، بريت آلان (2008). مكتب الاستصلاح: مقالات تاريخية من ندوة الذكرى المئوية، المجلد 1. مكتب الطباعة الحكومي للولايات المتحدة . ص 36. ISBN  978-0-16-081822-6تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 نوفمبر 2010 .
  19. ↑ راو، جوفيندا إن إس (2008). "تصميم السيفون الحلزوني" (ملف PDF) . مجلة المعهد الهندي للعلوم . 88 (3): 915-930 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 20 ديسمبر 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 ديسمبر 2013 .
  20. ↑ "التصميم الهيدروليكي، أنواع المفيضات" (ملف PDF) . جامعة روان. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 29-12-2009 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 05-07-2010 .
  21. ↑ "تصميم تدفق الفيضانات للسدود والخزانات" (ملف PDF) . فيلق المهندسين بالجيش الأمريكي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 أبريل 2019 .
  22. ↑ "دليل تقدير الحد الأقصى المحتمل لهطول الأمطار (PMP)" (ملف PDF) . المنظمة العالمية للأرصاد الجوية. ص 26. تم الاطلاع عليه في 5 أبريل 2019 . 
  23. ↑ بونميا (1992). هندسة الري والطاقة المائية . فاير وول ميديا. الصفحات 500-501 . ISBN  978-81-7008-084-8.
  24. 1 2 نوفاك، ب. (2008). المنشآت الهيدروليكية (الطبعة الرابعة، طبعة مُعاد طباعتها ). لندن [ua]: تايلور وفرانسيس. ص 244-260 . ISBN   978-0-415-38625-8.
  25. ↑ شانسون، هـ. (2015). تبديد الطاقة في المنشآت الهيدروليكية . دراسة من منشورات الرابطة الدولية لبحوث المياه، دار نشر سي آر سي، مجموعة تايلور وفرانسيس، ليدن، هولندا، 168 صفحة. رقم ISBN 978-1-138-02755-8.
  26. ^ هاجر ويلي هـ. (1992). مبددات الطاقة والقفز الهيدروليكي . دوردريخت وا: كلوير. ص 213 – 218. ISBN  978-0-7923-1508-7.
  • كريس، فيش. "ثقب المجد" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2011-06-01.- معلومات وصور ومعلومات بناء حول حفرة المجد في بحيرة بيرييسا .