Check dams/ca

Les regions àrides i semiàrides sovint es caracteritzen per precipitacions breus i intenses que contribueixen a les inundacions i l'erosió a curt termini. Quan l'escorrentia superficial és elevada, la pluja aporta poca contribució a l'aqüífer de la conca i els fluxos d'alta intensitat transporten sediments en canals i llits d'escorrentia cap a masses d'aigua superficials. En aquests casos es pot utilitzaruna presa de control com a tècnica de captació d'aigua de pluja per a la recàrrega dels aqüífers.

Què és una presa de control?

Una presa de control és una barrera permeable col·locada a la trajectòria del flux d'una via fluvial efímera, com ara un canal, un rierol, una sèquia o un abocador (aquests termes s'utilitzen indistintament al llarg d'aquesta pàgina) per dificultar el flux i provocar l'agrupament aigües amunt. Aquesta concentració d'aigua augmenta la infiltració de la pluja a les aigües subterrànies i redueix els efectes de l'erosió mentre atrapa els sediments transportats i impedeix el transport aigües avall. S'ha demostrat que les preses de control són especialment efectives per atrapar sediments quan es col·loquen en barrancs en zones amb relleu terrestre greu. ^{[ 1 ]}

Les preses de control tradicionals a petita escala solen estar fetes de roca natural, fusta o formigó de ferralla de 10 a 24 polzades de diàmetre. Les preses de control temporal també es poden construir amb teixit, bales de palla i raspall. Altres tipus específics de preses de control inclouen un gabió (presa de control tradicional amb embolcall addicional de filferro per proporcionar una major estabilitat i tanques de llim que es veuen habitualment a les rases de la carretera i prop de les obres). Tot i que són ideals per a aplicacions efímeres susceptibles a fluxos sobtats en resposta a esdeveniments de pluja, les preses de control també s'han implementat amb èxit en entorns urbans d'aigües pluvials, regions de relleu topogràfic greu i en terrenys plans com a mitjà de desviació de l'escorrentia per a altres usos.

Història

Algunes de les primeres preses de control conegudes es troben al nord d'Àfrica i els arqueòlegs creuen que es remunten a l'època romana o preromana ^{[ 2 ]} . Aquestes preses de control s'utilitzaven normalment per frenar i desviar l'aigua per al reg local. Les preses de control s'han utilitzat històricament i es continuen utilitzant en aplicacions que responen als esdeveniments de pluja en lloc de rieres i rius perennes. S'han implementat amb èxit a regions àrides i semiàrides com el sud-oest dels Estats Units, la regió de Gujarat a l'Índia i les terres seques del nord d'Àfrica, així com altres regions. La implementació de preses de control està augmentant en entorns urbanitzats per proporcionar una regulació del cabal a les basses de recollida d'aigües pluvials a causa del cost i la facilitat de construcció i el manteniment mínim requerit ^{[ 3 ]}

Teoria de l'enginyeria

Comproveu el funcionament de les preses reduint el cabal d'aigua a través d'un canal, provocant l'acumulació d'aigua immediatament aigües amunt. El cabal en una via fluvial és una funció de la velocitat i l'àrea de la secció transversal de l'aigua a la via fluvial, i es pot estimar com es mostra: ^{[ 4 ]}

Equació 1:Q=v*A

on

• Q = Caudal (m ³ /s)
  
• v = Velocitat mitjana de l'aigua al canal (m/s)
  
• A = Àrea de la secció transversal d'aigua al canal (m ² )

A partir de l'equació 1 es pot observar que donat v es manté constant, Q disminueix a mesura que disminueix A. La taxa d'acumulació d'aigua immediatament aigües amunt es pot determinar a partir d'un balanç de massa simple:

Equació 2:Accumulation=Qin−Qout

on

• Q _in = cabal d'aigua a l'abocador aigües amunt de la presa de control (m ³ /s)
  
• Q _out = cabal d'aigua a través de la presa de control (m ³ /s)

