Cercetari Privind Siguranta In Exploatare a Amenajarilor Hidrotehnice

Cuprins

Cuprins 2

Index Figuri 3

Index Tabele 3

Capitolul I. Amenajări hidrotehnice 4

I.1. Considerații generale [1] 4

II. 2. Scurt istoric [2] 6

II. 2. 1. Evoluția construcției de baraje 7

II. 2. 2. Evoluția amenajărilor hidroenergetice 9

Capitolul II. Siguranța și riscul amenajărilor hidrotehnice 12

II. 1. Aspecte generale [6] 12

II. 2. Pagube și evaluarea lor [6] 13

II.2.1. Pagube produse de avarii [1] 16

III.3. Cauzele accidentelor [1] 17

III. 4. Specificul problemelor de siguranță și risc în construcții hidrotehnice [8] 22

III.5. Metodologie privind stabilirea categoriilor de importantă a barajelor [9] 24

III.5.1. Principii generale 24

III.5.2. Metodologie 25

III.5.3. Încadrarea în categorii de importanță a barajelor 26

Capitolul III. Supravegherea comportării în timp 31

III.1. Aparate de măsură și control 31

III.1.2. Etape de prelucrare a măsurătorilor 35

III.2. Fluxul informațional [11] 37

Bibliografie 40

Index Figuri

Fig. I.1 – Evoluția numărului de baraje după perioada construcției [3] [4] 7

Fig. I.2 – Evoluția puterii instalate în uzinele hidroelectrice [3] [4] 9

Fig. I.3 – Variante de amenajare a căderii disponibile pe un sector de râu: 10

Fig. II.1 – Clasificarea categoriilor pagubelor 13

Fig. II.2 – Zonele afectate de viitura rezultată în urma ruperii barajului 14

Fig. III.1 – Scheme tipice de echipare cu AMC a unui baraj arcuit și respectiv a unui baraj de greutate 34

Fig. III.2 – Scheme tipice de echipare cu AMC a barajelor din umpluturi 35

Fig. III.3 – Schema etapelor de evaluare a siguranței unui baraj pe baza datelor obținute din sistemul de supraveghere. 36

Index Tabele

Tabel I.1- Evoluția numărului de baraje cu H > 15 m [3] [4] 7

Tabel I.2- Cele mai înalte baraje din lume [4] 7

Tabel I.3- Cele mai mari lacuri de acumulare din lume [4] 8

Tabel I.4- Cele mai mari uzine hidroelectrice în exploatare [4] 10

Tabel I.5- Clasificarea țărilor după producția de energie hidroelectrică [5] 10

Tabel II.1- Pierderi de vieți omenești datorate unor cedări de baraje [7] 16

Tabel II.2- Pierderi de bunuri materiale datorate unor cedări de baraje [8] 16

Tabel II.3- Cauze potențiale de cedări, accidente, incidente la construcții de retenție (baraje, diguri, centrale-baraj) 19

Tabel II.4- Deficiențe ale lucrărilor de studii – cercetare [1] 21

Tabel II.5 – Determinarea categoriei de importanță a barajelor 26

Tabel II.6 – Caracteristicile barajului și condițiile amplasamentului (B.A.) 27

Tabel II.7 – Starea barajului (CB) 28

Tabel II.8 – Consecințele avariei barajului (CA) 29

Tabel III.1 – Parametrii principali monitorizați 33

Amenajări hidrotehnice

I.1. Considerații generale

Amenajările hidrotehnice sunt lucrări complexe, care se execută, fie pentru folosirea resurselor de apă în diverse scopuri, fie pentru combaterea efectelor lor distructive.

Construcțiile inginerești care intră în contact nemijlocit cu apa și care, alături de alte construcții, echipamente și instalații cu caracter mecanic sau electric, fac parte integrantă din amenajările hidrotehnice, poartă denumirea de construcții hidrotehnice. Prin construcțiile hidrotehnice, se urmărește folosirea apei în mai multe scopuri:

alimentare cu apă potabilă și industrială, în condițiile consumurilor crescute prin urbanizare și mecanizare;

producerea de energie electrică, în condițiile unui consum sporit și de diminuare a altor surse de energie;

irigații, în cadrul unei agriculturii intensive;

atenuarea viiturilor;

lucrări de apărare și drenare;

dezvoltarea transportului pe apă, a pisciculturii și sporturilor nautice;

ameliorarea microclimatului și a mediului înconjurător.

Construcțiile hidrotehnice prezintă o serie de caracteristici și particularități, prin care se deosebesc de celelalte construcții inginerești, dintre care menționăm, în principal, că sunt supuse intens acțiunii apei și anume:

acțiunea mecanică: manifestată ca presiune hidrostatică și hidrodinamică;

acțiunea fizică: eroziuni, afuieri, spălări, degradări de betoane și roci;

acțiunea chimică: degradări de betoane prin coroziune provocate de diverse substanțe, sufozii chimice în terenurile de fundație;

acțiunea biologică asupra betoanelor sau altor materiale de construcție exercitată prin intermediul algelor, bacteriilor, ciupercilor.

Construcțiile hidrotehnice sunt lucrări de anvergură, atât ca alcătuire, cât și ca execuție și exploatare. La proiectarea și realizarea lor participă diverse discipline tehnice: hidraulica, fizica construcțiilor, geotehnica, mecanica pământurilor și a rocilor, seismologia, tehnologia materialelor, utilaje și instalații, electromecanica, automatica etc., necesitând studii, cercetări și proiectări amplu coordonate.

Realizarea construcțiilor hidrotehnice implică volume mari de lucrări (excavații, umpluturi, betoane de suprafață și în subteran, lucrări pentru devierea apelor, pentru reducerea permeabilității naturale a terenului etc.), care necesită eforturi deosebite din punct de vedere tehnic și economic, constituind probleme importante la nivel local sau chiar național.

Elementele fundamentale ale schemelor de amenajare și ale amplasamentelor construcțiilor fiind mereu diferite, conferă un caracter original, de unicat, fiecăreia din construcțiile hidrotehnice.

Construcțiile hidrotehnice sunt condiționate în mare măsură de factori locali (caracteristicile geologice, geotehnice și hidrogeologice ale terenului, elemente de hidrologie etc.), care nu pot fi cunoscuți și stăpâniți în cele mai bune condiții, deoarece prezintă o mare variabilitate în spațiu și timp, iar hidrologia are un caracter aleatoriu.

Construcțiile hidrotehnice, prin specificul structurii lor și al interacțiunii cu terenul, ca și prin faptul că implică multe necunoscute, au, în cele mai multe cazuri, un caracter static nedeterminat.

Spre deosebire de alte construcții, care sunt elemente auxiliare, de deservire, construcțiile hidrotehnice fac parte, de cele mai multe ori, direct din procesul tehnologic de producție pe care îl condiționează, puțind fi considerate, de aceea, ca un utilaj de producție.

Influența construcțiilor hidrotehnice asupra regiunilor învecinate este deosebit de însemnată. Lacurile de acumulare se întind pe suprafețe mari, scoțând terenuri întinse din folosința agrară și forestieră, necesitând strămutări de așezări, drumuri, instalații industriale, producând modificări ecologice în zonă etc. Remuul provocat prin bararea cursurilor de apă se extinde mult în amonte, făcând necesare lucrări de îndiguire pentru prevenirea inundațiilor.

Menținerea folosințelor amenajărilor hidrotehnice și a siguranței în exploatare a construcțiilor necesită supravegherea continuă a comportării lor în timp.

II. 2. Scurt istoric

Încă din cele mai vechi timpuri, societatea umană s-a dezvoltat lângă cursuri de apă. Aceasta a fost la început rezultatul nevoii primare de apă potabilă, iar în timp a evoluat ca necesitate pentru diversele activități umane.

Comunitățile umane s-au dezvoltat acolo unde exista un curs de apă. În timp, odată cu creșterea comunității a apărut imposibilitatea de acces a tuturor oamenilor la sursa de apă primordială. Pentru continuarea dezvoltării, încă din cele mai vechi timpuri, societățile umane au avut ca țel realizarea unor acumulări de apă care să satisfacă nevoile tuturor membrilor comunității.

