Aliviadero
Un aliviadero es una estructura que se utiliza para proporcionar la liberación controlada de agua de una presa o dique aguas abajo, generalmente en el lecho del río represado. En el Reino Unido, pueden conocerse como canales de desbordamiento . Los aliviaderos aseguran que el agua no dañe las partes de la estructura que no están diseñadas para transportar agua.
Los aliviaderos pueden incluir compuertas y tapones fusibles para regular el flujo de agua y el nivel del depósito. Tales características permiten que un aliviadero regule el flujo corriente abajo; al liberar agua de manera controlada antes de que el depósito se llene, los operadores pueden evitar una descarga inaceptablemente grande más adelante.
Otros usos del término "aliviadero" incluyen desvíos de presas y salidas de canales utilizados durante crecidas, y canales de salida tallados a través de presas naturales como morrenas .
El agua normalmente fluye sobre un aliviadero solo durante los períodos de inundación, cuando el depósito ha alcanzado su capacidad y el agua continúa entrando más rápido de lo que puede liberarse. Por el contrario, una torre de admisión es una estructura que se utiliza para controlar la liberación de agua de forma rutinaria con fines tales como el suministro de agua y la generación de energía hidroeléctrica .
Tipos
Hay un aliviadero en la parte superior de la piscina del depósito . Las presas también pueden tener desagües en el fondo con válvulas o compuertas que se pueden operar para liberar el flujo de la inundación, y algunas presas carecen de aliviaderos de desbordamiento y dependen completamente de desagües del fondo.
Los dos tipos principales de aliviaderos están controlados y no controlados.
Un aliviadero controlado tiene estructuras mecánicas o compuertas para regular la tasa de flujo. Este diseño permite que se utilice casi toda la altura de la presa para el almacenamiento de agua durante todo el año, y las aguas de la inundación se pueden descargar según sea necesario abriendo una o más compuertas.
Un aliviadero incontrolado, por el contrario, no tiene compuertas; cuando el agua se eleva por encima del borde o la cresta del aliviadero, comienza a salir del depósito. La tasa de descarga se controla solo por la profundidad del agua sobre el aliviadero del embalse. La fracción del volumen de almacenamiento en el embalse por encima de la cresta del aliviadero solo puede usarse para el almacenamiento temporal de agua de inundación; no se puede utilizar como almacenamiento de suministro de agua porque se encuentra más alto de lo que la presa puede retener.
En un tipo intermedio, la regulación del nivel normal del depósito está controlada por las compuertas mecánicas. En este caso, la presa no está diseñada para funcionar con agua fluyendo por la parte superior si lo hace, ya sea por los materiales utilizados para su construcción o por las condiciones directamente aguas abajo. Si el flujo de entrada al depósito excede la capacidad de la puerta, un canal artificial llamado aliviadero auxiliar o de emergencia transportará agua. A menudo, eso se bloquea intencionalmente con un fusible.. Si está presente, el fusible está diseñado para lavarse en caso de una gran inundación, mayor que la capacidad de descarga de las compuertas del aliviadero. Aunque los equipos de construcción pueden necesitar muchos meses para restaurar el enchufe fusible y el canal después de una operación de este tipo, el daño total y el costo de reparación son menores que si se hubieran sobrepasado las estructuras principales de retención de agua. El concepto de enchufe fusible se utiliza cuando la construcción de un aliviadero con la capacidad requerida sería costosa.
