Una diga è una struttura di ingegneria realizzata a cavallo di un corso d'acqua e destinata a regolarne il flusso e/o ad accumulare acqua, in particolare per il controllo delle piene , irrigazione , industria , idroelettrica , peschiera , una sorgente di acqua potabile , ecc. .
Le conseguenze ambientali e sociali di una diga variano a seconda del volume e dell'altezza dell'acqua trattenuta e del contesto biogeografico: annegando intere valli, una diga artificiale può costringere al movimento intere popolazioni e sconvolgere gli ecosistemi locali. Alcuni fanno parte di un piano di sviluppo del bacino e sono oggetto di misure di conservazione e compensative. Spesso la legge o il diritto consuetudinario impongono un flusso riservato ( flusso minimo riservato agli utenti a valle e al mantenimento dell'ecosistema acquatico e delle specie dipendenti).
Per estensione, chiamiamo diga qualsiasi ostacolo posto su un asse di movimento, ad esempio per controllare persone e/o merci in movimento (blocco stradale, posto di blocco militare).
Nel 1821, nel suo Precis storico e statistico sui canali e fiumi navigabili del Belgio e parte della Francia , BL De Rive definì la diga come una "diga per mezzo della quale si mantiene un'altezza costante dell'acqua in tutte le aree. le parti di un fiume, e che è sufficiente per le specie di barche che vi devono navigare, e il cui effetto è quello di moderare la velocità e riportarla al regime uniforme di 1 metro di pendenza oltre i 6.000 metri di lunghezza” .
L'uso attuale non sempre distingue la diga dalla diga quando sono costituite da un terrapieno. Si può così parlare della "diga dello stagno", o anche della "diga della diga", la parola diga riferendosi poi all'unica struttura e la parola diga all'insieme dello sviluppo, compreso il piano dell'acqua . La diga in muratura (ed in particolare le dighe ad arco in calcestruzzo) è invece nettamente distinta da una diga.
Dal 2007 e dalla pubblicazione di un decreto che definisce le norme di sicurezza applicabili alle opere idrauliche, la legge francese distingue chiaramente le dighe dalle dighe:
Per il diritto francese, le dighe sono quindi tutte opere che consentono la formazione di un corpo idrico, permanente o meno, mentre gli argini sono tutte opere che consentono di proteggere una popolazione, o un bene, dall'effetto delle inondazioni del corso. immersioni.
Come tale, quando la portata di un canale è stabilito su argini e domina quindi una pianura o valle, entra nella definizione di dighe: l'altezza è quella del terrapieno rispetto al terreno naturale, il volume d'acqua è il quello presente nel raggio, cioè tra le due serrature che lo determinano .
Le piccole dighe sono strutture di stoccaggio dell'acqua riempite da acque superficiali, di scolo o di pompaggio. Sono considerate, a livello normativo, come dighe .
Le dighe dei castori sono costruite da questi animali attraverso i ruscelli. Consentono loro di mantenere un livello d'acqua sufficiente in estate, di proteggere il loro posatoio dai predatori e di garantire un facile accesso alle provviste di rami immagazzinati sotto la superficie come riserva alimentare invernale .
Le dighe sono probabilmente esistite fin dalla preistoria, in particolare in Egitto (riserva di acqua potabile, irrigazione, peschiere, allevamenti ittici). Una diga lunga 115 metri fu costruita nella valle di Garawi in Egitto intorno al 3000 aC. AD E, secondo N. Schnitter-Reinhardt, il più antico diga gravità conosciuto è vicino Jawa in Giordano , verso la fine del IV ° millennio aC. DC . Erodoto cita una diga costruita dal faraone Menes , fondatore della prima dinastia, a Koseish, per rifornire la città di Menfi .
La prima diga conosciuta è il Sadd el Kafara (in) , il Wadi Garawi, 30 km a sud del Cairo , tra il 2650 e il 2465 a.C. dC Probabilmente fermò la costruzione per un millennio.
Nell'anno 560 , lo storico bizantino Procopio di Cesarea cita una diga ad arco a monte, in muratura (diga di Daras).
I romani le costruirono, soprattutto in Spagna, nella regione di Mérida , con le dighe di Almonacid (altezza 34 m ), Proserpina (altezza 22 m ) e Cornalvo (altezza 28 m ), o ancora, in Portogallo , con la diga di Belas .
Ma fu nel Medioevo che si svilupparono fortemente in Europa, in particolare per fornire mulini ad acqua . Sembra che a volte potessero fare affidamento su sedimenti accumulati a monte di confetture di ghiaccio naturali , o sui siti di dighe di castori, la cui toponomastica conserva tracce (ad esempio, in Francia, le parole bief e bièvre , antico nome di castoro, che potrebbero essere correlati, o nomi di città come Beuvry , uno dei vecchi nomi di castoro, o Labeuvrière , il "castoro"). Vecchie mappe, da Cassini per esempio, testimoniano le numerose dighe di piccoli corsi d'acqua realizzati da contadini locali o monaci, all'acqua Conserve e pesce rilancio o per macerazione lino o di canapa .
Conservando i volumi d'acqua e una maggiore profondità dell'acqua nella stagione secca, queste dighe sono state anche in grado di tamponare le fluttuazioni estive delle falde freatiche (perché a parità di condizioni, è l'altezza dell'acqua che controlla la velocità. Percolazione, secondo Darcy's legge ).
Al XVI ° secolo , gli spagnoli realizzate grandi dighe in muratura. Il più notevole è quello di Tibi , 18 km a nord di Alicante , costruito nel 1594 . Alta 45 m , è ancora utilizzata .
In Francia , ad est di Tolosa , la diga di Saint-Ferréol fu costruita tra il 1667 e il 1675 per fornire acqua al canale reale della Linguadoca (canale oggi chiamato "canale del Midi"). Con un'altezza di 35 m dalle fondamenta e una lunghezza della corona di 786 m , le dimensioni di questa diga la rendevano la più grande del mondo a quel tempo.
