רפורמות הנדסיות להבטחת בטיחות ויציבות סכרים

הנדסה של דייאם הייתה אבן הפינה של ניהול משאבי מים במשך יותר ממאה שנים, מתן שירותים חיוניים כגון בקרת שיטפון, השקיה החקלאית, אספקת המים העירונית, ודור חשמל הידרואלקטרי.עם זאת, מלאי הסכרים הגלובלי של ההזדקנות - אחד בארצות הברית לבדה הוא מעל 50 שנים - בעוד שינויי האקלים מגבירים את הקיצוניות ההידרולוגיות הללו.

הרפורמות של Dam Engineering

סכרים מייצגים חלק מההנדסה האזרחית הגדולה והמורכבת ביותר שנבנו אי פעם.היסטורית, חיי העיצוב שלהם של 50 עד 100 שנים הניחו אקלים יציב יחסית וגידול באוכלוסייה המוגבלת במורד הזרם.היום, המציאות שונה: אירועי גשם קיצוניים הם תכופים יותר, עומסי סינדימנט משתנים, סכרים רבים פועלים היטב לפני חיי התכנון המקוריים שלהם.

אתגרים מרכזיים עומדים בפני בטיחות סכר ויציבות

כדי להבין את היקף הרפורמות ההנדסיות, חיוני לבחון תחילה את הבעיות הספציפיות שמאיימות על בטיחות סכר ועל יעילות מגבילות. אתגרים אלה משתרעים על תחומים מבניים, סביבתיים ותפעוליים.

הידרדרות מבנית והזדקנות תשתיות

סכרים של קונקרט והתגלמות מתפוגגות לאורך זמן באמצעות תגובות כימיות, מחזורי קפואה ועייפות מכנית. תגובה אלקאלי-סייקה (ASR), פיגוע sulfate, וחיזוק קורוזיה נפוצים סכרים בטון ישנים יותר. סכרים של Embankment סובלים משחיקה פנימית (Pive), התיישבות, ואובדן של שלמות.

אובדן ואובדן יכולת אחסון

החיסרון של Reservoir הוא בעיה אוניברסלית המפחיתה נפח אחסון, פוגעת בשליטה על השיטפון, ומפחיתה את התפוקה הידרואלקטרית.Globally, המאגרים מאבדים כ-1% מיכולת האחסון שלהם מדי שנה בשל הצטברות של החיסרון.בכמה אזורים, כגון המזרח התיכון ודרום אסיה, הרי שהשיעורים גבוהים אף יותר.ללא ניהול סימפוציה יעיל, סכרים רבים יהפכו להיות בלתי ניתנים להשגה מבחינה כלכלית בתוך עשורים, כמו גם ללא החלטות קשות בין הריסה מסיבית.

שינויי אקלים ואירועים מזג אוויר קיצוניים

שינויי האקלים מגבירים את תדירות ועוצמה של אירועי משקעים קיצוניים, אשר ישירות מדגיש סכרים שפך וקיבולת בקרת הצפה.בנוסף, בצורת ממושכת יכולה להחליש את הקרקע של הבנק באמצעות סדקים, בעוד שלג מהיר יכול לייצר זרמים הרבה מעבר לפרמטרים עיצוב.האי הוודאות הקשורה לביקוש הידרולוגיה עתידי כי סכרים יהיו מעוצבים ומופעלים עם עמידות גדולה יותר מאשר הנחות אקלים מסורתיות מותרות.

סטנדרטים עיצוביים ופרקטיקה תפעולית

סכרים רבים תוכננו באמצעות הערכות של הצפות הפרוביביליסטיות מהמאה ה-20 שאינן בתוקף עוד.נוהלים תפעוליים לשחרור מים, ניתוח השער ותגובה חירום הם לעתים קרובות ידניים ואטים להסתגל לתנאים בזמן אמת.

הנדסה רפורמות למען בטיחות משופרת

רפורמות בטיחות חייבות לטפל לא רק בשדרוגים פיזיים אלא גם במעקב, מודלים ושיטות מוסדיות.קטגוריות הבאות מייצגות את ההתערבות המשפיעה ביותר כיום על ידי תוכניות בטיחות סכר מובילות ברחבי העולם.