Per determinar Q _out , primer s'ha de determinar la quantitat d'àrea de la secció transversal reduïda per la presa de control. Aquest valor es pot estimar determinant la porositat de la presa de control. La porositat (n), es defineix com el volum d'espai aeri (buits) en proporció al volum total d'una mostra de sòl d'agregat, ^{[ 5 ]} i com que la proporció de volums d'una mostra donada és igual a la relació d'àrees, la porositat es pot escriure com

n=Avoids/Atotal

o

Equació 3:Avoids=Atotal*n

A l'equació 1 es poden substituir _{els buits A per A per aproximar} Q a través d'una presa de control. Els valors de porositat d'un agregat angular com el que s'utilitza per a les preses de control oscil·len entre 0,2 i 0,5, amb un valor típic d'aproximadament 0,3 (24). Aquestes equacions proporcionaran una estimació raonable només si la presa de control no està submergida. En molts casos, pot ser desitjable estimar el volum d'aigua que una presa de control és capaç d'emmagatzemar temporalment. Això es pot calcular mitjançant l'equació 4:

Equació 4:V=0.5*w*h*l

on

• V = Volum d'aigua emmagatzemada (m ³ )
• w = amplada de l'aigua emmagatzemada aigües amunt de la presa de control (m)
• h = profunditat de la columna d'aigua immediatament aigües amunt de la presa de control (m)
• l = longitud del dipòsit d'aigua aigües amunt de la presa de control (m)

Tot i que el nivell d'aigua aigües amunt de la presa de control rarament es mantindrà constant a causa de Q _out , l'equació 4 proporciona una bona estimació del potencial d'emmagatzematge temporal proporcionat per una configuració específica de la presa de control. Donada la profunditat de l'aigua immediatament aigües amunt de la presa de control, la infiltració es pot estimar utilitzant la Llei ^W de Darcy per al flux a través d'un medi porós. ^{[ 5 ]}

Disseny

La col·locació de la presa de control és la primera consideració. El lloc ha d'estar en una part aigües amunt del drenatge o del llit del rierol on els volums de cabal siguin més manejables. Les preses de control no s'han de col·locar a prop de revolts o desnivells pronunciats de la via fluvial, ja que això facilita el fregament i el flux preferent d'aigua al voltant, en lloc de travessar, la presa de control. A més, pot ser avantatjós col·locar la presa de control en una zona on hi hagi abundants materials de construcció (és a dir, roques de mida adequada), encara que això no és possible en tots els casos.

Les preses de control es col·loquen idealment en sèrie, començant al tram superior de la via fluvial i s'estenen aigües avall. L'espai entre preses de control ha de ser tal que l'alçada de la presa de control aigües avall augmenti el nivell de l'aigua a l'abocador fins a la base de la presa de control immediatament aigües amunt, tal com es mostra a continuació. Les preses de control orientades d'aquesta manera funcionen essencialment com a piscines escalonades i es poden modelar com a tal ^{[ 6 ]}

Els materials s'han d'obtenir abans de començar la construcció de la presa de control. El material de la presa de control, com ara pedres naturals, peces de formigó o bales de fenc, s'ha de recollir i transportar al lloc de la presa de control proposada. Si es pretén que les roques naturals o el formigó de ferralla serveixin com a material de construcció, seleccioneu roques o peces de formigó d'almenys 30 a 60 centímetres de diàmetre o almenys 9 quilos de pes. ^{[ 7 ]} L'àrid d'aquesta mida és necessari per evitar el rentat de la presa de control durant els períodes de cabal alt. A més, materials com pales i pics poden ser desitjables per a parts de la construcció i s'han de recollir abans de construir la presa de control.

La presa de control s'ha d'orientar perpendicularment al flux de l'abocador, tal com es mostra a la figura 3. Comenceu en condicions seques excavant una rasa a través de la via fluvial tant al llit de la via fluvial com als marges. Comenceu cavant una rasa a través de la via fluvial i als bancs de cada costat. És necessari un ajustament adequat al terraplè per proporcionar estabilitat a la presa de control durant cabals elevats, especialment en el cas dels gavions. És ideal per asseure les roques a la capa inferior per dirigir el flux d'aigua a la part inferior del canal cap amunt i per sobre, en lloc de sota, la capa inferior de roques.