La prima diga ad arco moderna fu costruita da François Zola , padre di Émile Zola , tra il 1843 e il 1859 vicino ad Aix-en-Provence .
800 000 dighe sono state costruite nel corso del XX ° secolo, tra cui 52.000 considerato come le grandi dighe, la Cina (46%), gli Stati Uniti (14%) e India (9%) per un totale di quasi tre quarti di questi grandi dighe.
Una diga è soggetta a diverse forze. I più significativi sono:
Per resistere a queste forze, vengono utilizzate due strategie:
Una diga è soggetta ad una forza orizzontale correlata alla pressione esercitata dall'acqua sulla sua superficie sommersa. La pressione idrostatica in ogni punto è funzione dell'altezza dell'acqua al di sopra di quel punto.
o
La forza risultante è l' integrale delle pressioni idrostatiche agenti sulla superficie sommersa della diga.
Questa formula non è facilmente integrabile per dighe con geometria complessa. Si può invece ottenere un'espressione analitica per un elemento di diga a gravità (una “trama”, di larghezza e altezza sommersa costanti ):
da dove :
La spinta esercitata dall'acqua su una diga aumenta con il quadrato dell'altezza della diga (cosa che vale per qualsiasi tipo di diga). Non dipende dal volume di acqua immagazzinata nel serbatoio. Il punto di applicazione di questa forza si trova al baricentro del diagramma di pressione, che generalmente è un terzo dell'altezza di ritenzione.
I calcoli di cui sopra riguardano solo le dighe realizzate in materiali rigidi (calcestruzzo, muratura, ecc.), qualunque sia la loro tipologia (peso, volta, contrafforti, ecc.). L'integrazione per borchie interessa invece solo le dighe del tipo a peso oa contrafforte , che sono governate dalla statica del solido . Per le volte, essendo le forze trasferite lateralmente da meccanismi di flessione e compressione, un calcolo mediante montanti che tenga conto solo delle forze verticali non è sufficiente ed è necessario ricorrere alla resistenza dei materiali ( deformazione elastica ) e, spesso, a metodi numerici ( metodo degli elementi finiti lineare o anche non lineare ).
Per quanto riguarda invece le dighe in materiale sciolto (terreno, terra, riprap, rilevati, ecc.), i calcoli sono relativi a calcoli di stabilità dei pendii di rilevati che devono tener conto dello stato di saturazione o meno di tali rilevati. .
In idraulica , il modello ridotto trova largo impiego per studi di fluidodinamica di strutture quali porti , dighe , dighe, ecc. Usiamo in questi casi la somiglianza del numero di Froude . Spesso vengono utilizzati anche modelli digitali bi o tridimensionali.
Una diga a gravità è una diga la cui massa è sufficiente per opporsi alla pressione esercitata dall'acqua. Sono spesso dighe relativamente spesse, la cui forma è generalmente semplice (la loro sezione è nella maggior parte dei casi simile a un triangolo rettangolo). Ci sono due famiglie principali di dighe a gravità, dighe a gravità-calcestruzzo e dighe a terra (queste ultime inoltre generalmente non sono qualificate come dighe a gravità, ma come dighe a terra).
Sebbene le dighe ad arco oa contrafforte richiedano meno materiale delle dighe a gravità, queste ultime sono ancora ampiamente utilizzate oggi. La diga a gravità in calcestruzzo viene scelta quando la roccia del sito (valle, argini) è sufficientemente robusta da sostenere tale struttura (in caso contrario si utilizzano dighe in terrapieno), e quando non sono soddisfatte le condizioni per la costruzione di una diga ad arco (vedi sotto. ). La scelta della tecnica è quindi principalmente geologica: è necessaria una base rocciosa abbastanza buona. Ma è anche necessario avere nelle vicinanze dei materiali da costruzione (inerti, cemento).
La tecnologia delle dighe a gravità si è evoluta. Fino all'inizio del XX ° secolo (1920-1930), le dighe a gravità sono state costruite in muratura (ci sono molte dighe di questo tipo in Francia, in particolare per l'approvvigionamento idrico dei corsi d'acqua). Successivamente, è stato il cemento convenzionale a prevalere.
Dal 1978, una nuova tecnica ha sostituito il calcestruzzo convenzionale. Questo è cemento compattato a rulli. È un calcestruzzo (inerti, sabbia, cemento, acqua) con poca acqua, di consistenza granulare e non semiliquida. È allestito come un terrapieno, con macchine movimento terra. Ha il vantaggio principale di essere molto più economico del calcestruzzo convenzionale.
La diga della Grande-Dixence in Svizzera , gestita da Alpiq , è la diga a gravità più alta del mondo (285 m ).
diga in argineTutte le dighe fatte di materiale sciolto, sia fine che grossolano (riprap), sono chiamate dighe di riempimento .
Questa famiglia comprende diverse categorie molto diverse. Le differenze derivano dai tipi di materiali utilizzati e dal metodo utilizzato per garantire l'impermeabilizzazione.
La diga omogenea è una diga in terrapieno costruita con un materiale sufficientemente impermeabile (argilla, limo). È la tecnica più antica per le dighe in terrapieno.
La diga con nucleo in argilla ha un nucleo centrale in argilla (che garantisce l'impermeabilizzazione), supportato da riempimenti realizzati con materiali più permeabili. Questa tecnica presenta almeno due vantaggi rispetto alla diga omogenea:
La diga del nucleo morenico è spesso utilizzata nelle aree segnate dal ritiro dei ghiacciai. Tali strutture sono generalmente costituite da un nucleo impermeabile di morena, recuperato in prossimità del sito, protetto da filtri in materiale granulare. La tipica sezione trasversale di una diga in rockfill comprende anche una zona di transizione tra il filtro e la ricarica.
Alcuni cugini delle dighe a nucleo: dighe in terrapieno con parete centrale a tenuta stagna ( diaframma in calcestruzzo, parete in calcestruzzo bituminoso).
