How to Build a Dam: A gátépítés évezredek óta fontos mérnöki gyakorlat, az első gátat az ókori egyiptomiak építették i. e. 2800 körül. A gátakat úgy építik, hogy elzárják a víz áramlását, és a gát mögött tározót hoznak létre, amelyet árvízvédelemre, valamint öntözésre, települési vízellátásra és más emberi tevékenységekre lehet használni. A közelmúltban a kaliforniai gátak meghibásodásáról szóló hírek által inspirálva ez a blog azt vizsgálja, hogyan épültek a gátak történelmileg az elmúlt 100 évben, és milyen fejlesztésekre van szükség a gátépítésben a jövőben.
Hogyan építsünk gátat
A gátépítés összetett, többlépcsős folyamat, amely hatalmas mennyiségű munkaerőt, nyersanyagot és befektetést igényel. Íme a gravitációs gát – az általunk épített leggyakoribb gát típus – építésének alapvető lépései. A gravitációs gátakat azért nevezik így, mert a gravitáció tartja őket a talajhoz – nagy a súlyuk, és jellemzően betonból vagy kőből készülnek.
- A mérnököknek vízteleníteniük kell a folyót, ahová a gátat tervezik építeni. Ezt úgy végzik, hogy a folyót egy alagúton keresztül elterelik, amely a tervezett építési zóna körül fut. Az ilyen alagutakat betonnal bélelhetik, és általában fúrás és robbanószerek kombinációjával ássák ki őket.
- A gátépítést akkor kell elkezdeni, amikor a folyó vízszintje alacsony. Az építési zóna előtt egy kis gátat, úgynevezett kaffergátat építenek, amely segít a vizet a terelőalagútba terelni. A folyásirányban lejjebb is lehet építeni egy kafferdamot, de az általános cél az, hogy az építési zónát szárazon tartsák, hogy a fő gátat megépíthessék. Szivattyúkat lehet használni a kazettás gáton áthatoló víz eltávolítására.
- A folyómederből eltávolítják a laza kőzetet, és lábazatot kell építeni. A lábazat a gát betonalapzata, amely beágyazza a gátat a folyómeder/völgy falaiba és fenekébe. Ez megakadályozza, hogy a víz a gát szélein szivárogjon.
- Most itt az ideje, hogy a gátat a kívánt magasságig megépítsük. A gát homorúan ívelt lefelé irányuló felülete segít elnyelni az állandó víznyomást, amelyet a gátnak el kell viselnie. Magának a gátnak a felületeihez megerősített acélt használnak, és egy burkolatot építenek. A burkolatot betonnal töltik ki, hogy rendkívül erős és ellenálló legyen a víz áramlásával szemben.
Mi a baj a mai gátakkal?
A gátépítési terveink és módszereink évtizedek óta megbízhatóak – mi romlott el annyira az elmúlt években, hogy újra át kell gondolnunk? Az egyszerű válasz az éghajlatváltozás. Az 50 vagy 60 évvel ezelőtt épített gátakat azzal a feltételezéssel tervezték, hogy az éghajlat mindig stabil lesz. Mai szemmel nézve azonban láthatjuk, hogy ez egyszerűen nem így van.
A hidrológiai ciklusok érzékenyen reagálnak még az éghajlat kisebb változásaira is. A gátakat általában a múltbeli adatok figyelembevételével tervezik, de anélkül, hogy megértenék, hogyan változhatnak a vízciklusok a jövőben.
Egy példa: a közelmúltban készült el a Muela vízerőmű Lesothóban, egy olyan országban, amelyről úgy gondolták, hogy jelentős potenciállal rendelkezik a vízenergiaforrások terén. A gát elkészülte után Lesothónak nem volt gondja hazai energiaszükségletének kielégítésével. Az ország azonban hajlamos a természeti katasztrófákra és az elsivatagosodásra, és nagyon érzékeny az éghajlatváltozásra. A tudósok előrejelzése szerint az elkövetkező években a megnövekedett hőmérséklet és az alacsonyabb csapadékmennyiség 2019-re vízhiányos időszakot hoz létre, amely 2060-ra súlyosbodni fog, ami jelentősen csökkenti Lesotho gátjának hatékonyságát, és veszélyezteti energiabiztonságát.
Ezzel szemben Kaliforniában a szélsőséges szárazság és a túlzott csapadék váltakozó ciklusai rávilágítottak az ottani gátak rugalmatlan kialakítására. A rekord mennyiségű csapadék rekordméretű áradásokhoz vezetett, amelyek a nem megfelelő túlfolyókkal rendelkező gátak környékén élők életét veszélyeztetik. Míg néhány gátat javítanak, mint például a 340 láb magas Folsom-gátat, ahol a hadsereg mérnökei 40%-kal növelik a fő túlfolyó kapacitását, más hasonló szerkezeteket elhanyagolnak. Ez katasztrofális áradásokhoz vezethet, amelyek negatív hatással lennének a lakosokra és a környezetre.
A jövő gátjai
A jövő gátjainak tervezésénél elengedhetetlen, hogy megértsük és figyelembe vegyük a változó éghajlatot. Ma már tudjuk, hogy a történelmi adatok alapján nem tudjuk megjósolni a vízszinteket és a szükséges tározókapacitást. Tudjuk, hogy az éghajlatváltozás a valóság, amelyben élünk, és hogy míg egyes helyeken a korábban gondoltnál nagyobb lesz az árvizekre való hajlam, más régiók vízhiánnyal küzdenek, és előfordulhat, hogy a gátépítés előnyeit ésszerű időn belül nem tudják realizálni.
Egy olyan projekt tervezésekor, mint egy gát, nem elég a történelmi adatokat felhasználni. A mérnököknek nem csak egy, hanem több lehetséges jövőt is figyelembe kell venniük, amikor egy olyan projekten dolgoznak, amely annyira kritikus a helyi infrastruktúra szempontjából.
Egy izlandi vízerőmű-fejlesztő nemrégiben megrendelt egy tanulmányt, amely azt vizsgálja, hogyan kellene egy gleccserek által táplált energiatermelő létesítményt fejlesztenie. Ezt a tanulmányt azért tartották szükségesnek, mert a gleccserolvadás a jelek szerint növekszik, és a következő évtizedekben megnövekedett vízhozam várható. A tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a gátat “túl kell telepíteni”, azaz úgy kell megépíteni, hogy a jelenleginél nagyobb vízhozamot tudjon kezelni. Ezt a fajta gondolkodásmódot kellene alkalmazni az egész világon, hogy olyan gátakat építsünk, amelyek biztonságosan és produktívan szolgálnak minket az előttünk álló bizonytalan időkben.