Primele acumulări de apă au fost consemnate în istorie acolo unde s-au dezvoltat civilizații: vechea Persie, Egipt sau Imperiul Roman.

După decăderea civilizațiilor enumerate mai sus, amenajările pentru apă s-au dezvoltat lent, proporțional cu creșterea populației. Este de menționat că în România, una dintre primele amenajări menționată în istorie este Acumularea Dracșani care a fost realizată pentru prima dată în timpul domnitorului Ștefan cel Mare.

Odată cu revoluția industrială, a apărut o nouă folosință a apei și implicit a crescut necesarul de apă, așa încât începutul propriu-zis al amenajărilor hidrotehnice poate fi considerat în acea perioadă. Metoda primordială de stocare a apei a fost bararea cursurilor de apă, prin realizarea de baraje.

Primele baraje realizate au fost cele din pământ și anrocamente. Sunt consemnate barajele: Saad-El-Katara în Egipt (construit probabil cu circa 4800 de ani în urmă), unele baraje ridicate cu peste 3000 de ani în urmă pe râurile Amu-Daria și Sîr-Daria, barajele din Ceylon, Siria, India, Japonia, încă de la începutul erei noastre. Baraje din pământ și anrocamente construite în India și Japonia, în jurul anului 1000, mai sunt și astăzi în funcțiune.

Cu timpul amplasamentele favorabile acestor tipuri de baraje s-au epuizat, iar cerința de apă a crescut. Prin descoperirea betonului ca material de construcție și folosirea acestuia la scară largă, spre sfârșitul secolului XIX s-a evidențiat posibilitatea realizării unor baraje din beton, care să confere o capacitate de stocare a apei mai mare decât cele din pământ.

Barajele de greutate au început să fie construite la începutul epocii moderne. Primele baraje de acest tip au avut secțiuni mai mult sau mai puțin dreptunghiulare și erau dimensionate empiric.

Barajele în arc au început să fie construite pentru prima dată în anii 527-568 la frontiera turco-siriană, dar progrese nu s-au realizat până în secolul XX, cu excepția câtorva baraje construite în secolele XVI-XVII în Spania și Italia. Progresele realizate în tehnologia betonului a dus ca primele 6 decenii ale secolului XX să se construiască peste 500 de baraje în arc

Barajele cu contraforți au început să fie construite la sfârșitul secolului XIX și începutul secolului XX, în paralel cu punerea la punct a tehnologiei betonului armat.

II. 2. 1. Evoluția construcției de baraje

Pe lângă funcțiunea de stocare a apei în vederea folosirii ei în perioadele de deficit, barajele creează de asemenea concentrări de căderi pentru generarea energiei hidroelectrice, asigură volume de stocare pentru atenuarea viiturilor, permit controlul debitelor furnizate în bieful aval și transportate la consumatori pe canalele de aducțiune, favorizează amenajarea de baze piscicole și de agrement.

Înainte de 1900 existau circa 40000 baraje cu înălțimi H > 15m. Creșterea spectaculoasă a numărului de baraje și în special a performanțelor lor după 1900 se leagă nemijlocit de folosirea apei pentru generarea energiei hidroelectrice (Fig. I.1).

Fig. I.1 – Evoluția numărului de baraje după perioada construcției

În statistica din Tabel I.1 al barajelor cu înălțimi H > 15 m se poate constata că la sfârșitul anului 1986 existau în lume peste 37.000 de baraje din care mai mult de 85% fuseseră construite în ultimii 35 de ani.

Folosind drept criteriu de performanță înălțimea maximă a barajelor, se poate arăta că în 1916 cel mai înalt baraj din lume, barajul arcuit Arrowrock (SUA) avea 107 m înălțime. În prezent, cel mai înalt baraj este Rgun (H = 335 m), situat pe râul Vahș în Tadjikistan.

Tabel I.1- Evoluția numărului de baraje cu H > 15 m

Tabel I.2- Cele mai înalte baraje din lume

Având în vedere volumul total de apă stocat, în prezent cea mai mare acumulare este cea realizată de către barajul Kariba situat pe râul Zambezi, realizat la granița dintre Zimbabwe și Zambia, cu o înălțime de 128 m și o lungime la coronament de 579 m. În spatele barajului se formează o acumulare de 180.600.000.000 m3, adică 180,6 km3.

Tabel I.3- Cele mai mari lacuri de acumulare din lume

Progrese importante în proiectarea și construcția barajelor au fost realizate în ultimii 100 de ani, în parte ca un rezultat al experienței dobândite din exploatarea cu succes a marii majorități a barajelor sau din postanaliza accidentelor și incidentelor apărute în exploatarea sau construcția unora dintre ele. Progresele cele mai importante s-au datorat însă lărgirii cunoștințelor de mecanica rocilor, geotehnică, materiale de construcție, hidrologie, dezvoltării de noi modele matematice de calcul potențate de calculatoarele electronice. Ele au condus la o evaluare mai precisă a încărcărilor pe baraje, o mai bună înțelegere a comportării lor și au permis simularea matematică a unor scenarii atipice inclusiv de rupere; pe această bază soluțiile au putut fi rafinate și optimizate în condițiile asigurării unui grad de siguranță corespunzător. Proiectarea asistată de calculator, a devenit în prezent o practică curentă, asigurând o eficiență maximă a procesului de proiectare, cu costuri minime.

Barajele proiectate sau executate în prezent, corespunzând cunoștințelor și standardelor actuale de calitate, sunt mult mai sigure decât cele realizate în trecut. Atenția trebuie îndreptată către supravegherea și eventual reabilitarea sau consolidarea unor baraje mai vechi care nu mai corespund exigențelor prezente de calitate și care pot prezenta riscuri de avariere de rupere, în special ca rezultat al acțiunii cutremurelor sau viiturilor.

Lacurile artificiale de acumulare de pe întregul glob pământesc, permit suplimentarea cu circa 25% a stocurilor stabile din curgerile anuale ale râurilor din întreaga lume. Tendința generală este ca lacurile artificiale în special cele cu volum mare să fie dimensionate pentru a satisface mai multe folosințe (irigații, producere de energie hidroelectrică, alimentări cu apă, combaterea inundațiilor, piscicultura, turism etc.). Această concepție permite satisfacerea diverșilor consumatori în cele mai avantajoase condiții economice.

II. 2. 2. Evoluția amenajărilor hidroenergetice

În anul 1989 s-au produs pe cale hidraulică în lumea întreagă 2.100.000 GWh, reprezentând circa 20% din energia electrică totală produsă în acel an. Capacitatea totală instalată în uzinele hidroelectrice din întreaga lume ajungea la nivelul anului 1990 la 567 GW.

La nivelul anului 2011, puterea totală instalată aproape se dublează, ajungând la o valoare de 936 GW (Fig. I.2).

Creșterea prețului petrolului, a mărit ritmul de amenajare a potențialului hidroelectric existent, mai ales în țările în curs de dezvoltare.

Fig. I.2 – Evoluția puterii instalate în uzinele hidroelectrice

În ultima perioadă, mai ales în țările industrializate, au crescut protestele ecologiștilor împotriva construirii de noi baraje, mai ales a unora de mare înălțime. Teoretic, cantitatea de energie disponibilă pe un sector de râu poate fi amenajată în căderi mari realizate prin baraje de înălțimi corespunzătoare sau în numeroase căderi mici asociate unor baraje de mică înălțime (Fig. I.3).

H1 + H1 + H1 = H

Fig. I.3 – Variante de amenajare a căderii disponibile pe un sector de râu:

a – într-o singură cădere mare; b – în căderi (trepte) mici în cascadă.

Cea de a doua soluție ar prezenta avantajul eliminării problemelor legate de inundarea unor suprafețe mari sau strămutări de populație, care în general sunt inevitabile în cazul amenajărilor de mare cădere. Totuși, varianta amenajării sectorului în căderi mici are și numeroase dezavantaje ca:

reducerea drastică a stocărilor de apă pe sectorul echivalent;

creșterea relativă a efectelor environmentale negative;

creșterea relativă a prețului specific de cost al energiei produse.

