En annan Kalifornien vattenkris

Det är ingen hemlighet att en stor mängd amerikansk infrastruktur är i stort behov av uppgraderingar, reparera arbete eller ersättningar. Reparationsarbetet som är desperat behövs kommer att komma, och de kommer att komma på ett av två sätt. Antingen proaktivt reparationsarbete kan göras när problem först upptäcks, eller reparationsarbete kan göras med betydligt större kostnad efter att katastrofala misslyckanden har inträffat. Som det var fallet med I-35-bron kollaps i Minnesota, betalar vi ofta i livet. En del av problemet är att infrastruktur inte är mycket spännande eller nyhetsvärt för många människor utanför civilingenjörsgruppen som leder till tillfredsställande och apati. Som ett resultat är det troligt att du kanske inte har hört talas om den senaste kampen som för närvarande spelar ut i Kalifornien trots att det innebär den största dammen i USA och dess potentiella misslyckande.

Överraskande nog är den största dammen i USA inte den berömda Hoover-dammen, men Oroville-dammen vid basen av Sierra Nevada Mountain-sortimentet i Kalifornien. Vid 235 meter är det nästan 15 meter längre än Hoover Dam. Det kan lagra över fyra kubikkilometer vatten, men huruvida det kommer att fortsätta att lagra att vatten i framtiden är aktuell. I februari i år under en översvämningsstyrning observerades skador på dammens spillväg där ett massivt hål hade bildat vilket bara blev större eftersom dammen var tvungen att fortsätta släppa vatten. Hålet växte snabbt och floodwatersna eroderade mycket av den nedre halvan av spillbanan, som bildade en canyon.

Spillvägskada som ses den 2/27/17 [via Dale Kolke / CA-avdelningen av vattenresurser] Det större hotet mot dammen själv var inte helt enkelt skadan på det främsta spillvägen, men användningen av dammens nödsituation. Det användes för första gången efter det att den främsta spillvägen måste stängas av, men när vattnet började flöda var mängden erosion bakom nödsituationen mycket högre än förväntat. Det var tänkt på en gång att erosionen skulle kunna undergräva styrkan i själva dammen som skulle ha släppt en 9-meter hög mur med vatten i fjäderfloden och förstörde många samhällen i sin väg. En evakueringsorder utfärdades för invånare i området under dessa serier av händelser, men lyckligtvis stabiliserades den huvudsakliga spillvägen (även om det är tungt skadat) och kunde tillåta Lake Oroville att tömma tillräckligt för att lindra bekymmer för ett totalt dammfel. Snösmältet i Sierra Nevada är dock inte färdig än, så dammen och ingenjörerna arbetar på det är inte helt ur skogen.

Från och med detta skrivande har den skadade huvudspillvägen bara öppnats och förväntas hantera 35 000 kubikfot per sekund i några veckor. Ingenjörer har gjort stora framsteg för att se till att spillvägen kan hantera utflödet och har fått några gåvor från den omgivande topologin för att göra det till en verklighet. Först, snarare än hela bergssidan som eroderar under den skadade betongutsläppen, bildades en stor “stänkpool” som tjänar till att dissipera mycket av det rörliga vattnet innan det strömmar genom den nyskapade canyonen. Detta har hjälpt till att hålla erosionen till ett minimum. Otroligt nog, ökar mängden vatten som strömmar ner spillvägen minskar mängden erosion (till en punkt) eftersom den landar längre ner i bergssidan, begränsande erosion under den goda delen av spillvägen längre upp. Tillägget av skottkrapa på detta område har också bidragit till att stabilisera spillvägen. Dessutom bildade erosionen mot botten av spillvägen en kanjon efter vattnet scoured landskapet ner till barrupp. Denna sten är mycket mindre benägen för erosion och har därmed skapat en relativt arbetande spillway som kringgår den nedre halvan av det konstgjorda spillvägen.

Arbetstagare reparerar det massiva hålet som bildades i Glen Canyon Dams främsta spillway tunnel som ett resultat av kavitation.
Medan undersökningen om orsaken är pågående har det varit några andra amerikanska dammar som har haft liknande spillvägsfrågor som ingenjörer har fått lära av. Den mest anmärkningsvärda var vid Glen Canyon-dammen i Arizona där, i början av 1980-talet, ledde kavitationsproblem i den huvudsakliga spillvägen till bildandet av ett jätte hål inuti tunneln som snabbt utgjorde canyonväggarna och hotade själva dammens integritet . Kavitation är ett fenomen där byte av tryck i en vätska kan skapa bubblor som senare kollapsar under högre tryck och genererar en skadlig shockwave.

Glen Canyon Dam byggdes mellan 1956 och 1966 före innovationen av “luftledningar” som förhindrar skador som orsakas av kavitation i höghastighetsflöden. Reparationsarbetet till Glen Canyon Dam inkluderade dessa luftledningar och dammen har varit operativ sedan. Potentiellt reparationsarbete till den huvudsakliga spillvägen Oroville inkluderar liknande konstruktioner för att minska kavitationen, men ytterligare undersökning behövs. Detta kommer sannolikt inte att slutföras när som helst snart, eftersom huvudspillvägen krävs för att opeBetygsätt tills risken för översvämning har gått efter att våren snösmältet i Sierra Nevada har slutat.

Framtida reparationsarbete inkluderar planer för att förstärka den bakre delen av nödsituationen. Under sin första användning i år var erosion bakom nödsituationen mycket snabbare än förutsagt, vilket också väckte oro som dammen kan misslyckas. Denna risk har i stor utsträckning mildrats för nu, men det är något som måste hanteras i den närmaste framtiden. Transmissionslinjer som körs över nödsituationen kommer sannolikt att behöva repareras eftersom de kan ha upplevt grundfrågor från den snabba erosionen.

Medan reparationsarbetet pågår, är det troligt att denna damm kommer att vara på radaren under överskådlig framtid. Tyvärr är detta inte ett isolerat problem för dammar eller med infrastruktur i allmänhet. De flesta av de stora biljettinfrastrukturposterna byggdes årtionden (eller, nästan ett sekel) sedan och har blivit minimalt underhållna i interim. Framtiden för denna infrastruktur, och de människor som är beroende av det, vilar på axlarna av ingenjörer som är villiga att prova nya och innovativa tjänster för att hålla allt ihop.

Du kan följa med problemen på Oroville Dam via California Department of Water Resources, den organisation som ansvarar för upphållandet av dammen, eller via några fantastiska rapportering av Juan Browne via YouTube. Om det finns en annan del av infrastruktur nära dig som inte får den uppmärksamhet som den förtjänar, berätta om det i kommentarerna eller maila författaren direkt på bryancockfield@hackaday.com.

Featured image by dale Kolke / California Department of Water Resources (California Department of Water Resources) [Public Domain], Via Wikimedia Commons