Hoover-gát – újratervezve 2. rész

Tengernyi beton
Amikor az Egyesült Államok Vízgazdálkodási Hivatala megtervezte a Hoover-gátat az 1920-as és 30-as években, egy teljesen régimódi íves súlygátat választottak, hogy minden lehetséges katasztrofális kudarcot elkerüljenek. Úgy tervezték, hogy ívelt alakja ellenálljon a víz nyomásának, és ugyanakkor súlygátat építettek, így egy széles és egy íves gát kombinációját alkották meg. Az eredmény egy hatalmas, mozdíthatatlan, a Gízai Nagy Piramis méretét is meghaladó betongúla a Black Kanyon közepén. A gát 3, 4 millió köbméternyi, 6, 6 millió tonna tömegű betonból áll. Ennyiből egy 1, 2 méter széles járdát lehetne építeni az Egyenlítő körül.

A tervezők biztosítani akarták, hogy szinte az örökkévalóságig fennmaradjon, stabil legyen, betöltse a rendeltetését, ugyanakkor a gátat ne érje nagyobb sérülés, és ne okozzon áradást. Az első tartálynyi betont 1933. június 6-án öntötték ki. Ez a folyamat megállás nélkül, napi 24 órában, a hét minden napján folytatódott. Mivel a beton kiöntése után felmelegszik majd lehűl, a mérnökök számításai szerint a gát több, mint 100 év alatt köthet meg, hogyha egyetlen összefüggő öntéssel építik fel. Emellett megnőne a káros repedések esélye is. A vállalkozók ezért egymásba ékelődő tömbökbe öntötték ki a betont. Az egyes tömbök favázának oldalai akár 18 méter hosszúak is lehettek, és körülbelül másfél méter mélyek voltak. A kanyonban lévő erős nyári hőség miatt a beton hűtése még ezekben a kicsi formákban is megpróbáltatást jelentett. A mérnökök számításai szerint a beton belső hőmérséklete 22 Celsius fokot emelkedett, és 49-ről 71 fokosra melegedett. A probléma megoldására a kivitelezők minden egyes tömbbe csőrendszert telepítettek, amiben hideg vizet áramoltattak a beton kiöntése után. Összesen közel ezer kilométernyi csövet használtak fel. Két évnyi betonöntés után, a Hoover-gát lenyűgöző, hatalmas építménye 1935 márciusában végre elkészült.

Különleges építmények – Újragondolt Hoover-gát című film megtekinthető a National Geographic Channelen. Mikor? Március 10-én, kedden 22 órakor.

Az újratervezésen dolgozó csapat más építményt álmodott meg a Black Kanyonba. Az eredetinél 43 méterrel magasabb gátat képzeltek el, amely 264 méter magasra emelkedik a kanyon talajától. Ez az új Hoover-gát bekerülne a világ tíz legmagasabb gátja közé. A mérnöki tervezés során a szélessége is megnőtt, 531 méter hosszan ívelne át a kanyon felett, vastagsága az alapnál 142 méter lenne, teteje azonban 21 méteresre szélesedne. A megnövekedett méret miatt az újratervezett építményhez kissé több betonra lenne szükség az eredeti Hoover-gátnál. Összességében kb. 3 és fél millió köbméter betonra lenne szükség, ami meglehetősen nagy mennyiség.

A beton összetétele, a cement, a homok és a sóder szintén más lenne. Az 1930-as években a 4-es típusú, kis hőfejlődésű, viszonylag durva szemcséjű cementet használtak a gátakhoz hasonló nagyméretű beruházásoknál. Az utóbbi években a kettes típusú cement kis hőfejlődésű változatát használják, amelynél a hűtés jelent gondot. Ezt folyékony nitrogénnel oldanák meg, amit kiöntés előtt közvetlenül a betonba fecskendeznek.