Aliviadero de canal abierto
Aliviadero de la tolva
Un vertedero de tolva es un diseño común y básico que transfiere el exceso de agua desde detrás de la presa por un suave declive hacia el río de abajo. Por lo general, se diseñan siguiendo una curva conopial . La mayoría de las veces, están revestidos en el fondo y los lados con concreto para proteger la presa y la topografía. Pueden tener un dispositivo de control y algunos son más delgados y con líneas múltiples si el espacio y los fondos son limitados. Además, no siempre están destinados a disipar energía como los aliviaderos escalonados. Los aliviaderos de los conductos pueden estar incrustados con un deflector de bloques de concreto, pero generalmente tienen un 'labio abatible' y / o un depósito disipador, que crea un salto hidráulico , protegiendo el pie de la presa de la erosión. [1]
Aliviadero escalonado
Los canales escalonados y aliviaderos se han utilizado durante más de 3.000 años. [2] A pesar de haber sido reemplazado por técnicas de ingeniería más modernas como los saltos hidráulicos a mediados del siglo XX, desde alrededor de 1985 [3] se ha renovado el interés en aliviaderos escalonados y conductos, en parte debido al uso de nuevos materiales de construcción (por ejemplo, Roller- hormigón compactado , gaviones ) y técnicas de diseño (por ejemplo, protección de desbordamiento de terraplenes). [4] [5] Los escalones producen una disipación de energía considerable a lo largo de la rampa [6] y reducen el tamaño del depósito de disipación de energía requerido aguas abajo. [7] [8]
La investigación todavía está activa sobre el tema, con nuevos desarrollos en sistemas de protección de desbordamiento de presas de terraplén, [8] aliviaderos convergentes [9] y diseño de vertederos pequeños. [10]
Aliviadero de boca de campana
Un aliviadero de boca de campana [11] está diseñado como una campana invertida , por donde el agua puede entrar en todo el perímetro. Estos aliviaderos incontrolados también se llaman gloria de la mañana, [12] (después de la flor ) o aliviaderos de glory hole [12] . En áreas donde la superficie del depósito puede congelarse, este tipo de aliviadero normalmente está equipado con dispositivos para romper el hielo para evitar que el aliviadero quede atascado en el hielo.
En algunos casos, los aliviaderos de boca de campana están controlados por puertas. El aliviadero de Hungry Horse Dam (en la foto ), en Montana, EE. UU., La estructura de gloria de la mañana más alta del mundo, [13] está controlado por una puerta circular de 64 por 12 pies (19,5 por 3,7 m). Uno de los más conocidos de estos aliviaderos es el del lago embalse Covão dos Conchos , en Portugal, que está construido para parecer una formación natural; un video de esto se volvió viral en Internet a principios de 2016. El aliviadero de boca de campana más grande se encuentra en Geehi Dam , en Nueva Gales del Sur, Australia, y mide 105 pies (32 m) de diámetro en la superficie del lago. [14] [15] [16]
Aliviadero de sifón
Un sifón aprovecha la diferencia de altura entre la entrada y la salida para crear una diferencia de presión necesaria para eliminar el exceso de agua. Sin embargo, los sifones requieren cebado o la eliminación de aire en la curva para que funcionen, y la mayoría de los aliviaderos de sifón están diseñados con un sistema que utiliza agua para eliminar el aire y cebar automáticamente el sifón. Uno de esos diseños es el sifón de voluta, que utiliza agua forzada a formar un vórtice en espiral mediante volutas o aletas en un embudo que extraen aire del sistema. El cebado ocurre automáticamente cuando el nivel del agua sube por encima de las entradas utilizadas para impulsar el proceso de cebado. [17]
Otros tipos
Otros tipos de aliviaderos incluyen una cresta conopial, que sobrepasa una presa, un canal lateral que envuelve la topografía de una presa y un laberinto, que utiliza un diseño en zig-zag para aumentar la longitud del umbral para un diseño más delgado y una mayor descarga. . Además, una entrada de caída, que se asemeja a una toma de una central hidroeléctrica, transfiere agua desde detrás de la presa directamente a través de túneles hasta el río aguas abajo. [18]
Consideraciones de diseño
Un parámetro del diseño del aliviadero es la mayor inundación para la que está diseñado. Las estructuras deben resistir de manera segura la inundación de diseño de aliviadero (SDF) adecuada, a veces llamada inundación de diseño de flujo de entrada (IDF). La magnitud del SDF puede establecerse mediante pautas de seguridad de la presa, según el tamaño de la estructura y la posible pérdida de vidas humanas o propiedades aguas abajo. La magnitud de la inundación a veces se expresa como un período de retorno . Un intervalo de recurrencia de 100 años es la magnitud de la inundación que se espera que se exceda en un promedio de una vez cada 100 años. Este parámetro también puede expresarse como una frecuencia de excedencia.con un 1% de probabilidad de superarse en un año determinado. El volumen de agua esperado durante la inundación de diseño se obtiene mediante cálculos hidrológicos de la cuenca aguas arriba. El período de retorno lo establecen las pautas de seguridad de la presa, en función del tamaño de la estructura y la posible pérdida de vidas humanas o propiedades aguas abajo.
El Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos basa sus requisitos en la inundación máxima probable (PMF) [19] y la precipitación máxima probable (PMP). El PMP es la precipitación más grande que se cree que es físicamente posible en la cuenca aguas arriba. [20] Se puede permitir que las presas de menor riesgo tengan un IDF menor que el PMF.