În consecință fiecare potențial trebuie amenajat în funcție de condițiile lui specifice.

Faptul că cele mai bune amplasamente pentru mari uzine hidroelectrice respectiv, mari baraje sunt localizate în zone muntoase pe cursul superior al râurilor, unde consecințele environmentale sunt mult mai reduse sau inexistente, justifică interesul în continuare pentru amenajări de mare cădere, interes care se va extinde fără îndoială și de-a lungul secolului al XXI-lea.

Tabel I.4- Cele mai mari uzine hidroelectrice în exploatare

În Tabel I.5 se prezintă o clasificare a țărilor după producția de energie hidroelectrică la nivelul anului 2010 .

Tabel I.5- Clasificarea țărilor după producția de energie hidroelectrică

În țările cele mai dezvoltate, unde gradul de exploatare a resurselor hidroenergetice existente este mai mare de 50%, se dezvoltă sistemele de stocare a energiei de valoare secundară, prin pomparea apei în lacuri de acumulare la cote superioare, energie care astfel poate fi refolosită în perioadele de vârf de consum. Acest sistem de stocare a energiei temporar excedentare s-a dovedit cel mai economic și aproximativ 1/4 din capacitatea hidroelectrică instalată a fost reversibilă (uzină hidroelectrică + stație de pompare).

Siguranța și riscul amenajărilor hidrotehnice

II. 1. Aspecte generale

Pentru apărarea împotriva efectului distructiv al apelor mari se dispun în prezent de planuri de apărare la inundații naturale, întocmite pentru principalele bazine hidrografice din țară, dar și în profil teritorial, pe județe și pentru cele mai importante localități. În ceea ce privesc barajele a existat deseori tendința de a garanta o siguranță absolută pentru structurile respective, cu alte cuvinte absența totală a riscului indicată de coeficienții de siguranță stabiliți prin metode deterministe, în contrast cu cele probabiliste aplicate tot mai frecvent astăzi.

În literatura de specialitate se menționează că, procentul cedărilor de baraje în lume a scăzut în ultimii ani, de la 2,20% în cazul barajelor construite înainte de 1951 la mai puțin de 0,5% în cazul barajelor construite după 1951. Statisticile întocmite clasifică din mai multe puncte de vedere principalele cauze ale acestor avarii. Dintre acestea cedarea fundației, capacitatea limitată a descărcătorilor și într-o măsură mai mică rezistența mecanică insuficientă dețin ponderea.

Riscul de cedare al lucrării este prezent în faza de execuție și în perioada primei umpleri și se accentuează în perioada de exploatare. Pagubele asociate sunt modeste în faza de execuție, reprezentând 1…6% din costul barajului, variază între 25% până la câteva zeci de ori costul barajului, în timpul primei umpleri și ating valoarea maximă când cedarea se produce în perioada de exploatare.

Masele de apă imense antrenate în avalul secțiunii de rupere, la înălțimi ce pot depăși pe cele ale caselor de țară și la viteze de câteva zeci de ori mai mari decât cele ale scurgerii medii naturale produc importante efecte ecologice asupra mediului, într-o zonă extrem de întinsă, mult peste cea potențial inundabilă natural. Scurgerea de șiroire pe suprafețe mari antrenează cantități importante de substanțe poluante de la suprafața solului, prin inundarea depozitelor de reziduuri, a canalizărilor, a stațiilor de epurare, putând produce o poluarea bacteriologică inexistentă într-un spațiu hidrografic amenajat, la o viitură naturală. În aceste condiții sunt evidente consecințele asupra folosințelor de apă, în special a celor care impun limite stricte din punct de vedere sanitar (alimentarea cu apă a populației, a industriilor alimentare, etc.). Ulterior producerii viiturilor accidentale este favorizată într-o mare măsură apariția de boli endemice, create prin vectori purtători (țânțari, melci), a căror răspândire este strâns legată de mediul acvatic specific (ape stătătoare sau curgătoare cu viteze mici, zone mlăștinoase, canale năpădite de vegetație).

Alunecările de teren, depunerile solide în avalul acumulărilor cu grad ridicat de împotmolire sunt alte efecte ale inundațiilor accidentale asupra mediului ce trebuie luate în considerare. Dacă în cazul inundațiilor naturale, depunerile din albia majoră pot avea un efect fertilizant, în cazul inundațiilor accidentale, efectele, atât cel direct cât și cele secundare sunt în general inverse (grosimea și extinderea depunerilor fiind mult mai importantă).

Consecințe indirecte au inundațiile și asupra apelor subterane. Inundațiile naturale periodice au adesea funcția de împrospătare a rezervelor de apă subterană din luncă fiind frecvent utilizate pentru alimentările cu apă. În contrast, inundațiile accidentale, prin ridicarea nivelului apelor subterane și peste cota terenului determină un exces de umiditate chiar și în zone neafectate direct de scurgerea de suprafață, cu efecte negative asupra recoltelor, subsolurilor clădirilor, terenurilor de fundație, etc.

Efectele sociale negative legate de inundațiile accidentale, greu de cuantificat sunt cu mult mai grave decât cele legate de inundațiile naturale și acestea de multe ori dezastruoase. Ecartul lor este extrem de larg, de la întreruperea activității normale, distrugerea de bunuri (valori culturale), la evacuarea populației din zonele calamitate, cu starea de panică creată, la înregistrarea unor îmbolnăviri, chiar epidemii, subnutriție în zonele sinistrate, până la pierderea de vieți omenești. În același timp efectele ecologice pot prelungi în timp consecințele negative, determinând efecte sociale suplimentare.

Alături de efectele ecologice și sociale trebuie luate în considerare efectele economice produse de inundațiile accidentale determinate de distrugerea clădirilor, spațiilor comerciale, industriale și agricole, podurilor și șoselelor, barajelor și structurilor asociate, transporturilor, râurilor.

Efectele ecologice, sociale și economice pot fi materializate prin pagube.

II. 2. Pagube și evaluarea lor

O clasificare a categoriilor pagubelor a fost dată de Ward și este redată în schema de mai jos:

Fig. II.1 – Clasificarea categoriilor pagubelor

Mărimea pagubelor depinde de:

– gradul de dezvoltare socio-economică și densitatea populației în teritoriu afectat;

– caracteristicile undelor de viitură: debite, niveluri, volume, durată, viteză de deplasare, înălțimea coloanei de apă, lungimea și grosimea stratului de depuneri.

Este necesară o analiză a mărimii pagubelor potențiale (pagube provocate de o inundație accidentală într-un moment viitor t la gradul de dotare al zonei afectate în acel moment).

unde:

r – ritmul de dezvoltare al zonei;

P0 – paguba actuală.

Forța de distrugere a undei de viitură se modifică pe măsură ce unda se deplasează în aval.

În apropierea barajului unde adâncimile apei și vitezele sunt mari, pagubele sunt severe. Clădirile, podurile, copacii, autovehiculele sunt spălate de viitură lăsând în urmă o suprafață devastată.

În aval de baraj puterea de distrugere a viiturii scade, producând pagube, fără însă a face să dispară clădiri.

Există, de asemenea, zone unde viteza apei este suficient de mică pentru a nu produce nici o pagubă. În aceste zone adâncimea apei și cantitatea de depuneri sunt principalii factori care se iau în considerare pentru determinarea viiturii. Un martor ocular care se găsea la 12 mile aval de acumulare Lawn Lake în momentul ruperii barajului spunea că râul abia a început să se umfle, nu a existat nici un zid de apă .

Aceste trei categorii de pagube sunt numite în literatura de specialitate:

– Distrugere totală;

– Distrugere parțială;

– Pagube datorate numai inundației.

Definirea zonelor afectate de viitură se poate face pe baza parametrilor scurgerii obținuți din rularea unui model și a topografiei văii (Fig. II.2).