La tecnica delle dighe a maschera a monte è più recente. L'impermeabilità è assicurata da una "maschera", costruita sul paramento a monte della diga. Questa maschera può essere realizzata in cemento armato (sono in fase di realizzazione molte dighe in rockfill di grandi dimensioni con maschere in cemento armato), cemento bituminoso, oppure costituita da una membrana sottile (la più comune: membrana in PVC, membrana bituminosa).
La diga Mattmark in Svizzera e la diga Šance nella Repubblica Ceca sono di questo tipo; in Francia , la diga di Serre-Ponçon (secondo bacino idrico d' Europa ). Le dighe Rockfill sono le più comuni nel parco delle dighe di Hydro-Québec . Rappresentano il 72% delle 600 dighe gestite dalla società nel 2002.
Arco digaLa pressione dell'acqua viene trasferita ai lati della valle per mezzo di un muro di cemento arcuato orizzontalmente, e talvolta verticalmente (viene quindi qualificato come volta a doppia curvatura ).
La tecnica della diga ad arco richiede una valle piuttosto stretta (anche se a volte le dighe ad arco sono state costruite in valli abbastanza larghe, spingendo questa tecnologia ai suoi limiti) e una buona roccia di fondazione. Anche quando queste condizioni sono soddisfatte, la diga ad arco oggi deve spesso affrontare la concorrenza di dighe a gravità in calcestruzzo o dighe in roccia, la cui realizzazione può essere più meccanizzata.
A causa del volume relativamente piccolo di materiali richiesti, questa è una tecnica molto soddisfacente dal punto di vista economico.
Tuttavia, il più grande disastro idraulico in Francia ( Malpasset , sopra Fréjus , il2 dicembre 1959) riguardava una diga ad arco in fase di sequestro; uno dei sostegni laterali della volta (e non la diga stessa) non ha resistito alle forze applicate dalla ritenzione, che ha provocato la rottura quasi totale e molto repentina della struttura, e l'innesco di un'onda frangente estremamente violenta, capace di trasportare pezzi della volta del peso di centinaia di tonnellate. Questo disastro uccise centinaia di persone, distrusse molti edifici e un ponte autostradale e devastò vaste aree agricole.
Malpasset è l'unico caso noto di cedimento di una diga ad arco. Questa diga è ancora oggi nelle condizioni in cui era rimasta dopo l'incidente, e gli enormi pezzi della diga sono ancora abbandonati nella valle a valle.
Prima di questo incidente (e, per alcuni, anche oggi), la volta era considerata la diga più sicura. Lo dimostra del resto il disastro del Vajont in Italia: mentre sulla volta è passata una doppia onda di grande altezza, in seguito al crollo di una montagna nello specchio d'acqua, la diga è rimasta intatta. L'onda di immersione causata dall'onda, tuttavia, ha causato migliaia di vittime.
Ci sono anche dighe con diverse volte come la diga di Hongrin in Svizzera .
Diga a contrafforte o multicanaleQuando gli appoggi sono troppo distanziati, o quando il materiale locale è talmente compatto da rendere quasi impossibile l'estrazione, la tecnica della diga a contrafforti consente di realizzare una diga con grande risparmio di materiale.
La parete piana o multicanale (Vezins, Migoëlou o Bissorte) in calcestruzzo poggia su contrafforti in cemento armato annegati nella fondazione, che trasferiscono la pressione dell'acqua alle fondazioni inferiori e agli argini.
Uno degli esempi più importanti di questo tipo è la diga Daniel-Johnson in Quebec , completata nel 1968 nell'ambito del progetto Manic-Outardes . Alta 214 m e larga 1.312 m , la diga, progettata da André Coyne , è sostenuta da due contrafforti centrali distanti 160 m alla loro base. Le 13 volte laterali formano semicilindri inclinati che hanno 76 m di interasse. Al di là delle considerazioni estetiche, Hydro-Québec ha scelto di costruire una diga con archi e contrafforti per motivi economici. Secondo gli studi di progettazione, la costruzione della struttura ha richiesto poco più di 2,2 milioni di metri cubi di calcestruzzo, ovvero cinque volte meno di una diga a gravità.
Bracci ad aghi mobiliLa diga mobile oa livello costante ha un'altezza limitata; è generalmente costruito a valle del corso dei fiumi, preferibilmente nel punto in cui la pendenza è più debole. Questo tipo di diga è generalmente utilizzato nello sviluppo di estuari e delta.
A seconda del tipo di costruzione, la diga mobile può essere:
Esistono altre categorie di dighe, generalmente di dimensioni inferiori.
Le dighe di sterili sono dighe con residui minerari per creare una di quelle aree di stoccaggio sterili. Le dighe vengono erette mentre la miniera continua a funzionare. Sono simili alle dighe di terrapieno.
Le dighe di montagna sono strutture progettate per combattere gli effetti dell'erosione torrenziale. Sono opere costruite attraverso torrent. Possono interrompere (parzialmente o completamente) il trasporto solido; possono anche fissare il profilo longitudinale di un thalweg riducendo l'aggressività dei flussi.
Le dighe di filtraggio sono strutture costruite in pietra libera attraverso un canale o poco profondo dove si concentra il deflusso durante le forti piogge. La diga serve a rallentare la velocità dell'acqua di piena, e diffonde quest'acqua su un'area sul lato a monte, azione per cui aumenta l'infiltrazione e si depositano i sedimenti. L'area allagabile costituisce un campo coltivabile su cui si ottengono buone rese grazie ad una migliore disponibilità di acqua e nutrienti per colture come il sorgo . Allo stesso tempo, l'erosione del burrone nel thalweg viene fermata o evitata.
Raramente, le dighe sono costruite al solo scopo di immagazzinare parte del volume di piena, per limitare il rischio di inondazioni. Tali dighe sono realizzate a distanza dall'alveo minore e l'estrazione avviene per mezzo di una opera di presa d'acqua sul fiume. Sono asciutti la maggior parte del tempo e si riempiono solo durante le inondazioni più significative. Tale dispositivo equipaggia l'agglomerato di Belfort - Montbéliard in Francia.
