Cum se construiește un baraj: Metode actuale de construcție & Nevoia de inovație
Amenajarea a fost o practică inginerească importantă de mii de ani, primul baraj fiind construit de vechii egipteni în jurul anului 2800 î.Hr. Barajele sunt construite pentru a bloca fluxul de apă, creând un rezervor în spatele barajului care poate fi folosit pentru controlul inundațiilor, precum și pentru irigații, alimentarea cu apă a municipalităților și alte activități umane. Inspirat de o știre recentă despre cedarea unui baraj în California, acest blog analizează modul în care barajele au fost construite din punct de vedere istoric în ultimii 100 de ani și ce îmbunătățiri sunt necesare în construcția barajelor în viitor.
Cum se construiește un baraj
Construirea unui baraj este un proces complex, în mai multe etape, care necesită cantități uriașe de forță de muncă, materii prime și investiții. Iată care sunt pașii de bază pentru construirea unui baraj gravitațional – cel mai comun tip de baraj pe care îl construim. Barajele gravitaționale sunt numite astfel pentru că sunt ținute la sol de gravitație – cântăresc foarte mult și sunt de obicei făcute din beton sau piatră.
- Inginerii trebuie să deshidrateze râul pe care se dorește a fi construit barajul. Acest lucru se face prin devierea râului printr-un tunel care înconjoară zona prevăzută pentru construcție. Tunelurile de acest tip pot fi căptușite cu beton și sunt de obicei săpate folosind o combinație de foraje și explozibili.
- Construcția barajului trebuie să înceapă atunci când nivelul râului este scăzut. Un mic baraj numit cofferdam este construit în amonte de zona de construcție pentru a ajuta la canalizarea apei în tunelul de deviere. De asemenea, se poate construi un cofferdam în aval, dar obiectivul general este de a menține zona de construcție uscată, astfel încât să se poată construi barajul principal. Se pot folosi pompe pentru a îndepărta apa care pătrunde în cofferdam.
- Se îndepărtează rocile libere din albia râului și trebuie construit un soclu. Un soclu este o fundație de beton pentru baraj care îl înglobează în pereții și podeaua albiei râului/valului. Acest lucru previne scurgerile de apă de la marginile barajului.
- Acum, este timpul să construiți barajul la înălțimea dorită. O suprafață concavă-curbată în aval pentru un baraj îl ajută să absoarbă presiunea constantă a apei pe care trebuie să o suporte. Se folosește oțel armat pentru suprafețele barajului propriu-zis și se construiește o incintă. Incinta este umplută cu beton pentru a o face extrem de puternică și rezistentă la curgerea apei.
Ce este în neregulă cu barajele din ziua de azi?
Proiectele și metodele noastre de construire a barajelor au fost fiabile timp de decenii – ce a mers atât de prost în ultimii ani încât să ne facă să vrem să ne răzgândim? Răspunsul simplu este schimbarea climatică. Barajele care au fost construite acum 50 sau 60 de ani au fost proiectate pornind de la ipoteza că clima va fi întotdeauna stabilă. Din punctul de vedere de astăzi, însă, putem vedea că pur și simplu nu este așa.
Ciclurile hidrologice sunt sensibile chiar și la schimbări minore ale climei. De obicei, barajele sunt proiectate ținând cont de datele istorice, dar fără a înțelege cum s-ar putea schimba ciclurile apei în viitor.
Ca exemplu, centrala hidroelectrică Muela a fost recent finalizată în Lesotho, o țară despre care se crede că are un potențial considerabil pentru resursele hidroenergetice. După finalizarea barajului, Lesotho nu a avut probleme în a-și satisface nevoile interne de energie. Cu toate acestea, țara este predispusă la dezastre naturale și la deșertificare și este foarte vulnerabilă la schimbările climatice. Oamenii de știință prevăd că temperaturile crescute și precipitațiile mai scăzute din anii următori vor crea o perioadă de stres hidric până în 2019, care se va agrava până în 2060, ceea ce va face ca barajul din Lesotho să fie considerabil mai puțin eficient și îi va amenința securitatea energetică.
În schimb, în California, ciclurile alternante de secetă extremă și precipitații excesive au evidențiat proiectarea inflexibilă a barajelor din acea regiune. Cantități record de precipitații au dus la inundații record, amenințând viețile celor care locuiesc în jurul barajelor cu deversori inadecvați. În timp ce unele baraje sunt în curs de îmbunătățire, cum ar fi barajul Folsom Dam, de 340 de picioare, unde inginerii armatei adaugă o capacitate de 40% la deversorul principal, alte structuri similare sunt neglijate. Acest lucru ar putea duce la inundații catastrofale care ar afecta în mod negativ rezidenții și mediul înconjurător.
Baraje ale viitorului
În timp ce proiectăm baraje în viitor, este esențial să înțelegem și să ținem cont de schimbările noastre climatice. Știm acum că nu putem prezice nivelurile de apă și capacitatea necesară a rezervoarelor pe baza datelor istorice. Știm că schimbările climatice reprezintă realitatea în care trăim și că, în timp ce unele locații pot deveni mai predispuse la inundații decât se credea anterior, alte regiuni se confruntă cu un stres hidric și este posibil să nu poată realiza beneficiile barajului pe o perioadă rezonabilă.
Nu este suficient să folosim date istorice atunci când planificăm un proiect precum un baraj. Inginerii ar trebui să ia în considerare nu doar un singur viitor, ci mai multe viitoare posibile atunci când lucrează la un proiect care este atât de important pentru infrastructura locală.
Un dezvoltator hidroelectric din Islanda a comandat recent un studiu care investighează modul în care ar trebui să dezvolte o instalație de generare a energiei alimentată de ghețari. Acest studiu a fost considerat necesar deoarece topirea ghețarilor pare să fie în creștere și se anticipează o creștere a debitului de apă în următoarele decenii. Studiul a concluzionat că barajul ar trebui să fie „suprainstalat” – construit cu capacitatea de a gestiona un debit mai mare decât cel existent în prezent. Acest tip de gândire ar trebui să fie aplicat în întreaga lume pentru a construi baraje care să ne servească în siguranță și în mod productiv în vremurile nesigure care vor urma.
.