Fig. II.2 – Zonele afectate de viitura rezultată în urma ruperii barajului

O apreciere valorică extrem de dificilă este cea a victimelor umane. Problema ce nici nu putea fi pusă în anii anteriori poate fi soluționata în moduri diferite.

În estimarea potențialului pierderilor de vieți omenești în urma ruperii unui baraj trebuie parcurse 3 etape de bază:

• determinarea populației supusa riscului;

• estimarea lungimii și efectului timpului de avertizare;

• evaluarea mortalității.

Evaluarea populației supusă riscului (PAR) ar trebui făcută luând în considerare locuitorii cu statut permanent sau temporar ai zonelor afectate.

Conversia numărului de locuitori supuși riscului (PAR) în număr de vieți potențial a fi pierdute (LOL) în cazul unui anumit scenariu de rupere este dificilă. Un număr de factori influențează relația dintre acestea, cel mai important fiind avertizarea prin perioada dintre momentul avertizării și momentul producerii evenimentului.

US Bureau of Reclamation (USBR) a analizat consecințele ruperii a 24 de baraje comparând pierderile de vieți omenești înregistrate cu timpul de avertizare disponibil. Concluzia la care au ajuns a fost că o reducere importantă a mortalității se produce în cazul în care timpul de avertizare este mai mare decât 1,5 ore. Cu un timp de avertizare mai scurt de 1,5 ore orice evacuare este puțin probabil să fie dusă complet la capăt. Este evident că evacuarea depinde de planurile de avertizare-alarmare și eficacitatea serviciilor de urgență.

Relațiile recomandate de USBR sunt:

• pentru timpul de avertizare mai mic de 1,5 ore:

unde:

LOL – media numărului de morți;

PAR – numărul locuitorilor supuși la risc.

• pentru timpul de avertizare mai mare de 1,5 ore:

Aceste relații au un grad mare de aproximație, dar cel puțin dau o valoare orientativă a pierderilor în condițiile în care la noi în țară nu există date care să permită elaborarea unui procedeu propriu.

Există o opinie conform căreia nu trebuie admisă pierderea nici măcar a unei vieți. Dacă această opinie ar fi acceptată nici un baraj nu ar fi permis. Nici un baraj și nici o structură nu poate avea probabilitatea de cedare egală cu zero. Oamenii riscă și accepta riscurile în fiecare zi; nu este posibil să-l elimini. Încercările de a-l elimina în cazul acumulărilor investind în scheme de siguranță a barajelor foarte costisitoare și nejustificate ar diminua disponibilitatea fondurilor pentru alte programe de salvare. De aceea este nevoie de o metodă pentru a stabili ce programe de siguranță a barajelor ar trebui realizate și cărui program ar trebui să i se acorde prioritate. Este de preferat ca pentru un anumit program de siguranță a barajului viețile care sunt periclitate să fie estimate în funcție de costul la care se ridică salvarea lor. Ideal ar fi să se compare cheltuielile care se fac pentru siguranța barajului cu cheltuielile prevăzute de alte programe care au scopul de a reduce riscul mortalității (ex: programe de sănătate, îmbunătățirea șoselelor în scopul reducerii accidentelor).

II.2.1. Pagube produse de avarii

Eforturile ICOLD în vederea stabilirii unor prescripții internaționale de evaluare a consecințelor cedărilor de baraje s-au lovit de factori naturali, sociali și economici, specifici fiecărei țări. Cu un număr impresionant de mari baraje în exploatare în lume, problema siguranței barajelor apare ca fiind de o importanță mondială.

Pierderile de vieți omenești (Tabel II.1) și de bunuri materiale (Tabel II.2), au avut adeseori valori ridicate.

Tabel II.1- Pierderi de vieți omenești datorate unor cedări de baraje

Tabel II.2- Pierderi de bunuri materiale datorate unor cedări de baraje

Este de observat că numărul victimelor în cazul cedărilor de baraje este relativ redus, în comparație cu numărul de victime produs de accidente din alte sfere ale activității umane (accidente rutiere sau practici dăunătoare sănătății – fumat, droguri etc.), dar șocul psihologic asupra populației este cu mult mai accentuat, datorită caracterului concentrat, în spațiu și în timp, al evenimentului.

Problema capătă cu timpul, o importanță tot mai mare, atât pe plan mondial, cât și pentru țara noastră, datorită necesității de a realiza, din considerente de dezvoltare economică, mari acumulări de apă, în zone intens populate și industrializate (amenajările de pe Argeș și Someș). în consecință, în primul rând proiectantului, care este cel mai în măsură să cunoască urmările unei eventuale cedări de baraj, îi revine sarcina ca, în cadrul studiului general privind siguranța barajelor, să insiste asupra aspectelor social-umane și a implicațiilor economice, pe care le are orice distrugere posibilă de baraj. Proiectantul, între altele trebuie să prevadă echiparea barajelor cu aparate de măsură și control, eventual automatizate, instalarea de sisteme de avertizare-alarmare etc.

Cu toate progresele realizate în tehnica proiectării și execuției de baraje, există încă foarte multe aproximări, ipoteze și chiar necunoscute, care fac ca orice baraj să fie încă departe de ceea ce s-ar putea numi „imunitate la rupere”

III.3. Cauzele accidentelor

În general, accidentele la construcțiile hidrotehnice, sunt generate de o cauză principală, preponderentă, care însă nu acționează aproape niciodată singură. În majoritatea accidentelor, apare un complex de factori, fapt care rezultă și din analiza statistică-probabilistică privind siguranța construcțiilor hidrotehnice. Există așadar, o cauză care are un rol determinant, precumpănitor, însoțită de altele care au, de regulă, un caracter favorizant sau complimentar.

Diversitatea și complexitatea factorilor care concură la producerea de accidente derivă și din faptul că fiecare construcție hidrotehnică are particularitățile ei, care îi conferă un caracter de originalitate, atribute care se răsfrâng și asupra genezei accidentelor.

Totuși, la diferitele accidente înregistrate, pot fi surprinse o serie de cauze comune, ceea ce permite o clasare a lor pe categorii.

În analiza făcută de ICOLD, pe baza statisticilor privind accidentele survenite la baraje între anii 1800—1965, cauzele care pot produce cedări sau accidente au fost grupate în patru categorii:

A. Pierderea stabilității prin:

– alunecare;

– răsturnare;

– depășirea capacității de rezistență a materialelor;

– depășirea limitei de deformații, totale sau diferențiale.

B. Cauze privind durabilitatea construcției:

– acțiunea internă a apei (infiltrații, eroziuni);

– acțiunea apei la suprafață;

– dezagregări sau deteriorări datorită factorilor climatici sau chimici;

– deteriorarea drenajelor sau etanșărilor;

– îmbătrânirea materialelor de construcție.

C. Cauze privind funcționalitatea construcțiilor:

– capacitatea redusă a evacuatorilor de ape mari;

– insuficiența gărzilor;

– mărimea gradientului de variație a nivelului apei;

– infiltrații totale;

– aspecte de ordin economic;

– neterminarea lucrărilor.

D. Solicitări excepționale:

– seisme;

– ruperi de baraje în amonte;

– explozii;

– acțiuni deliberate (bombardamente, sabotaje etc.).

Din analiza accidentelor survenite la construcții hidrotehnice din țara noastră și din străinătate, în Tabel II.3 se prezintă cauze potențiale de accidente la construcții de retenție (baraje, diguri, centrale-baraj), iar în Tabel II.4 se prezintă o serie de deficiențe care pot favoriza sau genera accidente de diverse grade de importanță.

