وير

عند استيفاء الشروط المناسبة، تُتيح السدود للمهندسين وعلماء الهيدرولوجيا طريقةً بسيطةً لقياس معدل التدفق الحجمي في الجداول والأنهار الصغيرة والمتوسطة الحجم، أو في مواقع التصريف الصناعي. ^{[ 4 ]} وبما أن هندسة قمة السد معروفة، ويتدفق كل الماء فوقه، يُمكن تحويل عمق الماء خلف السد إلى معدل تدفق. مع ذلك، لا يُمكن تحقيق ذلك إلا في المواقع التي يتدفق فيها كل الماء فوق قمة السد، ولا يتسرب منه أي ماء.

يمكن تلخيص حساب التصريف العام على النحو التالي:

Q = C L H ⁿ

أين

Q هو معدل التدفق الحجمي للسائل ( التصريف )،

يمثل C معامل التدفق للهيكل (بمعدل 3.33).

L هو عرض القمة ،

يمثل H ارتفاع منسوب المياه فوق قمة النهر،

يختلف n باختلاف البنية (على سبيل المثال، 3/2 للهدار الأفقي، و 5 / 2 للهدار ذي الشق على شكل حرف V) . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

يُعطى التدفق فوق سد على شكل حرف V (بوحدة قدم ^{مكعب /ثانية) بواسطة معادلة Kindsvater–Shen: [ 7 ]}

${\displaystyle Q={\frac {8}{15}}{\sqrt {2g}}\,C_{e}\tan {\frac {\theta }{2}}(h+k)^{\frac {5}{2}},}$

أين

Q هو معدل التدفق الحجمي للسائل بوحدة قدم ^مكعب /ثانية،

g هو تسارع الجاذبية الأرضية بوحدة قدم/ثانية ^مربعة .

C _e هو عامل تصحيح التدفق المذكور في Shen 1981 ، ص. B29، الشكل 12 ، 

θ هي زاوية السد ذي الشق على شكل حرف V،

يمثل h ارتفاع السائل فوق قاع الشق على شكل حرف V،

k هو عامل تصحيح الرأس الوارد في Shen 1981 ، ص. B20، الشكل 4 . 

بما أن السدود تشكل حاجزًا ماديًا، فإنها تعيق حركة الأسماك والحيوانات الأخرى طوليًا صعودًا وهبوطًا في النهر. قد يؤثر ذلك سلبًا على أنواع الأسماك المهاجرة ضمن دورة تكاثرها (مثل السلمونيات )، ولكنه قد يكون مفيدًا أيضًا كوسيلة لمنع الأنواع الغازية من الوصول إلى أعلى النهر. على سبيل المثال، ساعدت السدود في منطقة البحيرات العظمى على منع سمك الجريث البحري الغازي من الاستيطان في مناطق أبعد في أعلى النهر.

تُنشأ برك الطواحين بواسطة سد يحجز المياه التي تتدفق بعد ذلك فوق الهيكل. ويمكن استخدام الطاقة الناتجة عن تغير ارتفاع المياه لتشغيل دواليب المياه ومناشر الأخشاب وعجلات الطحن وغيرها من المعدات.

تُستخدم السدود عادةً للتحكم في معدلات تدفق الأنهار خلال فترات التدفق العالي. ويمكن تعديل بوابات السد (أو في بعض الحالات ارتفاع قمة السد) لزيادة أو تقليل حجم المياه المتدفقة إلى المصب. وتوجد السدود لهذا الغرض عادةً في أعالي المدن والقرى، ويمكن تشغيلها آليًا أو يدويًا. ومن خلال إبطاء معدل تدفق المياه إلى المصب ولو قليلاً، يمكن إحداث تأثير كبير على احتمالية حدوث الفيضانات. وفي الأنهار الكبيرة، يمكن للسد أيضًا تغيير خصائص تدفق المجرى المائي لدرجة تمكّن السفن من الإبحار في مناطق كانت سابقًا غير متاحة بسبب التيارات القوية أو الدوامات . وتتميز العديد من السدود الكبيرة بخصائص إنشائية تسمح للقوارب ومستخدمي النهر بالمرور عبر السد والإبحار من أعلى أو أسفل المجرى دون الحاجة إلى الخروج من النهر. وتنتشر السدود المبنية لهذا الغرض بشكل خاص على نهر التايمز ، ويقع معظمها بالقرب من كل من أهوسة النهر البالغ عددها 45 هويسًا .

نظرًا لأن السدود تحجز المياه خلفها وتُغير نظام تدفق النهر، فقد تؤثر على البيئة المحلية . عادةً، يؤدي انخفاض سرعة النهر في المنبع إلى زيادة الترسيب (ترسب جزيئات دقيقة من الطمي والطين في قاع النهر)، مما يقلل من محتوى الأكسجين في الماء ويخنق موائل اللافقاريات ومواقع تكاثر الأسماك . يعود محتوى الأكسجين عادةً إلى طبيعته بمجرد مرور الماء فوق قمة السدود (مع أنه قد يكون مُفرط الأكسجين)، إلا أن زيادة سرعة النهر قد تُؤدي إلى جرف قاع النهر مُسببةً التعرية وفقدان الموائل.

