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Aliviadero

Aliviadero

Un aliviadero es una estructura utilizada para proporcionar la liberación controlada de flujos desde una presa o dique hacia un área aguas abajo, típicamente el lecho del mismo río. En el Reino Unido, pueden ser conocidos como canales de desbordamiento . Los vertederos aseguran que el agua no se desborde y dañe o destruya la presa.

Las compuertas y los tapones de fusibles pueden diseñarse en vertederos para regular el flujo de agua y el nivel del depósito. Tal aliviadero se puede utilizar para regular los flujos aguas abajo: al liberar agua en pequeñas cantidades antes de que el depósito esté lleno, los operadores pueden evitar grandes descargas repentinas que ocurrirían si la presa se sobrecobrara.

Otros usos del término "aliviadero" incluyen derivaciones de presas o salidas de canales utilizados en aguas altas, y canales de salida tallados a través de presas naturales como las morrenas.

El agua normalmente fluye por un vertedero solo durante los períodos de inundación, cuando el depósito no puede retener el exceso de agua que ingresa al depósito por encima de la cantidad utilizada. Por el contrario, una torre de admisión es una estructura utilizada para liberar agua de forma regular para el suministro de agua, la generación de energía hidroeléctrica, etc.

Tipos

Un aliviadero se encuentra en la parte superior de la piscina del embalse. Las presas también pueden tener salidas de fondo con válvulas o compuertas que se pueden operar para liberar el flujo de inundación, y algunas presas carecen de desagües de desbordamiento y dependen completamente de las salidas de fondo.

Sección transversal del aliviadero típico con puertas Tainter

Hay dos tipos principales de aliviaderos: controlados y no controlados.

Un vertedero controlado tiene estructuras mecánicas o compuertas para regular la velocidad de flujo. Este diseño permite que se use casi toda la altura de la presa para el almacenamiento de agua durante todo el año, y las aguas de inundación se pueden liberar según sea necesario abriendo una o más compuertas.

Un aliviadero no controlado , por el contrario, no tiene puertas; Cuando el agua sube por encima del borde o la cresta del vertedero, comienza a liberarse del depósito. La velocidad de descarga se controla solo por la profundidad del agua sobre el aliviadero del depósito. El volumen de almacenamiento en el depósito por encima de la cresta del vertedero solo puede usarse para el almacenamiento temporal del agua de la inundación; no se puede usar como almacenamiento de suministro de agua porque normalmente está vacío.

En un tipo intermedio, la regulación del nivel normal del depósito está controlada por las puertas mecánicas. Si el flujo de entrada al depósito excede la capacidad de la puerta, funcionará un canal artificial llamado aliviadero auxiliar o de emergencia que está bloqueado por un dique de enchufe de fusible. El enchufe del fusible está diseñado para sobrepasarse y lavarse en caso de una gran inundación, mayor que la capacidad de descarga de las compuertas del vertedero. Aunque puede llevar muchos meses restaurar el enchufe y el canal del fusible después de una operación de este tipo, el daño total y el costo de reparación son menores que si las estructuras principales de retención de agua se hubieran sobrepasado. El concepto de enchufe de fusible se usa donde sería muy costoso construir un aliviadero con capacidad para la inundación máxima probable.

Aliviadero de canal abierto

Aliviadero del canal inclinado

Un vertedero de vertedero es un diseño común y básico que transfiere el exceso de agua desde detrás de la presa por un suave descenso hacia el río debajo. Estos generalmente están diseñados siguiendo una curva ogee. Muy a menudo, 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 múltiples líneas si el espacio y los fondos son escasos. Además, no siempre están destinados a disipar energía como aliviaderos escalonados. Los vertederos de la tolva pueden estar arraigados con un deflector de bloques de concreto, pero generalmente tienen un 'reborde de flip' y / o una cuenca de disipador que crea un salto hidráulico, protegiendo la punta de la presa de la erosión.

Aliviadero escalonado
Un vertedero escalonado desconcierta el aliviadero del embalse Yeoman Hey en el Peak District en Inglaterra.

Los canales escalonados y los vertederos se han utilizado durante más de 3.000 años. 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 se ha renovado el interés en vertederos escalonados y canales, en parte debido al uso de nuevos materiales de construcción (por ejemplo, hormigón compactado con rodillos, gaviones) y Técnicas de diseño (p. ej., protección contra derrumbes de taludes) Los pasos producen una considerable disipación de energía a lo largo de la rampa y reducen el tamaño de la cuenca de disipación de energía aguas abajo requerida.

La investigación aún está activa en el tema, con nuevos desarrollos en sistemas de protección contra desbordamiento de presas de terraplén, vertederos convergentes y diseño de vertederos pequeños.

Aliviadero de boca de campana

Un aliviadero de boca de campana está diseñado como una campana invertida donde el agua puede entrar en todo el perímetro. Estos aliviaderos no controlados también se llaman gloria de la mañana , (después de la flor) o aliviaderos del agujero de la gloria . 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 se congele.