מערכות מעקב מתקדמות וגילוי מוקדם

בדיקות ידניות מסורתיות אינן מספיקות כדי לזהות מצבי כשלון המתפתחים בזמן.רשתות חיישן מודרני - כולל מדדי זנים סיבים אופטיים, הטיהמטרים, מדמטרים, ומכשירים גיאוטכניים - לספק נתונים רציף על התנהגות סכרים.לדוגמה, המחלקה בקליפורניה של משאבי מים אפילו סורקים נרחבים על לוחות נתונים קריטיים כגון Oroville, המקשר נתונים לסימני נתונים אוטומטיים ומדומנים באינטרנט (metic) המאפשרים של שיטות בקרה מרחוק (מפסים) באופן מיידיות) באופן מיידיות של מערכות ניטור מרחוק (מפסים) כגון לוויינים).

« רטרופיפסט סיסמית' ו- Upgrading

בטיחות סיסמית היא דאגה גדולה לסכרים באזורי טקטוני כגון החוף המערבי של ארצות הברית, יפן ונפאל אסטרטגיות רטרופיטינג כוללות:

• לאחר נטיעת נטים מעוגן לייצב סכרי כבידה כנגד משיכת יתר.
• התקנת קירות חתך, ערבוב אדמה עמוקה, או וילונות נפוחים כדי לשפר את כוח הבסיס.
• אספקת סכרים של קשת בטון עם תוספות או חלקים עבים.
• הרחבה או החריפה של מדרונות אמבנקמנט כדי להפחית את הלחץ במהלך רועד.
• הוספת סלעים להורדת to downstream to to Against Liquefaction-oriented Deformation.

יש להתאים את רטרופיטנסים אלה לכל גיאומטריה ספציפית של סכר, תנאי יסוד ורמת הסיכון הסיסמית'י.הנציבות הפדרלית לאנרגיה רגבטוריונית (FERC) וסוכנויות בטיחות סכר המדינה דורשות כעת הערכות סיכון תקופתיות לסכרים עתירי סכרים גבוהים.

תוכניות פעולה חירום ופרוטוקולים תגובה

רפורמות הנדסיות לבדן אינן מספיקות ללא תכנון חירום חזק.תוכניות פעולה חירום (EAPs) חייבות להיות מעודכנים כדי לשקף נתונים הידרולוגיים חדשים, פיתוח מטה-זרם, וניתוחים של כשל-ממדן. תרגילים ותרגילי טבלאות צריך להתבצע באופן קבוע עם מנהלי חירום מקומיים.מערכות בקרת שער אוטומטית ניתן לשלב עם מודלים הידרולוגיים בזמן אמת כדי לבצע רצף מתוכנן מראש כאשר רמות המאגר עולות במהירות.

חידוש ושיקום של סכרים

עבור אלפי סכרים העולה או ניגשים אל חיי העיצוב שלהם, תוכניות שיקום מקיף נדרשות.

• תיקון קירור ובטיחות מים של פני סכר, שמיכות, ויציאה עובד.
• החלפת שערי ההזדקנות, שסתום, ו hoists עם חומרים עמידים קורוזיה כגון נירוסטה פלדה או מקרנים.
• מערכות ניקוז מעליות כדי להפחית את הלחץ ואת השליטה בעמוד.
• התקנת חסמים חדשים בלתי מזיקים במאגרים באמצעות שפכים של אדמה, מלט-bentonite, או קירות חיתוך בטון פלסטיק.
• הוספת מדרונות בטון משולב רולר (RCC) לייצב מדרונות בנקאות.

הלשכה של RencigtureFLT:1 פועלת אחת התוכניות השיקום הסכר המקיף ביותר בעולם, עם דגש על ניהול מחזור חיים וקבלת החלטות מושכלות בסיכון.

עידוד יעילות באמצעות הנדסה חדשנית

בטיחות ויעילות אינן מטרות סותרות; שיפורים רבים המחזקים את הבטיחות גם מגבירים גמישות מבצעית ותשואות כלכליות.הרפורמות הבאות מכוונות את הצד היעילות של משוואה הביצוע.

עיצובים Spillway ו- Flood Management Capabilities

יכולת שפך בלתי צפויה היא גורם מוביל לכישלון סכר במהלך הצפות הקיצוניות.הרפורמות בהנדסה כוללות:

• הרחבה או הורדת שמיכות שופכות כדי להגדיל את יכולת השחרור.
• הוספת תערובות פתיחות או עשבי מעבדה כדי לשפר את זרימתם לאירועים גדולים ללא העלאת רמות הבריכה.
• החלפת נתיבי שפך עם עשבי אוג'י לא מבוקרים כדי לחסל סיכונים כישלונ מכניים.
• שילוב של שבילים שפכות אשר מתפזרים אנרגיה ולהפחית את הפיסול בכף הרגל.
• שילוב של שפך עזר או שפך חירום שנועדו להתמודד עם המבול המקסימלי האפשרי (PMF).