Cal parar atenció a l'alçada de la presa. La construcció de la presa de control ha de contenir un punt baix al centre que sigui 1/2 de la profunditat del canal i abasta aproximadament 1/3 de l'amplada del canal. Aquesta part pot ser rectangular o en forma de V, i actua com a "camí del flux" per a l'aigua quan l'alçada de l'embassament és superior a l'alçada de la presa de control.

Les parts de la presa de control properes als marges del rierol han de tenir una alçada lleugerament inferior a la del terraplè. Si no s'utilitza l'embolcall de filferro, la presa de control ha de tenir una relació alçada/profunditat no superior a 1,5:1 per mantenir l'estabilitat durant els esdeveniments de cabal alt. Es poden col·locar roques addicionals o altres retalls al peu de la presa de control per proporcionar resistència al fregament i al moment. Quan implementeu preses de control en sèrie, comenceu per la presa de control més alta i construïu noves preses de control treballant gradualment aigües avall.

Operació i Manteniment

Una presa de control ben construïda no requereix cap intervenció operativa i un manteniment mínim. Les preses de control s'han d'inspeccionar periòdicament després de la instal·lació i després d'esdeveniments de pluja severa. Una presa de control col·locada massa baix en un drenatge o sobreeixidor sense un amortiment adequat aigües amunt (a partir de preses de control addicionals o d'una altra manera) pot ser susceptible de fregar just aigües avall del peu de la presa, i una presa de control construïda sense un camí de flux adequat pel centre de la presa pot ser susceptible de fallar. La socavació total es pot estimar com la suma de la degradació, la socavació per contracció i la socavació dels pilars; ^{[ 8 ]} a Sturm s'ofereix una discussió detallada del soroll . La foto de la dreta mostra una presa de control sense traçat pel centre; el resultat d'això va ser fregar la vora exterior de la presa. Tot i que la presa de control encara acumularà aigua durant un esdeveniment de pluja, ja no impedeix el transport de sediments a les parts més baixes de la conca hidrogràfica. En casos com aquests, cal manteniment. Com que l'estabilitat del banc s'ha vist compromesa, la presa de control s'ha d'ampliar per cobrir la nova zona erosionada i s'ha d'ajustar la forma de la secció transversal de la presa per facilitar el flux d'aigua pel centre, més que al voltant de la presa.

El manteniment també depèn del material de la presa de control. Els dissenys de construcció que utilitzen materials de construcció robustos com ara roca o formigó requereixen menys manteniment que les preses de control que consisteixen en roba, raspall o bales de fenc. La robustesa del disseny redueix la necessitat de reparar la presa després d'un esdeveniment de pluja intensa, i la construcció d'un gavions pot ser desitjable en vies fluvials que suporten volums d'escorrentia d'alta intensitat a causa de la integritat estructural obtinguda mitjançant l'embolcall de filferro. Després dels esdeveniments de precipitació o durant els fluxos de primavera, és possible que s'hagin de reemplaçar o substituir les preses de control de tela, i s'han de reposicionar els raspalls o bales de fenc segons sigui necessari per mantenir l'eficàcia de la presa de control.

Avaluació

Comprovar el rendiment de la presa es pot analitzar en funció de diversos criteris. Un dels propòsits potencials de la implementació de la presa de control és augmentar la contribució de la pluja a les aigües subterrànies. L'efectivitat d'una presa de control es pot determinar mesurant la infiltració del dipòsit temporal creat per una presa de retenció en resposta a una pluja segons la Llei de Darcy [1] . Un altre propòsit de la implantació de la presa de control és reduir el transport de sediments a través d'un canal d'escorrentia. Els dipòsits de sediments es poden mesurar més fàcilment al llarg del temps registrant la profunditat del sediment immediatament aigües amunt d'una presa de control durant els períodes secs. Un mètode addicional per avaluar els canvis en el transport de sediments inclou la comparació de la terbolesa aigües avall.

