Demning

En demning eller dam er en barriere for å hindre, omdirigere eller senke strømmen til rennende vann. Dette danner som regel et reguleringsmagasin eller vannreservoar som kan tappes av og brukes til irrigasjon eller kraftproduksjon. Betegnelsen stem brukes over store deler av Norge om eldre og mindre demninger tilknyttet bekkekverner og sagbruk. Små dammer med overløp kalles også terskler eller grunndamer, og brukes særlig for å skape vannspeil i elver med liten vannføring. De fleste dammer har damluker hvor vannet kontrollert kan tappes ut (f.eks inn til et vannkraftverk). Nederste del av dammen kalles damfot, mens toppen kalles damkrone.^[1]

Det er mer enn 45 000^[2] – 50 000 demninger av mer enn 15 meters høyde i verden, og de regulerer om lag 60 % av verdens større vassdrag.^[3] Av disse befant 22 000 eller 46 % seg i Kina i 2003, fulgt av USA (14 %), India med over 4 300 demninger (9 %), Japan (6 %), Spania (3 %), Canada (2 %), Sør-Korea, Tyrkia (1 %), Brasil, Frankrike, Sør-Afrika, Mexico, Italia, Storbritannia og Australia. Fra selvstendigheten i 1947 til år 2000 økte antallet større demninger i India fra 300 til 4 300.^[4] Av samtlige elver i verden antas halvparten å være oppdemmet.^[5]

Av verdens demninger regnes 300 som gigantiske.^[6] Verdens demninger kan magasinere 15 % av den globale avrenningen av ferskvann, mens enkelte elver får mer enn 100 % av sin gjennomstrømming regulert av demninger, slik at avrenningen til havet er lavere enn gjennomstrømmingen lengre oppe. Elver som har mer enn 100 % av vannstrømmen regulert er: Manicouagan (Canada), Colorado (USA), Rio Negro (Argentina), Volta (Ghana), Eufrat-Tigris, og Mae Khlong (Thailand).

Demninger har ofte miljøkonsekvenser, med oversvømming av biotoper ovenfor dammen, og uttørking av våtmarker samt tap av fruktbarhet i jordbruk nedenfor.^[7] Dessuten øker forekomsten av malaria nær større demninger.^[8]

Menneskelige anlagte dammer blir klassifisert etter bygningstype, beregnet bruk og høyde. Basert på type og bygningsmateriale er dammer klassifisert som tømmer-, mur-, betong- og fyllingsdammer, med flere underkategorier. Av fyllingsdammer finnes både jord- og steinfyllingsdammer. Av betongdammer finnes hovedsakelig buedammer, platedammer, lamelldammer og gravitasjonsdammer.

Det er imidlertid ikke bare mennesker som bygger demninger. Bevere (Castor), som er store gnagere, anlegger nemlig også dammer, og beverdemningene kan anta betydelige dimensjoner. I Wood Buffalo nasjonalpark i Alberta, Canada, ble det ved en tilfeldighet i 2007 oppdaget en enorm beverdemning, som viste seg å måle hele 850 m.^[9][10]

Beregnet bruk inkluderer vann til irrigasjon, drikkevann, vannkraft, forenkle navigasjon, parker, lage habitat for fisk og dyr, flomkontroll eller kontrollere spillvann fra industrien (f.eks gruver). Få dammer brukes til alle formålene, men det finnes noen flerbruksdammer som brukes til mer enn en.

I Norge ble dammer tidligere bygd for å skaffe vann til bl.a. bekkekverner, sagbruk, mølledrift, jernverk, gruvedrift, tømmerfløting og isproduksjon. Disse dammene ble som regel bygd av tre (tømmerkistedammer) eller hogde steinblokker (murdammer). Mange av murdammene står fortsatt, bl.a. Farrisdammen ved Larvik som ble bygd i perioden fra 1758 til 1765.

Høydemessig deles de inn i tre grupper, lavtrykkstasjoner som har ett fall på opptil 70 meter, mellomtrykk som har fallhøyde fra 60 til 250 meter, høytrykkstasjoner er vannkraftverk med en fallhøyde på over 250 meter.

Ofte lages det tunneler fra andre innsjøer som går til inntaksmagasinet for å øke kraftproduksjonen ved kraftverket uten å måtte bygge et nytt kraftverk.

Enkelte ganger blir også diker bygget rundt deler av for å hindre flom i områdene rundt magasinet. Diker brukes også for å gjøre områder under vann til landområder, dette har blitt brukt flere ganger i Nederland gjennom historien.

En overløpsdemning er designet for å flomme over og blir brukt i flomkontroll. Dammer som ikke tåler overtopping, og hvor et dambrudd vil få negative konsekvenser for mennesker, miljø eller eiendom, må være utstyrt med flomløp.