A seconda del tipo di utilizzo cui è destinata, la diga può comprendere diversi elementi costitutivi tra i seguenti:
La diga è una parte della diga destinata ad evacuare un flusso dal serbatoio a monte ad un canale di scarico. Sarà utilizzato in particolare in caso di piena che potrebbe mettere in pericolo la diga provocando un eccessivo innalzamento del livello a monte. Alcuni stramazzi sono dotati di un sistema di valvole per controllare il flusso di ritorno; gli altri stramazzi, detti a “soglia libera”, sono più affidabili nei confronti di rotture o guasti meccanici.
La diga è uno dei principali sistemi che garantiscono la sicurezza delle strutture. Esistono diversi tipi di stramazzi tra cui: lo stramazzo principale che permette lo scarico delle piene più comuni, lo stramazzo ausiliario che consente lo scarico del flusso in eccesso dallo stramazzo principale, lo stramazzo di emergenza che è definito per scaricare le piene eccezionali (fino a alluvioni a frequenza molto bassa, con tempi di ritorno superiori a 10.000 anni per alcune strutture).
Il progetto di uno stramazzo deve rispondere ad un compromesso tra: le dimensioni dello stramazzo, la quantità di acqua immagazzinata e la quantità di acqua scaricata. Più grande è quest'ultimo, più ampia o profonda deve essere la diga. La diga può andare incontro a problemi di erosione, a volte legati a cavitazione o turbolenza, che possono portare alla sua distruzione.
La gestione dell'alluvione è un trade-off tra il flusso inviato a valle, e il rischio di allagamento a monte dell'invaso per l'innalzamento dell'acqua trattenuta. La normativa francese impone di non peggiorare la portata massima (picco) dell'alluvione.
Utilizzato per dissipare l'energia presente nell'acqua che scorre attraverso il canale di scarico. Il bacino di dissipazione dell'energia aiuta a prevenire l'erosione a valle.
Una diga non è solo un muro più o meno solido. Non è inerte ed è soggetto a monitoraggio sismologico e tecnico in base a diversi criteri. La struttura vive, lavora e si stanca a seconda delle sollecitazioni a cui è sottoposta.
Ogni diga può essere esposta a quattro tipi di rischio, la cui frequenza e importanza dovrebbero essere valutate, a seconda delle circostanze locali:
L'obsolescenza dei materiali è principalmente legata al degrado del calcestruzzo, che può essere soggetto a due malattie: la reazione alcalino (di cui soffre la diga di Chambon in Francia) e la reazione interna al solfato (da cui la diga di Bimont , in Francia ).
In generale, si stima che nel corso del XX ° secolo, l'1% di dighe in tutto il mondo erano rotti.
Per motivi di manutenzione delle strutture, le dighe vengono regolarmente ispezionate. Ogni anno viene esaminato l'aspetto esteriore della diga e periodicamente (ogni dieci anni in Francia) il serbatoio d'acqua può essere svuotato per consentire l'accesso sia alla parte inferiore della struttura che alle attrezzature (tubi, griglie , valvole, ecc.). Questo cambio d'olio decennale viene ora sempre più sostituito da ispezioni subacquee che consentono di superare i vincoli ambientali ed economici imposti da un cambio d'olio.
Le strutture di interesse per la sicurezza pubblica sono inoltre auscultate da sensori che consentono di misurarne il comportamento (misure di spostamento, tasso di perdita, ecc.). La loro condizione dipende dalla sicurezza delle popolazioni insediate a valle.
Tuttavia, la probabilità di guasto è estremamente bassa: statisticamente, un guasto all'anno in una flotta globale di 16.000 dighe, Cina esclusa. In Europa , la probabilità è ancora più bassa. Infatti, il pericolo è maggiore al momento del primo riempimento, il rischio è però molto inferiore per le strutture in calcestruzzo rispetto a quelle in rinterro.
In Francia , le dighe sono classificate in A, B, C o D in base alla loro dimensione e al livello di rischio per la popolazione (D da rimuovere nel 2017). Le disposizioni normative relative alla sicurezza e protezione delle opere idrauliche sono definite in particolare nell'articolo R214-112 (e ss.) del Codice dell'ambiente con in particolare una classificazione di dighe e dighe e un chiarimento delle misure per assicurarne il controllo, sicurezza e manutenzione.
Le dighe costruite nelle Alpi , negli anni 1950 e 1960 , al culmine dell'età d'oro del carbone bianco , sono oggi in una fase di invecchiamento che richiede costi di manutenzione sempre più elevati. EDF stima che la maggior parte delle strutture idrauliche raggiunga solo la metà della loro aspettativa di vita, ma ha annunciato un importante programma di investimenti per la manutenzione e la riabilitazione. Secondo il rapporto dell'Ufficio parlamentare per la valutazione delle scelte scientifiche e tecnologiche francesi di9 luglio 2009, le preoccupazioni principali risiedono meno nelle grandi strutture che nella moltitudine di piccole dighe in Francia per le quali i livelli di manutenzione e controllo sono insufficienti.
Un guasto di progettazione o di manutenzione può portare a un disastro: se la diga cede quando la ritenzione idrica è relativamente grande, un'onda di rottura può travolgere le popolazioni a valle, più o meno incanalate dalla topografia del thalweg. trova (vedi l'articolo Catastrofe ). In Francia , un simile disastro avvenne nel 1959 vicino a Fréjus, presso la diga di Malpasset .
Il film La Folie des hommes (2001) racconta il disastro della diga del Vajont , in Italia , il9 ottobre 1963. Il film mostra le cause e la catena di eventi che hanno portato a una frana di 270 milioni di metri cubi nelle acque del bacino della diga. L'onda gigantesca che ne seguì e che passò sopra la diga senza romperla causò 2000 vittime.
