Å fikse en California Dam, er ingeniører setter en stor skala modell til testen

Det var en søndag kveld i februar da beboere i tre fylker i Nord-California ble beordret til å evakuere sine hjem i fjær-elven. Etter tunge regnstorms doused regionen, Oroville reservoaret var i kapasitet, og overskytende vann ble sendt ut over den primære spillway og ned elven elven. Snart oppdaget dammeoperatører med California Department of Water Resources (DWR) et krater dannet i spillway. Oroville-dammen, den høyeste i USA ved 770 fot, var stabil, men utslippet var en viktig del av reservoarets flomkontrollsystem. Snart hadde den nedre halvdelen av betongruten smuldret og sendt rusk inn i elven og tvunget DWR til å bruke en annen nødsituasjon for første gang. Men de massive strømningene utelukket den jordens vei også. Hvis erosjonen hadde fortsatt og undergravet den konkrete leppen av spillwayen, ville en massiv flom ha feid ned elva ned i dalen nedenfor - en 30-fots bølge av ødeleggelse.

Så evakuerte 188.000 mennesker dalen. Heldigvis holdt hillside og spillways, og byer som Oroville og Thermalito ble spart. Nå er DWR hurtigsporende reparasjoner til den nye spillbanen, slik at minst to tredjedeler av den vil være ferdig innen november 2017, når vinterstorm sesongen starter. Men tjenestemenn vil sørge for at de får det riktig, så de har vendt seg til forskere for hjelp. Et Utah State University-team ble kalt inn og fortsatte å bygge en massiv modell av spillway, 1/50 størrelsen på originalen.

Oroville Dam den 15. februar 2017, etter at nødspillet (venstre) ble brukt. Vann strømmer til omtrent 100 000 kubikkfot per sekund, det samme som Niagara Falls. Dale Kolke / California Department of Water Resources / Public Domain

Utah Water Research Laboratory ved Utah State University har bygd modeller som dette siden 1965. "Gjennom årene har vi bygget dusinvis og dusinvis av modeller av dammer og deres tilhørende spill," sier Michael Johnson, en av sjefingeniører der. Noen ganger er disse skalermodellene kopier av intakte dammer, og noen ganger er de designet for å replikere en feil, som den som er i Oroville. "Noen ganger blir vi kalt inn før en struktur er bygget, noe som er det ideelle. Folk kan forstå hva de kan forvente med sitt design, eller kanskje lage designforbedringer. "Modellene tillater Johnson og hans team å teste nye design og identifisere potensielle problemer med eksisterende design. "Modellen forteller oss veldig fort om det er noe som må sees litt nærmere."

Modellene er laget av tre, akryl, mørtel og stål, basert på konstruksjons tegninger, og i tilfelle av Oroville, laser skanning data fra skadet spillway. Et team på 15 personer brukte 40 dager på å bygge spillway-modellen, som er en av de største i laboratoriets historie. En gang bygget, tester teamet sin styrke under forskjellige scenarier. Om lag 150.000 liter vann blir resirkulert gjennom et pumpeanlegg som kan simulere det som er kjent som "sannsynlig maksimal flom" - den største flom som spillwayen noen gang kan oppleve, under de mest ekstreme forholdene. Sannsynligvis vil den sannsynlige maksimale flommen aldri skje, men det er ikke umulig. Det er et worst case scenario at den nye spillbanen må utformes for å håndtere. Orovilles gamle og nye spillveier, og portsystemet som regulerer vannstrømmen, er designet for å motstå en sannsynlig maksimal vannflomstrøm med en hastighet på omtrent 300 000 kubikkfot per sekund, eller tre ganger gjennomsnittsstrømmen over Niagara Falls. "Med vår modell, sier Johnson," har vi demonstrert at portstrukturen har kapasitet til å passere det. "Modellene tillater også at Johnson-teamet kan teste ny teknologi som kan forbedre dammsikkerhet, som luftbatterier, som blander luft inn i vann for å hindre ulike, overraskende sterke krefter som vises i massene av rennende vann.

Et mannskap på 15 brukte 40 dager å bygge modellen fra tre, akryl, stål og mørtel. Hilsen av Utah State University

Undersøkere er fortsatt ikke helt sikker på hva som førte til at spillingen skulle mislykkes i februar. Johnsons team ser bare på mulige reparasjoner, så et eget team av uavhengige etterforskere har blitt utnevnt av DWR. En foreløpig rapport tyder på at utilstrekkelig drenering, korrosjon på rebar og variabilitet i spillwayens betong er potensielle bidragsytere til problemene. Den endelige rapporten forventes i høst, rundt den tiden de første reparasjonene slår opp.

Modellen av skadet spillway i aksjon. Hilsen av Utah State University

"Alt så langt som har blitt foreslått, har utført veldig bra," sier Johnson. Det er gode nyheter for ingeniører og konstruksjonsteam som rushing for å fullføre den nye 275 millioner dollar. "Det er en så viktig del av infrastrukturen i California." Vann som passerer gjennom Oroville Dam og spillway irrigerer avlinger i noen av de mest produktive jordbrukslandene i landet, og gir drikkevann til uttørket Sør-California. Johnson sier det er derfor det er så viktig at reparasjoner gjøres riktig. "Det er et ganske kritisk stykke infrastruktur til hele landet, egentlig."