Omløpsdammer er demninger hvor bare deler av vannet blir ført vekk fra det opprinnelige elveleiet.

En fangdam er primært et tiltak for å fange opp og hindre at erodert jord og næringsstoffer kommer ut i nedstrøms vann og vassdrag. Det bør betraktes som et sekundærtiltak eller «siste skansetiltak» når alle andre tiltak på et jorde er utført. Fangdammer er mest aktuelt i åkerbruk hvor partikkelavrenningen er et problem, men også i intensive husdyrdistrikter hvor tråkk på beiter er betydelig, og hvor avrenning etter spredning av husdyrgjødsel er et problem. Tiltaket er spesielt effektivt hvis fosforinnholdet (P-AL) i dyrkingsjorda oppstrøms dammen er høyt.

En fangdam kan også kalles en sperredam, et midlertidig tiltak for å lede vannet bort fra et anleggsområde. Disse rives når anlegget er ferdig.

Tømmerdammer ble mye brukt i tidlige faser av den industrielle revolusjonen grunnet byggetiden og den lette konstruksjonen. De brukes sjelden i moderne tid grunnet den begrensede levetiden og den begrensede byggehøyden for slike konstruksjoner. Tømmerdammer er delt inn i to typer: Tømmerkistedammer er bygd opp av tømmerstokker på samme måte som laftede hytter. Den andre typen er bygget av planker, noe som gir mange forskjellige konstruksjonsmuligheter. Tømmerdammer i form av pinner og små stokker i tillegg til gjørme og steiner blir brukt av bevere.

Fyllingsdammer er laget av komprimert jord, og har to hovedtyper: stein- og jordfylte. Fyllingsdammer baserer seg på tyngdekraften på samme måte som gravitasjonsdammer (massivdammer) baserer seg på betongens vekt for å holde den stabil.

Steinfylte dammer er bygget opp av steinmasser i ulike soner. Typen masse bestemmes av bruken, kjernen er ofte laget av asfalt, betong eller morenestein. Deretter er det en filtersone av grus, før det blir større og større steiner etter som du kommer lenger ut i demningen (ut fra kjernen).

En jordfyllingsdam består enkelt sagt av en jordvoll rett over elven eller innsjøen som skal demmes opp. Forhold mellom høyde og bredde for sidene er typisk 1:3, og demningen blir dermed svært bred. For en 25 meter høy demning kan bredden i bunnen bli 250 meter. Ofte er det nødvendig med en tetningskjerne for at den skal bli tilstrekkelig tett. Det er også nødvendig å steinsette demningen for å unngå at vannet eroderer hull gjennom den.^[11] Jordfyllingsdammen er billig og egner seg om den kan gjøres lav.

Steinfyllingsdammen er som navnet sier bygget av stein og er en gravitasjonsdam. Den har sterkt skrånende vegger både mot vannsiden og luftsiden. Ofte brukes sprengt stein fra kraftanleggets vanntunneler. I kjernen er det en kjerne for å gi tetting, og som kan være laget av morenegrus og -sand eller asfaltkjerne. En annen løsning er såkalt frontaltetting, det vil si at det er lagt et tettende lag over demningens vannside. Denne må også være solid for å motstå bølger og is. Tettingen lages av betong, treplanker, asfalt eller asfaltbetong. Prinsippet for steinfyllingsdammen er at hver stein og hvert sandkorn holdes på plass av massene rundt. I en fylling av morenekjerne er det en langsom transport av vann tvers gjennom, men fordi massene i midten er svært fine blir strømningsmotstanden stor og lekkasjen tilsvarende liten.

Betongdammer kan i hovedsak deles i gravitasjonsdammer, platedammer og hvelv/buedammer.

• Gravitasjonsdammer er laget så store at egenvekten til demningen holder den på plass. En gravitasjonsdam gir ofte mer trygghetsfølelse (grunnet størrelsen) og har (spesielt i flomområder) ofte blitt valgt foran en buedam, selv om en buedam ville være tryggere og billigere. Gravitasjonsdammer er klassifisert som «hule» og «solide», de solide er mest vanlig, men den hule typen er som regel billigere å bygge.
• Buedammer (eller hvelvdammer) har stabilitet som er oppnådd med en kombinasjon av tyngdekraft og fjellet rundt. Hvis oversiden av demningen er loddrett ville all vekten blitt båret av fundamentet, ved en buet form på demningen vil kreftene bli fordelt på fundamentet i bunn og fjellsidene. Denne type dammer brukes stort sett bare i trange, dype elvedaler hvor de kan bygge den i mellom to fjellsider. Altadammen er buedam.
• Platedammer er laget av betong og har en plate på vannsiden og støttepilarer som holder vannet på plass på den andre siden. Eksempel på en platedam er Stengen dam.