המודרניזציה של Spillway לא רק מונעת overtopping אלא גם מפחיתה את הצורך עבור לוח חופשי מוגזם, ובכך מאפשר רמות בריכה נורמלית יותר עבור אספקת מים הידרו כוח. דינמיקה נוזל Computational נוזל (CFD) מודלים עכשיו מאפשר ניתוח דליפות מפורטת הידראולי כדי להתאים את הגאומטריה ואת הניתוק אנרגיה.

אינטגרציה של כוח הידרוספק ויציבות

סכרים רבים נמצאים תחת אחריות לדור החשמל.רווחי יעילות יכולים לבוא:

• החלפת רצים טורבינות עם עיצובים מודרניים של יעילות גבוהה (למשל, קפלן, פרנסיס או פלטון שדרוגים).
• הוספת יחידות ייצור במהירות משתנה הפועלות ביעילות על פני מגוון רחב יותר של ראש וזרימה.
• התקנת מודולים קטנים של כוח הידרו-כוח בסכרים בעלי כוח נמוך או לא-כוח כדי לייצר חשמל מזרמים בזבזניים בעבר.
• יישום יכולת חישה מומשכת סכרים קיימים לאחסון אנרגיה מתחדשת עודף מן הרוח והשמש.

משרד האנרגיה של אנרגיה אנרגיה כוח טכנולוגיות כוח:0 (U.S המחלקה לאנרגיה של אנרגיה אנרגיה כוח טכנולוגיות OfficeFLT:1 תומך בפרויקטים מחקר והדגמה כדי להגדיל את גמישות כוח הידרו-כוח ולצמצם את ההשפעות הסביבתיות, כגון עיצובים ידידותיים לדגים ומערכות בקרה מתקדמות.

ניהול וחיזוק אחריות

הצטברות סימנטציה חייבת להיות מנוהלת באופן פעיל כדי לשמר אחסון, להפחית את התחזוקה, ולשמור על קישוריות אקולוגית.טכניקות כוללות:

• שטף הידרוקולי על ידי הורדת רמות המים של המאגר כדי לאפשר זרימה לשאת סידנציה לפני הסכר, המשמש לעתים קרובות במערכות המופעלות עונתיות.
• מערכות עקיצות סלוריות שמסיטות את השטף של המשקעים סביב המאגר ובחזרה לנהר במורד הזרם.
• התכוננות מכנית באמצעות הפסקת-החתכים או דטרינים של ה-Hpper, עם סילוק או שימוש מועיל בשבחה המוזנחת.
• למעלה אמצעים שפיכות מים כגון התחדשות, לבדוק סכרים, ובקרה מבוקרת כדי להפחית את הסחף ואת התשואה של המשקעים.

סכרים גדולים בסין, כגון סכר שלושת גורים, משתמשים במגירות מתוכננות ובמבצע מאגר קזד כדי למקסם את המעבר של סימנט.מתקדמים בטכנולוגיית לייזר מאפשרת מדידה של ריכוז בזמן אמת, המאפשר אסטרטגיות שחרור הסתגלות.

ניהול מים חכם ואוטומציה

דיגיטיזציה של פעילות סכרת היא מהפכה הן בטיחות ויעילות.רכיבי מפתח כוללים:

• חיזוי הידרולוגי בזמן אמת המשתמש מכ"ם מזג אוויר, מדמי זרם, ומודלי המשקעים האנסמבל כדי לחזות את הזרמים בימים מראש.
• ניתוח שער אוטומטי המבוסס על עקומות כלל המאגר אשר מאזן אחסון, אספקת מים וזרמים אקולוגיים.
• תאומים דיגיטליים – העתקים וירטואליים של סכר ומאגרים – הדומים לתרחישים מבצעיים ומצבי כישלונות בתנאים שונים.
• מערכות תמיכה ברזולוציה משולבת המאחדות נתונים מסוכנויות מרובות כדי לתאם את מהדורות המים ברחבי אגן הנהר.

דוגמאות ליישום סכר חכם כוללות את מערכת הבקרה החדשה ב-Shasta Dam בקליפורניה, אשר משתמשת בנתונים בזמן אמת כדי להתאים את מהדורות כוח הידרואלקטרי, ואת פעולות השיטפון האוטומטיות של מערכת המאגר של רשות עמק טנסי.

כיוונים עתידיים בDam Engineering

במבט קדימה, קהילת ההנדסה הסכר חייבת לאמץ גישה פרואקטיבית, הסתגלותית המשלבת את מדע האקלים, חומרים מתקדמים ומעורבות קהילתית.הכיוונים הבאים מעצבים את הדור הבא של הרפורמות.