Il disastro più mortale causato da una diga si è verificato alla diga di Banqiao in Cina nel 1975: lo scoppio dell'onda ha causato la morte di 26.000 persone.
terremotiI terremoti sono tra gli eventi che possono influenzare la stabilità delle dighe, soprattutto nelle regioni dove il rischio sismico è più elevato. Storicamente, le rotture causate da terremoti sono state molto poche rispetto a quelle causate da difetti di progettazione. In certi contesti geologici, il rapido argine e lo svuotamento di una diga sono fenomeni che possono essere essi stessi fonte di terremoti indotti .
In Francia, le grandi dighe sono oggetto di una simulazione al computer del comportamento nel caso del più forte terremoto storico conosciuto nella regione (spesso stimato da vecchi documenti, ma non oltre i 500 anni). Quindi il terremoto di riferimento nei Pirenei è quello del 21 giugno 1660, magnitudo stimata intorno a 6 e la cui intensità era IX a Bagnères-de-Bigorre ). Un simile terremoto causerebbe oggi danni significativi negli Alti Pirenei, ma sarebbe comunque sostenuto da tutte le grandi dighe .
Le rotture più frequenti hanno riguardato strutture di riporto di modeste dimensioni, costruite con materiali sabbiosi o limosi , o fondate su suoli di questa natura; in questo caso si può sviluppare un fenomeno chiamato tissotropia , che perde ogni resistenza alla sabbia o al limo saturo.
modellazioneI progressi dell'informatica e della modellistica matematica , nonché lo studio del feedback dell'esperienza ) consentono una modellazione sempre più realistica dei rischi di rottura (istantanea o per fasi) e dei loro effetti ( flusso turbolento o laminare ), a condizione che il modello sia alimentato da fattori geologici e dati idrologici di qualità, dell'"onda di rottura" ad esempio, sulla base delle equazioni di Saint-Venant applicate alle zattere o ai canali orizzontali o inclinati.
Questi progressi nella modellazione consentono anche di prevedere meglio gli effetti:
I numerosi incidenti verificatisi in passato hanno indotto la Svizzera a garantire la rigorosa messa in sicurezza di queste infrastrutture. Sono state stabilite norme riguardanti, ad esempio, il peso dei materiali utilizzati, la pressione dell'acqua, le variazioni di temperatura, le inondazioni, il congelamento, l'accumulo di sedimenti e gli eventuali terremoti. Di teodoliti calcolatori e segnali satellitari per misurare spostamenti millimetrici e deformazioni della struttura della diga. “I rapporti e le registrazioni delle misurazioni vengono analizzati e interpretati da specialisti e dall'Ufficio federale dell'energia. "
Un allarme permette alla popolazione di mettersi al riparo se la rottura della diga è imminente.
La sicurezza operativa delle dighe è responsabilità civile e penale dei suoi operatori. Tuttavia, dato il rischio e l'entità delle potenziali conseguenze, l'area è controllata dai servizi statali. Le dighe situate in concessioni idroelettriche fanno parte del Demanio Idroelettrico Pubblico. I DREAL (già DRIRE, Divisione Energia) sono incaricati della supervisione di queste opere di proprietà dello Stato e affidate per concessione ad un committente/gestore. Il MISE (Missione Inter Servizi sull'Acqua, all'interno della DDEA) è responsabile delle strutture realizzate e gestite in regime autorizzativo (piccolo idroelettrico e strutture senza consumo energetico).
Dopo il disastro Malpasset (2 dicembre 1959), il Ministero dei Lavori Pubblici ha redatto la circolare n . 70-15 del 14 agosto 1970 che disciplina i compiti e gli obblighi degli organi ispettivi degli operatori. Il Ministero dell'Industria ha integrato la circolare 70-15 con una circolare BMI (dighe di medie dimensioni) del 23 maggio 1995, applicabile alle sole opere in concessione. Parallelamente, nel 1963 è stato creato il CTPB (Comitato tecnico permanente per le dighe), che nel 2007 è diventato il Comitato tecnico permanente per le dighe e le opere idrauliche (CTPBOH) che riunisce i maggiori esperti francesi, e dal 1992 le dighe più grandi sono state soggetto a PPI (piano speciale di intervento) dove vengono analizzati i rischi (compresi terremoti e frane del tipo diga del Vajont ).
Con l'apertura del mercato elettrico e il cambio di status dei principali operatori (EDF, CNR, SHEM ), le circolari sono diventate inefficaci e, dopo una riflessione congiunta, nel 2007, nuove norme che riprendono ed accentuano le disposizioni poste in essere. auscultare le dighe e analizzare il loro comportamento.
Tutte le dighe di altezza superiore a due metri, idroelettriche e non, sono classificate legalmente in base a due delle loro caratteristiche geometriche:
Le tre classi sono:
Una quarta classe, D, riguardante le dighe non classificate in A, B o C e di altezza superiore a 2 m , esisteva tra il decreto del 2007 e quello del12 maggio 2015.
Le dighe di classe A sono soggette a uno studio di rischio (EDD) ogni dieci anni , un esame tecnico completo, ecc. (che sostituisce la vecchia ispezione decennale) e una revisione della sicurezza (RPS). Le dighe di classe B sono soggette a uno studio di rischio ogni dieci anni.
Tutte le dighe classificate (A, B, C) devono avere:
Sono oggetto di:
I prefetti possono inasprire le condizioni per il monitoraggio delle strutture, in particolare aggiornandole.
Lo smantellamento delle dighe è motivato da considerazioni di sicurezza, costi e, sempre più, ambientali.
Caso di sbarramenti e piccole digheLa metà delle dighe e delle piccole dighe in Francia non ha un uso industriale o agricolo noto (o non più). La prima diga idroelettrica smantellata è quella di Kernansquillec a Plounévez-Moëdec, nella Côtes-d'Armor. “Nel 1996, la demolizione della diga idroelettrica, la prima in Francia su un fiume di salmoni, ha permesso al paesaggio sommerso di riemergere. " Inoltre, poiché non soddisfacente agli obblighi di pubblica sicurezza, la diga di Piney (acqua potabile, gestione del progetto comunale) a Saint-Chamond è stato messo in sicurezza nel 2000 da perforazione di un chiusa ai piedi della diga. Lo smantellamento di piccole dighe e sbarramenti è sempre più spesso giustificato per motivi di risparmio sui costi di manutenzione e per ristabilire la libera circolazione dei pesci, mentre in parte dei bacini idrografici il rientro dei castori permette di ritrovare dighe di castori , che rallentano il flusso dell'acqua, e migliorano l'eterogeneità dei corsi d'acqua così come l'approvvigionamento di acque sotterranee.