Murdammer

Murdam er en felles betegnelse for dammer bygget av stein og steinblokker, som er avhengig av egen vekt for å være stabil (gravitasjonsdammer). Den konstruksjonsmessige utformingen er imidlertid svært varierende. Murdammer omfatter alt fra dammer som beregningsmessig er å betrakte som en gravitasjonsdam i betong (murdam lagt i mørtel) til dammer som konstruksjonsmessig har flere likhetstrekk med fyllingsdammer (murdammer med sentral røysfylling).

Murdammer er ofte eldre konstruksjoner og hovedvekten av anleggene ble bygd før 1960.

Gravitasjonsdam

Gravitasjonsdammer motstår vanntrykket med sin egenvekt. Disse dammene lages av betong og er massive. Typisk er tykkelsen på fundamentet 0,8^[12] ganger høyden. Med sin tyngde og betongens feste mot grunnen (fjellet) oppstår motkraft mot vanntrykket. Grunnens kraft vertikalt opp kalles opptrykket, og om ikke fjellet er stabil blir denne kraften en usikkerhet for hele konstruksjonen. Betong er kostbart derfor er dette en kostbar damtype.

Platedam

Platedammen består av en stor armert betongplate som blir støttet av vertikale pilarer. Betongplaten er stilt på skrå mot vannmassene, noe som gjør at vanntrykket danner en kraftkomponent vertikalt ned mot grunnen. Forholde mellom høyde og bredde på den skråstilte betongplaten er typisk 5:4^[13], altså noe brattere enn en 45° vinkel. Typisk brukes platedammer der høyden av demningen er opptil 30 meter, men høyere er benyttet.^[14]

Temperaturforskjellen mellom vannsiden og luftsiden av betongplaten kan bli veldig stor i kald klima, derfor blir det nødvendig å lage en isolasjonsvegg ut for å unngå sprekkdannelse ved lave temperaturer. Dermed kan en platedam se ut som en gravitasjonsdam, men være hul inni.

Lamelldam

I lamelldammen er fordeler med massivdammen og platedammen kombinert. Den består at betongplater, altså lameller, som står tett i tett etter hverandre og vinkelrett mot vannsiden. Lamellene er asymmetriske på den måten at det er åpenrom mellom dem på luftsiden, og på vannsiden er de tett inntil hverandre. Til denne konstruksjonen er det ikke nødvendig med armeringsjern. Maksimal høyde for en lamelldam er 100 meter.^[15]

Buedam

Hvelvdammer eller buedamer brukes der demningen lages i en smal kløft eller dal. Den har som navnet sider bueform i lengderetning, og bygger på samme prinsipp som et buehvelv, nemlig at kreftene forplantes ut mot sidene. Krefene tas opp av fjellet rundt demninen. Dammen kan også ha bueform i høyderetning om høyden er stor og terrenget tillater det, en sier da at den er dobbelkrum. Dette er en komplisert konstruksjon, men billig på grunn av at lite betong kreves.^[16]

Flomløpet skal som navnet sier være et overløp som tar unna vannet når vassdraget fører flomvann og kraftverkets turbiner ikke tar unna alt vannet. En ønsker vanligvis at vannet skal renne over eller forbi demningen på et sted konstruert for formålet. Forskriftene sier at flomløpet skal ha kapasitet tilpasset dimensjonerende avløpsflom som i praksis betyr tusenårsflommen^[17]. Altså flommen som statistisk sett kan forventes å oppstå med 1000 års mellomrom.

Det enkleste er selvsagt om vannet kan tillates å renne rett over damkronen og for noen tilfeller er ikke det noe problem. Spesielt for mindre betongdemninger kan denne løsningen være mulig. Oftest blir overløpet bygget inn i en seksjon av dammen. I mange tilfeller vil overløpet bli for stort eller vannstanden ved flomvannsføring for stor, og da velger man å sette inn flomluker i tillegg. Dette er luker eller ventiler gjennom dammen som kan åpnes. Omløp er en annen løsning som spesielt er gunstig for fyllingsdammer. Da lages det en kanal godt adskilt fra selve dammen som leder flomvannet rundt. Kanalen kan være sprengt i fjellet eller være støpt i betong, eller en kombinasjon. En egen tunnel i grunnen på siden av dammen eller under den, er også en løsning som velges.

Faste overløp kalles de overløpene som er en del av damkonstruksjonen og som ikke kan reguleres. Disse har ulempen med at vannstanden stiger over høyeste regulerte vannstand, HRV. Derimot vil regulerbare overløp, som luker eller ventiler, gi muligheter for å holde vannstanden konstant, selv med flomvannsføring. En primitiv form for regulering, men som ikke er uvanlig for mindre demninger, er nåledamen. Den består av trebjelker (nåler) som settes vertikalt ned i en spalte av demningen som gjerne er lav og lang. Det er et spor som bjelkene settes inn i nede og en bjelke horisontalt opp som de ligger mot. Over nålene kan det være en bru for å sette stolpene inn og ut, og siden de ikke er spesielt store kan en person lett håndtere disse. Nåler settes inn og ut for å regulere vannstanden.