Es pot fer una avaluació addicional de les preses de control sobre la base de la longevitat de la presa i l'alteració del camí del flux del canal. Tal com es descriu a la secció Construcció anterior, les preses de control s'han de construir per suportar els fluxos d'aigua que normalment responen a un esdeveniment de pluja. A més, la trajectòria del flux del canal no s'hauria de veure alterada per la col·locació d'una presa de control. El fregament del banc de canals al voltant de les vores exteriors de la presa de control és indicatiu de la trajectòria de flux preferent al voltant, més aviat a través de la presa de control. Això es pot solucionar reduint l'alçada central de la presa de control o alterant els materials de construcció utilitzats per augmentar el pas del cabal a través de l'àrea de la presa perpendicular al cabal del rierol.

El rendiment de les preses de control en entorns reals varia segons el disseny i l'execució de la construcció. S'ha documentat que fa dècades que hi ha preses de control robustes en grans aplicacions i preses de control a petita escala col·locades en sèquies amb esdeveniments de cabal de baixa intensitat; la presa més antiga coneguda construïda sense morter és una presa de gravetat que es creu que va funcionar durant més de 4.000 anys. ^{[ 9 ]} Les preses de control mal construïdes poden fallar i han fallat en el primer esdeveniment de pluja d'alta intensitat al qual estan exposats.

Impactes

Les preses de control, quan s'implanten correctament, proporcionen una entrada addicional a l'aqüífer local; una presa de control d'1,5-2 m pot recarregar una àrea d'aproximadament 10 hectàrees ^{[ 10 ]} . A més, poden ser una font temporal d'aigua per ser desviada per al reg, així com reduir l'erosió i el transport de sediments als canals d'escorrentia. Els sediments que, d'altra manera, haurien estat transportats per la via fluvial s'acumulen immediatament aigües amunt de la presa de control i poden servir com a medi de cultiu adequat per a plantes locals capaços de tolerar una exposició intensa i esporàdica a l'aigua. Una simple comparació d'Hidrograf pot il·lustrar molts dels impactes positius que proporcionen les preses de control.

Com es mostra a la figura 4, un patró hidrològic típic a les vies fluvials sensibles a la pluja és un flux d'aigua curt i intens que es dissipa ràpidament. Aquest "tap" d'aigua és el que contribueix a l'erosió i les inundacions en una via fluvial. Quan s'implementen en sèrie a partir de les etapes superiors d'una conca hidrogràfica, les preses de control redueixen la intensitat del pic hidrològic en un canal després d'un esdeveniment de pluja allargant la quantitat de temps en què l'aigua és transportada per la via fluvial. També és notable que el temps de concentració arriba més tard en un canal amb preses de control ajustant el gradient del rierol ^{[ 11 ]} ; això proporciona flexibilitat addicional en les opcions de collita si es desitja. A mesura que el sediment s'acumula darrere d'una presa de control, pot arribar a ser adequat per a la plantació de vegetació local. En algunes zones, es poden utilitzar preses de control per recolzar arbres fruiters i cultius de cereals. ^{[ 12 ]}

La implementació de la presa de control també pot contribuir a diversos punts de conflicte potencial. Les preses de control alteren les característiques de cabal de la via fluvial en la qual es col·loquen; encara que els impactes de les preses de control són en gran part positius (com s'ha comentat anteriorment), les característiques de cabal moderat afectaran els usuaris d'aigua aigües avall al llarg del canal. Depenent de l'ús de l'aigua, la resposta moderada a la precipitació pot ser indesitjable o problemàtica per als usuaris aigües avall. La implementació de la presa de control afecta no només els patrons hidrològics, sinó també el volum d'aigua. El volum d'aigua que controla les preses contribueix a la recàrrega dels aqüífers és aigua que, d'altra manera, hauria continuat aigües avall. Això pot afectar negativament els usuaris aigües avall amb una aplicació d'ús d'aigua elevat. Aquestes implicacions s'han de tenir en compte abans de la construcció, amb especial diligència als requisits reglamentaris o directrius que poden dictar l'ús de l'aigua a la regió. La gestió de la conca fluvial es veu molt afectada per la legislació ambiental; la Llei de conservació de peixos i vida silvestre de 1958 va establir que els propòsits del projecte en una conca es coordinarien amb la conservació de peixos i vida silvestre. ^{[ 13 ]} A més, la Llei de política ambiental nacional de 1970 [2] , les esmenes de la Llei de control de la contaminació de l'aigua de 1972 [3] i les esmenes de la Llei d'espècies en perill d'extinció de 1978 i 1978 [4] proporcionen directrius i restriccions addicionals en l'àmbit de la gestió de la conca.