A modern berendezések segítségével kiszámolják, hogy a beton kiöntése nagyjából két évet venne igénybe a nagyobb, újratervezett gát esetén – ugyanannyit, mint ez eredeti építménynél.
A csapat becslése szerint a gát magasságának 43 méteres megemelésével a Mead-tó befogadóképessége 37 milliárd köbméterről, közel a duplájára 72 milliárdra emelkedne. Főként azért töreknének ilyen típusú vagy méretű tárolásra, mert ezzel a gátkezelőnek sokkal nagyobb a döntési szabadsága, hogy mikor engedjen ki vizet. A megnövekedett magasságnak és tárolóképességnek közvetlen hatása lenne a gát és az erőmű hidrológiai jellemzőire, különösképp a víznyomás és az áramtermelés terén. Kihasználnák a víz által kifejtett megnövekedett hidrosztatikai nyomást. Ebben a bizonyos esetben körülbelül 42 méterrel emelik meg a víz szintjét. Ezzel lényegében akár 20%-al is megnövelhető az áramtermelési kapacitás.

Az óriási erőmű
Az erőmű vízellátásban a beömlő-tornyok játszanak kulcsszerepet. A Hoover-gátnak összesen négy beömlő-tornya van, kettő a nevadai és kettő az arizonai oldalon. A tornyok 120 méter magasak, és egy csőrendszeren, az úgynevezett vízvezető csatornákon keresztül juttatják el a vizet az erőműbe. Ezeket a beömlő-tornyokat úgy tervezték, hogy a tározó alsó és középső szintjéről szívják be a vizet. Az alulról szivattyúzott víznek sokkal nagyobb a nyomása, amely megnöveli az erőmű által előállítható áram mennyiségét.

Az energia átalakulása az egész Hoover-gátat áthatja. Leegyszerűsítve a Hoover-gát a Mead tó vízével hatalmas hidraulikus kerekeket forgat meg, melyek óriási generátorokat indítanak be, hogy elektromos áramot termeljenek. A Hoover-gáthoz hasonló vízi erőművek a gravitációt és a tározóban lévő víz tömegét használják ki. A Mead tó nagyjából 150 méter mély. Ekkora méretű víznyomás a tó fenekén sok hozzáférhető energiát jelent. Ha ezt egy vízi kerékhez vezetjük, ami megforgat egy generátorhoz kötött tengelyt, akkor kinyerhetjük ezt az energiát, és elektromos árammá alakíthatjuk.

Az U-alakú Hoover erőmű a kanyonfalak oldalában, a gát aljánál található. 1936 és 1961 között 17 generátort telepítettek az erőműbe, kilencet az arizoniai, nyolcat a nevadai oldalra.
A Hoover-gátat eredetileg az elérhető legnagyobb berendezéssel és a rendelkezésre álló legjobb technológiával szerelték fel. Számos hatalmas, szó szerint több millió kilogrammnyi forgó gép található itt, amelyek több millió watt tiszta, megújuló vízi energiát állítanak elő. Az eredeti turbinák acélöntvényből készültek. Egyenként 80 megawatt előállítására voltak képesek.

Az 1980-as években a Vízgazdálkodási Hivatal új turbinákkal látta el az erőművet, amelyek még több elektromos áram termelésére képesek. A modernizált változatok 130 megawattot tudnak előállítani, ami valóban jelentős növekedést jelent. A tervezés során megnövelték ezeknek a másodgenerációs turbináknak a terhelhetőségét és a vízáteresztő-képességét. Minden egyes darab közel 35 tonnányi rozsdamentes acélból áll, átmérőjük 4–5 méter, és körülbelül két méter magasak. Másodpercenként 90 köbméter víz folyik át rajtuk. A víz ereje percenként 180-as fordulatszámon, vagyis több, mint 160 kilométeres sebességgel hajtja meg a hatalmas turbinakereket. A víz minden irányból vízszintesen folyik be a turbinába, majd keresztülhalad rajta, hogy lóerőt termeljen, végül pedig kikerül a folyóba. A Hoover-gát teljes kapacitással üzemelő erőműve bármely pillanatban 2080 megawatt elektromos áramot képes előállítani. Ez 1, 7 millió háztartás ellátására elegendő.