Caso di grandi digheLo smantellamento delle grandi dighe è quasi sempre giustificato dalla sicurezza (raggiungimento del limite di vita della diga), anche se ciò consente poi agli ecosistemi fluviali di funzionare in modo più naturale, anche perché il corso d'acqua si è spesso sviluppato a valle e a monte. L'investimento iniziale effettuato dal costruttore, giustificato da una pubblica utilità (acqua potabile, irrigazione e/o elettricità) con un mezzo generalmente classificato come partecipante allo sviluppo sostenibile , non è generalmente destinato ad essere abbandonato o distrutto finché la diga si dimostra utile . I finanziamenti per lo smantellamento a fini di piscicoltura (principalmente ricreativi) e la progettazione di mezzi sostenibili per sostituire la produzione di energia così persa sono generalmente inesistenti.
Alternativa al fotovoltaicoStudi prospettici mostrano che una quantità equivalente (o anche molto maggiore) di energia elettrica potrebbe essere prodotta installando pannelli fotovoltaici nell'area precedentemente allagata dalla diga (in aree talvolta desertiche per la diga di Assuan per esempio) e/o su siti esterni. I costi, i vincoli e le difficoltà di immagazzinamento dell'energia elettrica avevano finora eliminato questa alternativa nel mix energetico , ma, secondo ricercatori come J. Waldman, S. Sharma, S. Afshari e B. Fekete, con le attuali tecnologie, per sostituire tutte l'energia idroelettrica prodotta dal Paese (274.868 GWh/anno nel 2016 prodotti da 2.603 dighe), occorrerebbero 529.885 ettari di pannelli solari, ovvero circa la superficie del Delaware, che rappresenta solo il 13% della superficie dei bacini dighe esistenti nel paese. Se tutte le dighe idroelettriche del Paese venissero rimosse, il 50% della terra riemergente sarebbe sufficiente per produrre 945.062 GWh/anno , ovvero 3,44 volte più elettricità di tutta la produzione idroelettrica attuale. A titolo di confronto, negli Stati Uniti nel 2019 sono stati prodotti 35.919 GWh/anno di energia elettrica fotovoltaica , pari a circa il 13% della produzione idroelettrica del 2016.
Tale valutazione cita il fatto che le dighe sono diventate spesso fonti di sedimenti e di gas serra , ma non tiene conto del valore della diga come mezzo di immagazzinamento dell'acqua e di "accumulo di energia elettrica". valli poco orientate, né costi di smantellamento e installazione (che variano molto a seconda del sito, anche se generalmente viene costruita e manutenuta una strada per l'accesso alla diga e se l'allacciamento elettrico è già presente). Alcune dighe potrebbero essere solo parzialmente smantellate e mantenere una funzione di stoccaggio complementare e, nota J. Waldman e colleghi, lo stoccaggio di energia elettrica mediante batterie meno costose, meno inquinanti e più sicure (ad esempio calcio-zolfo) o mediante stoccaggio inerziale apre prospettive di la futura sostituzione di tutte o parte delle dighe con impianti fotovoltaici, "con un utilizzo molto minore del suolo, con notevoli vantaggi ambientali ed ecologici" .
Una diga è un fattore di frammentazione ecologica quando rallenta o blocca la migrazione delle specie acquatiche. Alcuni paesi richiedono alcuni anni di nuovi lavori (in Francia, sui fiumi classificati come "migranti" dalla legge "Pesca" n o 84-512 del 29 giugno 1984) per includere le scale per il pesce . Questi rimangono rari su grandi strutture antiche o su fiumi dove non è identificata la presenza di specie migratorie. Alcune strutture sono attrezzate senza impegno, per volontà dell'operatore. Alcune scale per pesci mal progettate o costruite male possono essere inefficaci. Il trasporto del pesce su camion è a volte l'alternativa scelta, ad esempio sulla Garonna tra Carbonne e Camon , dove una serie di cinque grandi dighe avrebbe richiesto costose attrezzature, e un viaggio ancora arduo per il migrante. I pesci vengono quindi “intrappolati” ad un capo della catena, identificati e trasportati dall'autocisterna all'altro capo.
Se la gestione della diga non è adeguata, può sconvolgere il deflusso naturale e stagionale del corso d'acqua, influenzare il livello delle falde acquifere e il trasferimento di materiali in sospensione e sedimenti. Può avere effetti ritardati sugli ecosistemi di una vasta area a causa dell'allagamento dell'area a monte , e della forte modificazione del regime di deflusso dell'acqua dell'area a valle , nonché della modifica della qualità dell'acqua causata dal serbatoio . Il fiume raccoglie a valle l'acqua che in alcuni casi è stata utilizzata per l'irrigazione di città e industrie inquinate. Molte malattie, causate o favorite dall'inquinamento delle acque, sono comparse ad esempio in Egitto.
