کتاب تراوش، زهکشی و شبکه های جریان عمدتاً برای دانشجویان، مهندسین شاغل، زمین شناسان و سایر افرادی که به دنبال روش های عملی برای حل مشکلات ناشی از تراوش و زهکشی هستند نوشته شده است. اگرچه این کتاب رویکردی اساسی دارد، اما این کتاب یک کتاب با رویکرد ریاضی محض در باب نظریه تراوش نیست و استفاده از آن نیازی به مهارت در ریاضیات عالی ندارد.
نظریه و ریاضیات فقط تا حدی که برای ارتقای درک پدیده های تراوش و زهکشی لازم است، راهگشا خواهد بود. تاکید کتاب تراوش، زهکشی و شبکه های جریان بر کاربردهای عملی به جای نظریه های پیچیده است بنابراین، قانون دارسی و شبکه جریان گرافیکی به مقدار قابل توجهی مورد تاکید نویسنده قراردارند زیرا این دو ابزار اساسی راه حل هایی را برای مشکلات بیشمار تراوش و زهکشی ارائه می دهند. هنگامی که این روش ها با تجربه و قضاوت مورد استفاده قرار گیرند، می توانند به طراحان کمک کنند تا ماهیت اساسی مشکلات تراوش و زهکشی و چگونگی توسعه بهترین نوع سیستم ها را برای جلوگیری از آسیب ناشی از اقدامات مضر آب درک کنند.
در گذشته، زمانی که طراحان برای تصمیم گیری در مورد طراحی سرریز سدهای خاکی، روسازی راه ها و سایر تأسیسات در معرض اثرات مخرب آب به «شهود» و «قوانین سرانگشتی» اعتماد می کردند، خرابی ها و ناکارآمدی های بسیاری رایج شده بود. با توسعه روش های “عقلانی” و “تجربی” توسط رهبرانی مانند K. Terzaghi و A. Casagrande، طراحان شروع به درک بهتری از ماهیت واقعی توده های خاک و پی ها و چگونگی طراحی ایمن و اقتصادی آنها کردند. با این از بسیاری از جنبه ها جریان آب در خاک ها و مسئله تراوش و مصالحی که نقش زهکشی را بر عهده دارند همانند بسیاری از مسائل دیگر در مهندسی عمران به عنوان یک معما باقی مانده است. عدم شناخت کافی بر این موضوع اغلب منجر به انتخاب طرح های نامناسب و بعضاً کاملاً “اشتباه” مصالح زهکشی شده است. به عنوان مثال ریزش یک دیوار حائل بزرگ در پورتلند، اورگان، پس از باران‌های شدید احتمالاً به این دلیل بوده است که در بخش «داخلی» یعنی پشت دیوار، حاوی ریزدانه های زیادی بوده است که سبب شده است تا در واقع نفوذپذیری آن بیشتر از خاکی باشد که قرار بوده وظیفه زهکشی را نیز انجام دهد. علاوه بر این، اکثر سنگ فرش های دنیا به دلیل اینکه در واقع زهکشی ضعیفی دارند، پیش از موعد در حال شکستن هستند. در هر دوی این نمونه ها، طراحان اشتباه مشابهی را مرتکب شده اند و این اشتباه این است که در این موارد به مصالح زهکشی توجه نکرده اند. این کتاب روش های ساده ای را برای تجزیه و تحلیل نیازهای تخلیه زهکش ها برای انواع کارهای مهندسی عمران که نیاز به محافظت در برابر آب دارند به همراه تصاویر بسیاری از کاربرد عملی این اصول را ارائه می دهد. پس از نزدیک به پنج دهه کار با پروژه های ژئوتکنیکی، نویسنده کاملاً متقاعد شده است که تجزیه و تحلیل و کنترل تراوش یکی از مهم ترین چالش های پیش روی مهندسان عمران و ژئوتکنیک است.
اگرچه بسیاری از پروژه ها با زهکشی یا سایر کنترل های تراوش امکان پذیر می شوند، هنوز نیاز به درک بهتر و کاربرد گسترده تر اصول زهکشی وجود دارد و کمک به دستیابی به این اهداف، هدف اصلی کتاب تراوش، زهکشی و شبکه های جریان است.