Høyeste regulerte vannstand, forkortet HRV og laveste regulerte vannstand, forkortet LRV, er gitt av konsesjonen til reguleringsdammen. Denne er gitt av myndighetene og får ikke overskrides. HRV og LRV oppgis i meter over havet, på samme måte som benevnelsen moh. HRV er markert fysisk ved dammen som en bolt med et opplysningsskilt ved siden av. Dammens overløp har sammen høyde som HRV, og i praksis tillates vannstanden å komme høyere enn HRV ved flom. Høyeste vannstand som kan forekomme kalles høyeste vannstand, forkortet HV. Det effektive vannmagasinet eller reguleringsvolumet ligger mellom LRV og HRV.

I forbindelse med dette snakker en om et hevingsmagasin når vannstanden blir regulert høyere enn det som før var naturlig før inngrepet. Et senkingsmagasin har en når det er mulig å få vannstanden lavere enn det som var naturlig vannstand før inngrepet. Dette oppnås med en tunnel eller kanal, og en får utnyttet enda mere vann enn om det bare ble bygget en demning.

For en reguleringsdam er magasinkurven av interesse. Denne forteller om forholdet mellom vannstand og vannvolumet i magasinet. For vannstand brukes kotehøyden som vist i figuren. Med denne kurven kan vannstanden leses av og ut fra det kan en si hvor stort volum som kan nyttiggjøres i magasinet.

Vanntrykket virker vinkelrett på flatene inn mot vannsiden og er lineært stigende med dybden. Ved å la dammen ha en viss skråning på vannsiden vil det virke en kraftkomponent av vanntrykket loddrett ned mot grunnen. Dette er med på å stabilisere kreftene. Opptrykket er et trykk som virker under demningen. Dette har å gjøre med at noe vann vil trenge inn i grunnen under dammen, men også inn i selve dammen. Jo dypere demningen er jo høyere blir trykket på bunnen og mer vann vil trenge inn under dammen. Alt etter hvor god tettingen er mellom grunnene og betongen vil trykket endre seg, og lokale variasjoner kan være store. Opptrykket vil typisk være størst nær vannsiden og nær null mot luftsiden. Kreftene fra vanntrykket og opptrykket vil virke sammen og gi en resulterende kraft som vil velte demningen.^[18]

De metoder som brukes for å motvirke er injeksjon av tettemiddel. Dette skjer ved at det bores hull i fjellet i fronten ut mot vannsiden før støpingen av demningen tar til, og tettingsstoffet presses inn med stort trykk. En annen metode er å lage dreneringshull i forkant av dammen. Det skjer ved at det bores hul ned berggrunnen mot vannsiden, disse hullene forbindes med små kanaler i damkonstruksjonen som leder vannet ut. Ofte kombineres tetting og drenering.^[19]

Andre krefter på dammen er bølgene som slår mot demningen og ikke minst is. Typisk vil is med en tykkelse på 0,5 meter gi størst krefter mot dammen. Aller størst kraft kan oppstå om isen blir hengende i bue når dammen tappes ned. Iskanten mot dammen kan fryse godt fast til betongen om det samtidig er kulde. Om så dammen fylles vil det virke stor kraft fra vannet og opp mot isen, og det oppstår store kraftkomponenter mot dammen. I tillegg til disse kreftene kan det oppstå krefter på grunn av jordskjelv, mudder som avleirer seg og legger seg opp på vannsiden av dammen, bølger på grunn av fjell som raser ut, samt flere andre krefter.^[20]

De høyeste demningene i Norge etter vertikal høyde og magasinvolum.^[21]

Navn	Høyde (m)	Volum mill. m3	Type	sted
Virdnejávri	145	?	Betong	Altaelva
Oddatjørn	142	?	Steinfylling	Oddeåna

• Liste over verdens største vannkraftverk
• Bever, en dambyggende gnager
• Beverdemning, en dam bygget av bevere
• Dam, en liten innsjø

• Casper Vogt-Svendsen (1998). Øyvind Nilsen, red. Vannveien (på norsk) (1. utgave utg.). Elforlaget, Norges Elektroentrpenørforbund. ISBN 82-7345-284-0. 

• John Eie (2000). Dammer og kraftverk (på norsk) (2 utg.). Kristiansand: NKI Forlaget. ISBN 82-562-5079-8. 

• (en) Dams – kategori av bilder, video eller lyd på Commons
• (en) Dam – galleri av bilder, video eller lyd på Commons
• Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE)
• Verdens damkommisjon (WCD)
• Verdens kommisjon for store dammer (ICOLD)
• Statkraft – stor norsk vannkraftprodusent