Difusió

Actualment, s'està distribuint la metodologia de construcció i altra informació a través de diverses organitzacions:

Permaculture Research Institute of America ^{[ 14 ]} El Permaculture Research Institute of America (PRI USA) [5] pretén "treballar amb comunitats d'arreu del món, per ampliar el coneixement i la pràctica de l'agricultura sostenible integrada utilitzant l'enfocament de sistemes complets del disseny de permacultura". L'Institut actua com a recurs i assessora en projectes d'arreu del món.

L'Institut de Permacultura d'Austràlia : ^{[ 15 ]} L'Institut de Permacultura d'Austràlia (PRI Austràlia) [6] promou el disseny i el manteniment conscients d'ecosistemes productius agrícoles, inclòs l'ús de preses de control. Altres instituts de permacultura inclouen PRI Grècia i PRI Turquia.

Rainwater Harvesting for Drylands and Beyond Vols 1-3 de Brad Lancaster [7] Aquesta sèrie de llibres informatius discuteixen diverses tecnologies de captació d'aigua de pluja, amb una discussió específica sobre les preses de control. Aquestes publicacions proporcionen una discussió detallada de la ubicació del projecte, mètodes i materials de construcció, i manteniment de preses de control i altres tècniques de captació d'aigua de pluja.

Institut de Ciutats Sostenibles L'Institut de Ciutats Sostenibles [8] ^{[ 16 ]} és una plataforma de recursos de sostenibilitat i oportunitats de treball en xarxa destinada a ser utilitzada com a eina per ajudar les ciutats en el desenvolupament sostenible. L'institut proporciona informació sobre les aplicacions urbanes de les preses de control i els biobastics en un context de gestió de les aigües pluvials.

Alternatives de disseny

Una presa és una alternativa a una presa de control que utilitza material impermeable com ara formigó colat en el lloc o acer. Els dissuads solen tenir osques quadrades o en forma de V que dirigeixen el flux pel centre del canal. Els diguets s'utilitzen habitualment tant en canals efímers com perennes, i proporcionen tant un mitjà per crear un embassament dins d'un rierol o un riu com un lloc oportú per mesurar el cabal del rierol. Les preses de control també es poden utilitzar d'aquesta manera. Es pot estimar la transmissió de l'aigua a través de l'àrea de la secció transversal de la presa de control i la presa de control es pot construir de manera que es conegui la forma del camí del flux. Tenint en compte aquesta informació, es poden recollir mesures relativament precises del cabal del rierol basant-se en la profunditat de l'aigua que flueix a través del recorregut del flux de la presa de control. ^{[ 13 ]} Una altra alternativa per comprovar les preses és la col·locació de rip-rap sobre una llargada estesa del canal o rierol. Tot i que el rip-rap no proporciona una protecció adequada contra l'erosió de les ribes i pot no proporcionar la capacitat del dipòsit d'una presa de control, l'ús de rip-rap dissipa eficaçment l'energia cinètica a l'aigua corrent i redueix l'erosió a la part central del canal. El rip-rap pot ser més desitjable que una presa de control si es dóna molta importància a l'estètica d'aspecte natural, com ara un parc o una via navegable escènica.