Tabel II.3- Cauze potențiale de cedări, accidente, incidente la construcții de retenție (baraje, diguri, centrale-baraj)

Tabel II.4- Deficiențe ale lucrărilor de studii – cercetare

III. 4. Specificul problemelor de siguranță și risc în construcții hidrotehnice

Prin comparație cu alte tipuri și categorii de construcții, cele hidrotehnice au de regulă unele caracteristici particulare, dintre care se menționează:

Au caracter public în sensul că beneficiarii folosințelor sunt reprezentați de comunități largi, indiferent de tipul folosinței (alimentări cu apă, energie, irigații, canalizări, transport naval, regularizări de râuri etc.). Indiferent de forma de proprietate a deținătorului (investitorului), costurile aferente (construcție, exploatare, pagube etc.) sunt suportate de grupuri mari de populație, fie prin impozite (în cazul suportării din bugetul statului), fie prin prețul produselor (pentru investiții private). Costurile de investiție și exploatare (urmărire, întreținere reparații, reabilitare) sunt foarte mari prin comparație cu cele ale altor tipuri de construcții sau instalații tehnologice. Costul ridicat provine de regulă din volumele de lucrări foarte mari. De exemplu din betonul utilizat pentru barajul Izvorul Muntelui – Bicaz (1,2 milioane mc) se pot realiza aproximativ 40.000 apartamente convenționale medii, care ar putea adăposti peste 120.000 locuitori (practic un oraș de mărimea Sibiului).

Pagubele în caz de avarie totală sunt de regulă foarte mari, fie dacă provin din neasigurarea unor utilități (în special alimentări cu apă), dar mai cu seamă dacă este vorba de pagube în aval de mari baraje. În condițiile densității relativ mari a populației, concentrate cel mai adesea în zone inundabile ale unor râuri, riscul pierderilor de vieți omenești este real. Dacă la acesta adăugăm pagube potențiale economice sau efectele asupra unor monumente cultural-istorice ori asupra unor habitate naturale, acceptarea unor niveluri înalte de risc este de neconceput.

Spre deosebire de alte tipuri de construcții, cele hidrotehnice și mai cu seamă barajele au o durată de viață foarte mare, probabil de cel puțin câteva secole. Este vorba nu atât la durata de viață normată (stabilită la 50-150 de ani pentru calculul cotelor de amortisment) și nici la cea economică (până la care se apreciază rentabilitatea exploatării pentru anumite folosințe), ci mai ales la durata de viață fizică. Nu se poate imagina deocamdată cum ar putea fi demolat un baraj înalt în lacul căruia s-au depus milioane sau zeci de milioane de mc de aluviuni fine, încărcate cu substanțe organice; de aceea un baraj, amortizat sau nu, util sau ieșit din funcțiune trebuie să fie în continuare suficient de sigur, indiferent de amploarea fenomenelor de îmbătrânire și de câte ape mari sau cutremure importante s-ar abate asupra sa.

Construcțiile hidrotehnice îmbracă o foarte mare varietate de funcții, tipuri și condiții naturale; chiar dacă geometria și alcătuirea constructivă a unor construcții este foarte asemănătoare (ca de exemplu barajele dint-o amenajare în cascadă), calitatea materialelor și mai cu seamă condițiile din fundații sunt întotdeauna diferite; de aceea din punct de vedere al siguranței se poate afirma (în consens cu întreaga comunitate internațională a specialiștilor din domeniu) că fiecare baraj este un unicat.

Unicitate și dimensiunile celor mai multe construcții hidrotehnice (și în orice caz a celor importante) fac ca spre deosebire de alte produse inginerești (pentru care se realizează prototipuri, serii „zero”, încercări la scară naturală, probe de anduranță și fiabilitate, generatoare de ameliorări și date statistice utilizabile în prognoza asupra siguranței), acestea să se găsească fiecare în situația de prototip, pentru care ameliorările eventual posibile pot proveni numai din urmărirea comportării în exploatare.

Având în vedre cele expuse, unele consecințe asupra modului de abordare necesar a problemelor de siguranță și risc prezintă caracteristici speciale, dintre care se menționează:

Problema echilibrului convenabil între cheltuielile de realizare – exploatare și a cheltuielilor posibile datorate pagubelor (avarii, nefuncționare) interesează în mod direct, economic și vital, pături sociale largi, foarte adesea la nivel național. Implicarea reprezentanților acestora la nivel politic (organe ale puterii executive a statului, organe responsabile de siguranța națională, organe politice și administrative regionale sau locale) este necesară, așa cum se practică în totalitatea țărilor cu un fond de construcții hidrotehnice și în special baraje de o anumită importanță.

Diversitatea și complexitatea tipurilor de construcții și de condiții naturale exclud posibilitatea practică de reglementare și normare tehnică detaliată a metodelor de dimensionare, verificare și analiză (precum pentru construcții civile și industriale de tip clădiri, poduri, drumuri). De aceea, în afara standardizării unor proceduri de detaliu, reglementările tehnice pentru construcții hidrotehnice statuează numai principii, concepte și metodologii care să permită o analiză satisfăcătoare a siguranței și riscului.

Nevoia de evaluare și cunoaștere a riscului implicat conduce la necesitatea abordării probabiliste a analizelor de siguranță; din punct de vedere științific și tehnic, domeniul construcțiilor hidrotehnice s-a aflat și se află de multă vreme în fruntea acestui demers.

În condițiile expuse, conform unor opinii larg răspândite și acreditate de Comisia Internațională a Marilor Baraje, „ […] competența profesională a personalului este condiția cea mai importantă pentru a obține o funcționare sigură a barajelor" iar instrumentul cel mai sigur în reușita acestui deziderat este „ […] judecata bazată pe experiență".

III.5. Metodologie privind stabilirea categoriilor de importantă a barajelor

III.5.1. Principii generale

Stabilirea categoriilor de importanță a barajelor reprezintă o obligație legală și este utilizată pentru:

stabilirea tipului de urmărire în timp a barajelor – specială sau curentă – în conformitate cu rigorile impuse de sistemul calității în construcții;

ierarhizarea barajelor în vederea stabilirii programelor de evaluare a stării de siguranță în exploatare a acestora;

stabilirea listei cuprinzând barajele cu risc sporit;

stabilirea atribuțiilor de verificare și control al barajelor, care revin autorităților publice centrale din domeniul lucrărilor publice și din domeniul gospodăririi apelor;

stabilirea obligațiilor ce revin deținătorilor de baraje, precum și altor persoane juridice și fizice privind siguranța în exploatare a acestor tipuri de lucrări și luarea măsurilor corespunzătoare de reducere a riscului.

La stabilirea categoriei de importanță a barajelor se va ține seama de:

caracteristicile tehnice ale lucrării, furnizate de către deținător;

modul în care barajul este proiectat, construit, exploatat, reparat, afectat în timpul exploatării, inspectat periodic, menținut în exploatare, post-utilizat sau abandonat;

necesitatea protecției populației, a proprietății și a mediului împotriva consecințelor potențiale produse în cazul cedării acestor lucrări;

mărimea pagubelor potențiale sau a prejudiciului pe care îl poate aduce un accident la barajul respectiv;

impactul social-economic în cazul ruperii unui baraj;

modul în care apa și/sau deșeul industrial lichid ori depus hidraulic este acumulat în cuveta lacului de acumulare sau a depozitului.

III.5.2. Metodologie

Prezenta metodologie se bazează pe cuantificarea componentelor riscului și a riscului final asociat barajelor pentru acumulări de apă, precum și barajelor și digurilor care realizează depozite de deșeuri industriale, în vederea încadrării acestora în categoriile de importanță A, B, C și D, utilizându-se un sistem de criterii, indici și notări.

În funcție de valoarea indicelui de risc asociat barajului sau depozitului, acestea se încadrează în una dintre următoarele categorii de importanță:

A – baraj de importanță excepțională;

B – baraj de importanță deosebită;

C – baraj de importanță normală;

D – baraj de importanță redusă.

În cazul unei valori a indicelui de risc asociat barajului sau depozitului mai mare de 1, riscul este inacceptabil, iar barajul nu poate fi exploatat.

