Att fixa en Kalifornien-dam sätter ingenjörer en jätteskalmodell till testet / dammar

Det var en söndag kväll i februari när invånare i tre län i norra Kalifornien blev beordrade att evakuera sina hem i fjäderbäcken. Efter kraftiga regnskurar drog regionen, Oroville-reservoaren hade kapacitet, och överskott av vatten skickades ut över den primära spillvägen och nerför fjäderfloden. Snart märkte dammoperatörer med California Department of Water Resources (DWR) att en krater hade bildats i spillvägen. Oroville-dammen, den högsta i Förenta staterna vid 770 fot, var stabil, men spillvägen var en viktig del av reservoarens översvämningskontrollsystem. Snart hade den nedre halvan av betongrännan smulat, sänkt skräp i floden och tvingat DWR att använda en annan, nödutsläpp för första gången. Men de massiva flödena utplånade den jordens väg också. Om erosionen hade fortgått och undergrävde den konkreta läppen av spillbanan skulle en massiv översvämning ha svepit ner floden i dalen nedan-en 30-fots våld av förstörelse.

Så evakuerade 188 000 människor dalen. Lyckligtvis hölls sluttningarna och spillvägarna, och städer som Oroville och Thermalito sparades. Nu är DWR snabbspårningsreparationer till den nya spillvägen så att minst två tredjedelar av det kommer att vara klart senast november 2017, när vinterstormsäsongen börjar. Men tjänstemän vill se till att de får det rätt, så de har vänt sig till forskare om hjälp. Ett Utah State University-team kallades in-och fortsatte att bygga en massiv modell av spillway, 1/50 storleken på originalet.

Utah Water Research Laboratory vid Utah State University har byggt upp modeller så här sedan 1965. "Under åren har vi byggt dussintals och dussintals skala modeller av dammar och deras tillhörande spill," säger Michael Johnson, en av chefsingenjörerna där. Ibland är dessa skalmodeller replika av intakta dammar, och ibland är de utformade för att replikera ett misslyckande, som det i Oroville. "Ibland kallas vi in innan en struktur är byggd, vilket är idealet. Människor kan förstå vad de kan förvänta sig med sin design, eller kanske göra konstruktionsförfinningar. "Modellerna tillåter Johnson och hans team att testa nya mönster och identifiera potentiella problem med befintliga mönster. "Modellen berättar mycket snabbt om det finns något som behöver ses lite närmare."

Modellerna är gjorda av trä, akryl, murbruk och stål, baserat på konstruktionsritningar och, när det gäller Oroville, laserskanning av data från den skadade spillbanan. Ett team på 15 personer spenderade 40 dagar på att bygga spillvägsmodellen, som är en av de största i laboratoriens historia. En gång byggd testar laget sin styrka under olika scenarier. Omkring 150 000 liter vatten recirkuleras genom ett pumpsystem som kan simulera det så kallade "sannolika maximala översvämningen" - väsentligen den största översvämningen som spillbanan någonsin kunde uppleva under de mest extrema förhållandena. Förmodligen kommer den troliga maximala översvämningen aldrig att hända, men det är inte omöjligt. Det är ett worst case scenario som den nya spillvägen måste utformas för att hantera. Oroville gamla och nya spillvägar, och grindsystemet som reglerar flödet av vatten, har utformats för att motstå en sannolik maximal översvämning av vatten som strömmar med en hastighet av cirka 300 000 kubikfot per sekund, eller tre gånger det genomsnittliga flödet över Niagara Falls. "Med vår modell, säger Johnson," har vi visat att portstrukturen har kapacitet att passera det. "Modellerna tillåter också Johnsons team att testa ny teknik som kan förbättra dammsäkerheten, som luftare, som blandar luft i vatten för att förhindra olika överraskande starka krafter som uppträder i massor av flytande vatten.

Undersökare är fortfarande inte helt säkra på vad som orsakade spillgången att misslyckas i februari. Johnsons lag ser bara på potentiella reparationer, så ett separat team av oberoende utredare har utsetts av DWR. En preliminär rapport tyder på att otillräcklig dränering, korrosion på rebar och variation i spillvägens betong är potentiella bidragsgivare till problemen. Slutrapporten förväntas i höst, runt den tid då de första reparationerna sätts upp.

"Allt som hittills har föreslagits har fungerat mycket bra, säger Johnson. Det är bra nyheter för ingenjörerna och konstruktionsteammen som rusar för att slutföra den nya 275 miljoner dollar. "Det är en så viktig komponent i infrastrukturen i Kalifornien." Vatten som passerar genom Oroville-dammen och spillvägen irrigerar grödor i några av de mest produktiva jordbruksmarkerna i landet och ger dricksvatten till uttorkad södra Kalifornien. Johnson säger det är därför det är så viktigt att reparationer görs rätt. "Det är en ganska kritisk infrastruktur till hela landet, verkligen."