اهمیت اقتصادی و اجتماعی زهکشی و کنترل تراوش آب
تمدن همانطور که می دانیم بدون زهکشی امکان پذیر نخواهد بود. بسیاری از تمدن های باستانی که برای تولید محصول به آبیاری وابسته بودند، تا حد زیادی به دلیل کاهش تولید محصول ناشی از کمبود زهکشی، از روی زمین ناپدید شدند.
طراحان برجسته سد های خاکی، سدهای گرانشی، حوضچه ها و آبگیر ها، زیرزمین ها و سایر سازه های زیرزمینی به خوبی می دانند که زهکشی خوب اغلب راه را برای صرفه جویی عمده در هزینه پروژه ها باز می کند. انرژی و منابع طبیعی حیاتی، توسعه سیستم های زهکشی موثر برای جلوگیری از تجمع مضر آب اضافی یکی از مهمترین فعالیت های مهندسین عمران است. سیستم های زهکشی کارآمد می توانند ایمنی سدهای خاکی، مخازن ذخیره سازی، سدهای بتنی و سازه های بی شمار دیگر را در برابر سیلاب ها بهبود بخشند. علاوه بر این، یک سازه با زهکشی خوب تقریباً همیشه مقرون به صرفه تر از نمونه زهکشی نشده خود است. استفاده از روش های تجزیه و تحلیل تراوش و زهکشی در این کتاب می تواند ایمنی را افزایش داده، نیازهای تعمیر و نگهداری تاسیسات را کاهش دهد و هزینه های طولانی مدت بسیاری از کارهای مهندسی را کاهش دهد.
بدیهی است که پیامدهای کنترل ناکافی بر آب های زیرزمینی و نشت آب می تواند از خرابی های جزئی که فقط شامل خسارات اقتصادی اندک تا خرابی های بزرگ که خسارات جانی و مالی زیادی را به همراه خواهد داشت متفاوت باشد. یک سوال منطقی این است که “طراحان سازه های مربوط به آب تا چه حد باید محافظه کار باشند؟” برخی از طراحان بر این باورند که طرح آنها تحت هر شرایطی نباید دچار گسیختگی شود حتی به مقدار جزئی و این موضوع دلیلی بر بیش از اندازه محافظه کار بودن آنها خواهد بود. به عنوان مثال، طراحی شیب های برش بزرگراه که در آن انتظار می رود برخی لغزش ها در آن رخ دهد، مرسوم است. این موضوع در بزرگراه ها معمولاً جان انسان ها را به خطر نمی اندازد. از این رو درجه محافظه کاری در درجه اول یک موضوع اقتصادی و در درجه دوم یک موضوع اجتماعی است چرا که ارتباط مستقیمی با میزان راحتی مردم دارد. اما اگر سدها به دلیل زهکشی ناکافی (یا به هر دلیل دیگری) از کار بیفتند، مقادیر عظیمی از اموال ممکن است تخریب شود و تعداد زیادی از مردم کشته شوند.
در رسیدن به درجه محافظه کاری مورد نیاز در طراحی آثار مهندسی، دو عامل غالب و برجسته می شوند:
1. عواقب یک شکست چقدر جدی است؟
2. سطح عدم قطعیت درگیر چقدر است؟
هر مورد باید به صورت جداگانه در نظر گرفته شود، اما دستورالعمل های خاصی در دستور کار است. اگر احتمال وقوع خسارات جانی و مالی عمده وجود داشته باشد، کارهای مهندسی باید بدون شک برای همه شرایطی که در طول عمر کار پیش بینی می شود، ایمن باشد. اگر تلفات جانی مشکلی نداشته باشد و فقط خسارات اقتصادی جزئی را انتظار داشت، کمتر نیاز به محافظه کاری وجود دارد.