Criteriul de stabilire a categoriei de importanță a barajelor și depozitelor îl constituie riscul determinat prin relația:

Indicii utilizați în evaluarea riscului barajelor și depozitelor sunt:

indicele BA care este determinat de caracteristicile barajului sau depozitului (dimensiuni, tip, descărcători, clasa de importanță), ale amplasamentului acestuia (natura terenului de fundare și zona seismică) și de condițiile lacului de acumulare sau, după caz, ale depozitului; criteriile și punctajele corespunzătoare sunt prevăzute Tabel II.6

indicele CB, de stare a barajului, care este operant pentru barajele și depozitele existente și depinde de sistemul de supraveghere, de lucrările de întreținere, de principalele date din urmărirea comportării în timp (UCC) și de condițiile lacului de acumulare și ale uvrajelor-anexă; criteriile și punctajele aferente sunt prevăzute Tabel II.7

indicele CA care cuantifică consecințele avariei barajului sau a depozitului, ținându-se seama de posibile pierderi de vieți omenești, de efectele produse asupra mediului, de efectele socio-economice etc.; criteriile și punctajele corespunzătoare sunt prevăzute Tabel II.8

Pentru fiecare indice cuantificarea se face pe baza subcriteriilor și a sistemului de puncte atribuit acestora. Punctajul total al unui criteriu este dat de suma aritmetică a punctajelor subcriteriilor. În cazul indicilor BA și CB situația cea mai favorabilă este exprimată prin punctajul maxim, iar suma punctajelor subcriteriilor este plafonată la maximum 100. În cazul indicelui CA subcriteriile sunt punctate maximal pentru consecințele cele mai grave, iar suma acestora, în situația cea mai defavorabilă, este plafonată la 100.

În cazul barajelor sau depozitelor aflate în faza de proiectare sau execuție, indicelui CB, de stare a barajului, i se va atribui valoarea maximă (CB = 100).

III.5.3. Încadrarea în categorii de importanță a barajelor

Riscul asociat unui baraj se apreciază printr-un indice (RB) determinat prin relația:

în care:

BA – caracteristicile barajului și condițiile amplasamentului;

CB – starea barajului;

CA, BA și CB – indici prezentați mai sus;

α – coeficient de pondere și are valorile:

α = 1 – pentru baraje sau depozite proiectate ori verificate conform reglementărilor actuale;

α = 0,8 – pentru baraje sau depozite proiectate pe baza unor reglementări mai vechi;

α = 0,4 – pentru situații în care nu se cunosc date referitoare la proiectare;

β – coeficient de pondere și are valorile:

β = 1 – pentru baraje sau depozite aflate în proiectare ori construcție, respectiv existente, cu comportare normală pe toată durata de exploatare;

β = 0,7 – pentru baraje sau depozite existente care au suferit incidente ori accidente în exploatare, remediate prin execuția de lucrări suplimentare.

În funcție de valoarea indicelui de risc asociat barajului (RB) se determină categoria de importanță (Tabel II.5)

Tabel II.5 – Determinarea categoriei de importanță a barajelor

Tabel II.6 – Caracteristicile barajului și condițiile amplasamentului (B.A.)

H – înălțimea maximă de la talpa barajului;

V – Volumul de apă acumulat în lac la atingerea nivelului maxim de calcul.

Tabel II.7 – Starea barajului (CB)

(*) Aparatură de Măsură și Control (AMC) suficiente și informații satisfăcător prelucrate;

(**) Măsurători topografice sistematice și interpretate;

(***) În cazul în care echipamentele sunt blocate sau infiltrațiile sunt periculoase, indicele CB se multiplică cu 0,1.

Tabel II.8 – Consecințele avariei barajului (CA)

Notă:

1. Pentru fiecare criteriu parțial, se alege valoarea punctajului dintr-o singură coloană.

2. În cadrul unui criteriu cu posibilități de încadrare în două coloane, se adoptă punctajul din coloana cu valoarea minimă.

3. Valoarea totală a indicelui BA, CB sau CA se obține prin însumarea valorilor stabilite pentru fiecare criteriu.

4. În cazul indicelui CB, la criteriile parțiale nr. 5 și 6, în cazul în care frontul de retenție este parțial din pământ, parțial beton, încadrarea se face după punctajul minim atins la unul din cazurile A sau B.

Multe din barajele aflate în exploatare au peste 50 – 60 de ani și au beneficiat de tehnici de execuție mai puțin performante decât cele actuale. Din aceasta cauză multe dintre baraje prezintă imperfecțiuni de diverse origini, datorate normelor de proiectare, metodelor de execuție și condițiilor de exploatare.

Unele baraje nu mai corespund nici regulilor de proiectare actuale care iau în considerare următoarele:

– probleme generale de concepție;

– ipoteze de calcul static;

– tehnici corespunzătoare de concepție a materialelor.

Barajele vechi pun mari probleme, atât în ceea ce privește diagnosticarea stării lor, cât și sub aspectul consolidării securității lor. Câteva aspecte sunt deosebit de importante:

a) Beneficiarul lucrării are sarcina supravegherii și a asigurării întreținerii eficiente, pentru evitarea deteriorării în timp. Este o problemă pe termen lung, dificilă care presupune asumarea responsabilității în supravegherea, pregătirea și realizarea lucrărilor de întreținere, cât și arhivarea documentelor referitoare la viața barajului care, trebuie să fie metodic făcută și să aibă continuitate.

b) Lucrările vechi pun probleme specifice. Anumite părți și dispozitivele de măsură și control pot fi depășite sau în stare de deteriorare. Trebuie deci să se facă la intervale de câțiva ani, dacă este necesar, bilanțuri de securitate a lucrării. Analiza acestui bilanț pune probleme de consens intre părțile interesate. Cu toate acestea realizarea optimizării securității și a economicității nu este ușor de realizat.

c) Analiza deteriorării echipamentelor hidromecanice, rămâne incertă atunci când, exista un număr mic de rapoarte în acest sens. Problemele de acest gen sunt reale, iar rapoartele disponibile sunt uneori, departe de realitate. Securitatea unui barai nu trebuie să desconsidere eliminarea riscurilor în exploatarea echipamentelor hidromecanice.

d) Mecanismele de deteriorare în timp a barajelor sunt încă insuficient cunoscute (reacțiile alcalice, condițiile de rezemare, nucleele barajelor de materiale locale, echipamentul hidromecanic) .

Un alt aspect legat de barajele exploatate de mult timp care, nu au fost afectate de deteriorări este faptul că securitatea lor aflată în anumite limite este posibil să nu mai corespundă. Modificările climatice pot induce debite de viitură mai mari, iar schimbarea coeficienților straturilor vegetale (influențate de defrișările masive cât și de schimbarea unor folosințe) conduc la schimbarea debitelor de calcul.

Nu în ultimul rând, apariția programelor de calcul specifice domeniului poate permite transpunerea pe suport electronic a situației din teren și odată cu aceasta la ușurarea volumului de calcul cât și simularea unor situații limita care să descrie modul de lucru a amenajării hidrotehnice.

Supravegherea comportării în timp

Supravegherea barajelor, ca mijloc de reducere a riscului este impusă de riscul de cedare care a fost dovedit matematic și de pericolul potențial reprezentat de baraj pentru zona din aval. Cele mai multe dintre avariile și cedările care s-au produs s-au manifestat prin fenomene premergătoare. 

Supravegherea comportării în timp a construcțiilor hidrotehnice, se referă la activitatea sistematică de culegere și de valorificare a datelor obținute prin observații directe, prin măsurători, prin studii speciale referitoare la unele fenomene și mărimi privind construcțiile și amenajările corespunzătoare în exploatare.

Ea cuprinde toate aspectele care privesc atât construcția în sine, cât și relațiile acesteia cu mediul înconjurător.

Sistemul informațional pentru supravegherea construcțiilor hidrotehnice are ca scop principal punerea în evidență, cu o anticipare cât mai mare, fenomene ce pot periclita stabilitatea construcției.

Un mod de dotare cu aparatură de măsură și control și o frecvență a măsurătorilor și controalelor directe privind comportarea barajelor sunt date în funcție de o clasificare ICOLD a acestora, sub aspectul potențialului de distrugere. Din literatura de specialitate rezultă că, în general, costul aparaturii de măsură și control este de cca 0.8 – 1.5% din costul lucrării, iar costul citirilor anuale nu depășește 0.07% din costul exploatării.

