Come costruire una diga: Gli attuali metodi di costruzione &il bisogno di innovazione
La costruzione di dighe è stata un’importante pratica ingegneristica per migliaia di anni, con la prima diga costruita dagli antichi egizi intorno al 2800 a.C. Le dighe sono costruite per bloccare il flusso dell’acqua, creando un serbatoio dietro la diga che può essere usato per il controllo delle inondazioni, così come per l’irrigazione, la fornitura di acqua comunale, e altre attività umane. Ispirato da una recente notizia di fallimento della diga in California, questo blog esamina come le dighe sono state storicamente costruite negli ultimi 100 anni, e quali miglioramenti sono necessari nella costruzione delle dighe per andare avanti.
Come costruire una diga
Costruire una diga è un complesso processo in più fasi che richiede enormi quantità di forza lavoro, materie prime e investimenti. Ecco i passi fondamentali per costruire una diga a gravità – il tipo più comune di diga che costruiamo. Le dighe a gravità sono così chiamate perché sono tenute a terra dalla gravità – pesano molto, e sono tipicamente fatte di cemento o pietra.
- Gli ingegneri devono disidratare il fiume dove la diga deve essere costruita. Questo viene fatto deviando il fiume attraverso un tunnel che corre intorno alla zona di costruzione prevista. Tunnel come questo possono essere rivestiti di cemento e sono solitamente scavati usando una combinazione di perforazione ed esplosivi.
- La costruzione della diga deve essere iniziata quando i livelli del fiume sono bassi. Una piccola diga chiamata cofferdam è costruita a monte della zona di costruzione per aiutare ad incanalare l’acqua nella galleria di deviazione. Un cofferdam può essere costruito anche a valle, ma l’obiettivo generale è quello di mantenere la zona di costruzione asciutta in modo che la diga principale possa essere costruita. Le pompe possono essere usate per rimuovere l’acqua che penetra nella diga.
- La roccia libera viene rimossa dal letto del fiume, e deve essere costruito un plinto. Un plinto è una fondazione di cemento per la diga che la incorpora nelle pareti e nel pavimento del letto del fiume/valle. Questo impedisce all’acqua di fuoriuscire ai bordi della diga.
- Ora, è il momento di costruire la diga all’altezza desiderata. Una superficie concava-curva a valle di una diga la aiuta ad assorbire la pressione costante dell’acqua che deve sopportare. Si usa acciaio rinforzato per le superfici della diga stessa, e si costruisce un recinto. L’involucro è riempito di cemento per renderlo estremamente forte e resistente contro il flusso d’acqua.
Cosa c’è di sbagliato nelle dighe oggi?
I nostri progetti e metodi per costruire dighe sono stati affidabili per decenni – cosa è andato così male negli ultimi anni da spingerci a ripensarci? La semplice risposta è il cambiamento climatico. Le dighe che sono state costruite 50 o 60 anni fa sono state progettate con il presupposto che il clima sarebbe stato sempre stabile. Dal punto di vista odierno, tuttavia, possiamo vedere che questo semplicemente non è il caso.
I cicli idrologici sono sensibili anche a piccoli cambiamenti nel clima. Le dighe sono tipicamente progettate tenendo conto dei dati storici, ma senza una comprensione di come i cicli dell’acqua potrebbero cambiare in futuro.
Come esempio, la centrale idroelettrica Muela è stata recentemente completata in Lesotho, un paese che si pensa abbia un notevole potenziale per le risorse idroelettriche. Dopo il completamento della diga, il Lesotho non ha avuto problemi a soddisfare i suoi bisogni energetici interni. Tuttavia, il paese è soggetto a disastri naturali e alla desertificazione, ed è altamente vulnerabile al cambiamento climatico. Gli scienziati prevedono che l’aumento delle temperature e la diminuzione delle precipitazioni nei prossimi anni creeranno un periodo di stress idrico entro il 2019 che peggiorerà entro il 2060, rendendo la diga del Lesotho molto meno efficace e minacciando la sua sicurezza energetica.
Inversamente, in California, l’alternanza di cicli di estrema siccità e di precipitazioni eccessive ha evidenziato la progettazione poco flessibile delle dighe in quella regione. Quantità record di precipitazioni hanno portato a inondazioni record, minacciando la vita di coloro che vivono intorno alle dighe con sfioratori inadeguati. Mentre alcune dighe sono in fase di miglioramento, come la diga di Folsom di 340 piedi, dove gli ingegneri dell’esercito stanno aggiungendo il 40% di capacità allo sfioratore principale, altre strutture simili sono state trascurate. Questo potrebbe portare a inondazioni catastrofiche che influenzerebbero negativamente i residenti e l’ambiente.
Dighe del futuro
Come progettiamo le dighe nel futuro, è cruciale che comprendiamo e teniamo conto del nostro clima che cambia. Ora sappiamo che non possiamo prevedere i livelli dell’acqua e la capacità necessaria dei serbatoi sulla base dei dati storici. Sappiamo che il cambiamento climatico è la realtà in cui stiamo vivendo, e che mentre alcune località possono diventare più inclini alle inondazioni di quanto si pensasse in precedenza, altre regioni stanno affrontando lo stress idrico e potrebbero non essere in grado di realizzare i benefici delle dighe per un periodo ragionevole.
Non è sufficiente usare dati storici quando si pianifica un progetto come una diga. Gli ingegneri dovrebbero considerare non solo un futuro, ma diversi possibili futuri quando lavorano su un progetto che è così critico per le infrastrutture locali.
Uno sviluppatore idroelettrico in Islanda ha recentemente commissionato uno studio che indaga su come dovrebbe sviluppare un impianto di generazione di energia alimentato dai ghiacciai. Questo studio è stato ritenuto necessario perché lo scioglimento dei ghiacciai sembra essere in aumento e si prevede un aumento del flusso d’acqua nei prossimi decenni. Lo studio ha concluso che la diga dovrebbe essere “sovra-installata” – costruita con la capacità di gestire più flusso di quello attualmente esistente. Questo tipo di pensiero dovrebbe essere applicato in tutto il mondo per costruire dighe che ci serviranno in modo sicuro e produttivo nei tempi incerti che verranno.