עיצוב אקלים-עדי והערכה מחדש

במקום להסתמך על רשומות הצפות ההיסטוריות, עיצובים עתידיים צריכים להשתמש בהערכות של סיכונים הקשורים לאקלים המשלבים משקעים ותחזיות טמפרטורה גרועות. סוכנויות בטיחות סכרים רבות דורשות כעת "מבחן מתח" של סכרים בטווח של תרחישים עתידיים, כולל אירועים העולה על מסגרות ניהול אדמיניסטרציה של PMF. הסתגלות מאפשרות שינויים מבניים ותפעוליים כדי להיות מיושם באופן מצטבר כמו מדעי האקלים מתפתחים.

חומרים מתקדמים וטכניקת בנייה

חידושים במדעי החומרים יאפשרו סכרים עמידים יותר ומותאמים.

• פולימר פולימר רב עוצמה (FRP) מורכב עבור רטרוfitting מבנים קונקרטיים ולהרחיב את חיי העייפות.
• בטון עצמי של healing המשתמש חיידקים או encapsulated פולימרים כדי לאטום סדקים באופן אוטומטי.
• מבנים קרקעיים מאוגדים של ג'ורגריד לסכרים של בנקאות, המאפשרים מדרונות תלולים יותר והורדת טביעת רגל.
• רולר-מופקד שיטות מיקום מואצות אשר מקצרות את זמן הבנייה עבור שפך ועיכובים.
• גירוי מים מתקדם המגן על בטון מפני התקפה כימית ונזק קפוא.

פעילות משולבת של אחריות לקיימות

העתיד של ניהול סכר הוא אופטימיזציה רב-אובייקטיביים כי מאזן צרכים אנושיים ואקוניים. דרישות זרימה סביבתית, ניהול איכות מים, וגישה פנאי חייב להיות בנוי לתוך עקומות חוק תפעוליות. רפורמות כגון פרוטוקולים "שחרור אמפיבי" עבור בתי גידול רגישים לטמפרטורה במורד הזרם הזרם כבר מיושמות באגן נהר קולומביה.

מעורבות קהילתית ומסורתיות

רפורמות בטיחות דורשות לא רק הנדסה, אלא גם אמון הציבור.בעלים ו הרגולטורים צריכים לערב קהילות מקומיות בתקשורת סיכונים, תכנון חירום וקבלת החלטות לגבי שינויים גדולים או ניתוק מידע על Transud - כגון רמות מאגר בזמן אמת וסיווג סיכונים - בונה תמיכה ארוכת טווח.הדוח להסרת סכרים באזורים מסוימים (למשל, נהר קלמה) מדגים כי הדיאלוגים קהילתיים יכולים להועיל לפתרונות אלטרנטיביים ולהוביל פתרונות אבטחה במקביל.

מסקנה

הצורך ברפורמות הנדסיות בבטיחות סכרת ויעילות הוא דחוף ורב פנים.על ידי מודרניזציה של מערכות ניטור, רטרוספקטיבה מבנים עבור חוסן סיסמי ו הידרולוגי, ניהול של משקעים, ושילוב טכנולוגיות דיגיטליות חכמות, תעשיית הסכר יכולה להאריך את החיים השימושיים של תשתיות קריטיות תוך התאמה לאקלים המשתנה, המשך ההשקעה במחקר, עדכונים רגולטוריים ושותפויות שיתופיות - כגון אלה שטופלו על ידי הוועדה הבינלאומית על ידי סכרים מתקדמים, אך לא דורשים שיפור מתמיד של ארגוני בטיחות, אך לאותם, אלא גם על ידי חקיקה ולהבטיח שיפור כלכלי מתמשך, אך לאותם, אלא על ידי רשויות בטיחותית, אך לאותם, אך לא צפויה, אלא על ידי חקיקה (D) ולהבטיח שיפור מתמיד, אך לאווניים, אך לאווניים, אלא על ידי חקיקה בטוחה, אלא על ידי רשויות בטיחותית, אלא על ידי רשויות בטיחותית, אך לא צפויה להמשיך, אך לא צפויה להמשיך בכלכלת בטיחותית, אלא על ידי רשויות בטיחותית, אלא על ידי רשויות בטיחות מתמשך, אך מבטיחות, אך ורק עשורים, אך ורקדני אבטחה, אך לאועידה, אך לאו של ארגונים מתקדמים, אך לא צפויה להמשיך את תהליכי זהירות, אלא על ידי חקיקה בטוחה יותר ויותר, אלא על ידי