III.1. Aparate de măsură și control

În vederea diminuării factorilor de risc și pentru evitarea efectelor distructive, în cazul distrugerii unor baraje sau a altor construcții anexe (conducte forțate, canale etc.), se impune supravegherea permanentă a comportării în timp a acestora.

Această supraveghere se face vizual, prin măsurători microtopografice și cu ajutorul aparatelor de măsurare de control (AMC-uri).

Observațiile vizuale se fac asupra întregii lucrări și asupra fenomenelor care influențează stabilitatea lucrării. De obicei, aceste observații vizează: par amenții amonte și aval, drenurile, prizele de apă, pereții galeriilor de vizitare, fundația și versanții la baraj și pe conturul acumulărilor etc.; ele scot în evidenta fisurile, infiltrațiile, deschiderea rosturilor de etanșare, deplasările de materiale, eroziunile, tasările, desprinderile etc.; la infiltrații se fac precizări dacă apă este limpede sau prezintă suspensii, iar pentru urmărirea deformațiilor se montează martorii.

La barajele din materiale locale ponderea maxima a observațiilor o constituie cele legate de infiltrații și alunecări. La barajele din beton se urmăresc, în special, fisurile și deplasările relative ale ploturilor.

Pentru zonele submerse ale barajelor se recurge la scafandrii echipați cu videocamere; anomaliile constatate la examinarea vizuala a unor zone sunt fotografiate repetat la anumite intervale de timp în funcție de evoluția față de reperai martori.

Barajele conlucrează cu fundația și versanții și prezintă deformații permanente sub influența presiunii apei și a încălzirii de la soare. În ele apar perioade de oscilații zilnice și sezoniere, legate de umplerea și golirea acumulărilor. La construcțiile mai mari apar și mișcări tectonice induse de acumulare și baraj.

Pentru urmărirea oscilațiilor și deplasărilor microtopografice, se recomandă folosirea unui sistem de referința microtopografic, cu reperi fixați în afara zonei de influență a barajului, care sunt urmăriți în raport cu reperai fixați pe construcție. Măsurătorile se fac cu o frecvență mai mare în prima perioada de funcționare a acumulărilor, iar ulterior se fac verificări periodice.

Dacă se constată abateri de la limitele deplasărilor normale stabilite de proiectant, se fac analize și interpretări ale acestora.

Măsurători topografice se fac și pentru unele zone din versanții limitrofi barajului sau pe conturul lacului, atunci când apar semne de deplasări sau alunecări; după fiecare seism se fac măsurători de microtriangulație.

Aparatura de măsurare și control în baraj, fundație și versanți se instalează simultan cu construcția, deoarece pozarea ulterioara este, practic, imposibila. Exista acte normative și recomandări de proiectare cu aparatura care trebuie instalată la diferite tipuri de baraje, în funcție de natura lor și de importanța obiectivelor periclitate în caz de accident; tot din faza de proiectare sunt precizate și pragurile critice aferente și frecventa măsurătorilor.

Supravegherea comportării în timp a construcțiilor hidrotehnice se bazează pe caracterul evolutiv al parametrilor urmăriți. Acești parametri pornesc de la o valoare incipienta când lucrarea este pusă în funcțiune și se stabilizează la anumite valori admise de proiectant, valori cu evoluție periodică. Este necesară, deci, continuitatea observațiilor și măsurătorilor și compararea permanentă a rezultatelor cu pragurile admise. Frecventa măsurătorilor este stabilită inițial de proiectant, iar pe parcurs de către personalul specializat în exploatare.

AMC-urile folosite cel mai frecvent în practică sunt date de:

aparatura piezometrica ce urmărește infiltrațiile prin corpul barajelor din pământ și materiale locale și subpresiunea apei pe fundația barajelor din beton; La barajele din pământ și materiale locale se măsoară nivelul apei în piezometre, iar dacă piezometrele sunt arteziene se măsoară și debitul prin metoda volumetrica; La barajele din beton, dacă dispare subpresiunea apei pe fundație, acest fenomen poate fi generat de colmatarea piezometrelor cu depuneri calcaroase si, deci, este o situație de pericol care poate duce la deplasarea unui plot;

inclinometrele fixe sau portabile care servesc la măsurarea deplasărilor pe orizontală după principiul nivelei; când se urmărește monitorizarea la dispecerat se folosesc teleinclinometrele;

pendulele simple directe și inverse măsoară deformațiile pe verticala la barajele din beton prin deformarea firului sau prin modificarea frecventei de vibrație; se întâlnesc și telependule cu afișaj digital centralizat la dispecerate;

deformetrul simplu și cel cu teletransmisie măsoară deformațiile în punctele critice, mai ales cele întâlnite între rosturile de dilatare și cele dintre ploturi;

dilatometrele măsoară deformările date de temperatura variabilă și de tasările neuniforme dintre rosturile de dilatare;

rocmetrele urmăresc deformările din roca de bază, din versanți și cele de la interfața cu barajul;

seismografele urmăresc mișcările seismice din zona barajului.

Trebuie remarcat faptul ca AMC-urile pot fi dotate cu senzori pentru măsurarea continuă a parametrilor și teletransmiterea lor la distanță. Se elimină, astfel, subiectivismul măsurătorilor efectuate de personalul uman. Se pot corecta unele măsurători eronate și se poate interveni rapid când sunt depășite pragurile critice.

În Tabel III.1 se prezintă sintetic parametrii principali grupați pe baraje de beton, baraje din umpluturi , masive de fundare a barajelor, care trebuie monitorizați. Aparatura de monitorizare trebuie să fie suficient de numeroasă și extinsă astfel încât în cazul unei comportări anormale pe baza datelor înregistrate și a inspecțiilor în teren să poată fi stabilite cauzele fenomenului. Instalarea unor instrumente suplimentare de monitorizare ar putea deveni necesară în asemenea situații.

Tabel III.1 – Parametrii principali monitorizați

Numărul de instrumente de monitorizare montate în corpul, fundația și versanții barajelor este foarte diferit de la o lucrare la alta, putând varia de la câteva sute la 2000…2500. El diferă funcție de importanța lucrării, cantitatea de informații apreciată de proiectant ca fiind necesară pentru asigurarea siguranței barajului.

În Fig. III.1 sunt prezentate scheme tipice de echipare cu AMC a unui baraj arcuit și respectiv a unui baraj de greutate.

Fig. III.1 – Scheme tipice de echipare cu AMC a unui baraj arcuit și respectiv a unui baraj de greutate

În Fig. III.2 sunt prezentate scheme tipice de echipare cu AMC a unui baraj din umpluturi cu nucleu de argilă și respectiv a unui baraj de umpluturi cu mască de beton.

Fig. III.2 – Scheme tipice de echipare cu AMC a barajelor din umpluturi

III.1.2. Etape de prelucrare a măsurătorilor

Activitatea de urmărire a comportării barajelor se desfășoară în mai multe etape succesive sau simultane:

– Efectuarea observațiilor și măsurătorilor – culegerea informațiilor prin inspectarea periodică a lucrării.

– Prelucrarea primară – transformarea mărimilor măsurate în mărimi utilizate în urmărirea comportării construcției. Această operație se poate face înainte sau după introducerea datelor în calculator.

– Introducerea datelor în baza de date care servește atât pentru conservarea în decursul timpului a informațiilor, cât și pentru transmiterea lor la nivelurile următoare de prelucrare și interpretare.

– Verificarea „normalității“ comportării prin compararea rezultatelor măsurătorii cu rezultatele obținute prin calcul pe un model de comportare, pentru solicitările exterioare din momentul efectuării măsurătorii. Operațiunea se poate face manual (folosind modele prelucrate sub formă grafică) sau pe calculator (folosind ca model o relație analitică). În cazul în care se intră în situație extraordinară, se trece la efectuarea măsurătorilor cu frecvență sporită și, dacă este cazul, se declanșează analize speciale pentru explicarea fenomenelor observate.