A hidroelektronikai mérnökök azonban folyamatosan keresik, hogy miként lehet növelni a kapacitást és a teljesítményt A Vízgazdálkodási Hivatal már hozzáfogott, hogy újratervezze a Hoover-gátnál lévő erőművet. Folyamatosan figyeljik a technológiai fejlődést. Olyan turbinákat tanulmányoznak, amelyek hatékonyan képesek működni számos különböző vízállás mellett. A tó vízszintingadozásának közvetlen hatása van a turbinákat hajtó víznyomás nagyságára. Minél magasabb a tó szintje, annál nagyobb a víznyomás. Ma a Mead tó körülbelül 30 méterrel a normál kapacitás alatt van, így lecsökken a vízvezető csatornákon áthaladó víz nyomása a turbinák felé. Az itteni turbinák nem feltétlenül üzemelnek olyan hatékonyan, mint ahogy képesek lennének a különböző vízállásoknál. A modern nyomásfüggetlen kialakítású lapátokkal ellátott turbinák számos különböző vízszintnél is hatékonyak. Többek közt ezek is szerepelnek a jövőbeli terveikben. Több áram termeléséhez az ugyanakkora nyomású víznek gyorsabban kell megforgatnia a turbinákat. A következő generációjú hidroelektronikus turbinák pedig képesek erre. Ilyeneket használnak a kínai Három Szurdok Gátnál. Ezt az új technológiát a repülőgépiparból vették át. Az egyes lapátokat a hajtómű turbinák mintájára hajlítják meg, aminek következtében javul a vízáteresztő-képességük, és nagyobb terhelést képesek elviselni. Ám, ami ennél is fontosabb, hogy ugyanolyan terhelés mellett gyorsabban képesek forogni, ami megnöveli az áramtermelés hatásfokát.

Az újratervezésért felelős csapat egyedi ötletekkel rendelkezik az erőművel és az irányítórendszerekkel kapcsolatban. A turbinákra ható víz nyomását például a gát és a beömlő-tornyok nagyobb magasságával növelnék meg. A magasabb gát egyik jelentős előnye, hogy a magasabban lévő víz miatt nagyobb a turbinákat meghajtó és az energiát előállító nyomás. Az új generációs turbinákkal a Hoover ismét megnöveli a áramtermelési hatásfokát. Ám a gátat üzemeltető mérnökök a jövőben olyan más kritikus feladatok elé néznek, amelyekre az építmény megalkotói sosem gondoltak volna.

Ki gondolt itt ökológiára?
1935. február 9-én a Hoover-gát kivitelezői lezárták a folyót elterelő alagutakat, és megkezdték a víztározó felduzzasztását, ami létrehozta a Mead-tavat. Hat évvel később, 1941 augusztusában a víz szintje végül elérte a gát teteje alatt található túlfolyók magasságát. A túlfolyók működtek. A gát tervezői és építői számára ez a győzelem és megkönnyebbülés pillanata volt. A létesítmény tervszerűen működött. A folyamat során okozott ökológiai károkat azonban nem vették számításba: folyó gazdag élővilágát a Mead tó emelkedő vízszintje teljesen elpusztította.

Ma a Hoover-gát számtalan környezeti probléma elé néz, amelyeket most és a jövőben is meg kell oldani. A környezettel kapcsolatos egyik problémát a betelepülő fajok jelentik. Az elmúlt év során a Mead-tó és a Colorado vízrendszerének alsó részén tömegesen tűntek fel a „Quaggának” is nevezett, igen apró teknőjű csíkos vándorkagylók, amik rendkívül szaporák, gyorsan nőnek és terjednek. Hajlamosak arra, hogy eltömítsék a gépeket az erőmű csőrendszerében. Ez egy sürgető probléma, amivel foglalkozni kell, hogy az összes létesítmény biztosan meg tudjon birkózni az esetleges felbukkanásukkal, képesek legyenek szabályozni, és megakadályozni, hogy bekerüljenek a rendszerbe, vagy ha mégis bejutnak, akkor miként lehet megszabadulni tőlük. Több környezetbarát szűrési technikát is vizsgálnak, a kémiai kezelés helyett ugyanis szűréssel szeretnék a problémát megoldani.