Disipación de energía
A medida que el agua pasa por un aliviadero y desciende por la rampa, la energía potencial se convierte en energía cinética creciente . La falta de disipación de la energía del agua puede provocar erosión y socavación en el pie de la presa (base). Esto puede causar daños en el aliviadero y socavar la estabilidad de la presa. [21] Para poner esta energía en perspectiva, los aliviaderos de la presa Tarbela podrían, a plena capacidad, producir 40.000 MW; aproximadamente 10 veces la capacidad de su planta de energía. [22]
La energía se puede disipar abordando una o más partes del diseño de un aliviadero. [23]
- Pasos
Primero, en la propia superficie del aliviadero mediante una serie de escalones a lo largo del aliviadero (ver aliviadero escalonado ). [5]
- Cubo abatible
En segundo lugar, en la base de un aliviadero, un balde abatible puede crear un salto hidráulico y desviar el agua hacia arriba.
- Salto con esquís
Un salto de esquí también puede dirigir el agua horizontalmente y, finalmente, hacia una piscina de inmersión o dos saltos de esquí pueden dirigir sus descargas de agua para que choquen entre sí. [22] [24]
- Cuenca tranquilizadora
En tercer lugar, una cuenca amortiguadora al final de un aliviadero sirve para disipar aún más la energía y prevenir la erosión. Por lo general, se llenan con una profundidad de agua relativamente poco profunda y, a veces, se recubren con concreto. Se pueden incorporar varios componentes reductores de velocidad en su diseño para incluir bloques de tolva, bloques deflectores, paredes de ala, forúnculos de superficie o umbrales de los extremos. [25]
La seguridad
Las compuertas del aliviadero pueden operar repentinamente sin previo aviso, bajo control remoto. Los intrusos dentro del aliviadero corren el riesgo de ahogarse. Los aliviaderos suelen estar cercados y equipados con puertas cerradas para evitar el allanamiento casual dentro de la estructura. Es posible que existan letreros de advertencia, sirenas y otras medidas para advertir a los usuarios del área corriente abajo de una liberación repentina de agua. Los protocolos operativos pueden requerir "abrir" una puerta para liberar una pequeña cantidad de agua para advertir a las personas río abajo.
El cierre repentino de la compuerta de un aliviadero puede provocar el encallamiento de peces, y esto también suele evitarse.
Galería
El lago Berryessa se desborda en el aliviadero del agujero de la gloria en la presa de Monticello .
Un aliviadero laberíntico y una escalera para peces (izquierda) de la presa Hope Mills en Carolina del Norte
Aliviadero con balde abatible en la presa Burdekin
El agua entra en el aliviadero de la compuerta de tambor del canal lateral de Arizona de la presa Hoover (izquierda) durante las inundaciones de 1983
Un laberinto de entrada al aliviadero (abajo) en la presa Ute en Nuevo México
Un aliviadero de tipo conopial en Crystal Dam en Colorado
Un aliviadero de emergencia con tapón fusible (abajo) y un aliviadero auxiliar de conopial (arriba) en la presa New Waddell
Aliviaderos semicirculares de la presa Ohzuchi ( Shiga Pref. , Japón)
Mirando hacia el aliviadero de boca de campana en Llyn Celyn
Aliviadero de baja altura de la presa Bonneville con compuertas
Una entrada de caída en uso en Horse Mesa Dam en Arizona, circa 1940
El aliviadero de la presa de Monticello, lago Berryessa, en funcionamiento. 19 de febrero de 2017
El aliviadero de la presa Geehi nunca ha visto agua en marzo de 2019
Ver también
- Sistema de seguridad de presas
- Reservorio
- Aliviadero escalonado
- Escalera de peces
- Pesca de tailrace
- Embalse de Toddbrook
- Crisis de la presa de Oroville
Referencias
- ^ Henry H., Thomas. "Aliviaderos de tolva, la ingeniería de grandes presas" . Consultado el 5 de julio de 2010 .
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enlaces externos
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con vertederos . |
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- Chris, pescado. "El Agujero de la Gloria" . Archivado desde el original el 18 de mayo de 2011.- información, imágenes e información de construcción sobre el agujero glorioso del lago Berryessa .
- Ingeniería hidráulica
- Estructuras hidraulicas
- Presas