En algunos casos, los aliviaderos de boca de campana están controlados por la puerta. El aliviadero en Hungry Horse Dam (en la foto) , en Montana, EE. UU., La estructura de gloria de la mañana más alta del mundo, está controlado por una puerta circular de 64 por 12 pies (19.5 por 3.7 m). Uno de los aliviaderos más conocidos es el del lago del embalse de Covão dos Conchos, en Portugal, que está construido para parecerse a una formación natural; un video de esto se hizo viral en Internet a principios de 2016. El vertedero de boca de campana más grande se encuentra en Geehi Dam, en Nueva Gales del Sur, Australia, que mide 105 pies (32 m) de diámetro en la superficie del lago.

Aliviadero de sifón

Un sifón utiliza la diferencia en la 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 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 en un vórtice espiral por volutas o aletas en un embudo que extrae aire del sistema. El cebado ocurre automáticamente cuando el nivel del agua se eleva por encima de las entradas que se utilizan para impulsar el proceso de cebado.

Otros tipos

Otros tipos de aliviaderos incluyen una cresta ogee que cubre una presa, un canal lateral que envuelve la topografía de una presa y un laberinto que usa un diseño 'zig-zag' para aumentar la longitud del umbral para un diseño más delgado y una mayor descarga. También hay una entrada de gota que se asemeja a una entrada para una central hidroeléctrica, pero transfiere agua desde detrás de la presa directamente a través de túneles hasta el río aguas abajo.

Consideraciones de diseño

Un parámetro del diseño del vertedero es la inundación más grande que está diseñada para manejar. Las estructuras deben resistir de manera segura la inundación de diseño de vertedero (SDF) apropiada, a veces llamada inundación de diseño de entrada (IDF). La magnitud de la SDF puede establecerse mediante pautas de seguridad de presas, basadas en el tamaño de la estructura y la pérdida potencial 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 supere en promedio una vez cada 100 años. Este parámetro también puede expresarse como una frecuencia de excedencia con una probabilidad del 1% 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 se establece según las pautas de seguridad de la presa, en función del tamaño de la estructura y la posible pérdida de vidas o propiedades humanas aguas abajo.

El Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos basa sus requisitos en la inundación máxima probable (PMF) 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. 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 sobre un aliviadero y baja por el conducto, la energía potencial se convierte en energía cinética creciente. La falta de disipación de la energía del agua puede conducir a la erosión y erosión en el dedo del pie de la presa (base). Esto puede causar daños al vertedero y minar la estabilidad de la presa. Para poner esta energía en perspectiva, los aliviaderos en la presa de Tarbela podrían, a plena capacidad, producir 40,000 MW; aproximadamente diez veces la capacidad de su planta de energía.

La energía se puede disipar al abordar una o más partes del diseño de un vertedero.

Pasos

Primero, en la superficie del aliviadero por una serie de pasos a lo largo del aliviadero (ver aliviadero escalonado).

Voltear el cubo

En segundo lugar, en la base de un vertedero, un balde giratorio 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, descender a una piscina de inmersión o dos saltos de esquí pueden dirigir sus descargas de agua para que choquen entre sí.

Cuenca

En tercer lugar, una cuenca quieta en el extremo de un vertedero sirve para disipar aún más la energía y evitar la erosión. Por lo general, se rellenan con una profundidad de agua relativamente poco profunda y, a veces, se recubren con hormigón. Se pueden incorporar varios componentes reductores de velocidad en su diseño para incluir bloques de tolva, bloques deflectores, paredes de ala, forúnculos superficiales o un alféizar final.

La seguridad

Las compuertas del vertedero pueden operar repentinamente sin previo aviso, bajo control remoto. Los intrusos dentro del aliviadero corren el riesgo de ahogarse. Los aliviaderos generalmente están cercados y equipados con puertas cerradas para evitar allanamientos casuales dentro de la estructura. Pueden existir señales de advertencia, sirenas y otras medidas para advertir a los usuarios del área aguas abajo de la liberación repentina de agua. Los protocolos de operación pueden requerir "romper" una puerta para liberar una pequeña cantidad de agua para advertir a las personas aguas abajo.

El cierre repentino de una compuerta de aliviadero puede ocasionar el encallamiento de los peces, y esto generalmente también se evita.

Galería

  • El lago Berryessa se desborda en el aliviadero Glory Hole en la presa de Monticello.
  • Un aliviadero de laberinto y una escalera de peces (izquierda) de la presa Hope Mills en Carolina del Norte.
  • Aliviadero con volquete en la presa de Burdekin.
  • El agua ingresa al vertedero de la puerta del tambor del canal lateral de la presa Hoover de Arizona (izquierda) durante las inundaciones de 1983.
  • Una entrada del aliviadero del laberinto (abajo) en la presa de Ute en Nuevo México.
  • Un aliviadero de tipo ogee en Crystal Dam en Colorado.
  • Un aliviadero de emergencia con fusible (parte inferior) y un aliviadero auxiliar ogee (arriba) en la presa de New Waddell.
  • Aliviaderos semicirculares de la presa de Ohzuchi (Shiga Pref., Japón)
  • Mirando hacia el aliviadero de la boca de Bell a Llyn Celyn
  • Aliviadero de baja altura de la presa de Bonneville con compuertas
  • Una entrada de gotas en uso en la presa Horse Mesa en Arizona, alrededor de 1940
  • El vertedero en la presa de Monticello, lago Berryessa, en funcionamiento. 19 de febrero de 2017.
  • El vertedero de la presa Geehi nunca había visto agua hasta marzo de 2019.