– Analiza unor fenomene atipice presupune în primul rând separarea solicitărilor exterioare de factorul timp, pentru a vedea dacă fenomenul este evolutiv sau nu și cum reacționează la eventualele măsuri de exploatare menite să-l mențină sub control.

Operațiunile de mai jos sunt în general caracteristice pentru nivelul local de analiză.

– Reanalizarea datelor obținute în etapele anterioare de analiză sub forma grafică a diagramelor de evoluție în timp a mărimilor măsurate și eventuala eliminare a unor puncte pentru care există argumente de eroare grosolană.

– Selectarea valorilor caracteristice pentru variațiile înregistrate în perioada analizată: medii, minime, maxime, variații etc. și compararea lor cu valorile caracteristice din perioadele anterioare de exploatare.

– Stabilirea parametrilor esențiali pentru definirea comportării barajului, ținând seama de tipul de construcției, de problemele amplasamentului și de comportarea anterioară.

– Stabilirea modelelor de comportament pentru parametrii esențiali care caracterizează comportarea barajului prin prelucrarea statistică a măsurătorilor efectuate.

În Fig. III.3 este prezentată schema etapelor de evaluare a siguranței unui baraj pe baza datelor obținute din sistemul de supraveghere.

Fig. III.3 – Schema etapelor de evaluare a siguranței unui baraj pe baza datelor obținute din sistemul de supraveghere.

III.2. Fluxul informațional

Analiza comportării construcțiilor hidrotehnice se realizează pe mai multe niveluri de competență:

baraj (nivelul local);

unitate teritorială (sistem hidrotehnic, direcție bazin ala, filială hidrocentrale etc.);

unitate centrală;

nivel național.

Fiecare nivel de analiză are importanță și responsabilități specifice.

În acest flux informațional, îndeplinirea sarcinilor de urmărire a comportării construcției (UCC) la nivel local sunt esențiale pentru buna funcționare a întregului sistem. Responsabilii UCC la nivel local trebuie să anunțe ierarhic imediat a orice anomalie de comportare constatată pentru a permite nu numai luarea unor măsuri imediate pentru readucerea lucrării în limite de risc acceptabil, dar și declanșarea unor observații și măsurători suplimentare, deosebit de importante pentru determinarea cauzelor la originea anomaliei de comportare și, în final, pentru alegerea celor mai eficiente soluții de remediere.

În conformitate cu H.G. 638/1999 privind „Regulamentul de apărare împotriva inundațiilor, fenomenelor meteorologice periculoase și accidentelor la construcțiile hidrotehnice precum și Normativul cadru de dotare cu mijloace de apărare împotriva inundațiilor și ghețurilor”, la fiecare construcție de retenție trebuie să exista un plan de alarmare-evacuare și un sistem de informare a autorităților locale.

Planul de avertizare-alarmare a populației și obiectivelor social economice situate aval de o acumulare în caz de accidente la construcțiile hidrotehnice, trebuie să fie întocmit de deținătorul obiectivului și aprobat de ministerul tutelar. Acesta conține:

descrierea amenajării și a barajului care realizează retenția;

ipoteze de avariere luate în considerare la calculul zonelor inundabile;

sistemul informațional, inclusiv a celui de avertizare sonoră;

situațiile și decizia de declanșare a sistemului de alarmă, responsabilități privind luarea deciziei de alarmare pe cele trei trepte de periculozitate;

căile de transmitere a deciziilor, responsabilitățile și modul de acționare a sistemului de alarmare;

măsuri care se iau la atingerea pragurilor critice. Măsuri de protecție a populației împotriva undelor de rupere: evacuarea și dispersarea în zone neinundabile, protecția împotriva intemperiilor, asistență medicală, asigurarea cu materiale și alimente etc.

Tranzitarea viiturilor prin acumulare este reglementată în Regulamentul de exploatare al acumulării în care se stabilesc manevrele care se efectuează, responsabilitățile și organele de decizie.

În cazul unor fenomene atipice se disting mai multe stări în funcție de gravitatea abaterii de la situația normală și de gradul de risc rezultat din aceasta:

starea de atenție – reprezintă simpla abatere de la parametrii normali, fără existența unui pericol pentru siguranța construcțiilor;

starea de alertă – este declanșată de apariția evacuărilor care provoacă inundarea unor zone și/sau un pericol iminent de avarie sau chiar de rupere a lucrării;

Intrarea în aceasta situație excepțională are drept consecință declanșarea acțiunii de alarmă a populației pentru evacuarea acesteia în afara zonelor posibil a fi afectate.

starea de alarmă – este declanșată la sesizarea unor fenomene a căror evoluție ar putea să conducă la un pericol pentru zonele adiacente construcțiilor hidrotehnice.

În funcție de starea constatată în exploatarea barajului, personalul de exploatare are responsabilități specifice pentru fiecare stare critică.

Barajistul va anunța la dispeceratul SGA orice modificare survenită în comportarea lucrării hidrotehnice:

deformații relative: fisuri, prăbușirea taluzurilor etc;

debite de infiltrații;

niveluri în puțurile piezometrice;

blocaje la echipamentele hidromecanice;

creșterea rapidă a nivelului apei în acumulare.

În continuare dispeceratul SGA va atenționa dispeceratul bazinal în legătură cu situația creată la acumulare.

Șeful de formație și responsabilul UCC (funcție de situația apărută la baraj), se vor deplasa obligatoriu la acumulare, pentru a valida informația barajistului.

În cazul când se constată atingerea pragului de „atenție” la unul din aparatele AMC, se procedează astfel:

șeful de formație și responsabilul UCC, vor reface setul de măsurători și le vor compara cu măsurătorile anterioare. Dacă măsurătorile noi se încadrează în ecartul „atenție” (conform tabelelor cu pragurile critice stabilite), datele vor fi transmise imediat, pentru prelucrare și analiză la dispeceratul SGA, care după validarea lor de către directorul SGA, le înaintează la dispeceratul bazinal;

dispecerul bazinal informează conducerea Direcției Apelor despre situația creată la acumulare;

dacă fenomenul evoluează spre atingerea pragului de „alertă”, vor fi convocați la acumulare directorul SGA și echipa de intervenție și se pregătesc materialele din stocul de apărare.

La atingerea pragului de ALERTĂ:

se aplică măsurile prevăzute la pragul anterior „atenție”;

se aplică programul de supraveghere intensivă a comportării construcției;

conducerea tuturor operațiunilor de urmărire a comportării construcției, precum și pregătirea acțiunilor de apărare la baraj trece în sarcina directorului SGA. Dacă din motive obiective acesta nu este prezent la acumulare, toate operațiunile sunt conduse de șeful de formație;

după analizarea datelor primite de la acumulare, dispeceratul bazinal pregătește decizia de alarmare a comisiilor de apărare împotriva inundațiilor, fenomenelor meteorologice periculoase și accidentelor la construcțiile hidrotehnice, situate în aval de acumulare.

La atingerea pragului de ALARMĂ:

se aplică măsurile prevăzute la pragul anterior „alertă”;

directorul SGA va fi prezent la baraj și va conduce toate operațiunile de apărare a lucrării, și de alarmare a populației în aval de acumulare.

În situația în care fenomenul parcurge cele trei praguri: atenție – alertă – alarmă, într-un ritm lent, decizia de declanșare a sistemului de alarmă, va fi dată de conducerea Direcției Apelor prin dispeceratul bazinal și dispeceratul SGA în momentul în care este evident că se atinge pragul de „alarmă”.

În situația în care fenomenul are o derulare foarte rapidă, sau se atinge pragul de alarmă fără a se trece prin pragurile de atenție și pericol, iar fenomenul de cedare este evident și inevitabil, se dispune imediat declanșarea alarmei de către personalul de la baraj, cel mai mare în funcție, sau în lipsa acestuia de către barajist, fără a mai aștepta decizia Direcției Apelor, dar după consultarea cu conducerea sistemului local de gospodărirea apelor (SGA).

Bibliografie