قد يكون للسدود تأثير كبير على هجرة الأسماك . ^{[ 8 ]} أي سد يتجاوز أقصى ارتفاع يمكن أن تقفزه الأسماك أو يخلق ظروف تدفق لا يمكن تجاوزها (مثلًا، بسبب سرعة المياه المفرطة) يحد فعليًا من أقصى نقطة يمكن للأسماك أن تهاجر إليها في اتجاه المنبع. في بعض الحالات، قد يعني هذا فقدان مساحات شاسعة من موائل التكاثر، ومع مرور الوقت، قد يكون لذلك تأثير كبير على أعداد الأسماك.

في العديد من البلدان، أصبح من المتطلبات القانونية الآن بناء سلالم للأسماك ضمن تصميم السدود، لضمان قدرة الأسماك على تجاوز الحواجز والوصول إلى الموائل في أعلى النهر. وعلى عكس السدود، لا تمنع السدود عادةً هجرة الأسماك إلى أسفل النهر (حيث يتدفق الماء فوقها ويسمح للأسماك بتجاوزها في ذلك الماء)، على الرغم من أنها قد تخلق ظروف تدفق تُلحق الضرر بصغار الأسماك. وتشير دراسات حديثة إلى أن أهوسة الملاحة لديها أيضًا إمكانية توفير وصول أكبر لمجموعة متنوعة من الكائنات الحية ، بما في ذلك الأسماك التي لا تجيد السباحة. ^{[ 9 ]}

على الرغم من أن المياه المحيطة بالسدود قد تبدو هادئة نسبيًا في كثير من الأحيان، إلا أنها قد تشكل خطرًا كبيرًا على القوارب والسباحة والخوض فيها، إذ يمكن لأنماط الدوران على الجانب السفلي - والتي تُعرف عادةً بالقفزة الهيدروليكية - أن تُغرق الشخص إلى أجل غير مسمى. ويُطلق مُستخدمو الزوارق وقوارب الكاياك على السدود اسم "آلات الغرق"، خاصةً في اللافتات التحذيرية. ^{[ 10 ]} وتوصي إدارة الموارد الطبيعية في أوهايو الضحية بـ"ثني ذقنها للأسفل، وضم ركبتيها إلى صدرها مع لف ذراعيها حولهما. ومن المأمول أن تكون الظروف مواتية لدفع التيار للضحية على طول قاع النهر حتى يتجاوز خط الغليان ويُحررها بالقفزة الهيدروليكية". ^{[ 11 ]} كما توصي شرطة ولاية بنسلفانيا الضحايا بـ"الانحناء، والغوص إلى القاع، والسباحة أو الزحف باتجاه مجرى النهر". ^{[ 12 ]} عندما يؤدي القفز الهيدروليكي إلى سحب الهواء ، فإن طفو الماء بين السد وخط الغليان سينخفض ​​بنسبة تصل إلى 30٪، وإذا لم يتمكن الضحية من الطفو، فقد يكون الهروب عند قاعدة السد هو الخيار الوحيد للبقاء على قيد الحياة.

السد ذو القمة العريضة هو هيكل ذو قمة مسطحة، حيث يمر الماء فوق قمة تغطي معظم أو كل عرض القناة. وهو أحد أكثر أنواع السدود شيوعًا في العالم.

السد المركب هو أي سد يجمع بين عدة تصاميم مختلفة في هيكل واحد. ويُشاهد عادةً في المواقع التي يمر بها النهر مستخدمون متعددون قد يحتاجون إلى تجاوزه. ومن التصاميم الشائعة أن يكون السد عريض القمة في معظمه، ولكنه يحتوي على جزء يتوقف فيه أو يكون "مفتوحًا" ليسمح بمرور القوارب الصغيرة والأسماك.

الهدار ذو الشق هو أي هدار يكون فيه الحاجز المادي أعلى بكثير من مستوى الماء باستثناء شق محدد (غالباً على شكل حرف V) محفور في اللوحة. في أوقات التدفق الطبيعي، يجب أن يمر كل الماء عبر الشق، مما يبسط حسابات حجم التدفق، وفي أوقات الفيضان، يمكن أن يرتفع مستوى الماء ويغمر الهدار دون أي تعديلات على هيكله.

الهدار متعدد الحدود هو هدار ذو شكل هندسي مُحدد بمعادلة متعددة الحدود من أي رتبة n . ^{[ 13 ]} عمليًا، معظم الهدارات هي هدارات متعددة الحدود منخفضة الرتبة. على سبيل المثال، الهدار المستطيل القياسي هو هدار متعدد الحدود من الرتبة صفر. أما الهدارات المثلثة (ذات الشق على شكل حرف V) وشبه المنحرف فهي من الرتبة واحد. توفر الهدارات متعددة الحدود عالية الرتبة نطاقًا أوسع من علاقات الارتفاع والتصريف، وبالتالي تحكمًا أفضل في التدفق عند مخارج البحيرات والبرك والخزانات.