Una diga può generare una modifica delle strutture ecologiche e facilitare “ invasioni biologiche ”. In queste aree si ricostituisce più o meno rapidamente un ecosistema subnaturale e più o meno equilibrato (nell'arco di circa 30 anni un ecosistema verrebbe ricreato al 99% , soprattutto a valle nelle aree antiche. Tuttavia, questo ecosistema non è mai identico a quello originario: la scomparsa delle correnti a monte, e la fortissima diminuzione del flusso a valle, così come la scomparsa o l'appianamento dei flussi stagionali provocano generalmente la scomparsa di alcune specie autoctone Inoltre, uno studio pubblicato su Settembre 2008 ha confermato negli Stati Uniti che nei bacini idrografici gli ambienti artificiali, come i laghi di ritenzione, erano molto più favorevoli allo sviluppo delle cosiddette specie acquatiche " invasive " laghi naturali.Questo studio ha cercato di correlare nella regione dei Grandi Laghi l'importanza delle invasioni biologiche con la fisico-chimica del corpo idrico, l'intensità e la natura delle attività nautiche a a causa della distribuzione geografica di cinque specie non autoctone. Lo studio ha mostrato che il rischio di invasione biologica è (per la regione dei Grandi Laghi) da 2,4 a 3 volte maggiore nei bacini idrici rispetto ai laghi naturali (intorno al 2005/2008). Tale rischio è aumentato nel tempo e la minaccia aumenta per i laghi naturali in quanto l'aumento del numero di argini interessati ha ridotto quasi ovunque la distanza tra l'acqua "contaminata" e l'acqua naturale. È in questo caso l'uomo a svolgere il ruolo principale di venditore ambulante e in particolare secondo Pieter TJ Johnson uno degli autori dello studio, le attività di pesca e nautica che favoriscono la diffusione di molti organismi, tra cui la cozza zebrata (appesa sotto barche), invasive watermilfoils appesi rimorchi per imbarcazioni, arcobaleno sperlani e un invasivo gamberi che è stato utilizzato come esca (ora vietato).
Mentre l' energia idroelettrica è tradizionalmente vista come energia pulita , i serbatoi delle dighe possono emettere gas serra attraverso la deforestazione, l'immersione della vegetazione nel serbatoio o l'attività batteriologica nel serbatoio e nell'area periodicamente, che rilasciano grandi quantità di anidride carbonica e/o metano .
In Egitto è apparso un nuovo rischio in seguito al riempimento del lago Nasser : il rischio sismico. L' alta diga può resistere a una magnitudo 7 della scala Richter , ma la città di Assuan non è protetta per terremoti di magnitudo superiore a 5.14 novembre 1981, un terremoto di magnitudo 5.4 ha scosso la regione. Dalle misurazioni di sismicità e resistività elettrica del sottosuolo, Kebeasy è riuscito a dimostrare che questa imponente massa d'acqua trattenuta dal lago artificiale è infatti responsabile di una ripresa dell'attività sismica.
Impatti positiviUn lago diga può essere un luogo di accoglienza degli uccelli migratori, un luogo di riproduzione di alcune specie acquatiche,
Un lago diga può migliorare le condizioni di bassa portata . Sempre di più, le dighe idroelettriche partecipano al sostegno delle basse portate, consentendo una vita estiva in fiumi altrimenti interessati da numerosi prelievi (autorizzati e non), migliorando il raffreddamento delle acque, e la diluizione dell'inquinamento a valle. . In Francia, dalla stessa Legge sulla Pesca del 1984, tutti gli ostacoli sui fiumi francesi devono lasciare nel corso d'acqua 1/40 del modulo (portata media), e 1/10 per tutte le strutture nuove o di cui si rinnova il titolo. Per porre fine a questa situazione diseguale (che pone molti problemi di variazione delle portate sullo stesso corso d'acqua), la nuova legge sulle acque e gli ambienti acquatici fissata a1 ° gennaio 2014il termine di consegna di 1/10 per tutte le opere. Tale LEMA introduce però l'eccezione delle dighe ad alta prevalenza, garantendo il sostegno della rete elettrica, alle quali il flusso riservato può essere limitato a 1/20 (elenco da stabilire con decreto). Parimenti, previa giustificazione di apposito studio, il flusso può essere modulato nell'arco dell'anno (modalità riservata).
Un lago diga può essere una fonte di produzione di energia rinnovabile , quando è una diga idroelettrica.
Ad esempio, nel caso della Cina e della Diga delle Tre Gole , diventata la più grande centrale idroelettrica del mondo con una produzione annua di 84,7 miliardi di chilowattora, si è registrato un miglioramento della qualità dell'aria nella regione. , grazie all'economia cinese di 50.000 tonnellate di carbone ogni anno.
La progettazione di una diga, come l' Aswan High Dam , aiuta a gestire e razionalizzare l'uso dell'inondazione del fiume. Senza questa innovazione tecnologica, nell'esempio del caso di Assuan, i periodi di siccità e inondazioni eccezionali non avrebbero cessato di condizionare la popolazione egiziana in forte aumento; questo raddoppio ogni 20 anni : 20 milioni nel 1950, a 40 milioni nel 1970; proseguendo in questo modo, avrebbe potuto raggiungere gli 80 milioni di egiziani nel 1990, mentre questa cifra è stata raggiunta solo nel 2012. Infatti, la riserva idrica del lago Nasser ( 157 miliardi di metri cubi), creata grazie alla costruzione della diga di Aswan , ha permesso il miglioramento di diverse centinaia di migliaia di ettari di terre desertiche. Il funzionamento, reso possibile tutto l'anno, dell'impianto di irrigazione ha consentito un incremento della produzione agricola. Il numero dei raccolti è raddoppiato, addirittura triplicato grazie alla gestione delle piene, nonché all'ammodernamento dell'irrigazione e del drenaggio. La superficie coltivata è raddoppiata tra il 1970 (prima della creazione del lago Nasser) e l'inizio degli anni 2000.
Vengono costruite anche dighe per l' irrigazione o l'acqua potabile per fornire benefici all'agricoltura e all'approvvigionamento idrico . Tali impatti devono pertanto essere valutati allo stesso modo degli svantaggi per l'ambiente acquatico o per la pesca ricreativa .
La costruzione di una diga ha generalmente molti impatti economici. La Hoover Dam , situata sul fiume Colorado negli Stati Uniti, ha consentito ad esempio un notevole sviluppo del sud-ovest americano, grazie alla produzione idroelettrica e all'irrigazione dei terreni. Pertanto, città come Los Angeles o Las Vegas probabilmente non avrebbero mai conosciuto tale importanza senza l'approvvigionamento idrico reso possibile dalla diga.
