Om een Californische dam te repareren zetten ingenieurs een gigantisch schaalmodel op de proef / dammen

Het was een zondagavond in februari toen inwoners van drie districten in Noord-Californië opdracht kregen om hun huizen in het stroomgebied van de rivier de Feather te verlaten. Nadat zware regenbuien de regio hadden overstroomd, was het Oroville-reservoir in capaciteit en werd overtollig water uitgezonden over de primaire overlaat en de rivier de veer. Al snel merkten exploitanten van dammen met het California Department of Water Resources (DWR) dat er zich een krater in de overlaat had gevormd. De Oroville Dam, de hoogste in de Verenigde Staten op 770 voet, was stabiel, maar de overlaat was een belangrijk onderdeel van het beheersingssysteem voor overstromingen van het reservoir. Al snel was de onderste helft van de betonnen stortkoker afgebrokkeld, waardoor puin in de rivier werd gezogen en de DWR gedwongen werd om voor de eerste keer een andere noodoverlaat te gebruiken. Maar de massieve stromen hebben ook dat aarden pad geërodeerd. Als de erosie was doorgegaan en de betonnen lip van de overlaat had ondermijnd, zou een enorme overstroming de rivier in de vallei beneden zijn weggevaagd - een 30 voet golf van vernietiging.

Dus 188.000 mensen evacueerden de vallei. Gelukkig bleven de heuvels en overlaatpoorten en steden als Oroville en Thermalito gespaard. Nu volgt DWR snel reparaties aan de nieuwe overlaat zodat ten minste tweederde ervan voltooid zal zijn tegen november 2017, wanneer het winterseizoen begint. Maar ambtenaren willen ervoor zorgen dat ze het goed doen, dus hebben ze zich tot wetenschappers gewend voor hulp. Een Utah State University-team werd ingeschakeld en bouwde vervolgens een massief model van de overlaat, 1/50 van het formaat van het origineel.

Het Utah Water Research Laboratory aan de Utah State University bouwt dit soort modellen al sinds 1965. "In de loop van de jaren hebben we tientallen en tientallen schaalmodellen gebouwd van dammen en de bijbehorende overlaten", zegt Michael Johnson, een van de hoofdingenieurs er. Soms zijn die schaalmodellen replica's van intacte dammen en soms zijn ze ontworpen om een storing te reproduceren, zoals die in Oroville. "Soms worden we gebeld voordat een constructie is gebouwd, wat ideaal is. Mensen kunnen begrijpen wat ze kunnen verwachten met hun ontwerp, of kunnen ontwerpverfijningen maken. "Met de modellen kunnen Johnson en zijn team nieuwe ontwerpen testen en potentiële problemen met bestaande ontwerpen identificeren. "Het model vertelt ons heel snel of er iets is dat iets dichterbij moet worden bekeken."

De modellen zijn gemaakt van hout, acryl, mortel en staal, gebaseerd op constructietekeningen en, in het geval van Oroville, laserscans van de beschadigde overlaat. Een team van 15 mensen bracht 40 dagen door met het bouwen van het overlaatmodel, dat een van de grootste in de geschiedenis van het lab is. Eenmaal gebouwd, test het team zijn kracht onder verschillende scenario's. Ongeveer 150.000 gallons water worden gerecirculeerd door een pompsysteem dat kan simuleren wat bekend staat als de "waarschijnlijke maximale overstroming" - in feite de grootste overstroming die de overlaat ooit zou kunnen ondervinden, onder de meest extreme omstandigheden. Waarschijnlijk zal de waarschijnlijke maximale overstroming nooit gebeuren, maar het is niet onmogelijk. In het slechtste geval moet de nieuwe overlaat ontworpen zijn om te beheren. De oude en nieuwe overlaat van Oroville en het poortsysteem dat de waterstroom regelt, zijn ontworpen om bestand te zijn tegen een waarschijnlijke maximale waterstroom van ongeveer 300.000 kubieke voet per seconde, of driemaal de gemiddelde stroming over de Niagara-watervallen. "Met ons model", zegt Johnson, "hebben we laten zien dat de poortstructuur de capaciteit heeft om dat te doorstaan." De modellen stellen Johnson's team ook in staat om nieuwe technologieën te testen die de veiligheid van dammen kunnen verbeteren, zoals beluchters, die lucht in de lucht mengen. water om verschillende, verrassend sterke krachten te voorkomen die in veel stromend water voorkomen.

Onderzoekers weten nog steeds niet precies wat de oorzaak was van de mislukking in februari. Johnson's team kijkt alleen naar potentiële reparaties, dus een apart team van onafhankelijke onderzoekers is door DWR aangesteld. Een voorlopig rapport suggereert dat onvoldoende drainage, corrosie op betonstaal en variabiliteit in het beton van de overlaat mogelijke bijdrage leveren aan de problemen. Het definitieve rapport wordt dit najaar verwacht, rond de tijd dat de eerste reparaties worden afgerond.

"Alles wat tot nu toe is voorgesteld, heeft zeer goed gepresteerd", zegt Johnson. Dat is goed nieuws voor de ingenieurs en bouwteams die zich haasten om de nieuwe overloop van 275 miljoen dollar te voltooien. "Het is zo'n belangrijk onderdeel van de infrastructuur in Californië." Water dat door de Oroville-dam en de overlaat stroomt, irrigeert gewassen in enkele van de meest productieve landbouwgronden van het land en levert drinkwater aan de uitgedroogde Zuid-Californië. Johnson zegt dat het daarom is dat zo belangrijke reparaties goed worden gedaan. "Het is echt een behoorlijk kritisch stukje infrastructuur voor het hele land."