نحوه فصل بندی کتاب تراوش، زهکشی و شبکه های جریان
بخش 1 کتاب شامل فصل هایی در مورد نفوذپذیری، اصول تراوش، و ترسیم شبکه جریان است. در ارائه اطلاعات اولیه در مورد تراوش و نفوذپذیری تلاش شده است تا اصول اولیه با پدیده های معمول مشاهده شده مرتبط شود. بنابراین، فصل نفوذپذیری و تراوش آب از طریق خاک و سنگدانه های متخلخل با جریان از طریق لوله ها و کانال های باز مقایسه می شود. تاکید دیگر نویسنده در این بخش همچنین بر روی تغییرات بسیار گسترده در نفوذپذیری موجود و تغییرات حتی گسترده تر در سرعت و مقدار تراوش از طریق خاک و محیط های متخلخل قرار می گیرد. این تغییرات گسترده ماهیت واقعی تراوش در توده های زمین را پنهان می کند. فصل 4 در مورد شبکه های جریانی دستورالعمل‌ها و مثال های گام به گامی را ارائه می کند که باید به دانش‌آموزان مبتدی و پیشرفته کمک کند تا مهارت خود را در ساخت شبکه های جریانی توسعه دهند. فصل 5 در طراحی فیلتر و زهکش مفاهیم اساسی طراحی را تشریح می کند و بر مزایای بزرگ زهکش های کامپوزیتی برای کنترل تراوش در بسیاری از انواع کارهای مهندسی عمران تأکید می کند.
سایر فصول در قسمت دوم، تجزیه و تحلیل تراوش و طرح های زهکشی برای سدهای خاکی و سیلاب ها (فصل 6)، آبگیری و تثبیت پی به کمک زهکشی (فصل 7)، بهبود شیب توسط زهکش های مختلف (فصل 8)، زهکشی جاده ها، میدان های هوایی و سایر تأسیسات سطحی (فصل 9)، بهبود سازه های متفرقه توسط زهکشی (فصل 10) و حفاظت از آب های زیرزمینی از آلودگی (فصل 11) می باشد.
این نسخه حاوی ارجاعات متعددی به سوابق عملکرد پروژه های دارای مشکلات آب در بسیاری از کشورها و ایده های جدید در مورد تراوش و زهکشی است که توسط محققان و سایرین در سراسر جهان ایجاد شده است (به منابع فصل مراجعه کنید). من همچنین از تجربیات خودم در مدت زمانی که از نگارش نسخه های قبلی گذشته است استفاده کرده ام. راه های عملی برای به دست آوردن ارزیابی های واقع بینانه در مقیاس بزرگ از نفوذپذیری ناشی از گسترش یا عقب نشینی تپه های آب زیرزمینی در فصل 2 ارائه شده است. یک روش عملی برای اصلاح جریان نیمه متلاطم به متلاطم در شن های درشت و لایه های زهکشی با درجه باز در فصل 3 ارائه شده است. اهداف دیگر، تا اعماق بی سابقه 400 فوتی و بیشتر.
فصل 7 اطلاعات جدیدی در مورد زهکش های مصنوعی “فتیله ای” و زهکش های “فین” در حال ساخت دارد.
در محل زهکش های “شن” و زهکش های سنگدانه برای اهداف متعدد استفاده می شود. اطلاعات مستندی در فصل 9 ارائه شده است که ثابت می کند روسازی های معمولی زهکشی نشده که به دلیل آسیب آب زودرس از بین می روند در درازمدت در مقایسه با روسازی های با زهکش خوب با استفاده از سیستم های شرح داده شده در کتاب تراوش، زهکشی و شبکه های جریان، بسیار غیراقتصادی هستند.
به دلیل افزایش خطرات آلودگی برای منابع آب در سراسر جهان. فصل جدیدی به این نسخه اضافه شده است (فصل 11)، با اطلاعات جدید قابل توجهی در مورد این مشکل و نحوه استفاده از اصول اولیه تراوش برای درک بهتر آن و نحوه تلاش برای تحت کنترل نگه داشتن آن. محاسبات ساده با قانون دارسی توضیح می دهد که چرا آلودگی جدی آب‌های زیرزمینی در بسیاری از مناطق تا این حد بدون توجه به طول انجامید. نمونه های به روز از انواع مشکلات تراوش و زهکشی در سراسر کتاب آورده شده است که برخی جایگزین نمونه هایی هستند که در نسخه های قبلی ظاهر شده اند.