L'erezione della diga delle Tre Gole ha avuto molti effetti positivi sull'economia cinese. Innanzitutto, la produzione di elettricità che ha generato avvantaggia notevolmente questo Paese in pieno sviluppo economico. Poi, la nuova gestione dell'acqua risultante dalla sua costruzione ha avuto due importanti effetti positivi. Da un lato, quella che è stata una delle principali sfide del progetto, i trasferimenti tra il Sud della Cina, regione dei monsoni ricca di acqua, e il Nord chiaramente svantaggiato in materia idrografica, consentono uno sviluppo economico e sociale sostenibile di queste regioni settentrionali. D'altro canto, la gestione delle alluvioni, un tempo mortali in più occasioni, consente un migliore sviluppo delle regioni attraversate dal Fiume Azzurro , su cui è costruita la diga. Infine, sul Fiume Azzurro fu consentita la navigazione di imbarcazioni di oltre 10.000 tonnellate, favorendo il commercio, l'apertura economica di alcune metropoli cinesi e lo sviluppo del Nord.
Inoltre, in Egitto, anche la diga di Aswan , con una capacità elettrica di 2.100 MWh , è un importante contributo all'economia egiziana. Tuttavia, in agricoltura, nonostante il controllo dell'approvvigionamento idrico in tutte le stagioni, a dieci anni dal completamento della diga, i risultati furono negativi: produzione agricola insufficiente, calo della fertilità del suolo, nonché squilibri economici e sociali (perché la crescita della popolazione supera quella della produzione). Inoltre, l'autonomia alimentare non viene raggiunta perché, ad esempio, nel 2002 l'Egitto produceva solo il 25% del grano che consumava mentre nel 1960 ne produceva ancora il 65%.
In alcuni casi le dighe fanno parte di un più ampio piano di integrazione economica: è il caso delle dighe di Jirau e Santo Antônio , sul fiume Madeira nello stato di Rondonia in Brasile. Infatti, il piano iniziale per la costruzione delle dighe prevedeva un altro: un enorme programma di sviluppo per il Sud America chiamato IIRSA ( Iniziativa per l'integrazione delle Infrastrutture regionali del Sud America ).
Tuttavia, questo piano di integrazione regionale è fortemente controverso da molte organizzazioni non governative.
Mentre molte dighe comportano lo spostamento della popolazione, questo non è stato il caso della diga di Hoover, costruita in una zona particolarmente arida del West americano. Tuttavia, ebbe ancora importanti ripercussioni sul modo di vivere degli indiani Navajo che vivevano nelle vicinanze. In effetti, l'economia Navajo, in questo periodo basata sull'allevamento di pecore e capre, era minacciata quando il governo la ritenne responsabile di un aumento dell'apporto di limo nel bacino della diga a causa dell'erosione dei terreni causata dall'allevamento di animali. . Così, il massiccio acquisto di bestiame da parte del governo ha avuto importanti conseguenze sulla struttura socio-culturale degli indiani, modificando il loro modo di vivere.
Lo spostamento delle popolazioni, invece, è nel caso della diga delle Tre Gole . La costruzione della diga ha infatti comportato l' allagamento di tredici città e 1.500 villaggi, provocando lo sfollamento di oltre 1,2 milioni di persone. Se uno degli obiettivi dichiarati dalle autorità cinesi era il miglioramento delle condizioni di vita di queste persone che vivono di piccola agricoltura e il loro trasferimento in alloggi nuovi di zecca, è chiaro che l'azienda è stata un fallimento.
Ma l'alluvione non riguarda solo città e paesi: molti siti archeologici sono stati inghiottiti anche in seguito alla costruzione della diga. Complessivamente, quasi 230 importanti siti storici della civiltà cinese sono stati distrutti o trasferiti a causa dell'innalzamento delle acque.
Lo stesso scenario è accaduto in Egitto, durante la costruzione della diga di Assuan , un appello lanciato dall'UNESCO: entro la fine della costruzione, la valle del Nilo si trasformerà in un enorme lago e i templi della Nubia rischiano di essere sommersi da le acque. Questo appello alla solidarietà ha prodotto una presa di coscienza universale e una mobilitazione mondiale: in tre anni i due templi di Abu Simbel sono stati spostati. Dal punto di vista archeologico si è evitato un disastro culturale integrale. Tuttavia, gran parte degli abitanti di Nubia furono costretti a lasciare la loro terra, sradicato, sono stati trasferiti in nuove città a Kom Ombo in Egitto e Khashm El Girba in Etiopia . Inoltre, la popolazione, venuta dalla bassa valle per insediarsi sugli argini, è ora minacciata dalle inondazioni intorno al lago Nasser . Infatti, se il livello del fiume non varia più di qualche decina di centimetri ad Assuan a valle della diga, a monte, invece, è il lago Nasser ad essere soggetto ad allagamento. Nonostante il suo enorme volume, questo lago non può assorbire le più forti inondazioni del Nilo; nel 1998 si è verificata l'alluvione più grave dalla costruzione della diga, in termini di distruzione di proprietà e numero di vittime. Un'altra conseguenza negativa dell'alta diga è legata ai movimenti del vento di sabbia che interessano le popolazioni nubiane trasferite dalla valle a monte a Gharb Aswan, sulla riva sinistra, esposte al rischio di insabbiamento. Questo pericolo era noto prima della costruzione, ma è stato trascurato.
Un'altra conseguenza, contrariamente alle precedenti, è l'arrivo di nuove popolazioni: infatti, la costruzione di una diga richiede una grande quantità di lavoro. Nel caso di molte dighe, questa forza lavoro non è disponibile localmente e deve essere assunta altrove. È così che migliaia di lavoratori sono venuti a vivere vicino alle dighe di Jirau e Santo Antonio in Brasile. Una volta completata la costruzione della diga, questa grande massa di persone costituisce un problema sociale complesso, poiché spesso non ci sono abbastanza posti di lavoro nell'area colpita.
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