Hur man bygger en damm: Nuvarande byggmetoder och behovet av innovation

Hur man bygger en damm: Dammkonstruktion har varit en viktig teknisk metod i tusentals år och den första dammen byggdes av de gamla egyptierna omkring 2800 f.Kr. Dammar byggs för att blockera vattenflödet och skapa en reservoar bakom dammen som kan användas för översvämningskontroll, bevattning, kommunal vattenförsörjning och annan mänsklig verksamhet. Inspirerad av en nyligen publicerad nyhet om ett dammbrott i Kalifornien, tittar den här bloggen på hur dammar historiskt sett har byggts under de senaste 100 åren och vilka förbättringar som krävs i dammbyggandet framöver.

Hur man bygger en damm

Byggandet av en damm är en komplicerad process i flera steg som kräver enorma mängder arbetskraft, råmaterial och investeringar. Här är de grundläggande stegen för att bygga en gravitationsdamm – den vanligaste typen av damm som vi bygger. Gravitationsdammar heter så eftersom de hålls fast i marken av gravitationen – de väger mycket och är vanligtvis gjorda av betong eller sten.

1. Ingenjörer måste avvattna floden där det är tänkt att dammen ska byggas. Detta görs genom att avleda floden genom en tunnel som går runt det tänkta byggområdet. Sådana tunnlar kan vara fodrade med betong och grävs vanligtvis ut med hjälp av en kombination av borrning och sprängämnen.

1. Byggandet av en damm måste påbörjas när flodnivån är låg. En liten damm som kallas cofferdam byggs uppströms byggområdet för att hjälpa till att leda in vattnet i avledningstunneln. En kofferdam kan också byggas nedströms, men det övergripande målet är att hålla byggområdet torrt så att huvuddammen kan byggas. Pumpar kan användas för att avlägsna vatten som tränger igenom kasserdammen.

1. Löst berg avlägsnas från flodbädden och en sockel måste byggas. En sockel är ett betongfundament för dammen som bäddar in den i väggarna och golvet i flodbädden/dalen. Detta förhindrar att vatten läcker ut vid dammens kanter.

1. Nu är det dags att bygga dammen till önskad höjd. En konkav-krum nedströmsyta för en damm hjälper den att absorbera det konstanta trycket av vatten som den måste uthärda. Förstärkt stål används för ytorna på själva dammen och en inhägnad byggs. Inneslutningen fylls med betong för att göra den extremt stark och motståndskraftig mot vattenflödet.

Vad är det som är fel med dammar i dag?

Våra konstruktioner och metoder för att bygga dammar har varit tillförlitliga i flera decennier – vad är det som har gått så snett under de senaste åren att vi vill tänka om? Det enkla svaret är klimatförändringarna. Dammar som byggdes för 50 eller 60 år sedan utformades med antagandet att klimatet alltid skulle vara stabilt. Ur dagens synvinkel kan vi dock se att detta helt enkelt inte är fallet.

Hydrologiska cykler är känsliga för även små förändringar i klimatet. Dammar utformas vanligtvis med hänsyn till historiska data men utan förståelse för hur vattencyklerna kan förändras i framtiden.

Som exempel kan nämnas att Muela vattenkraftverk nyligen färdigställdes i Lesotho, ett land som man trodde hade en betydande potential för vattenkraftsresurser. Efter att dammen färdigställts har Lesotho inte haft några problem med att tillgodose sina inhemska energibehov. Landet är dock utsatt för naturkatastrofer och ökenspridning och är mycket sårbart för klimatförändringar. Forskare förutspår att ökade temperaturer och minskad nederbörd under de kommande åren kommer att skapa en period av vattenstress 2019 som kommer att förvärras 2060, vilket gör Lesothos damm betydligt mindre effektiv och hotar landets energitrygghet.

I Kalifornien har omvända cykler av extrem torka och överdrivna regnmängder lyft fram den oflexibla utformningen av dammar i den regionen. Rekordmängder av regn har lett till rekordstora översvämningar som hotar livet för dem som bor runt dammar med otillräckliga överfallsdammar. Medan vissa dammar håller på att förbättras, t.ex. den 340 fot höga Folsomdammen, där arméns ingenjörer ökar kapaciteten med 40 % på huvudöverfallet, försummas andra liknande konstruktioner. Detta skulle kunna leda till katastrofala översvämningar som skulle ha en negativ inverkan på invånarna och miljön.

Framtidens dammar

När vi utformar dammar i framtiden är det avgörande att vi förstår och tar hänsyn till vårt föränderliga klimat. Vi vet nu att vi inte kan förutsäga vattennivåer och nödvändig reservoarkapacitet utifrån historiska data. Vi vet att klimatförändringarna är den verklighet som vi lever i, och medan vissa platser kan bli mer utsatta för översvämningar än vad man tidigare trott, står andra regioner inför vattenstress och kommer kanske inte att kunna utnyttja fördelarna med att bygga dammar under någon rimlig tidsperiod.

Det räcker inte med att använda historiska data när man planerar ett projekt som en damm. Ingenjörer bör inte bara överväga en framtid, utan flera möjliga framtider när de arbetar med ett projekt som är så viktigt för den lokala infrastrukturen.
En vattenkraftsutvecklare på Island beställde nyligen en studie som utreder hur den ska utveckla en glaciärmatad kraftproduktionsanläggning. Studien ansågs nödvändig eftersom glaciärsmältningen tycks öka och man räknar med ett ökat vattenflöde under de kommande årtiondena. I studien drogs slutsatsen att dammen bör ”överinstalleras”, dvs. byggas så att den kan hantera ett större flöde än vad som för närvarande finns. Denna typ av tänkande bör tillämpas över hela världen för att bygga dammar som på ett säkert och produktivt sätt kommer att tjäna oss i de osäkra tider som ligger framför oss.