Referències

Bibliografia

• Chin, David A. Enginyeria de la qualitat de l'aigua en sistemes naturals. 1a Ed. Hoboken: John Wiley and Sons, 2006. Imprès.
• Fetter, CW Hidrogeologia Aplicada. Quarta Ed. Upper Saddle River: Prentice Hall, 2001. Imprimeix.
• Jean-marc Mwenge Kahinda, Akpofure E. Taigbenu, Jean R. Boroto, Domestic rainwater harvesting to improve water supply in rural South Africa, Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, Volum 32, Issues 15–18, 2007, Pàgines 1050-1057
• JS Pachpute, SD Tumbo, H. Sally, ML Mul, Sustainability of Rainwater harvesting Systems in Sub-Saharan Africa, Water Resources Management, Volum 23, Número 13, 2815-2839. 2009
• Mitsch, William J. i James G. Gosselink. Zones humides. Quarta Ed. Hoboken: John Wiley and Sons, 2007. Imprimeix.
• N. Ibramo, P. Munguambe, Rainwater Harvesting Technologies for Small Scale Rainfed Agriculture in Arid and Semi-arid Areas, Waternet, 2007
• P. Houston, D. Still, Rainwater Harvesting: a negliged rural supply option. Socis en el desenvolupament.
• Recollida d'aigua de pluja: una línia de vida per al benestar humà. Programa Nacional de Medi Ambient
• Rainwater Harvesting Agriculture: Un sistema integrat per a la gestió de l'aigua en terres de secà a les zones semiàrides de la Xina. Fengrui Li, Seth Cook, Gordon T. Geballe i William R. Burch Jr AMBIO: A Journal of the Human Environment 2000 29 (8), 477-483
• Rainwater Harvesting and Utilization, butlletí del United National Environment Programme, http://web.archive.org/web/20190819133315/http://www.unep.or.jp:80/ietc/Publications/Urban/UrbanEnv-2/9.asp
• Sibonginkosi Moyo, Takura Nyimo, Jo Smet, Kristof Bostoen, Rainwater Harvesting in Southern Africa: Regional Annex, Water, Engineering, and Development Center 2006, Loughborough University
• Th.M. Boers, J. Ben-Asher, A review of rainwater harvesting, Agricultural Water Management, volum 5, número 2, juliol de 1982, pàgines 145-158, ISSN 0378-3774, 10.1016/0378-3774(82)90003-8. ( http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0378377482900038 )
• Th.M. Boers, Rainwater harvesting in arides and semi-arides zones, Institut Internacional per a la Recuperació i Millora de Terres, 1994
• Xiao-Yan Li, Jia-Dong Gong, Compacted microcatchments with local earth materials for rainwater harvesting in the semiariid region of China, Journal of Hydrology, Volum 257, Issues 1–4, 1 February 2002, Pàgines 134-144, ISSN 0022-1694, 10.1016/S0022-1694(01)00550-9. ( http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022169401005509 )

Contacte

• Recollida d'aigua de pluja per a zones seques i més enllà: http://www.harvestingrainwater.com/
• Institut de Recerca de Permacultura dels EUA: http://www.permacultureusa.org/
• Institut de Recerca de Permacultura Austràlia: http://www.permaculture.org.au/
• Institut de Ciutats Sostenibles: http://www.sustainablecitiesinstitute.org/view/page.home/home

Dades de la pàgina

Paraules clau	presa , aigua , aigua de pluja , preses , control d'inundacions , recàrrega d'aigües subterrànies
Autors	Luke Moilanen
llicència	CC-BY-SA-3.0
Portat des de	https://practicalaction.org ( original )
Llengua	Anglès (en)
Relacionats	0 subpàgines , 1 pàgines enllacen aquí
Àlies	Comprova la presa
Impacte	498 pàgines vistes ( més )
Creat	12 d'abril de 2012 per Luke Moilanen
Última modificació	23 d'octubre de 2023 per script de manteniment
Cita com	Luke Moilanen (2012–2023). "Comprova les preses" . Apropiació . Recuperat el 19 de març de 2025 .
Consultes de l'API	bàsic , semàntic , html , fitxers , més