A Quagga-kagylók eltüntetése csupán az egyik probléma az újratervezéssel foglalkozó csapat számára. Emellett a gát alatt és felett lévő élőhelyeket is gondosan megvizsgálják. A gát esetében az egyik jelentős gondot az jelenti, hogy egy egyedülálló élőhelyet hoznak létre. Egy tó alakul ki ott, ahol korábban csak folyó volt. A másik probléma az, hogy a gát alatt lévő folyó teljesen megváltozik. A vízszint hirtelen nagyon stabillá válik. Mivel a gátak elsősorban árvízvédelmi feladatot látnak el, az áradás természetes körforgása megszűnik a folyó alsó szakaszán. A folyó ökológiája örökre megváltozik, a tápanyagok és a rendszeresen áramló üledék egyaránt eltűnik belőle.
Az üledék kulcsfontosságú minden természetes folyókörnyezetben, ám ha nem tud átjutni a gáton, felgyűlik a tározóban, ami esetenként káros szintet ér el. A Hoover-gát megépítésekor közel 70 km hosszú üledéktorkolat alakult ki a Mead-tóban. Az üledék eltávolítása rendkívül költséges. Ha újra kell tervezni a Hoover vagy bármilyen más gátat, akkor az üledék víztározó körüli átjuttatásával és kikerülésével is számolni kell.

A japánok úttörő megoldást dolgoztak ki az üledék problémájára. Az Asahi-gátnál egy alagutat építettek a víztározó körül, hogy elszállítsák a tápanyagban és üledékben gazdag vizet a folyó gát alatti szakaszához. A Hoover-gát újratervezésén dolgozó csapat is felhasználja ezt az ötletet. Az elképzelések szerint egy alagutat kéne fúrni a sziklán keresztül a tározó körül a folyó gát alatti szakaszáig, hogy eljuttathassák az üledéket a lenti részhez. A csapat egy 84 km hosszú és 6, 7 méter átmérőjű betonnal bélelt csővezetéket javasol, ami összeköti a Mead-tó torkolatát a Hoover-gát alatt lévő folyószakasszal. Megépülése után ez az ötletes üledék-alagút egyszerre számos környezeti problémát megoldana: csökkentené az üledéket a víztározóban, és fenntartaná a tenger felé haladó Colorado természetes ökológiáját.

Mi tehát a konklúzió?
Ez az utolsó sajátossága az újratervezett Hoover-gátnak, amelynek mostanra minden részlete összeállt. A beruházás a kanyon két oldalán megépülő egy-egy elvezető alagúttal indul. Ezek az építkezés alatt a gát helyszíne mellett terelik el a Colorado folyót. Az új gát 264 méterrel magasodik a kanyon talaja fölé. Alapzatánál 138, tetejénél 21 méter vastag. Gerince 518 méter hosszan nyúlik át a kanyonon. Az új tározó 72 milliárd köbméter vizet képes befogadni, mélysége a túlfolyóknál 193 méter. A gát mindkét oldalára két darab négyszögletű beömlő-torony kerül. A 160 méter magas tornyok hét különböző szintről szívják be a vizet. A víz az elterelő alagutakban lévő vízelvezető csatornákon jut el az erőműig. Az erőművet a legmodernebb turbinákkal szerelik fel, amelyek egyenként 150 megawatt előállítására képesek. A 84 km-es üledék-alagút elősegíti a folyó természetes ökológiájának a fenntartását.

Az 1930-as években a kormány 49 millió dollárt különített el a Hoover-gát felépítésére. A beruházás végül kevesebb összegből és a határidő előtt elkészült. A ’90-es évek közepén az új látogatóközpont felépítése több mint 100 millió dollárba került. A Hoover-gát felépítése ma jóval többe kerülne. Átlagos árfolyamon számolva, a becsült költségek a 84 km-es üledék-alagút nélkül a 6 milliárd dollárt is meghaladnák. Az építkezés jelentősen tovább tartana. A munka elkezdéséhez környezeti hatástanulmányt kellene végezni. A környezeti hatástanulmány elkészítése egy Hoover-gáthoz hasonló kiterjedésű és méretű beruházás esetén legalább 10, de inkább 15 évig tartana, és akkor még nem számoltunk a pereskedésekkel. Egy ilyen munka elvégzése 250–350 millió dollárba kerülne. Ezt több éves kutatás követné, ami után újabb, több évig tartó tervezés következne. Maga az építkezés szakasza talán rövidebb lenne az eredeti gát öt éves időszakánál.

A cikk első része: Hoover-gát – újratervezve

Kapcsolódó cikkek: