Evaluarea Fenomenelor DE Geohazard In Fostul Perimetru Minier Avram Iancu – Bazinul Ariesul Mic
CUPRINS
INTRODUCERE
1. RELATIA DINTRE HAZARD RISC SI VULNERABILITATE
1.1. Clasificarea geohazardelor
2. REȚELE DE MONITORIZARE A ELEMENTELOR SUPUSE HAZARDULUI
2.1. Modele și criterii probabiliste ce stau la baza proiectării rețelelor de monitorizare
2.2. Etapele proiectării rețelelor de monitorizare
2.2.1. Inițializarea rețelei de monitoring
2.2.2. Extinderea rețelei
2.2.3. Optimizarea rețelei
3. METODOLOGIA DE EVALUARE A RISCULUI
3.1. Procesul de management al riscului
3.2. Evaluarea elementelor de risc
4. METODE DE REALIZARE A HĂRȚILOR DE HAZARD ȘI DE RISC
4.1. Metodologia de realizare a hărților de hazard și de risc la alunecări de teren
4.2. Evaluarea și reprezentarea riscului la subsidență minieră
4.3. Evaluarea vulnerabilității apelor subterane
5. STUDIU DE CAZ – EVALUAREA FENOMENELOR DE GEOHAZARD ÎN FOSTUL PERIMETRU MINIER AVRAM IANCU –Bazinul Arieșul Mic
5.1. Scurt istoric, localizare, elemente climatologice și hidrologice
5.2. Caracterizarea geologică și hidrogeologică a zonei bazinului Arieșul Mic
5.3. Modelul tridimensional al zonei miniere
5.4. Identificarea fenomenelor de geohazard în zona fostului perimetru de exploatare
5.5. Modelarea dispersiei radionuclizilor de U în acviferul freatic din bazinul Arieșul Mic
5.6. Stabilitatea versanților naturali și a taluzelor de haldă în perimetrul de cercetare și evaluarea hazardului la alunecare
5.7. Modelarea subsidenței induse de exploatarea subterană în perimetrul fostei exploatări uranifere
5.8. Evaluarea vulnerabilității acviferului freatic din bazinul Arieșul Mic la poluarea cu radionuclizi
5.9. Întocmirea hărților de hazard și de risc la alunecare și subsidență minieră în perimetrul Avram Iancu – bazinul Arieșul Mic
5.10. Cuantificarea riscurilor și determinarea costurilor
Monitorizarea și controlul factorilor permanenți de risc
5.12. Tehnici și metodologii de reducere a riscului
6. CONCLUZII
BIBLIOGRAFIE
Dedic această teză tuturor celor care de-a lungul anilor au contribuit la formarea mea profesională și umană.
Adresez pe această cale sincere mulțumiri și considerație D-lui Prof. Dr. Ing. Daniel Scrădeanu și D-lui Prof. Dr. Ing. Mărunțeanu Cristian pentru încrederea acordată în abordarea acestei teme și pentru îndrumarea și sfaturile competente pe tot parcursul pregătirii doctoratului.
Profit de această cale pentru a mulțumi domnilor profesori Mircea Florea, Alexandru Gheorghe, Petre Bomboe, Florian Zamfirescu pentru toate acele lecții, nu doar inginerești dar și de viață pe care mi le-au dat atât pe parcursul studiilor universitare dar și după aceea, pentru exemplul viu pe care îl vor constitui întotdeauna pentru mine.
Mulțumesc întregului colectiv al catedrei de Inginerie Geologică, în frunte cu d-na Conf. Dr. Ing. Stănciucu Mihaela, pentru sprijinul acordat pe tot parcursul studiilor doctorale la susținerea referatelor și rapoartelor de cercetare.
Și nu în ultimul rând, mulțumesc soției mele Nadia pentru răbdarea și înțelegerea acordată, pentru sfaturile bune în perioadele de nesiguranță și stress.
INTRODUCERE
SCOPUL CERCETĂRII
În cadrul perimetrelor de explorare sau exploatare a minereului de uraniu, metodologia de gestionare a situațiilor de risc, în cazul declanșării unui hazard natural (geohazard în terminologia internațională), este mult mai complexă decât în zone similare cu activități de extracție a altor substanțe minerale utile.
Pe plan național, în momentul de față, problema managementului situațiilor de risc generate de sursele radioactive antropice în interacțiune cu declanșarea unor fenomene de hazard natural nu este rezolvată. Există unele evaluări și propuneri dar care nu tratează această problemă deosebit de complexă într-un mod integrat. De regulă, riscurile specifice (contaminarea radioactivă) sunt tratate separat de cele care sunt declanșate de fenomene naturale, fără a lua în calcul efectul lor sinergic.
Pe plan internațional preocuparea pentru managementul situațiilor de geohazard este avansată și are obiective bine definite în cadrul perimetrelor miniere uranifere active sau abandonate. Sunt utilizate sisteme de analiză geospațială integrate ce permit identificarea, analiza și evaluarea riscului geologic care la rândul său poate amplifica pericolele contaminării radioactive pe areale extinse prin mobilizarea materialelor sterile de către mișcări torențiale, fenomene de subsidență, alunecări induse de inundații sau seisme, fenomene hidrodinamice, etc.. Aceste sisteme sunt implementate pe platforme informatice GIS interfațate la bănci de date multidisciplinare, utilizează analize multicriteriale de evaluare, permit reprezentări digitale a hărților de hazard și de risc, analize tematice, scenarii și evaluări ale situațiilor de criză.
Tema de cercetare s-a desfășurat pe două direcții:
dezvoltarea modelelor conceptuale pentru dinamica fenomenelor naturale și antropice generatoare de risc și stabilirea modului de cuantificare al parametrilor specifici;
asamblarea modelelor conceptuale într-o metodologie utilă pentru:
identificarea riscului;
achiziția și prelucrarea datelor;
analiza decizională;
predicția fenomenelor naturale și antropice generatoare de risc.
Validarea metodologiei elaborate s-a realizat pe un studiu de caz, în zona fostei exploatări miniere Avram Iancu, unde activitatea s-a organizat în două etape:
Implementarea metodologiei elaborate de identificare și analiză a riscului geologic cu ajutorul analizei geospațiale într-un mediu care este deja potențial generator de risc.
Micșorarea gradului de vulnerabilitate a receptorilor din zona de influență, soluții de atenuare, diminuare și monitorizare a efectelor negative induse mediului sau comunităților umane.
Actualitatea problemei la nivel național și al U.E.
În momentul de față gestionarea situațiilor de risc generate de sursele radioactive antropice în interacțiune cu declanșarea unor fenomene de hazard natural nu este rezolvată. Există unele evaluări și propuneri dar care nu tratează această problemă deosebit de complexă într-un mod integrat. De regulă, riscurile specifice (contaminarea radioactivă) sunt tratate separat de cele care sunt declanșate de fenomene naturale, fără a lua în calcul efectul lor sinergic. Singurele estimări care sunt luate în calcul în întocmirea planurilor locale de acțiune sau a documentațiilor urbanistice care pot include zone de acest tip, sunt de ordin calitativ.
Practic, nu există programe coerente care să stabilească cu claritate, pe baza unui sistem integrat de analiză și decizie, recomandările de utilizare post-închidere a terenurilor, gradul de vulnerabilitate al receptorilor umani și biotici în cazul declanșării bruște a unui fenomen natural generator de risc, restricțiile impuse în arealele respective (totale sau parțiale) și, nu în ultimul rând, analiza unor perturbații și pericole viitoare.
Compania Națională a Uraniului, singura autoritate care gestionează activitățile de exploatare și procesare a uraniului natural (inclusiv managementul deșeurilor de la suprafață), nu are încă o experiență proprie în domeniul managementului riscului indus de fenomene naturale, motiv pentru care organizarea acestei activități este la nivel de perspectivă.
Dimensiunile situațiilor de risc care însoțesc aceste activități, sunt diferite în funcție de amploarea lucrărilor și caracteristicile mineralizației. Trecerea de la o faza de cercetare a resurselor radioactive la alta superioară precum și trecerea de la cercetarea geologică la exploatarea și respectiv prelucrarea minereurilor de uraniu, implica creșterea atâta a numărului mare de surse care pot crea un impact asupra factorilor de mediu, cât și a intensității acestui impact.
Distribuția administrativ-teritorială a depozitelor de deșeuri radioactive (halde și iazuri) și câteva dintre caracteristicile lor care sugerează dimensiunea impactului asupra mediului sau a altor activități economice este prezentată în tabelul 1.
Fig.1 Distribuția zonelor de explorare/exploatare a minereurilor de U și Th
Potențialele surse cu impact asupra mediului din partea inițială a ciclului cu uraniul natural sunt:
rocile sterile provenite din activitatea de extracție;
minereul neindustrial slab radioactiv, stocat în siturile miniere;
“cozile” de la activitățile de procesare;
Efluenții rezultați în procesele miniere care conțin elemente radioactive;
deșeurile metalice și lemnoase contaminate radioactiv în timpul exploatării și procesării minereurilor;
pulberile de minereu sau de concentrat de uraniu antrenate de curenții de aer în zonele de manipulare sau de prelucrare
noroi de foraj din bataluri
Tabelul 1 Suprafața și volumul potențialelor surse de risc radioactiv
Capacitatea receptoare a mediului pentru contaminanții radioactivi poate influența foarte mult dinamica poluării într-o anumită zonă, datorită factorilor regionali sau locali de natură topografică, meteorologică, geologică, hidrologică, hidrogeologică, etc. Astfel, evaluarea situației de risc se situează în aria de interferenta dintre mai multe discipline. Fiecare disciplină studiază factorii care controlează dispersia poluanților în mediu.
Istoria constituirii depozitelor de deșeuri radioactive de-a lungul activității miniere în domeniul uraniului scoate în evidență riscul pe care acesta îl prezintă , datorită următoarelor cauze:
amplasarea haldelor, de cele mai multe ori, pe terenuri forestiere;
înclinarea suprafeței topografice a terenului este mare (peste 200);
cursurile de apă au constituit, în multe cazuri, locul predilect de amplasare;
haldele au înălțimi de ordinul zecilor de metri, fiind formate din una sau mai multe trepte;
taluzele haldelor au înclinări cuprinse intre 30o și 450 în cele mai multe situații;
haldele sunt formate din roci tari și semitari cu granulometrie variabilă;
depozitarea deșeurilor s-a efectuat fără o pregătire inițială a fundamentului prin lucrări de izolare;
depozitele nu au fost izolate cu bariere naturale sau inginerești împotriva emanațiilor de radon sau a acțiunii agenților de transport curenți de aer, ape pluviale, etc.).
Pe plan internațional preocuparea pentru protecția mediului și a managementului situațiilor de geohazard este avansată și are obiective bine definite în cadrul perimetrelor miniere uranifere active sau abandonate. Sunt utilizate sisteme de analiză geospațială integrate ce permit identificarea, analiza și evaluarea riscului geologic care la rândul său poate amplifica pericolele contaminării radioactive pe areale extinse prin mobilizarea materialelor sterile de către mișcări torențiale, colaps, alunecări induse de inundații sau seisme.
Un sistem GIS de acest fel este utilizat pentru perimetrele miniere abandonate în Franța (provincia Midi-Pyrenees) de către BRGM pentru colectarea tuturor datelor reprezentative perimetrului (hărți digitale, date geomorfologice, litologice, hidrogeologice, geochimice etc.), substanțe minerale utile exploatate, calitatea factorilor de mediu, date climaterice, etc. Acest sistem alcătuit dintr-o bază de date multifișier Acces și o platformă GIS MapInfo, permite analiza unor situații de risc declanșate de fenomene naturale periculoase.
În UE există mai multe iazuri de decantare conservate, care au fost realizate prin sedimentarea șlamului în perioada activității de procesare a minereului uranifer. Ca suprafețe și cantități de material steril contaminat, se remarcă iazul de decantare Culmitzsch (Thuringia) cu o suprafață de 250 ha și o masă de 90 mil. tone material solid și iazul de decantare Helmsdorf cu o suprafață de 192 ha și o masă de 50 mil tone – Aceste iazuri și zonele lor de influență sunt monitorizate în mod riguros cu ajutorul sistemelor GIS și tehnici avansate de teledetecție iar hărțile de risc și hazard sunt reactualizate în mod constant pentru a permite o evaluare cit mai corectă a consecințelor ce ar putea ectuat fără o pregătire inițială a fundamentului prin lucrări de izolare;
depozitele nu au fost izolate cu bariere naturale sau inginerești împotriva emanațiilor de radon sau a acțiunii agenților de transport curenți de aer, ape pluviale, etc.).
Pe plan internațional preocuparea pentru protecția mediului și a managementului situațiilor de geohazard este avansată și are obiective bine definite în cadrul perimetrelor miniere uranifere active sau abandonate. Sunt utilizate sisteme de analiză geospațială integrate ce permit identificarea, analiza și evaluarea riscului geologic care la rândul său poate amplifica pericolele contaminării radioactive pe areale extinse prin mobilizarea materialelor sterile de către mișcări torențiale, colaps, alunecări induse de inundații sau seisme.
Un sistem GIS de acest fel este utilizat pentru perimetrele miniere abandonate în Franța (provincia Midi-Pyrenees) de către BRGM pentru colectarea tuturor datelor reprezentative perimetrului (hărți digitale, date geomorfologice, litologice, hidrogeologice, geochimice etc.), substanțe minerale utile exploatate, calitatea factorilor de mediu, date climaterice, etc. Acest sistem alcătuit dintr-o bază de date multifișier Acces și o platformă GIS MapInfo, permite analiza unor situații de risc declanșate de fenomene naturale periculoase.
În UE există mai multe iazuri de decantare conservate, care au fost realizate prin sedimentarea șlamului în perioada activității de procesare a minereului uranifer. Ca suprafețe și cantități de material steril contaminat, se remarcă iazul de decantare Culmitzsch (Thuringia) cu o suprafață de 250 ha și o masă de 90 mil. tone material solid și iazul de decantare Helmsdorf cu o suprafață de 192 ha și o masă de 50 mil tone – Aceste iazuri și zonele lor de influență sunt monitorizate în mod riguros cu ajutorul sistemelor GIS și tehnici avansate de teledetecție iar hărțile de risc și hazard sunt reactualizate în mod constant pentru a permite o evaluare cit mai corectă a consecințelor ce ar putea naște dintr-o situație complexă de geohazard.
În cadrul ONU funcționează mai multe organisme, precum Programul Națiunilor Unite pentru Mediu (UNEP), Centrul Națiunilor Unite pentru Asistență în caz de Urgență de Mediu (UNCUEA) și Departamentul Afacerilor Umanitare (DHA).
Reglementări la nivel național
În 22 octombrie 2001 a fost adoptată Legea 575 privind aprobarea Planului de amenajare a teritoriului național – Secțiunea V-a zone de risc natural. De asemenea, în cadrul anexelor acestei legi sunt prezentate în format tabelar și cartografic, zonări la nivelul întregii țări cu privire la periodicitate seismelor, areale afectate de inundații și macrozonarea teritoriului din punct de vedere al riscului la alunecări de teren.
Tot în cadrul acestor pachete legislative au fost elaborate și regulamente privind gestionarea situațiilor de urgență generate de inundații, fenomene meteorologice periculoase, accidente la construcții hidrotehnice și poluări accidentale. Pentru anumite hazarde naturale, legislația este destul de detaliată precizând și metodologiile de realizare și conținutul hărților de risc – HG74/2003 Norme metodologice privind modul de elaborare și conținutul hărților de risc natural la inundații. În cadrul articolului 5 al acestei norme se precizează că “elaborarea hărții de risc natural la inundații se realizează într-un sistem integrat, având la bază bănci de date informatizate și hărți digitale”.
Dacă în cazul surselor poluante neradioactive, exigențele manifestă o oarecare lejeritate, în cazul radiotoxicității conformarea cu legislația națională și europeană este obligatorie și cu un scop bine definit: asigurarea protecției radiologice a populației în limitele impuse și pe termen lung.
Măsurile relativ recente impuse de constrângerile legislative privitoare la minerit și mediu impun rezolvarea problemei într-o formă durabilă la toate obiectivele ce urmează a fi închise. Interferența dintre sursele de poluare radioactivă existente pe amplasamente sau în lucrări miniere subterane cu fenomenele naturale generatoare de risc geologic poate amplifica în mod deosebit efectele distructive asupra comunităților și habitatelor naturale, acestea putând persista pe termen foarte lung iar măsurile de remediere devenind foarte scumpe și puțin fezabile.
Legislația în vigoare ce reglementează direct sau indirect problematica referitoare la evaluarea, monitorizarea, prevenirea și reducerea riscului asupra mediului și comunităților umane are în vigoare atât norme metodologice, hotărâri ale guvernului, ordonanțe de urgență, norme departamentale dar și directive ale Consiliului European care au fost transpuse total sau sunt în curs de implementare. În continuare prezentăm câteva din normele/legile care sunt în exercițiu:
Norma metodologica din 10 aprilie 2003 privind modul de elaborare și conținutul hărților de risc natural la alunecări de teren;
Norma metodologica din 10 aprilie 2003 privind modul de elaborare și conținutul hărților de risc natural la inundații
Hotărârea Guvernului nr. 856/2008 privind gestionarea deșeurilor din industriile extractive, publicată în Monitorul Oficial nr. 624 din 27 august 2008.
OM nr. 31/2006 (MO nr. 234/15.03.2006) privind aprobarea Manualului pentru modernizarea și dezvoltarea Sistemului de Monitoring Integrat al Apelor din România (SMIAR) (care abroga OM nr. 35/2003)
OM nr. 137/2009 (MO nr. 170/18.03.2009) privind aprobarea valorilor de prag pentru corpurile de ape subterane din România
HG nr. 53/2009 (MO nr. 96/18.02.2009) pentru aprobarea Planului național de protecție a apelor subterane împotriva poluării și deteriorării
Norme de securitate radiologica privind radioprotecția operațională în mineritul și prepararea minereurilor de uraniu și toriu (NMR-01), aprobate prin Ordinul președintelui CNCAN nr. 127 din 27 mai 2002 și publicate în Monitorul Oficial al României, Partea I, nr. 677 din 12 septembrie 2002
Normele de securitate radiologica privind managementul deșeurilor radioactive provenite de la mineritul și prepararea minereurilor de uraniu și toriu (NMR-02), aprobate prin Ordinul președintelui CNCAN nr. 192 din 26 septembrie 2002 și transmise spre publicare la Monitorul Oficial al României
Norme de securitate radiologica privind dezafectarea instalațiilor de minerit și/sau de preparare a minereurilor de uraniu și/sau toriu (NMR-03)
Norme privind limitarea eliberărilor de efluenți radioactivi în mediu (NDR-04)
Directiva 2006/118/CE privind protecția apelor subterane împotriva poluării și a deteriorării – transpusă total
Conform Directivei 2004/35/CE a Parlamentului European și a Consiliului Uniunii Europene, transpusa în legislația națională prin O.U.G. nr. 68/2007 privind răspunderea de mediu cu referire la prevenirea și repararea prejudiciului asupra mediului, remedierea prejudiciilor aduse mediului contribuie la realizarea obiectivelor și aplicarea principiilor politicii comunitare în domeniul mediului, în conformitate cu Tratatul de Aderare.
Reglementări la nivel internațional
Primul standard din lume elaborat în domeniul managementului riscului (AS/NZS 4360:2001) a fost elaborat de Standards Australia și Standards New Zeeland.
Procesul de management al riscului dezvoltat în standardul menționat implică stabilirea contextului, identificarea, analiza, evaluarea, tratarea și monitorizarea riscurilor, precum și asigurarea unei comunicări efective a informațiilor (fig. 3). De asemenea, sunt discutate beneficiile și caracteristicile particulare ale managementului riscului de mediu.
În conformitate cu prevederile standardului AS/NZS 4360: 2001, riscul reprezintă posibilitatea de materializare a unui eveniment care va induce un impact asupra anumitor obiective.
Fig. 3. Modelul procesului de management al riscului (AS/NZS 4360:2001).
În continuare sunt prezentate câteva din directivele europene ce reglementează problematica complexă a managementului riscului de mediu.
2009/337/CE: Decizia Comisiei din 20 aprilie 2009 privind definirea criteriilor de clasificare a instalațiilor de gestionare a deșeurilor în conformitate cu anexa III la Directiva 2006/21/CE a Parlamentului European și a Consiliului privind gestionarea deșeurilor din industriile extractive [notificată cu numărul C(2009) 2856]
Directiva 1999/31/CE privind depozitele de deșeuri urmărește ca, prin intermediul unor cerințe tehnice și de exploatare stricte privind deșeurile și depozitele de deșeuri, să ofere măsuri, proceduri și linii directoare pentru a preveni sau a reduce, pe cât posibil, efectele negative asupra mediului și, mai ales, poluarea apelor de suprafața, a apelor subterane, a solului, a aerului și a mediului în general.
Directiva 2003/105/CE a Parlamentului European și a Consiliului din 16 decembrie 2003 de modificare a Directivei 96/82/CE a Consiliului privind controlul asupra riscului de accidente majore care implică substanțe periculoase se referă la măsurile necesare pentru reglementarea riscurilor care decurg din activitățile de depozitare și prelucrare din industria minieră.
Management of radioactive waste from the mining and milling of ores – Safety Guide (International Atomic Energy Agency, Vienna 2002) reprezintă un ghid de măsuri și propuneri pentru depozitele de deșeuri miniere din industria extractivă uraniferă (cu conținut redus de Th și U) în vederea asigurării unei management riguros pe termen lung al hazardului la care sunt expuse comunitățile și mediul.
Directiva cadru privind apa (2000/60/CE) completată cu Directiva 2006/118/CE privind protecția apelor subterane împotriva poluării si a deteriorării.
Apele subterane au devenit parte dintr-un sistem integrat de gestionare a apei, un context deosebit de natural pentru această componentă a mediului. Directiva cadru privind apa include apele subterane în planul de gestionare a districtului hidrografic și stabilește, pentru corpurile de apă (subterane), etapele de urmat în ceea ce privește delimitarea, analiza economică, caracterizarea (analiza presiunilor și a impacturilor), monitorizarea și elaborarea unor programe de măsuri care să asigure, până la sfârșitul anului 2015, cantități suficiente de ape subterane în stare chimică bună.
1. RELAȚIA DINTRE HAZARD RISC SI VULNERABILITATE
Numeroși oameni de știința străini (Pech 1988, Crozier 1988, Chardon 1990, Valla 1990, Davy 1991, Béthemont 1991, Degg 1992, Rosenfeld 1994, Seliverstov 1994), dar și români (Bălteanu 1992, Bogdan 1992, 1996, Bogdan, Niculescu 1992, Jelev 1992, Ianos 1993, 1994, Zăvoianu, Dragomirescu 1994, Ciulache, Ionac 1995, Grecu 1997, Diaconu și colab. 1997, Bălteanu, Alexe 2000 ș.a.) s-au preocupat de complexa problematică a riscurilor reprezentate de aceste evenimente și a definirii și utilizării termenilor cei mai potriviți, definiția multora dintre noțiunile frecvent vehiculate fiind fixată între parametri cantitativi: pagubele materiale și victimele omenești.
În aceste condiții s-a impus ca o necesitate preocuparea pentru elaborarea unor norme în vederea utilizării unei terminologii unitare pe plan internațional pentru cercetarea unor asemenea evenimente. O contribuție importantă în acest sens a avut-o editarea de către ONU și Secretariatul IDNDR, în 1992, a unui dicționar de termeni, “Internationally agreed glossary of basic terms related to disaster management”, privind principalii termeni folosiți în studiile dezastrelor.
Conform dicționarului amintit, hazardul reprezintă “un eveniment amenințător sau probabilitatea de apariție, într-o anumită perioadă, a unui fenomen cu potențial distructiv”. Într-o definiție mai cuprinzătoare, putem conchide că hazardul reprezintă un fenomen extrem, natural sau antropic, cu probabilitate mare de manifestare într-un anumit teritoriu și într-o perioadă dată, cu grave consecințe pentru mediul înconjurător și societatea umană, depășind măsurile de siguranță pe care aceasta și le impune.
Dimensiunea hazardelor poate fi apreciată în funcție de efectele pe care le induc asupra structurii interne și funcționalității unui sistem.
Unele hazarde realizează un risc de importanță redusă pentru ansamblul sistemului, apărând ca banale accidente în evoluția acestuia, ca fluctuații, oscilații în jurul traiectoriei normale de evoluție (incendii, furtuni, alunecări superficiale de teren).
Alte hazarde afectează sistemele într-o mai mare măsură, constituind adevărate rupturi funcționale, cu producerea unor importante pagube materiale și victime omenești, dar fără a determina o schimbare totală a sensului de evoluție (inundații, cutremure, epidemii, explozii sau incendii de proporții ș.a.). În acest caz sistemul respectiv are, de regulă, capacitatea de a reveni la normal.
Când manifestarea unor hazarde introduce o ruptură profundă, care determină schimbarea totală a sensului de evoluție a sistemului față de traiectoria inițială, se poate vorbi de dezastru, catastrofă ori cataclism (explozii vulcanice, cutremure catastrofale, coliziunea cu Pământul a unor obiecte cosmice precum meteoriții de mari dimensiuni sau asteroizii ș.a.). Asemenea evenimente depășesc capacitatea de rezistență a sistemului, conducând la integrarea acestuia în mediul său, respectiv moartea sistemului.
În acest sens, Degg (1992) consideră că un hazard nu presupune întotdeauna un dezastru. El nu este periculos pentru om dacă nu există o interferență spațială între aria de extindere a fenomenului respectiv și aria unei comunități vulnerabile la acest proces (Fig.1.1). Dacă cele două areale interferează, în funcție de gradul de vulnerabilitate, este posibil ca un hazard (cauza) să provoace un dezastru (care este efectul).
Fig. 1.1 Relația dintre hazard, risc și vulnerabilitate
Vulnerabilitatea este definită de dicționarul IDNDR drept “gradul de pierderi (de la 1% la 100%) rezultate din potențialitatea unui fenomen de a produce victime și pagube materiale”.
Gradul de vulnerabilitate depinde de un ansamblu complex, reprezentat de populație, construcții, infrastructură, activitatea economică, organizarea socială și eventualele programe de expansiune și de creștere a potențialului unui anumit teritoriu.
După dicționarul IDNDR, riscul reprezintă “numărul posibil de pierderi umane, persoane rănite, pagube asupra proprietăților și întreruperi de activități economice în timpul unei perioade de referință și într-o regiune dată, pentru un fenomen natural particular și prin urmare este produsul dintre riscul specific și elementele de risc”.
Riscul este dat de caracterul aleatoriu al unor fenomene, de faptul că ”nici data și nici locul viitorului caz, eveniment, nu pot fi determinate doar pe baza cunoașterii stărilor anterioare”. El constă într-o judecată de valoare (cantitativă), legată de pagubele susceptibile de a fi produse de către diferiți agenții naturali sau antropici.
În lucrarea de față, riscul reprezintă probabilitatea reală de expunere a mediului înconjurător și a societății umane la acțiunea unui hazard de o anumită mărime, cu grave consecințe, previzibil într-o anumită măsură. El presupune două laturi: pe de o parte, fenomenul fizic așa cum este el și posibilitatea de repetare a lui la scări și cu efecte mult mai mari, iar pe de alta, potențialul acestuia de a produce dezastre de diferite grade.
Riscul poate fi exprimat matematic, ca produsul dintre hazard (H), elementele expuse la risc (E) și vulnerabilitate (V) :
R = H E V
Prin urmare, riscul există în funcție de mărimea hazardului (cutremur, alunecare de teren, inundație etc.), de elementele expuse la risc (populație, bunuri materiale, activități economice etc.) și de vulnerabilitatea lor (adică de gradul de expunere a omului și bunurilor sale în fața hazardelor, de nivelul pagubelor pe care poate să le producă un anumit fenomen – Bălteanu, Alexe, 2001).
1.1. Clasificarea geohazardelor
Hazardele pot fi clasificate după diverse criterii: origine, mod de manifestare, frecvență, pagube produse, grad de potențialitate de a produce pagube etc.
Clasificarea după origine:
Clasificarea după modul de manifestare și perioada de instalare:
Clasificarea după pagubele produse (după Zăvoianu, Dragomirescu, 1996):
Efectele hazardelor
Manifestarea diferitelor hazarde creează efecte pe multiple planuri, în special economice, sociale și ecologice.
Efectele economice pot fi exprimate cel mai bine prin pagubele, atât reale cât și potențiale, provocate de hazarde:
– pagubele reale sunt reprezentate de pagubele care se produc efectiv în urma manifestării unui hazard și pot fi directe (reprezentând distrugerile și deteriorările de bunuri imobiliare și mobile, costul lucrărilor de intervenție, evacuare și ajutorare) și indirecte (pierderile înregistrate de economia națională la unități neafectate de hazardul respectiv, dar a căror activitate este perturbată din cauza legăturilor care există între ele și unitățile afectate direct de hazard).
– pagubele potențiale reprezintă diferențele dintre rezultatele activităților care s-ar desfășura pe un teren anumit (de ex., luncă) în condițiile în care acesta nu ar fi afectat periodic de un hazard (de ex., inundație) și rezultatele activităților care se desfășoară efectiv pe terenul respectiv într-un regim dat de existența riscului (inundabilitate, în exemplul nostru).
Printre cele mai importante efecte ecologice amintim: modificări la nivelul reliefului, în special în ceea ce privește echilibrul și dinamica versanților, modificarea calității aerului și apelor de suprafață și subterane, schimbarea calităților fizico-chimice ale solului, modificarea florei și faunei zonale, atât terestră cât și acvatică, creșterea riscului de producere și propagare a bolilor endemice ș.a. Efectele ecologice sunt în totalitate necuantificabile și necesită pentru ameliorare (dacă aceasta este posibilă) perioade de timp îndelungate.
Efectele sociale ale hazardelor prezintă o gravitate mult mai mare, a căror eliminare este o condiție cu implicații directe asupra nivelului general de trai al populației. Acestea nu pot fi exprimate cantitativ decât în mod excepțional.
2. REȚELE DE MONITORIZARE A ELEMENTELOR SUPUSE HAZARDULUI
2.1. Modele și criterii probabiliste ce stau la baza proiectării rețelelor de monitorizare
Modelele de monitorizare a riscului geologic au de rezolvat două obiective:
proiectarea rețelelor de monitorizare;
prognoza parametrilor riscului.
Mărimea fundamentală implicată în modelele probabiliste de proiectare a rețelelor de monitorizare este entropia a cărei minimizare crește gradul de cunoaștere al proceselor studiate.
Entropia reprezintă reducerea incertitudinii unui eveniment care se produce cu probabilitatea :
(1.1)
Entropia este aditivă când este aplicată intersecției a două evenimente independente:
(1.2)
Cele două evenimente pot fi două distribuții punctuale cu probabilitățile și .
Această definiție poate fi extinsă la distribuția a mai multor puncte (ex.: punctele de probare ale rețelei de probare/monitoring).
Entropia este definită strict pozitiv pentru un set de valori discrete de volum finit. Ea este maximă pentru o distribuție uniformă a acestora (cu aceeași probabilitate și lege de distribuție).
Pentru un mediu continuu nu este posibil de găsit o echivalență riguroasă. Considerând o serie de valori infinit apropiate, utilizându-se integrala în locul sumei și funcția densității de probabilitate în locul probabilităților se definește o entropie analoagă sub forma:
(1.3)
Analogia cu mediul discret nu este satisfăcătoare deoarece nu este invariantă la transformările realizate asupra variabilei , (funcția densității de probabilitate) fiind exprimată în unități de probabilitate raportate la unități de .
Pentru uniformizare dimensională este propusă (Jaynes,1968) forma:
(1.4)
în care este o măsură a "ignoranței complete " asupra variabilei .
Utilizată în această formă, cu toate ambiguitățile introduse de alegerea lui entropia își păstrează proprietatea de aditivitate dar și-o pierde pe cea de pozitivitate. Ca o măsură a incertitudii în mediul continuu este utilizată valoarea absolută a entropiei calculate cu formula lui JAYNES.
2.2. Etapele proiectării rețelelor de monitorizare
Adoptarea drept criteriu de proiectare a rețelelor de monitoring a reducerii entropiei totale are implicații în politica proiectării și în implementare .
Criteriul reducerii entropiei este bazat pe maximizarea reducerii incertitudinii asupra partiției calculată prin măsurătorile realizate în stațiile partiției . Acest criteriu are ca singur obiectiv predicția partiției din pe baza datelor obținute prin monitorizarea stațiilor partiției .
Sub aspect practic el permite predicția valorilor în stațiile nemonitorizate și estimarea parametrilor distribuției multivariate a unui vector aleator format din măsurătorile executate în toate locațiile . Ambele obiective se realizează prin minimizarea sumei incertitudinilor măsurate prin entropia lor.
Minimizarea sumei acestor două incertitudini poate fi echivalată într-o primă variantă (Caselton și Husain,1980) cu maximizarea incertitudinii transferate partiției , eliminată prin monitorizare stațiilor din .
Este important de sesizat că numai maximizarea componentei este un obiectiv prea îngust și că este necesar să fie completat cu considerații suplimentare asupra partiției . Această observație a condus la ideea maximizării informației mutuale (; Caselton și Zidek, 1984) și echivalării maximizării componentei cu minimizarea sumei componentelor .
În practica actuală, cele două criterii operaționale utilizate sunt:
maximizarea informației mutuale: ;
minimizarea sumei incertitudinilor: .
Trei situații principale apar în proiectarea rețelelor de monitoring:
inițializarea unei rețele de monitoring;
extinderea unei rețele existente;
eliminarea unor stații dintr-o rețea existentă.
2.2.1. Inițializarea rețelei de monitoring
Inițializarea unei rețele de monitoring se realizează în condițiile în care nu au fost colectate nici un fel de date într-un mod sistematic în suprafața ce urmează a fi monitorizată. Informațiile disponibile sunt în această fază limitate ca volum și în mare măsură subiective, astfel încât orice plan rațional este aparent exclus.
Cea mai indicată alegere în aceste circumstanțe este o rețea de monitoring uniformă. În practică realizarea unei astfel de rețele este împiedicată de:
gradul de accesibilitate la punctele proiectate în teren;
asigurarea securității stațiilor de monitoring;
dorința de a minimiza costul execuției;
dorința de a realiza un număr maxim de stații dintr-un buget fix.
Când cunoașterea distribuției spațiale este vagă, o bază obiectivă și rațională pentru proiectarea unei rețele de monitoring necesită anumite date colectate înaintea unei rețele permanente. Numai dacă nu se pot obține prin teledetecție datele minime necesare se poate realiza un sistem de stații temporare.
Trebuie făcută distincția între locațiile care sunt potențiale stații permanente și care sunt monitorizate temporar pentru a obține informații statistice pentru procesul de proiectare.
Coroborarea unei cunoașteri inițiale și a unor date obținute din rețele temporare cu schema Bayesiană a reducerii entropiei aduce o importantă contribuție la descrierea statistică adecvată a fenomenelor regionale ambientale cu cea mai scurtă perioadă posibilă de funcționare a rețelelor temporare.
Criteriul entropiei se aplică în două alternative: cel al maximizării informației mutuale și cel al minimizării incertitudinii .
Maximizarea informației mutuale
Aplicarea acestui criteriu plasează centrul de greutate asupra informațiilor obținute din rețeaua temporară. Sunt necesare date în toate stațiile din partițiile și în scopul stabilirii funcțiilor de frecvență și .
Rețeaua temporară de monitoring trebuie să conțină un număr suficient de stații pentru a realiza o bună estimare a partiției chiar dacă multe vor fi numai temporare.
Valoarea maximă va crește la început proporțional cu numărul stațiilor până când numărul de stații din îl depășește pe cel din (Fig.2.1).
Acest criteriu este eficient pentru rețele cu un număr de stații (g) mult mai mic decât cel al stațiilor temporare (p). Dacă nu sunt impuse condiții în alegerea locațiilor atunci curba este simetrică. Nici o indicație asupra numărului optim de stații g, nu se poate extrage din acesta curbă.
Minimizarea incertitudinii
Acest criteriu plasează pe ultimul loc rolul informațiilor obținute din rețeaua temporară utilizata pentru proiectarea rețelei temporare deoarece echivalentul lui este maximizarea parametrului .
El trebuie evaluat numai pentru un set de locații selectat dintre stațiile care candidează la statutul de stații permanente. Stațiile temporare nu contribuie la procesul de proiectare deși teoria ia în considerare în mod explicit predicția valorilor în stațiile temporare.
Pentru compararea eficienței unor rețele de dimensiuni diferite trebuie calculați parametrii suplimentari pe baza unei rețele extinse care să cuprindă și stațiile temporare.
Pe măsură ce numărul stațiilor monitorizate crește, valoarea minima a incertitudinii descrește în timp ce valoarea maxima crește (Fig. 2.2).
Posibilitatea alegerii numărului optim de stații în rețeaua de monitoring este dată de reducerea la minimum a incertitudinii la adăugarea ultimei locații.
Minimum reducerii este greu de absolutizat. Mai riguros această reducere poate fi comparată pentru introducerea diferitelor stații în rețeaua de monitoring.
2.2.2. Extinderea rețelei
Situația este similară cu inițializarea unei rețele diferența constând în faptul că primul grup de stații necesare pentru obținerea unor informații preliminare sunt predeterminate.
Criteriul favorizat este cel al minimizării incertitudinii în defavoarea celui de minimizare a informației mutuale .
În prelucrare trebuie să se țină seama că va fi un puternic dezechilibru între calitatea informației din rețeaua preexistentă și cea noua. Informațiile din rețeaua existenta au o mai lunga "istorie" decât cele obținute din noile locații.
Problema eliminării unor stații din rețeaua existenta poate fi abordată în același mod ca inițializarea rețelei, excepție făcând faptul că stațiile existente permit obținerea evoluției parametrilor pe o lungă perioadă. Este eliminat în acest caz dezavantajul unei informații subiective. Singura situație care poate deranja este aceea în care cu toate că dispunem de un număr suficient de stații, istoricul măsurătorilor să nu fie adecvat evaluării corecte a distribuției parametrilor .
2.2.3. Optimizarea rețelei
Optimizarea unei rețele existente este abordată în același mod ca inițializarea ei dar pe baza unor informații suplimentare obținute din rețeaua respectivă pe o anumită perioadă. Acest avantaj poate să dispară dacă distribuția locațiilor și programul de măsurători realizat nu sunt adecvate descrierii variabilității caracteristicilor monitorizate.
Metoda punctului fictiv operează în această etapă în două direcții:
• Eliminarea locațiilor ineficiente din rețeaua de monitoring. Pentru fiecare punct de observație din rețeaua de monitoring se evaluează câștigul de precizie și se elimină cele care nu contribuie la reducerea erorilor de estimare în mod semnificativ.
• Completarea rețelei de monitoring. În zonele cu erori de estimare mai mari decât valoarea admisă se amplasează locații fictive și se calculează eficiența lor prin intermediul câștigului de precizie pe care îl determină.
3. Metodologia de evaluare a riscului
În realizarea studiilor de analiză de risc sunt deosebit de importante următoarele întrebări:
• Ce slăbiciuni pot să apară în managementul sistemului de securitate?
• Ce nu funcționează?
• Care sunt acțiunile preventive care pot fi întreprinse pentru a controla riscul?
• Cum sunt urmărite aceste acțiuni?
• Cum să se utilizeze mărimile de ieșire pentru a evalua rezultatele și tendințele înregistrate, cu scopul de a determina dacă compania face lucrurile bine, face lucrurile care trebuie făcute și își atinge obiectivele și țintele?
Prevenirea accidentelor prin analiza riscului implică o activitate specifică încă din etapa de proiectare prin aplicarea de tehnici și metode calitative și cantitative bazate pe date existente și pe acțiuni sistematice, creative, imaginative.
Analiza calitativă are ca obiectiv principal stabilirea listei de hazarduri posibile, face posibilă ierarhizarea evenimentelor în ordinea riscului și prezintă primul pas în metodologia de realizare a analizei cantitative a riscurilor. Există două mari categorii de tehnici în cadrul cărora se disting o serie de componente generale (tabelul 3.1):
Analize calitative folosite pentru identificarea hazardurilor (Hazard and Operability Study – Hazop). Stabilește lista de hazarduri posibile, face posibilă ierarhizarea evenimentelor în ordinea riscului și prezintă primul pas în metodologia de realizare a analizei cantitative a riscurilor.
Analize cantitative folosite pentru evaluarea hazardurilor, pentru a decide cum trebuie să acționăm în scopul eliminării sau reducerii riscului (Hazard Analysis – Hazan).
Tabelul 3.1a
Măsura calitativă a consecințelor
Se realizează prin încadrarea în cinci nivele de gravitate, o metodologie acceptată internațional și utilizată în studiile de evaluare a riscului. Cele cinci nivele au următoarea semnificație (tabelul 3.2):
Tabelul 3.2.
Măsura probabilității de producere
Se realizează tot prin încadrarea în cinci nivele, acceptate internațional și utilizate în diferite variante (tabelul 3.3):
Tabelul 3.3
Evaluarea calitativă a riscului
Se calculează nivelul de risc ca produs între nivelul de gravitate (consecința) și cel de probabilitate ale evenimentului analizat.
Utilizând informațiile obținute din analiză, riscul unui eveniment este plasat într-o
matrice (figura 3.1.). Extinderea analizei de risc și intensitatea măsurilor de prevenire și atenuare trebuie să fie proporționale cu riscul implicat. Modele simple de identificare a hazardului și analiza calitativă a riscului nu sunt totdeauna suficiente și ca atare este necesară utilizarea evaluărilor detaliate. Există mai multe metode pentru realizarea evaluării cantitative a riscului. Alegerea unei tehnici particulare este specifică scenariului de accident analizat. Sunt analizate mai detaliat acele scenarii de accidente care în urma analizei calitative sunt considerate ca fiind potențial majore, probabilități de peste 10-6, adică se pot produce mai repede de 10.000 de ani și consecințe majore, deci risc ridicat peste nivelul 15.
Se utilizează metode de estimare a emisiilor accidentale în atmosferă și modele de simulare a dispersiei pe baza cărora este evaluată gravitatea eventualelor consecințe. Sunt aplicate metode de simulare specifice pentru evaluarea consecințelor produse de eventuale explozii sau incendii. Rezultatele unor studii de simulare a formării de breșe în corpul barajului iazului de decantare și a iazului de colectare a apelor acide sunt utilizate pentru evaluarea consecințelor unor asemenea evenimente.
Diagrama frecvență – consecințe, FN (pierderi de materiale sau număr de fatalități) centralizează rezultatul analizelor astfel efectuate și prezintă grafic riscul social specific proiectului în corelație cu nivelul de risc socialmente acceptabil.
Fig. 3.1. Matricea de evaluare calitativa a riscului și nivelele de risc
3.1. Procesul de management al riscului
Riscul de mediu se poate manifesta sub forma stresorilor generați de activitatea (sau inactivitatea) antropică și poate genera efecte adverse asupra mediului, precum și degradarea sau pierderea durabilității.
Procesul de management al riscului este de tip iterativ, fapt ilustrat prin buclele de feed-back din figura 3.2. El poate fi repetat în condițiile introducerii unor criterii modificate sau suplimentare de evaluare a riscurilor, rezultând un proces de îmbunătățire continuă.
Etapele procesului generic de management al riscului sunt următoarele:
stabilirea contextului: determinarea contextului strategic, organizațional și de management al riscurilor, precum și stabilirea structurii analizelor și a criteriilor pe baza cărora riscurile vor fi evaluate; identificarea părților afectate/interesate și definirea politicilor de comunicare și consultare;
identificarea riscurilor: identificarea, ca fundament al analizei ulterioare, a ceea ce se poate întâmpla, de ce și cum, inclusiv a pericolelor și a consecințelor asociate;
analiza riscurilor: analiza riscurilor, în termeni de probabilitate și gravitate; posibilitățile de control și efectul măsurilor de control asupra consecințelor; probabilitatea de producere și magnitudinea pot fi combinate în vederea estimării nivelului de risc;
evaluarea și ierarhizarea riscurilor: compararea nivelurilor de risc estimate cu criteriile prestabilite; în continuare, riscurile pot fi ierarhizate în vederea identificării priorităților; riscurile identificate ca având o prioritare redusă pot fi acceptate fără a fi tratate, constituind doar subiectul monitorizării și revizuirii;
tratarea riscurilor: dezvoltarea și implementarea unui plan de management, care trebuie să includă considerații privind alocarea resurselor financiare și de altă natură, precum și termene de acțiune;
comunicare și consultare: consultarea și comunicarea cu părțile afectate/interesate, interne și externe, în fiecare etapă a procesului de management al riscului;
monitorizare și revizuire: monitorizarea și revizuirea riscurilor, precum și evaluarea performanțelor sistemului de management al riscurilor și a modificărilor care îl pot afecta.
Deși sunt prezentate ca activități independente, în practică etapele enumerate anterior se găsesc într-o strânsă interacțiune. De exemplu, atunci când riscurile au fost identificate, contextul și criteriile trebuie revizuite, iar anumite aspecte ale analizei trebuie reconsiderate.
Etapele vizând comunicarea și consultarea, precum și monitorizarea și revizuirea implică activități și concepte care cuprind întregul proces de management. În fiecare etapă a procesului, precum și în cadrul procesului de management al riscului, ca ansamblu, trebuie să existe și să funcționeze mecanisme adecvate de comunicare și consultare, atât în cadrul organizației evaluatoare cât și între organizație și părțile externe. De asemenea, cele două etape menționate anterior trebuie să vizeze revizuirea și monitorizarea riscurilor, precum și evaluarea performanțelor sistemului de management al riscurilor și a modificărilor care îl pot afecta.
Fig. 3.2 Etapele procesului de management al riscului geologic
(după Fell si al. 2005)
Managementul riscului de mediu diferă semnificativ de managementul altor tipuri de risc, datorită faptului că, caracteristicile sale particulare reflectă complexitatea mediului. Numărul mare de ecosisteme și organisme, modul în care acestea interacționează între ele sau cu sistemele limitrofe generează atât un grad înalt de complexitate cât și un nivel semnificativ de incertitudine.
De cele mai multe ori, deciziile se referă la perioade lungi de timp și sunt fundamentate pe ipoteze multiple privind impactul potențial, cum ar fi, de exemplu, efectul asupra generațiilor viitoare. Datorită dificultății de a formula ipoteze precise, deciziile sunt adesea adoptate în condițiile de incertitudine științifică asupra consecințelor posibile.
Factorii care afectează managementul riscului de mediu includ :
absența datelor sau existența unui volum redus de date;
necesitatea formulării unor ipoteze;
variabilitatea naturală;
utilizarea unor concepte, tehnici și metode noi, care provin din domenii științifice insuficient dezvoltate și care constituie obiectul a numeroase dispute și controverse în ceea ce privește acțiunile care trebuie întreprinse;
duratele mari de timp (de exemplu, deși trebuie să se țină seama de generațiile viitoare, modificările ecologice se pot produce lent, datorită decalajului temporal dintre acțiunea cauzelor și materializarea efectelor);
efectele potențiale asupra mediului și a bunăstării economice la scară locală, regională, națională, internațională, globală și posibilitatea producerii unor consecințe ireversibile;
absența unei legături directe și clare între anumite cauze și efecte asupra mediului.
Particularitatea managementului riscului de mediu în perimetrele de exploatare minieră (uraniferă)
Managementul riscului de mediu diferă semnificativ de managementul altor tipuri de risc, datorită faptului că caracteristicile sale particulare reflectă complexitatea mediului. Numărul mare de ecosisteme și organisme, modul în care acestea interacționează între ele sau cu sistemele limitrofe generează atât un grad înalt de complexitate cât și un nivel semnificativ de incertitudine.
De cele mai multe ori, deciziile se referă la perioade lungi de timp și sunt fundamentate pe ipoteze multiple privind impactul potențial, cum ar fi, de exemplu, efectul asupra generațiilor viitoare. Datorită dificultății de a formula ipoteze precise, deciziile sunt adesea adoptate în condițiile de incertitudine științifică asupra consecințelor posibile.
Factorii care afectează managementul riscului de mediu includ :
absența datelor sau existența unui volum redus de date;
necesitatea formulării unor ipoteze;
variabilitatea naturală;
utilizarea unor concepte, tehnici și metode noi, care provin din domenii științifice insuficient dezvoltate și care constituie obiectul a numeroase dispute și controverse în ceea ce privește acțiunile care trebuie întreprinse;
duratele mari de timp (de exemplu, deși trebuie să se țină seama de generațiile viitoare, modificările ecologice se pot produce lent, datorită decalajului temporal dintre acțiunea cauzelor și materializarea efectelor);
efectele potențiale asupra mediului și a bunăstării economice la scară locală, regională, națională, internațională, globală și posibilitatea producerii unor consecințe ireversibile;
absența unei legături directe și clare între anumite cauze și efecte asupra mediului.
3.2. Evaluarea elementelor de risc
Element de risc este orice element care are o probabilitate măsurabilă de a devia de la plan. Aceasta presupune desigur existența unui plan. Strategiile, planurile și programele comunității locale constituie elemente care permit prefigurarea realității și apoi confruntarea realizărilor efective cu rezultatele așteptate.
Pentru realizarea obiectivelor unui plan de dezvoltare locală este necesară derularea unor seturi de activități. O activitate, notată (a), poate fi considerată element de risc dacă sunt îndeplinite simultan următoarele două condiții:
0 < P(a) < 1 (1)
L(a) = 0 (2)
unde: P(a) = probabilitatea ca un eveniment (a) să se producă;
E(a) = efectul evenimentului (a) asupra obiectivelor;
L(a) = evaluarea economică a lui E(a).
Managementul riscului este un proces ciclic, cu mai multe faze distincte: identificarea riscului, analiza riscului și reacția la risc.
În faza de identificare a riscului se evaluează pericolele potențiale, efectele și probabilitățile de apariție ale acestora pentru a decide care dintre riscuri trebuie prevenite. Practic, în această fază se identifică toate elementele care satisfac condițiile (1) și (2).
Totodată, se elimină riscurile neconcordante, adică acele elemente de risc cu probabilități reduse de apariție sau cu un efect nesemnificativ. Aceasta înseamnă că pot fi neglijate acele elemente pentru care P(a) sau L(a) tind către zero.
Identificarea riscurilor trebuie realizată în mod regulat. Aceasta trebuie să ia în considerare atât riscurile interne, cât și pe cele externe. Riscurile interne sunt riscuri pe care echipa managerială le poate controla sau influența, în timp ce riscurile externe nu se află sub controlul acesteia.
Riscul poate fi identificat folosind diferite metode:
întocmirea unor liste de control care cuprind surse potențiale de risc, cum ar fi: condiții de mediu, rezultatele estimate, personalul, modificări ale obiectivelor, erorile și omisiunile de proiectare și execuție, estimările costurilor și a termenelor de execuție etc.;
analiza informațiilor disponibile în arhiva instituțiilor publice care activează în comunitatea locală respectivă, pentru identificarea problemelor care au apărut în situații similare celor curente;
utilizarea experienței personalului operativ prin consultarea acestora la o sesiune formală de identificare a riscurilor. De multe ori oamenii de pe teren sunt conștienți de riscuri și probleme pe care cei din birouri nu le sesizează. O comunicare eficientă teren – birouri este una dintre cele mai bune surse de identificare și diminuare a riscurilor;
identificarea riscurilor impuse din exterior (prin legislație, schimbări în guvernare, tehnologie, relații cu sindicatele) prin parcurgerea publicațiilor de specialitate.
Faza de analiză a riscului ia în considerare riscurile identificate în prima etapă și realizează o cuantificare aprofundată a acestora. Pentru analiza riscului se folosește un instrumentar matematic divers (analiza probabilistică, analiza Monte Carlo etc.). Alegerea instrumentarului matematic trebuie să fie adaptată necesităților analizei și să țină seama de volumul și acuratețea datelor disponibile.
Cea mai simplă metodă de cuantificare a riscurilor este aceea a valorii așteptate (VA), care se calculează ca produs între probabilitățile de apariție ale anumitor evenimente și efectele acestora:
VA(a) = P(a) x E(a) (3)
unde: VA(a) = valoarea așteptată a evenimentului (a)
P(a) = probabilitatea de apariție a evenimentului (a)
E(a) = efectul apariției fenomenului (a)
Având în vedere faptul că estimarea probabilităților este un proces cu un grad mare de subiectivitate, rezultatele obținute prin metoda valorii așteptate sunt de obicei utilizate ca date de intrare pentru analize ulterioare.
Simulările constituie o metodă avansată de cuantificare a riscurilor. Simularea utilizează un model al unui sistem pentru a analiza performanțele sau comportamentul sistemului. Această tehnică simulează realizarea obiectivelor de un număr mare de ori, furnizând o distribuție statistică a rezultatelor.
Arborii decizionali sunt instrumente care descriu interacțiunile cheie dintre decizii și evenimentele aleatoare, așa cum sunt percepute de către decidenți. Ramurile arborelui reprezintă fie decizii, fie rezultate aleatoare sau incerte:
Valoarea așteptată (VA) a unui efect = Efect x Probabilitatea de apariție a efectului
Valoarea așteptată a unei decizii = suma valorilor așteptate ale tuturor efectelor rezultând din acea decizie
Reacția la risc este faza de acțiune din cadrul ciclului managementului riscului, în care se încearcă:
să se elimine riscurile;
să se reducă riscurile:
să se repartizeze riscurile.
Eliminarea riscurilor are scopul de a îndepărta riscurile. Echipa managerială poate: să nu inițieze o anumită tranzacție sau afacere; să stabilească un preț foarte mare, care să acopere riscurile; să condiționeze oferta etc.
Diminuarea riscurilor se poate realiza printr-o serie de instrumente cum sunt:
programarea: dacă riscurile sunt legate de fluxuri de orice fel, programarea științifică cu ajutorul graficelor rețea, poate diminua riscurile în limite rezonabile;
reproiectarea: riscurile pot fi de multe ori diminuate printr-o reproiectare judicioasă a fluxurilor.
Repartizarea riscurilor este de asemenea un instrument performant de management al riscului. Aceasta se referă la părțile care vor accepta o parte sau întreaga responsabilitate pentru consecințele riscului. Repartizarea riscului trebuie să se facă ținându-se seama de comportamentul față de risc al diferitelor segmente. În acest sens, regula generală de alocare a riscului este să se aloce riscul părții care poate să îl suporte și să îl controleze cel mai bine.
Un proces formalizat de management al riscului va da rezultate pozitive numai dacă ia în considerare toate aspectele acestuia. Performanța în procesul de management al riscului este dată în mare măsură de calitatea managerilor și a personalului implicat. Echipa de management al riscului trebuie să găsească o cale de mijloc între tehnicizarea excesivă a procesului și acțiunea pe bază de intuiție și experiență profesională.
4. METODE DE REALIZARE A HĂRȚILOR DE HAZARD ȘI DE RISC
4.1. Metodologia de realizare a hărților de hazard și de risc la alunecări de teren
În aplicațiile privind alunecările de teren sunt utilizate 3 grupuri mari de hărți GIS:
Hărți ale incidentei spațiale a alunecărilor;
Hărți ale incidentei spațiale-temporare a alunecărilor și prognoza apariției acestora;
Hărți cu evaluarea consecințelor alunecărilor.
Din punct de vedere al metodelor de analiza și prelucrare utilizate aceste grupuri se împart la rândul lor în mai multe subcategorii:
Hărți ale incidentei spațiale a alunecărilor:
Hărți de susceptibilitate calitativa;
Hărți de susceptibilitate semi-cantitativa, utilizând factori de ponderare;
Hărți de susceptibilitate semi-cantitativa, bazate pe numere sau indici de susceptibilitate;
Hărți semi-cantitative ale zonelor de instabilitate, bazate pe date geologice și/sau geomorfologice;
Hărți calitative de hazard fără nici o evaluare temporara;
Hărți de risc (riscul fiind definit ca hazard spațial) bazate pe analiza calitativa sau semi-cantitativa;
Hărți spațiale bazate pe analize de certitudine, regresie logica, sau opinia experților;
Hărți spațiale bazate pe analiza probabilistică multivariată;
Hărți spațiale bazate pe abordări matriciale sau matrici GIS;
Hărți spațiale bazate pe teoria rețelelor neuronale artificiale;
Hărți spațiale bazate pe logica fuzzy;
Hărți spațiale bazate pe analiza factorului de siguranță al taluzelor;
Hărți spațiale bazate pe analiza fractală și pe modelarea hărților cu alunecări de teren;
Hărți ale incidentei spațiale-temporare a alunecărilor și prognoza apariției acestora:
Hărți obținute utilizând modele cuplate privind stabilitatea taluzelor și hidrologia acestora, împreună cu evaluarea probabilității producerii de precipitații;
Hărți obținute utilizând modele cuplate de stabilitate a taluzelor și comportare dinamica a acestora legate de evaluarea probabilității de producere a cutremurelor.
Hărți cu evaluarea consecințelor alunecărilor:
Hărți cu evaluarea riscului;
Hărți cu evaluarea vulnerabilității.
În prezent principalele tipuri de hărți legate de problemele de management al alunecărilor de teren sunt următoarele:
Hărți de inventariere;
Hărți de susceptibilitate;
Hărți de hazard;
Hărți de risc.
Hărți de inventariere a alunecărilor
Primul pas în orice program de monitorizare și management al riscului producerii unor alunecări de teren este realizarea unei hărți care sa inventarieze alunecările de teren produse de-a lungul timpului în zona de interes.
Din păcate, la nivelul României, nu a existat o preocupare susținută privind elaborarea unor asemenea hărți GIS.
Abia în ultimii ani – în special în urma unor alunecări de versanți care s-au produs în primăvara anului 2005, în urma unor puternice precipitații și au condus la inundații majore, Ministerul Mediului și al Gospodăririi Apelor a lansat Programul de finanțare a elaborării hărților de hazard natural la inundații, alunecări de teren și cutremure pentru fiecare județ.
Situația nu este mult diferita nici la nivelul Europei, unde cele mai multe tari au hărți cu alunecările de teren produse în procentaje cuprinse intre 0% și 25% (procentaj raportat la zonele pentru care exista hărți topografice GIS).
Pe de alta parte, ținând cont de marea diferența dintre comportările mecanice caracteristice diferitelor tipuri de alunecări: curgeri, ruperi, împrăștieri laterale, mișcări complexe, trebuie acordata o atenție particulara inventarelor efectuate in situ, unde sunt prezente diverse tipuri de alunecări, care combinate conduc la obținerea unei hărți de alunecare.
Informații suplimentare privind alunecarea: extinderea spațială, viteza de alunecare, momentul producerii, dezvoltarea și activitatea sunt foarte importante pentru evaluarea exacta a hazardului și a riscului asociate alunecării, în special pentru hărțile la scara mare (1:1.000 – 1:25.000) ce vor fi realizate în etapele ulterioare ale cercetării pentru zonele miniere ce se vor constitui în studii de caz.
Hărți de susceptibilitate
Conceptul de susceptibilitate la alunecare include distribuția spațială a factorilor legați de procesele de instabilitate în scopul de a determina zonele predispuse la alunecări, dar fără nici o implicare a factorului timp.
Aceasta abordare este utila în special în zonele în care nu sunt disponibile informații privind istoricul evenimentelor de alunecare produse, sau/și nu se dispune de înregistrări meteorologice privind ploile (frecventa și intensitate).
O asemenea harta ierarhizează stabilitatea unui taluz din zona în mai multe categorii calitative mergând de la stabil la instabil, indicând zonele în care alunecările pot sa apară. Multe din aceste hărți de susceptibilitate utilizează o schema de culori (culori intense-roșu, portocaliu, galben pentru a marca zone instabile sau marginal instabile și culori reci-albastru și verde-pentru a marca zonele mai stabile).
Hărți de hazard
Termenul de hazard de alunecare reprezintă un caz particular al hazardului natural, definit ca “probabilitate de apariție, într-o perioada de timp specificata și într-o zona data, a unui fenomen potențial producător de pagube”. O asemenea definiție include o zonare ce ar trebui sa prezinte probabilitatea anuala a apariției unei alunecări într-o zona data.
O harta ideala de hazard la alunecare ar trebui sa prezinte nu numai șansele ca o alunecare sa se producă într-o anumita zona, ci și șansele ca o anumita zona sa fie afectata de o alunecare produsa undeva în amonte fata de acea zona.
Hărți de risc
O harta de risc de alunecare prezintă costul anual așteptat al pagubelor produse asupra zonei afectate de o alunecare de teren și combina informația de probabilitate conținuta într-o harta de hazard de alunecare cu o analiza a tuturor consecințelor produse (pagube asupra proprietății, victime și pierderi datorate nefuncționării unor utilități sau servicii).
Elementele de risc sunt constituite din populația, proprietățile mobile și imobile, activitățile economice, incluzând serviciile publice, etc. dintr-o anumita zona.
Acestea manifesta o anumita vulnerabilitate, definita ca grad al pagubelor când zona este afectata de un fenomen natural, cum ar fi alunecările de teren. De aici rezulta ca pentru un element de risc particular ar trebui definite diferite valori de vulnerabilitate în funcție de tipul particular de alunecare. În plus, pentru fiecare element de risc, riscul specific depinde de probabilitatea de apariție a unei alunecări particulare și de valoarea de vulnerabilitate corespunzătoare acestuia.
Riscul total final asociat unui eveniment de alunecare de teren integrează riscurile specifice asociate tuturor elementelor de risc distribuite spațial în zone cercetata. Fell (1994,2000) propune următoarele definiții ale termenilor caracteristici evaluării riscului de alunecare, precum și un sistem de clasificare al alunecărilor (Tabelele 1-5).
Clasificarea alunecărilor într-o regiune în alunecări prezente (existente) și respectiv potențiale;
Magnitudinea (M) sau volumul exprimat în m3 al alunecării;
Probabilitatea (P) ca o alunecare particulara sa apară într-o perioada data de timp (în general 1 an);
Hazardul (H) este o descriere a magnitudinii și a probabilității de apariție a unei alunecări, H=M x P;
Vulnerabilitatea (V) reprezintă gradul de pagube pentru un anumit element sau set de elemente din zona afectata de alunecare, exprimata pe o scara de la 0 (nici o paguba) la 1 (pagube totale). Pentru cuantificarea pierderilor de vieți omenești vulnerabilitatea reprezintă probabilitatea ca o viață particulara (elementul de risc) sa se piardă datorita unei alunecări de teren;
Riscul specific (Rs) este definit ca produsul dintre probabilitate și vulnerabilitate (Rs = A x V);
Elementul de risc (E) reprezintă totalitatea componentelor dintr-un teritoriu;
Riscul total (Rt) este dat de relația Rt=S(E x A x V).
Modele de regresie logistică
Regresia logistică permite să se stabilească o relație de regresie multivariată intre o variabila dependenta și mai multe variabile independente. Există o multitudine de modele de regresie multivariată, liniare și neliniare, avantajul regresiei logistice fiind acela ca aceasta permite ca variabilele sa fie continue, discrete sau combinații ale acestor 2 tipuri. În plus nu este necesar ca variabilele sa fie repartizate normal.
În cazul de fata, variabila dependenta este o variabila binara (0;1) ce reprezintă prezenta (1) sau absenta (0) alunecării de teren.
Coeficienții regresiei logistice pot fi utilizați pentru estimarea coeficienților fiecărei variabile independente din cadrul modelului.
Cantitativ, relația dintre probabilitatea de apariție a unei alunecări de teren (P) și factorii ce o determina luați în seama este de forma:
relație în care z este o combinație liniara a variabilelor independente (factorii considerați-pentru cei având valori numerice, respectiv valorile coeficienților de regresie logistica pentru factorii ce au valori nenumerice-litologie, aspectul taluzului, acoperirea solului, etc.)
Valorile probabilității apariției alunecărilor pentru fiecare celula din zona investigata permit realizarea unei hărți a hazardului la alunecare pentru aceasta metoda.
Fig. 4.1 Harta de hazard la alunecare obținută prin metoda regresiei logistice (exemplu)
În figura 4.1 este prezentată o exemplificare a unei asemenea hărți pe care sunt marcate cu culori diferite (conform legendei) 4 zone în funcție de valoarea probabilității, zonele cele mai predispuse la inițierea unor alunecări de teren fiind marcate cu culoarea roșie ( probabilitatea de inițiere a unei alunecări fiind superioara valorii 0,6).
Hărți de hazard la alunecare utilizând metoda estimării factorului de stabilitate
Harta de hazard la alunecare are valoare calitativă și se întocmește pe baza luării în considerare a interacțiunii mai multor factori care, prin acțiunea lor conjugată, pot influenta starea de echilibru a versanților.
În limite acceptabile, starea de echilibru a unui versant poate fi evaluată pe baza estimării factorului de stabilitate , factor a cărui semnificație fizică exprimă raportul dintre rezistența la forfecare a rocilor la nivelul celei mai probabile suprafețe de alunecare și forțele tangențiale care acționează la același nivel:
(2.1)
Factorul de stabilitate poate varia între valoarea critică (), valoare minimă care marchează limita de echilibru stabil și valori mari și foarte mari, teoretic infinite (), situații în care versantul este stabil la alunecare.
La întocmirea hărții de hazard s-a folosit relația:
(2.2)
Semnificația fizică a factorului este măsura gradului de instabilitate la alunecare sau, în limite acceptabile, măsura potențialului sau probabilității de producere a alunecării .
Fig. 4.2. Variația dinamică a factorului de siguranță în relație cu factorii
cauzali generatori de risc
Fig. 4.3. Frecvența de distribuție a factorului de siguranță
în funcție de gradul de instabilitate
Fig. 4.4. Frecvența de distribuție a factorului de siguranță în funcție
de gradul de instabilitate și magnitudinea deformațiilor
S-a adoptat această relație pentru a putea limita variația factorului de instabilitate la alunecare în intervalul cuprins între 0 și 1.
În relația (2.2) se poate observa că la limita de echilibru a versantului, când , factorul de instabilitate la alunecare este sau, exprimat procentual, instabilitatea la alunecare este 100 %. Pentru valori din ce în ce mai mari ale factorului , gradul de instabilitate la alunecare scade și devine zero când factorul de stabilitate este foarte mare, teoretic .
Pentru a putea caracteriza posibilitatea de producere a alunecării trebuie să se țină seama de cât mai mulți factori naturali și antropici care acționează independent sau simultan asupra stării de echilibru a versanților.
La evaluarea probabilității de producere a alunecării unui versant s-au luat în considerație 8 factori de influență: a – litologic; b – geomorfologic; c – structural;
d – hidrologic și climatic; e – hidrogeologic; f – seismic; g – silvic; h – antropic.
Influența fiecărui factor asupra stării de echilibru a versantului se exprimă printr-un coeficient (i = a … h), a cărui valoare se înscrie între 0 și 1. Factorii de influență luați în considerare nu acționează cu aceeași intensitate asupra stabilității versanților. Dintre aceștia, doi sunt considerați ca având un rol determinant: factorul litologic și factorul geomorfologic , ceilalți 6 factori având o influență secundar.
Pentru calculul gradului de instabilitate la alunecare s-a adoptat formula empirică:
Sau
(2.3)
Evaluarea coeficienților , aferenți celor 8 factori care influențează stabilitatea versanților, se face pe baza analizei materialelor documentare existente și a informațiilor care se obțin prin recunoașteri pe teren. Criteriile de evaluare a coeficienților sunt prezentate în Tabelul 4.1. Aprecierea cât mai corect a acestor coeficienți este esențială pentru calitatea hărții de hazard.
În legătură cu măsura instabilității la alunecare, exprimată prin coeficientul , se fac următoarele precizări:
Factorul de instabilitate reprezintă o formă de estimare a potențialului de producere a alunecării, ale cărei valori nu rezultă dintr-un calcul matematic probabilistic bazat pe prelucrări statistice de date, ci pe baza analizelor calitative și interpretării acțiunii factorilor naturali și antropici care influențează starea de echilibru a versanților. Acuratețea și gradul de încredere al valorilor care se atribuie coeficienților de influență sunt dependente de nivelul de pregătire și experiența specialiștilor care elaborează astfel de documentații cartografice.
Estimarea valorică a factorului de stabilitate și implicit a factorului de instabilitate pentru un versant se înscrie într-o plajă de aproximare mult mai largă decât în cazul unui taluz excavat sau al unui taluz aferent unui rambleu. Extinderea alunecărilor de teren pe versanți, măsurată pe linia de cea mai mare pantă, poate ajunge la zeci și sute de metri, uneori chiar kilometri. De regulă, aceste alunecări se extind “pas cu pas” iar evoluția fenomenului de alunecare este în directă legătură cu factorul timp, factor care încă nu este inclus în formulele uzuale pentru calculul stabilității la alunecare a taluzurilor și versanților. În aceste condiții, pentru estimarea factorului de stabilitate la alunecare a versanților, experiența specialiștilor încă mai are o pondere semnificativă.
Tabel 4.1 Criterii de evaluare a coeficienților de influență și a factorului de instabilitate
Pentru redactarea hărților de hazard la alunecare nu se au în vedere lucrări de prospecțiuni geologice executate special în acest scop, ci utilizarea tuturor datelor geologice, geotehnice, geomorfologice, hidrogeologice ș.a. existente și numai recunoașteri geologice pe teren. Investigații geotehnice prin lucrări de teren și laborator se vor efectua numai pentru zonele cu grad ridicat de instabilitate, în scopul evaluării riscului asociat alunecărilor ce s-ar putea declanșa și afecta zone importante din punct de vedere economic și social.
Riscul asociat alunecărilor de teren
Riscul asociat alunecărilor de teren reprezintă evaluarea cantitativă, exprimată valoric în unități monetare, a pierderilor materiale cauzate de producerea alunecărilor sau, numeric, a victimelor omenești înregistrate în urma catastrofelor cauzate de alunecări.
Exprimarea riscului asociat alunecărilor de teren presupune existența hărții de hazard, detaliată prin lucrări de investigații geofizice și geotehnice, din care se pot obține informații cu privire la probabilitatea de alunecare aferentă zonei pentru care se calculează riscul și evaluări cantitative ale tuturor bunurilor materiale și populației care ocupă zona respectivă.
Ca regulă generală, riscul asociat alunecărilor se calculează și se exprimă valoric în unități monetare, pentru pierderile materiale, și numeric pentru pierderile umane, pe zone de egală instabilitate la alunecare. Dacă este necesar, riscul poate fi exprimat și grafic, sub formă de hărți de risc la alunecare pentru zonele considerate.
Riscul asociat alunecărilor de teren se evaluează cu relația:
(2.4)
pentru pierderile materiale și
(2.5)
pentru pierderile de vieți omenești, considerând, în limite acceptabile, echivalența factorului de instabilitate ca măsură a probabilității de alunecare p.
În relațiile (2.4) și (2.5), simbolurile folosite au următoarele semnificații:
– rata de risc pentru pierderile materiale exprimată în lei;
– rata de risc pentru pierderile umane, exprimată numeric;
– factorul de instabilitate la alunecare determinat de pe harta de hazard la alunecare;
– vulnerabilitatea elementelor expuse riscului; variază de la 0, dacă alunecarea nu influențează elementul respectiv, la 1 când elementul expus este complet distrus;
– valoarea pierderilor materiale (exprimată în lei);
– numărul de morți rezultat în urma producerii alunecării.
Riscul asociat alunecărilor se determină în două variante.
În prima variantă, maximală, se admite că alunecarea se produce instantaneu, toate elementele sunt expuse riscului în proporție de 100 % (vulnerabilitatea ) iar pierderile materiale și umane sunt maxime.
În a doua variantă, cea mai apropiată de realitate, se ia în considerare faptul că alunecările, în cele mai multe cazuri, se produc lent sau foarte lent. Este foarte importantă aprecierea cât mai realistă a vitezei de alunecare deoarece între vulnerabilitatea elementelor expuse și viteza de alunecare există o legătură directă. Cu cât viteza de alunecare va fi mai mică, cu atât vulnerabilitatea elementelor expuse se va reduce iar riscul asociat alunecării respective se va diminua semnificativ.
Pentru a construi o hartă de risc la alunecare a unei localități, de exemplu, sunt necesare următoarele documentații:
harta generală de hazard la alunecare a localității respective;
detalieri ale hărții de hazard prin investigații geofizice și geotehnice;
estimarea valorică în unități monetare, a tuturor elementelor expuse riscului pe unitate de suprafață (imobile, dotări, valoare de patrimoniu, pierderi colaterale etc.);
calculul ratei de risc pe unitate de suprafață;
împărțirea suprafeței localității respective în zone în care pierderile materiale (umane) pe unitate de suprafață sunt de același ordin de mărime.
Astfel de hărți sunt foarte laborioase și extrem de costisitoare și necesită participarea unei game foarte largi de specialiști (geologi și geotehnicieni, proiectanți, constructori, urbaniști, arhitecți, psihologi, juriști, specialiști în domeniul asigurărilor, experți în evaluări imobiliare și de patrimoniu etc.). În plus, valabilitatea acestor hărți este asigurată pe durată de timp limitată, având în vedere dinamica de dezvoltare urbanistică și demografică către care tinde fiecare localitate.
Riscul asociat alunecărilor de teren trebuie evaluat numai pentru zonele de interes economic, social și strategic deosebite pentru care harta de hazard indică un grad ridicat de periculozitate exprimat prin potențialul mare de producere a alunecărilor de teren.
4.2. Evaluarea și reprezentarea riscului la subsidență minieră
Deranjamentele provocate rocilor de la suprafață, în cazul exploatărilor în subteran a substanțelor minerale utile se materializează în timp prin apariția unor denivelări sau a unor deformații rupturale (fisuri, surpări) ce pot afecta stabilitatea suprafeței și inerent a obiectivelor existente și pot pune în pericol echilibrul hidrologic al zonei.
Prognoza subsidenței miniere este dificilă datorită complexității litologice și stratigrafice a stratelor acoperitoare a tectonicii și morfologiei suprafeței topografice. Fenomenul de subsidență se dezvoltă de multe ori în mod discontinuu, evoluția acestuia fiind greu de monitorizat sau modelat matematic.
În domeniul modelarii fenomenelor de subsidență sunt utilizate medii elastice, elasto-plastice sau mai recent medii stocastice.
Fig. 4.2.1 Distribuția pe verticala a zonelor cu deformații
Prognoza fenomenului de subsidență include diferite metode de calcul pentru determinarea scufundării maxime, profilelor de scufundare și distribuția fenomenelor de scufundare la nivelul amplasamentului de studiu.
Parametrii de subsidență:
Scufundarea (deplasarea verticala, tasarea) S sau W
Panta (i) prima derivata a scufundării ix = dS/dx a
Curbura (k) a doua derivata a scufundării kx = d2S/dx2
Deplasarea orizontala (U)
Deformația orizontală ( ε + tracțiune; – compresiune) εx = dUx/dx
Deformația la forfecare (y) y = dUx/dy
Torsiunea (T) T = d2S/dx*dy
Parametrii geometrici:
Unghiul de influență sau de scufundare (ys βs) aval/amonte
Unghiul de rupere (yr βr)
Punctul de inflexiune, în care panta scufundării este maxima iar curbura=0
Raza de influenta majora
Factorii ce influențează subsidența miniera:
Grosime și lățimea de extracție
Exploatarea multipla a mai multor abataje
Adâncimea de exploatare
Metoda de exploatare (cu pilieri permanenți, cu gol remanent, cu rambleierea spațiului excavat)
Direcția și înclinarea exploatării fata de structura corpului mineralizat
Factorii geologici:
Competenta rocilor din acoperiș și culcuș, gradul lor de fisurare
Alternanta secvențelor stratigrafice
Condiții tectonice (existenta faliilor)
Geomorfologia suprafeței (formele pozitive de relief sunt mai expuse la deformații de tracțiune fata de vai care permit mai mult deformațiile de compresiune)
Factorii hidrogeologici (drenarea apei poate duce la accelerarea fenomenului de subsidență)
Factorul timp (subsidența este caracterizata de faze active și faze reziduale)
Calculul subsidenței ca funcție de timp (după Jeremic, 1985):
unde:
St = subsidența la timpul t
S = val. maxima prognozata a subsidenței
c = coeficientul vitezei de deplasare a str. de roci
Modele de predicție a subsidenței miniere:
Metode grafice realizate pe baza unor relații empirice de calcul a subsidenței funcție de adâncimea de exploatare, grosimea suprafeței, suprafața topografice, etc.
Metoda funcției de profil se bazează pe ajustarea unor curbe empirice cu ajutorul datelor măsurătorilor topografice. Funcțiile matematice rezultate conțin anumiți parametrii ce controlează domeniul soluțiilor și constante adimensionale. Ex: funcția Donetz, poloneza, Niederhofer, funcția hiperbolica, funcția de profil trigonometrica.
Fig. 4.2.5 Metoda funcției de profil
Metoda funcției de influenta se bazează pe extragerea unui element finit Q care va transmite la suprafață o albie de scufundare unitara. Subsidența totală intr-un punct P este data de suma influentelor fiecărui element extras. Ex: Metoda Knothe (met. stocastică), Keinhorst, Bals, Bayer, Erhhardt.
Modele fizice bazate pe reproducerea fenomenului de subsidența pe un model cu materiale echivalente ce respecta teoria similitudinii.
Modele numerice: bazate pe aproximarea numerica a ecuațiilor de echilibru ce caracterizează relațiile dintre tensiuni-deplasări, tensiuni-deformații, etc. și permit determinarea parametrilor de subsidență.
Metoda elementului finit: utilizata în special pentru structuri complicate neomogene și materiale cu comportament neliniar. Nu sunt folosite pentru analiza deformațiilor discontinue. [Phase2].
Metoda elementului distinct: recomandata pentru modelarea situațiilor discontinue specifice în masivele compartimentate în blocuri de fracturi și fisuri.[3DEC, 2DEC, UDEC].
Metoda diferențelor finite: datorita schemei de calcul Lagrange p fi modelate situații cu deformații neliniare pe domenii mari și fenomenele de fluaj. [FLAC, FLAC3D].
Metoda elementelor de frontiera: pentru situațiile în care discontinuitățile geologice au o densitate mica în masiv. [Examine2D].
4.3. Evaluarea vulnerabilității apelor subterane
Calitatea apelor subterane este afectată de exploatarea minereurilor uranifere atât prin procesele de levigare accelerate de accesul apei subterane în galeriile miniere cât și de procesele de levigare accelerate de procesele de alterare exogenă din haldele de steril realizate în imediata vecinătate a exploatărilor.
Cuantificarea acestor procese de poluare a acviferelor se face în două etape distincte:
evaluarea vulnerabilității la poluare a acviferelor exprimată prin intermediul hărților de vulnerabilitate;
evaluarea spațio-temporală proceselor de transport a poluanților prin intermediul diverselor modele matematice (analitice sau numerice) – exemplificata în capitolele anterioare
Vulnerabilitatea la poluare a apelor subterane are două accepțiuni distincte:
Vulnerabilitatea intrinseca definește vulnerabilitatea apelor subterane la contaminanții generați de activitățile antropice. Se iau în calcul caracteristicile geologice, hidrologice și hidrogeologice ale zonei. Vulnerabilitatea intrinseca este independenta de natura contaminantului
Vulnerabilitatea specifica definește vulnerabilitatea apelor subterane la un anumit tip sau la anumite grupuri de contaminanți. Se iau în considerație proprietățile acestor contaminanți și relațiile lor cu diverse componente ale vulnerabilității intrinseci.
Vulnerabilitatea apelor subterane este o caracteristica relativa, nemăsurabila și fără dimensiune. Determinarea vulnerabilității apelor subterane trebuie făcuta pentru fiecare caz în parte.
Majoritatea metodelor de evaluare a vulnerabilității apelor subterane sunt bazate pe tehnici Overlay and index (GIS).
Din marea varietate de metode de estimare a vulnerabilității merită menționate:
EPIK (Doerfliger and Zwahlen 1997)
DRASTIC (Aller et al., 1987)
GOD (Foster et al., 1987)
ISIS (Civita and De Regibus 1995)
German (von Hoyer and Söfner 1998)
În cazul de fata a fost utilizata metoda DRASTIC.
Metoda DRASTIC are un înalt grad de senzitivitate conducând la rezultate contrastante de la o zonă la alta, nefiind recomandata pentru acvifere carstic.
Fig. 4.3.1 Elementele modelului Drastic
Parametrii utilizați:
Adâncimea nivelului piezometric (Depth to water)
Realimentarea efectivă (Net Recharge)
Tipul de acvifer (Aquifer media)
Caracteristicile solului acoperitor(Soil media)
Geomorfologia (Topography)
Caracteristicile zonei nesaturate (Impact of the vadose zone)
Conductivitatea hidraulică (Hydraulic Conductivity)
INDICELE DE VULNERABILITATE DRASTIC (Di) = suma produselor dintre scorurile (rating) și ponderile (weight) celor 7 parametrii utilizați
Di = Dr x Dw + Rr x Rw + Ar x Aw + Sr x Sw + Tr x Tw + Ir x Iw + Cr x Cw
Principiul de ponderare a scorurilor și de însumare pe fiecare strat (după Aller et al., 1987)
Scara ponderilor parametrilor clasele de indici DRASTIC
5. STUDIU DE CAZ – EVALUAREA FENOMENELOR DE GEOHAZARD ÎN FOSTUL PERIMETRU MINIER AVRAM IANCU –Bazinul Arieșul Mic
5.1. Scurt istoric, localizare, elemente climatologice și hidrologice
Istoricul activității miniere din perimetrul Băița-Avram Iancu
Cele mai vechi lucrări miniere din zona Băița-Bihor s-au executat în perioada 1700-1750 din care s-a extras pirită și calcopirită.
Spre sfârșitul secolului XIX, în versantul drept al Crișului Negru au avut loc primele explorări de skarn cu bismutina recuperându-se și cantități importante de aur și argint. În ceea ce privește extracția minereurilor de molibden și bismut, aceasta începe să fie făcută intens în perioada primului război mondial de o societate germană. Exploatarea s-a făcut prin 7 galerii de coastă amplasate la cotele 576, 600, 680, 700 și 760 m .
Lucrările de cercetare începute în mod organizat în Munții Apuseni în 1949 de sovietici pentru uraniu, prin prospecțiuni aerogamma și la sol, localizează în 1950 zăcământul de uraniu Băița la 2,5 km de mina Molibden, zăcământ ce a făcut obiectul celei mai mari exploatări miniere la zi din țară în perioada 1950-1960.
Această activitate minieră a fost coordonată la început (până în anul 1960) de societatea româno-sovietică Sovrom-Kvarțit care a exploatat peste 80% din rezerva cunoscută până în prezent. În continuare activitatea a fost preluată de Trustul Metale Rare București (ulterior IMR și RAMR) – astăzi Compania Națională a Uraniului, prin Sucursala Minieră Bihor .
Încurajați de rezultatele obținute în cazul zăcământului Băița sovieticii au continuat și activitatea de cercetare geologică în extinderea acestui zăcământ. În 1953 este descoperit zăcământul Gârda de mărime însă mai mică și exploatat în principal până în 1958, în zonă rămânând un volum mare de steril și minereu sărac în halde.
Zăcământul Avram Iancu este localizat de sovietici în 1952 prin prospecțiuni gamma în zona interfluviului dintre bazinele hidrografice ale Crișului Negru, Arieșul Mic și Valea Leucii. Zăcământul intră în exploatare în anul 1962 fiind de asemenea unul dintre cele mai importante zăcăminte de uraniu din România. Din 1969 sunt valorificate și piritele cuprifere iar din 1972 și sulfurile complexe. Din considerente economice în 1992 se sistează exploatarea sulfurilor complexe. Minereul uranifer exploatat după plecarea sovieticilor a fost depozitat în halde în incinta cariera vechi Băița până în anul 1978 când a început transportul la uzina „R" Feldioara. Stocurile din depozitele cu minereu au fost lichidate în anul 1995 iar în continuare minereul a fost expediat spre Uzina „R" pe măsura extragerii din mină sau a recuperării din unele halde (cozi) cu minereu, rămase în incinta carierei vechi Băița.
Localizare
Perimetrul de exploatare Băița-Avram Iancu are o extindere regională având următoarele delimitări (fig. 5.1, 5.2):
în extremitatea nordică este marcat de cumpăna apelor dintre Valea Calului și Crișul Băița;
în extremitatea sudică perimetrul este delimitat de Valea Leucii și Piatra Aradului;
Limita estică se trasează de la Vârful Bihor, izvoarele Arieșului Mic și apoi versantul stâng al Arieșului;
Extremitatea vestică este dată de Vârful Tăul Mare, izvoarele pârâului Dedeșului și pârâului Dibarz.
Din punct de vedere administrativ teritorial, perimetrul de exploatare se localizează la limita dintre județele Bihor, Alba și Arad, dar aparține județului Bihor. Cele mai apropiate localități de obiectivele miniere aferente minei Avram Iancu (fig. 1, 2) sunt următoarele:
Accesul în zonă (fig. 5.1 și 5.2) se face pe șoseaua Oradea-Ștei-Deva (DN 76 – E 79), din care, de pe teritoriul comunei Lunca se desprinde șoseaua Lunca-Câmpeni-Turda (DN 75). La km 20, la ieșirea din satul Băița, se desprinde drumul uzinal ce face legătura cu colonia minieră Băița Plai și incinta de la galeria 23. De aici, transportul materialelor și a personalului se face prin subteran la nivelul orizontului + 720 m pe galeria 23 Noroc Bun și Poiana cu trenul de mină, aceasta fiind principala cale de acces în mină.
Fig. 5.1 Amplasarea perimetrului fata de localitățile existente si căile de acces (după M. Popescu,2002)
Alte căi de acces, mai mult sau mai puțin practicabile și deci mai puțin folosite sunt:
Drumul comunal parțial modernizat Cărpinet – Poiana – Izvorul Bihorului ce se desprinde în dreptul comunei Cărpinet din DN 76 (Oradea-Deva);
Drumul comunal ce se desprinde din DN 76 în dreptul comunei Crișcior și se continuă pe valea cu același nume cu drumul pe sub culmea Zănoaga până la gura galeriei XVI din partea de vest;
Din drumul național DN 76 Oradea – Deva se desprinde drumul comunal în localitatea Leuca pe lângă pârâul Valea Leucii cca. 12 km până la sectorul minier Valea Vacii;
Drumul județean ce se bifurcă în dreptul comunei Garda, din drumul național DN 75 Oradea – Lunca – Câmpeni – Turda și se continuă până în comuna Avram Iancu la 12 km, apoi satul Târsa la 8 km de incinta minieră Arieș după care continuă drumul forestier pe valea Arieșului Mic până la gura galeriei XVI.
Fig. 5.2 Localizarea lucrărilor miniere aferente zăcământului Avram Iancu
Date climatice
Principalul factor care influențează climatul zonal îl reprezintă circulația vestică, oceanică. Totuși muntele, datorită căruia apare evidentă zonalitatea verticală a tuturor elementelor climatice, constituie o barieră orografica în deplasarea pe orizontală a tuturor maselor de aer.
Caracterizarea principalilor indicatori climatici prezentați, a fost făcută pe baza mediilor valorice a unei serii de șapte ani.
Temperatura medie în această zonă se situează în jurul valorii medii de 4,8°C, cele mai scăzute temperaturi înregistrându-se în luna ianuarie (- 4,3°C) iar cele mai ridicate în luna iulie (13,7°C).
Iernile sunt foarte lungi, bogate în precipitații sub formă de zăpadă și cu temperaturi scăzute, fenomenul de îngheț fiind prezent din octombrie până în aprilie. Acest lucru se datorează influențelor ciclonilor nordici nord-estici, precum și a inversiunilor de temperatură.
Primăvara și toamna sunt anotimpuri scurte și cu o temperatură scăzută îndeosebi în timpul nopții, iar verile sunt răcoroase și umede, numărul zilelor tropicale fiind foarte scăzut.
Precipitațiile înregistrează o valoare medie de 915 mm/an, această cantitate de precipitații imprimând un climat specific acestei regiuni, valoarea precipitațiilor fiind extrem de scăzută pentru altitudinea dată (aprox.800 m), lucru datorat inversiunilor de temperatură (a curenților de aer descendenți).
Se observă faptul că există un singur vârf al precipitațiilor în luna mai, când se atinge valoarea maximă de 143 mm, scăzând apoi constant până în luna septembrie la valoarea de aproximativ 50 mm, menținându-se la această valoare pentru celelalte luni.
Pe înălțimile montane, la peste 1200 – 1500 m predomină circulația vestică și cea sudică. Se observă astfel influența majoră pe care o are asupra circulației maselor de aer, ciclonii vestici și sud-vestici, dar și anticiclonul sudic mediteranean. Cazurile de calm atmosferic au o pondere extrem de scăzută, înregistrând doar 29% din cazuri.
Pe culoarele de vale, care sunt adânci și lungi, pe fundul văii predomină vânturile pe direcția văii, iar cazurile de calm atmosferic au o pondere mai ridicată.
În ceea ce privește vitezele, circulația sudică înregistrează cele mai mari viteze medii (3.8 m/s), urmată de cea vestică, sud-vestică și cea nord-vestică. Viteza medie a vântului are valoarea de 3,1 m/s.
Umiditatea relativă
Durata de strălucire a Soarelui îmbracă pe grafic valori medii ridicate, având aproape permanent valori de peste 100 h/lună de strălucire. Se înregistrează un maxim de vară în luna iulie, la valoarea de 227 h și un minim de 87 h în luna decembrie. Durata anuală de strălucire a Soarelui deține o valoare de 1900 h/an. Durata de strălucire influențează dezvoltarea vegetației, iar împreună cu temperatura determină începerea sezonului vagetativ din fiecare an.
Umiditatea relativă. Influența factorilor genetici ai climei se resimte și în regimul umezelii aerului. Valorile medii anuale ale acesteia, mai ridicate, reflecta influența circulației vestice care domină întreaga regiune.
Rețeaua hidrografică
Este alcătuită din Crișul Băița, Crișul Negru, pârâul Arieșul Mic și Valea Leucii.
Crișul Băița – principalul afluent al Crișului Băița în zonă este Valea Plaiului, care își adună apele din zona carierei Băița prin pâraiele Valea Albioarei. Valea Calului, Valea Cicortului, Valea Basului și apoi se varsă în Crișul Băița în localitatea Băița Plai. Debitul de apă al acestor văi și pâraie este inconstant fiind mai ridicat în perioadele de vară. Văile sunt adânci cu pante ale versanților până la 60 – 80°. Crișul Băița trece în continuare prin localitățile Băița Sat Nucet, Fânațe, Câmpani, Hârsești, Seghiște, Stei și se varsă după cca. 25 km de la izvoare în Crișul Negru.
Crișul Negru izvorăște de sub Vârful Bihor, În el sunt colectate apele ce provin din mina Izvorul Bihorului, mina Avram Iancu prin galeria Poiana și galeria 23 bis. Cea mai apropiată localitate prin care trece (la cca. 10 km) este Poiana. Străbate în continuare localitățile Cărpinet, Vașcău, Șuștiu, Lunca, Stei, etc. Traversează apoi țara Beiușului și Câmpia de vest având un bazin hidrografic de recepție de 4476 km2 și o lungime de 144 km pe teritoriul României trecând apoi în Ungaria prin apropierea localității Ant. Panta acestuia variază de la 50 m/km în amonte de localitatea Cărpinet, la 0,2 m/km în aval de Tinca. Debitul mediu multianual în localitatea Șușița este de 2,16 m3/s, iar în localitatea Zerind 29 m3/s. În perioadele cu frecvente inundații în localitatea Zerind s-a ajuns și la 700 m3/s. Volumul scurgerii medii anuale de aluviuni – sedimente variază între 0.5 t/ha/an în zona de câmpie la 1 t/ha/an, în zona de deal, scăzând ușor spre izvoare.
Pentru diminuarea efectelor generate de inundațiile periodice și scoaterea unor terenuri joase de sub excesul de apă, au fost realizate lucrări de îndiguire și canale de regularizare (canalul colector de 61 km între Crișul Negru și Crișul Repede) în zona de câmpie.
Volumul acestor lucrări de îndiguire este însă suficient. În zonele de deal și munte – în apropierea haldelor de steril amplasate pe malurile pâraielor – există pericolul antrenării sterilului din halde, în albia acestora, în special în perioadele cu ploi abundente colmatându-le albia și creând pericolul de inundație
Pârâul Arieșul Mic aparține bazinului hidrografic al râului Arieș – care se varsă în Mureș. Izvorăște din partea de SV a Vârfului Bihor și în cursul său superior, orientat spre sud, colectează apele din perimetrul estic al minei Avram Iancu. În urma precipitațiilor abundente frecvente în zonă, în special în anotimpul de primăvară, antrenează în aval steril din haldele aferente galeriilor: XI, XII, Arieș, XIII, XVI, XI (fig. 5.1, 5.2).
Valea Leucii afluent principal al Crișului Alb străbate această zonă având un bazin de recepție format din afluenții: Valea Dibarzului, Pârâul Cerbului, Pârâul Dedeșului, Valea Vacii (fig. 1, 2).
Solul
În zona Munților Apuseni, munți joși și mijlocii, caracterizați printr-un relief moderat fragmentat (cu numeroase forme carstice), pe roci în general acide, sub vegetație de fag și rășinoase, într-un climat pronunțat umed și răcoros, domină cu autoritate solul brun acid montan, caracterizat printr-o aciditate pronunțată, cu orizonturi de suprafață foarte bogate în substanțe organice puternic debazificate cu conținut bogat de oxizi de fier și aluminiu liber și cu mult schelet pe profil.
Solurile specifice zonei Avram Iancu (fig. 5.3) sunt în general soluri brune de pădure. Au o culoare brună închisă până la brun gălbui pe întreg profilul, slab până la moderat acide cu humus de tip mull, formare activă de argile și de hidroxizi de fier, fără migrație coloidală însemnată, formate în regiunea deluroasă în etajele montane inferior și mijlociu caracteristice regiunii, cu profile de tipul A-(B)-D și A-Bt(B)-D.
În funcție de zonarea acestora altitudinală, găsim trei tipuri principale de profile respectiv solul brun închis de pădure slab pseudogleizat, litologic rezidual carbonatic, solul brun de pădure slab pseudogleizat și solul brun acid podzolic.
Fig. 5.3 Profile cu solurile din zona Avram Iancu
Vegetația
Vegetația este etajată pe verticală, prezentând o succesiune de sus în jos: goluri alpine, păduri de molid, de fag și stejar.
Rășinoasele sunt bine dezvoltate în văile Arieșului, Crișul Alb, Crișul Negru între altitudinile de 1200 – 1600 m, fiind reprezentate de molid (Hcea abies), bradul (Abies alba). Covorul vegetal al pădurii de molid cuprinde măcrișul (Omalis acetosella), ferigi (Dryopteris carthesiana).
În lungul Crișului Negru precum și în bazinul Arieșului, etajul rășinoaselor dispare, făgetul venind direct în contact cu golul alpin.
De pe vârful Curcubăta Mare contrastul de vegetație este perfect vizibil – crestele ce coboară spre vest și sud nu au deloc sau prea puțin rășinoase, în timp ce văile care se îndreaptă spre Arieș sunt invadate de molid.
Peisajul caracteristic al munților Bihor este cel al fânețelor care se întind în bazinul superior al Arieșului urcând până la 1200 m.
Natura subsolului este bine pusă în evidență de vegetație, pe rocile cuarțoase ale permianului sau jurasicului se dezvoltă afinișuri, ferigi și mușchi în timp ce pe dolomite se dezvoltă pajiști de graminee și flori montane. Pe substratul cu roci acide este legat și un alt peisaj tipic, acel al mușuroaielor.
Fauna
Fauna este extrem de bogată datorită varietății formelor de relief și a condițiilor de mediu. Repartiția faunei respectă o stratificare verticală corespunzătoare etajelor de vegetație.
În alcătuirea faunei locale intră: acvila de munte (Aquila chrysactos), mierla de piatra (Monticola saxatillis), cocoșul de munte (Tetao urogallus). iepurele (Lepus europaeus), lupul (Canis lupus), șoarecele gulerat (Apodemus tauricus), veverița (Scinis vulgaris), viezurele (Meles meles), căprioara (Capreolus capreolus), corbul (Corvux rorax), buha (Bubo bubo), cerbul carpatin, ursul, popândăul (Citellus citllus), hârciogul (Crietus crietus), iar în râuri o mare însemnătate o au peștii, dintre care cel mai răspândit este păstrăvul indigen (Salmo trutta fario).
5.2. Caracterizarea geologică și hidrogeologică a zonei bazinului Arieșul Mic
Geologia perimetrului
Geologic, perimetrul se încadrează în marea unitate structurală a munților Bihor caracterizată printr-o structură complexă în pânze de șariaj (fig. 5.4).
Pânza de Arieșeni acoperă în regiunea Țapu – Arieșeni sedimentarul mezozoic al Autohtonului de Bihor;
Pânza de Biharia care încalecă peste seria de Arieșeni în cadrul căreia se disting trei mari unități de jos în sus: unitatea de Highiș – Poiana, unitatea de Biharia și unitatea de Muncelu. Unitatea de Poiana este încălecată de formațiunile unității de Biharia care la rândul lor sunt acoperite de formațiunile unității de Muncelu.
Sedimentarul cretacic, post-tectonic, ce acoperă transgresiv unitățile de Biharia și Muncelu.
La adâncimi de aproximativ 800 – 1000 m în fundamentul regiunii se găsește un pluton banatitic de compoziție granitică – granodioritică, deasupra căruia, formațiunile acoperitoare sunt afectate de fenomene de metamorfism metasomatic și hidrotermal.
Din punct de vedere structural, elementul predominant este o cută sinclinală cu terminații perisinclinale a unităților de Biharia și de Muncelu, orientată N-S, axa ei urmărind în linii mari culmea Curcubăta Mare (vârful Bihor) – Avram Iancu – Muncelu – Piatra Aradului, de unde se afundă spre sud cu 15-25 grade sub formațiunile cretacice.
Unghiurile de cădere a rocilor în limita zăcământului sunt relativ mici și variază între 3-5 grade și 35 – 40 grade, în medie fiind de 15 – 20 grade. Această imagine este complicată de prezența a numeroase cute mărunte de ordin secundar și de numeroase fenomene de budinaj. Adesea în lungul acestor falii se dezvoltă dyke-uri de diabaze, lamprofire, diorit-porfire sau porfire cuarțifere. Faliile sistemului NE-SV sunt mai noi. În zona zăcământului apar două falii mai importante din acest sistem (A și B) cu căderi de 40 – 60 de grade spre SE și cu sărituri verticale de 10 – 40 m .
Primul sistem imprimă perimetrului o structură tectonică în trepte ce se scufundă spre SV, în timp ce cel de-al doilea sistem le taie și le denivelează. Vârsta faliilor este diferită, unele fiind anterioare ciclului alpin altele sincrone și altele ulterioare.
La adâncimi de aproximativ 800 – 1000 m în fundamentul regiunii se găsește un pluton banatitic de compoziție granitică – granodioritică, deasupra căruia, formațiunile acoperitoare sunt afectate de fenomene de metamorfism metasomatic și hidrotermal.
Din punct de vedere structural, elementul predominant este o cută sinclinală cu terminații perisinclinale a unitaților de Biharia și de Muncelu, orientată N-S, axa ei urmărind în linii mari culmea Curcubăta Mare (vârful Bihor) – Avram Iancu – Muncelu – Piatra Aradului, de unde se afundă spre sud cu 15-25 grade sub formațiunile cretacice. Unghiurile de cădere a rocilor în limita zăcământului sunt relativ mici și variază între 3-5 grade și 35 – 40 grade, în medie fiind de 15 – 20 grade. Această imagine este complicată de prezența a numeroase cute mărunte de ordin secundar și de numeroase fenomene de budinaj. Adesea în lungul acestor falii se dezvoltă dyke-uri de diabaze, lamprofire, diorit-porfire sau porfire cuarțifere. Faliile sistemului NE-SV sunt mai noi. În zona zăcământului apar două falii mai importante din acest sistem (A și B) cu căderi de 40 – 60 de grade spre SE și cu sărituri verticale de 10 – 40 m.
Primul sistem imprimă perimetrului o structură tectonică în trepte ce se scufundă spre SV, în timp ce cel de-al doilea sistem le taie și le denivelează. Vârsta faliilor este diferită, unele fiind anterioare ciclului alpin altele sincrone și altele ulterioare.
Fig. 5.4 Încadrarea geologică a zăcământului uranifer Băița – Avram Iancu
(după Harta geologică a munților Apuseni, Geologia României, V.Mutihac, I.Ionesi, Ed. Tehnică 1974)
Fig. 5.5 Secțiune geologică caracteristică prin zăcământul Avram Iancu
Magmatismul – Eruptivul este reprezentat prin riolite și diabaze. Rocile magmatice întâlnite în perimetru aparțin la două cicluri magmatice distincte: una hercinică și alta alpină.
Activitatea magmatică hercinică s-a manifestat prin punerea în loc a unor intruziuni sinorogenice de compoziție acidă (dioritică și granitică), urmată de un magmatism ulterior cu caracter alcalin încheiat cu o suită de roci filoniene formate din porfire granitice și sienitice.
În faza alpină a avut loc o intensă activitate magmatică urmată de punerea în loc a unor mari masive intrusive de compoziție granitică până la dioritică trecând printr-o suită de termeni intermediari, însoțite de curgeri și pânze de riolite și o suită de roci fîloniene, bine reprezentate în perimetru.
Mineralizațiile din zonă
Întrucât în perimetrul minier Bihor (Băița, Avram Iancu) ce ocupă o suprafață de 50 km2 începând din Crișul Băița și având limita sudică pârâul Valea Leuca (fig. 5.7) se găsesc o multitudine de mineralizații cu geneze diferite și constituite în afară de U și din Mo, W, Bi, Ni, Co, Pb, Cu, Ag, Zn, B (fig. 5.6).
A. Mineralizații localizate în formațiuni paleozoice:
1. Mineralizații în roci cristaline U, Pb, Zn, Ni, Cu, Co (seria de
Biharia) – zăcământul Avram Iancu și Valea Leuca, cu sulfuri polimetalice ±U.
2. Mineralizații în roci permiene U, Cu – zăcământul Băița;
B. Mineralizații în formațiuni mezozoice – W, Bi, Mo, B.
Zăcământul de uraniu Avram Iancu – este situat în subzona de creastă a munților Bihor la S de vârful Bihor (Curcubăta Mare).
În perimetrul zăcământului aflorează seria retromorfă de Biharia din cadrul pânzei omonime. Ea este divizată în două complexe ofiolitic și tufogen carbonatic sau în trei dacă se acceptă poziția de sine stătătoare a orizontului carbonatic. Componenta petrografică cea mai importantă a seriei este dată de șisturile cloritoase cu porfiroblaste de albit la care se mai adaugă metagabbrouri, amfibolite, gnaise și șisturi albitice. Orizontul carbonatic se compune din aceeași gamă de șisturi cloritoase și gnaise la care se mai adaugă participarea importantă a lentilelor de calcare și dolomite recristalizate.
Fig. 5.6 Secțiune geologică schematică prin zăcământul Avram Iancu (după Gh. Nitu)
Fig. 5.7 Tipurile de mineralizație din perimetrul exploatării
Zăcământului Băița – Avram Iancu (după M.Popescu)
În discordanță peste șisturile seriei de Biharia (cambrian inferior -Vendian) se dispun metaconglomeratele Seriei de Păiușeni (devonian – carbonifer inferior).
Mineralizația uraniferă de la Avram Iancu se localizează în zona de dezvoltare central vestică a orizontului carbonatic din cadrul perisinclinalului de pe creasta Bihorului cu afundare medie de 15 – 20 grade spre sud. Grosimea orizontului variază de la 30 – 180 m, în medie 60 m, în limitele ei fiind dispuse lentilele alungite (budinate), de calcare, dolomite și de șisturi cu axa lungă dispusă direcțional cu foliația (fig. 5.6).
Forma de zăcământ predominantă este cea tabulară dispusă concordant cu foliația, fiind delimitate astfel cinci zone de corpuri cu minereu. Subordonat, mineralizația se dezvoltă și pe filoane cu înclinare mare. Lentilele de mineralizație pot fi localizate în: calcare (la contactul acestora cu șisturile) și șisturi cloritoase (fig. 5.8).
Fig. 5.8 Bloc diagrama prin mineralizația de uraniu din seria de Biharia (după M.Popescu)
În zăcământ au fost separate trei tipuri de mineralizații:
a. Mineralizația de U-Co-Ni în lentile și corpuri stratiforme cu pehblenda,
negru de uraniu, uranofan, cuprosklodovskit, cobaltina, smaltina
(varietatea speiscobalt), siegenit, glaucodot, nichelina, breithauptit,
ullmannit, millerit și gersdorfit. Pe seama mineralelor de uraniu în
cantitate mică s-a format torbernit, iar pe seama celor de Co-Ni eritrina
și annabergit;
b. Mineralizația de pirita cupriferă + magnetit (împreună cu calcopirita,
pirotina, oligist), în corpuri concordante lentiliforme care însoțesc sau
mulează mineralizația de U-Co-Ni, sau formează corpuri de sine
stătătoare;
c. Mineralizația de sulfuri în mici corpuri lentiliforme concordante formate
din pirită, galena, blendă, calcopirita, tennantit cu argint (binnit), alaskit
și pirotina.
Apele subterane
Pentru determinarea particularităților hidrogeologice ale zăcământului Avram Iancu au fost urmărite în timp evacuările din subteran. Determinările au fost completate cu observații periodice de-a lungul istoriei minei. Observații sistematice în acest sens au fost efectuate după 1962.
Principalele tipuri de ape subterane:
♦ Ape de fisuri (apele acumulate pe fisuri tectonice, în zonele de zdrobire) constituie principalul tip de ape ce participă nemijlocit la inundarea zăcământului. La baza galeriilor săpate pe căderea stratelor, ele provin sub formă de picături, rareori
sub formă de vinișoare. S-a constatat că în mină predomină porțiunile uscate a
lucrărilor miniere față de cele ude, raportul fiind de 1:5 până la 1:60. De regulă
aceste porțiuni sunt legate de zonele de falii.
Debitele specifice la fiecare 100 m pe orizontală sunt foarte variabile, mergând de la 0,00 l/zi la 230 l/zi. Debitele specifice cele mai mari sunt până la 40 – 50 m de la gura galeriilor, zona cea mai fisurată având o extindere de cea. 15 – 20 m de la suprafață.
Alimentarea apelor pe fisuri se face în cea mai mare parte din precipitații atmosferice și din râu, regimul lor fiind foarte variabil. Zonele cele mai bogate în ape sunt zonele de dislocări tectonice, în special cele care pot fi deschise prin lucrări miniere la adâncimi mari.
Apele carstice – apar în zăcământ legate de un orizont caracterizat de prezența masivă a lentilelor de calcare dolomitice cristaline în care, totuși, nu au fost întâlnite nici un fel de fenomene carstice, carbonații prezentându-se sub formă compactă – masivă pe întinderi mari. Pe alocuri apare o fisurație, dar nu mai mare decât în rocile înconjurătoare.
Apele din depozitele cuaternare. Cele aluvionare au extindere redusă, fiind situate doar în zona râului Arieșul Mic. Grosimea aluviunilor nu depășește, în general, 4 – 5 m, alimentarea acestor ape făcându-se din râu și din precipitații atmosferice. Aceste ape nu prezintă importanță pentru inundarea zăcământului.
Apele eluvionare și deluvionare – cu toate că eluviile și deluviile au o răspândire limitată, aproape peste tot sunt alimentate din precipitații (foarte bogate aici), fie din apele de fisuri. Aceste ape dau naștere la o serie de izvoare cu debite de la sutimi de l/sec până la 0,2 – 0,3 l/sec. Regimul acestor ape este foarte variabil și neconstant, depinzând de sezon și de cantitatea de precipitații care cad. Aceste ape sunt fără importanță pentru inundarea zăcământului.
Tabel nr. 1 Lucrările miniere cu exfiltrații în receptor (Arieșul Mic)
Compoziția chimică a apelor subterane
Pentru a determina compoziția chimică a apelor subterane din zona zăcământului au fost prelevate probe de ape din diferitele varietăți litologice și de la diferite adâncimi pe care s-au efectuat analize chimice complete. Rezultatele analizelor au condus la următoarele:
♦ apele din mină sunt în general dulci, reziduul maxim întâlnit este 0,2753 g/l;
♦ după conținutul de anioni pot fi încadrate în tipul de ape carbonatice, cationul predominant fiind calciul;
♦ toate determinările pentru bioxidul de carbon au dus la concluzia că apele nu prezintă agresivitate față de beton;
♦ din celelalte tipuri de agresivități (agresivitate acidă, spălare, oxidare, agresiune sulfatică, agresiune magneziană) aceste ape nu prezintă nici un fel de agresivitate.
Fig. 5.9. Circulația apelor de mină în rețeaua lucrărilor miniere subterane
5.3. Modelul tridimensional al zonei miniere
Crearea bazei de date geospațiale
În cadrul cercetării, achiziția, stocarea și prelucrarea datelor necesare evaluării perimetrului minier Avram Iancu – bazinul Arieșul Mic s-a făcut în cadrul unei baze de date special concepută pentru acest lucru.
Această bază de date face parte dintr-un mecanism mai complex (fig. 5.10) ce interacționează cu un sistem de modelare geospațială (alcătuit dintr-un set de softuri specializate) punând la dispoziția evaluatorului materiale grafice primare și prelucrate (hărți, secțiuni, blocdiagrame, perspective 3D) privind dispunerea în spațiu a surselor de contaminare și a receptorilor potențiali, zona de extindere a contaminanților cu intervale de depășire a valorilor limită, direcția și sensul vectorilor de transport (din modelările hidrogeochimice și a dispersiilor atmosferice), zone cu grad inițial de risc (zone denudate, taluze abrupte supuse alunecărilor de teren, zone inundabile, etc.), toate acestea având ca infrastructura modelul 3D geologic (cu elemente structurale, lito-stratigrafice și hidrogeologice), scheletul lucrărilor miniere subterane și geomorfologia suprafeței modelata numeric ce cuprinde și depozitele de material steril.
Prima etapă a constat în achiziția tuturor datelor disponibile ce caracterizează amplasamentul perimetrului fostei exploatări miniere uranifere din punct de vedere topografic, geologic, hidrogeologic, geochimic, climatic, etc.
În continuare s-au obținut toate datele cu privire la sursele potențiale de contaminare, ai parametrilor fizico-chimici și de radiotoxicitate, poziția acestora în cadrul amplasamentului precum și datele caracteristice ale potențialilor receptori (ecosisteme și habitate umane).
Toate aceste date achiziționate și ierarhizate vor putea fi utilizate în continuare în cadrul sistemelor geografice informaționale și al modulelor software de evaluare a radiotoxicității și a expunerii (determinarea și modelarea mecanismelor de transport a contaminanților de la sursă spre receptor, căi posibile de expunere, ecuații de risc, estimări statistice, scenarii de risc).
Fig. 5.10a Achiziția datelor în teren și încărcarea bazei de date geospațiale
Fig. 5.10b Integrarea informațiilor geospațiale în baza de date a modelului 3D
FUNDAMENTE TEORETICE
Baza de date spațială (geodatabase) constă într-un volum informațional achiziționat prin diferite metode specifice de investigații (lucrări miniere de cercetare, foraje, probări de suprafață, investigații geofizice, date geochimice, etc.). Toate aceste date sunt organizate pe o structura bine definită care trebuie să permită interrelaționarea, evitarea redundanței și operațiuni între elementele bazei de date (editare, reactualizare, filtrări, interogări logice).
Sistemul informatic geografic este un sistem dedicat gestionarii, analizei și afișării informației geografice, ce este reprezentata folosind o serie de seturi informaționale. Aceste seturi informaționale includ:
Hărți și reprezentări 3D
Ferestre interactive ce conțin date geografice și cu ajutorul cărora se pot oferi răspunsuri, prezenta rezultate și utiliza ca suport decizional. Hărțile și reprezentările tridimensionale reprezintă aplicații GIS ce permit interacționarea cu datele geospațiale.
Seturi de Date Geografice
Fișiere și baze de date geospațiale ce conțin – obiecte spațiale, rețele, topologii, date de teren, măsurători topografice și atribute.
Prelucrări și Modele de diagrame de lucru
Colecții de proceduri de prelucrări pentru automatizarea și repetarea numeroaselor operații, procese de lucru pentru analiza.
Modele de Date
Seturile de date GIS reprezintă nu numai tabele ale unui sistem de gestionare a bazelor de date (DBMS). Acestea încorporează atât comportamente avansate cât și integritatea datelor geospațiale. Schema, comportamentul, regulile de integritate ale seturilor de date geospațiale joaca un rol decisiv în cadrul oricărei aplicații GIS.
Metadata
Documente ce descriu alte elemente. Un catalog document permite utilizatorilor organizarea, descoperirea și înlesnește accesul la informația geospațială distribuită.
STRUCTURA BAZEI DE DATE
Baza de date (fig. 5.11) este împărțita în mai multe module, respectiv:
Modulul geologic
Modulul environmental (cuprinde date cu privire la evoluția stării factorilor de mediu în raport cu limitele impuse de legislație)
Modulul prelevări de probe
Modulul cu rezultatele viitoarelor modelări hidrogeochimice, geomecanice,etc.
Modulul geologic asigură suportul principal pentru realizarea modelului 3D.
Datele de foraj constituie punctul de plecare în modelarea structurii geologice.
În acest sens, datele necesare sunt organizate în cadrul unor formate tabelare, fiecare conținând diferite date, fiind exclusa redundanta datelor.
Baza de date geologică cuprinde tabelele cu gulerul forajului sau lucrării miniere (collar), datele de inclinometrie ale lucrării (survey) și conținuturile sau alte atribute ale intervalelor probate (sample).
Fig. 5.11 Structura bazei de date geologice
CONSTRUIREA COMPONENTELOR MODELULUI
În vastul domeniu al geoștiințelor, modelarea tridimensionala a datelor respectiv reprezentarea modelelor vectoriale de tip GIS se face cu ajutorul unui set de elemente primare (primitive geometrice). Structurile de date elaborate cu ajutorul acestor primitive sunt fie obiecte orientate sau topologii orientate, depinzând de modul în care aplicația informatică utilizează aceste date pentru a le vizualiza sau analiza.
Reprezentările topologice conțin în mod expres relațiile între orice obiect și vecinătățile acestuia în timp ce modelele orientate pe obiect înglobează structura obiectelor, deducând topologia și implicit relațiile spațiale atunci când sunt necesare.
Componentele de bază ale oricărui model sunt:
punctele (sau noduri)
linii (sau muchii)
fețe (sau poligoane)
solide
APARATUL INFORMATIC UTILIZAT
Etapele necesare construirii modelului tridimensional al exploatării miniere Avram Iancu – bazinul Arieșul Mic, au fost următoarele:
Realizarea modelului digital al terenului
Suprapunerea elementelor externe pe modelul digital al suprafeței: haldele de steril, rețeaua hidrografică (pârâul Arieșul Mic), elemente ale unor lucrări de închidere la suprafață (ziduri de gabioane, plăci de închidere pentru puțurile la zi,etc.
Vectorizarea și georeferențierea 3D a rețelei de lucrări miniere subterane (galerii direcționale, transversale, puțuri la zi și puțuri oarbe, plane înclinate.
Reconstituirea corpurilor mineralizate care au făcut obiectul exploatării
Realizarea modelului 3D al structurii geologice incluzând elementele tectonice cunoscute.
În cadrul etapelor enumerate mai sus au fost utilizate diferite softuri specializate pentru vectorizarea elementelor din hărți și planuri pe suport de hârtie, pentru realizarea unei baze de date unitare pentru toate atributele și pentru prelucrările 3D de tip wireframe sau corp solid necesare realizării structurii spațiale a formațiunilor geologice, a lentilelor mineralizate etc.
Global Mapper – vectorizarea elementelor structurale, curbe de nivel, corpuri de minereu, lucrări miniere pe planuri scanate și georeferențierea tuturor elementelor în sistemul de proiecție Stereo 70 – softul permite exportul datelor vectorizate în foarte multe formate, cele mai uzuale pentru cazul de față fiind dxf, csv, shp.
AutoCad – importul fișierelor vectorizate și agregarea altor elemente geometrice din surse diferite.
QuickSurf – utilizat sub AutoCad ca extensie a acestuia a fost folosit la crearea modelului digital al suprafeței.
Surpac Vision – modelarea corpurilor solide, execuția modelului geologic 3D din string-uri sau cu ajutorul bloc modelelor tip voxel (prin interpolării cu metode clasice sau geostatistice)
Interdex – analiza, vizualizarea datelor din forajele de cercetare, date geochimice în format 2D și 3D, validarea datelor, crearea de secțiuni geologice și export sub forma shp pentru a putea fi modelate în corpuri solide de către GoCad.
ArcGis – pentru baza de date și analiza geospațială tip „what if”
MODELAREA DIGITALĂ A SUPRAFEȚEI TERENULUI
Datorită inexistenței planurilor topografice în format electronic, a fost utilizat plan de situație al perimetrului la scara 1:2000. Acest plan a fost scanat pe un scanner A0 la o rezoluție corespunzătoare pentru a nu pierde detalii importante iar fișierul rezultat a fost încărcat în softul Global Mapper versiunea 9. După încărcarea fișierului care poate fi considerat un format rastru tip jpeg acesta a fost georeferențiat după caroiaj pe sistemul de proiecție Stereo 70.
Acest soft permite vectorizarea cu mare precizie a elementelor din cadrul planului scanat și salvarea acestor componente vectoriale pe layere separate care pot fi ulterior exportate în formate specifice altor softuri de prelucrare (dxf, dwg –Autocad, shp –ArcGis, formate numerice tip csv sau excel, etc.).
Curbele de teren la 10 m au fost digitizate și li s-a atribuit valoarea corespondentă din plan a elevației.
Fișierul rezultat a fost încărcat în AutoCad pentru realizarea modelului digital al suprafeței. Pentru această sarcină a fost utilizată aplicația QuickSurf care permite obținerea unui fișier cu puncte x,z,y rezultate din eșantionarea curbelor de teren vectorizate. Suprafața terenului a fost realizată prin triangulație Delaunay având în vedere respectarea elevației punctelor inițiale. Programul permite după modelarea suprafeței digitale diverse operațiuni cum ar fi: realizarea profilelor și secțiunilor, calcule de volume între suprafețe sau suprafețe și nivele de referință, analiza de pantă, realizarea rețelei torențiale, etc.
Fig. 5.12 Etapele construirii modelului digital al suprafeței
STRUCTURA GEOLOGICĂ
Pentru modelarea structurii geologice a zăcământului există două mari metodologii care se aplică în funcție de volumul informațional ce există la un moment dat și de obiectivele urmărite prin modelarea tridimensională.
Prima metodologie se bazează pe utilizarea secțiunilor geologice pe suport clasic sau digital, secțiuni care au fost realizate cu date din foraje punctuale pe un profil stabilit. Pentru o cit mai bună reproducere a structurii geologice este nevoie de mai multe secțiuni pe diferite direcții. Cu ajutorul acestor secțiuni se pot realiza corpurile solide cu ajutorul unor tehnici 3D de triangulație Delaunay ce permite modelarea corpurilor litologice sub forma unor rețele „wireframe”. Aceste metode pot fi utilizate cu ajutorul softurilor GoCad, DataMine, Surpac, Interdex.
Fig. 5.13 Realizarea corpului solid prin utilizarea secțiunilor și a triangulației 3D Delaunay
Fig. 5.14 Modelarea structurii geologice prin metoda secțiunilor
A doua metodologie se bazează pe utilizarea tuturor datelor din forajele de cercetare, și din lucrări miniere la zi sau subterane. În acest caz există o etapă intermediară în care se analizează volumul informațional de date, se codifică parametrii litologici (tip rocă, grad de alterare) ca atribute numerice sau alfanumerice.
După validarea datelor și eliminarea celor incerte se trece la alegerea dimensiunilor modelului (paralelipipedic) astfel încât sa cuprindă toate lucrările de cercetare. Bloc modelul se împarte în unități elementare de volum denumite voxel (minibloc). În nodul fiecărui voxel din rețeaua tridimensionala cu mini blocuri se atribuie o valoare rezultată din interpolarea valorilor cunoscute în lucrările de cercetare prin diferite metode (inversul distanței, kriging, etc.). În funcție de codificarea litologică se poate reconstrui structura geologică. Metoda nu necesită execuția secțiunilor între foraje dar este laborioasă și mare consumatoare de timp de calcul.
În cadrul temei de cercetare s-a utilizat prima metodă pentru realizarea modelului geologic.
Fig. 5.15 Modelarea structurii geologice prin metoda mini blocurilor de tip voxel
Fig. 5.16 Discretizarea corpurilor mineralizate
LUCRĂRILE DE EXPLOATARE
Pentru introducerea lucrărilor de exploatare s-a recurs la metodologia utilizată și la corpurile de minereu bogat, respectiv digitizarea lor în Global Mapper, adăugarea atributului de orizont cuantificat prin valoarea elevației absolute. Fișierul vectorizat a fost prelucrat în Autocad și apoi integrat modelului 3D (fig. 5.17). Lucrările de exploatare, la fel ca și celelalte elemente ale modelului sunt prezentate pe layere separate pe orizont.
Corpurile de minereu au fost introduse în modelul 3D după ce au fost digitizate și aduse la cota reala. Pentru simplificare și în absenta datelor concrete cu privire la direcția și înclinarea lor, au fost considerate ca fiind tabulare iar extinderea maxima se produce doar în planul de proiecție orizontală (fig. 5.18 ).
Fig. 5.17 Vectorizarea structurii lucrărilor miniere din perimetrul Avram Iancu
Fig. 5.18 Vedere dinspre SW a rețelei de lucrări miniere din perimetrul studiat
Fig. 5.19 Vedere dinspre SW a rețelei de lucrări miniere din perimetrul studiat și a corpurilor mineralizate exploatate
Fig. 5.20 Vedere dinspre SW a modelului 3D cu toate elementele vizibile
Fig. 5.21 Vedere N – S prin modelul geologic al perimetrului Avram Iancu – bazinul Arieșul Mic
LUCRĂRILE DE ÎNCHIDERE EXISTENTE
În principal, lucrările proiectate pentru închiderea sectorului minier Avram Iancu au constat (în sectorul bazinului hidrografic Arieșul Mic) în execuția unor soluții de stabilizare a haldelor și măsuri antierozionale (fig. 5.22,5.23) precum și bararea afluxului apei prin lucrările de acces în subteran (puțuri, galerii) pentru a preîntâmpina infiltrațiile spre orizonturile inferioare. Toate aceste lucrări constituie elemente care trebuiesc inventariate și introduse în baza de date deoarece pot influența în mod local sau general regimul de transport hidrogeochimic al contaminanților.
Fig. 5.22 Halda galeria X Nord – gabioane pentru împiedicarea evoluției fenomenelor erozionale
Fig. 5.23 Puț Arieș – Lucrări de protecție (gabioane și placa betonata)
împotriva afluxului de ape în subteran prin lucrări miniere verticale
5.4. Identificarea fenomenelor de geohazard în zona fostului perimetru de exploatare
În cadrul investigațiilor pe teren au fost puse în evidență mai multe procese naturale sau antropice (fig. 5.24) ce pot declanșa fenomene de hazard. Analizând din punct de vedere prioritar (frecvența de ocurență, magnitudine, impactul fenomenelor asupra creșterii gradului de contaminare cu radionuclizi a zonelor din perimetrul exploatării precum și a posibilității de extindere prin alunecări de teren, contaminarea acviferelor de mică adâncime în zone limitrofe, am optat pentru următoarele fenomene de geohazard: alunecări de teren pe versanții văii sau pe taluzele de halde, subsidența minieră indusă de exploatarea în subteran și contaminarea cu radionuclizi a acviferului freatic, cel mai vulnerabil din zona de impact. Acestea vor fi detaliate în cadrul lucrării, vor fi analizate și modelate prin tehnici stocastice sau deterministe și li se vor aplica diferite tehnici de atenuare sau diminuare a riscului indus asupra mediului și comunității.
Fig. 5.24 Ocurența fenomenelor de geohazard în perimetrul fostei exploatări uranifere
5.5. Modelarea dispersiei radionuclizilor de U în acviferul freatic din bazinul Arieșul Mic
DELIMITAREA BAZINULUI HIDROGRAFIC și CALCULAREA PARAMETRILOR CARACTERISTICI
Delimitarea bazinului hidrografic aferent zonei de studiu (fig. 5.25) s-a făcut prin intermediul softului ArcGis v.9.2 pe baza unor planuri la scara 1:2000 și a unor hărți regionale digitizate.
Fig. 5.25. Delimitarea bazinului hidrografic în zona perimetrului Avram Iancu
Date de intrare pentru parametrii de curgere:
– tipul regimului de curgere permanent sau nepermanent;
– tipul acviferului: cu nivel liber sau sub presiune;
– mărimea acviferului: lungimea și lățimea;
– mărimea celulelor: Δx (m) , Δy (m) ;
– numărul celulelor: după axa Ox: Nx,, după axa Oy: Ny;
– grosimea acviferului: (m);
– caracterizarea acviferului prin: permeabilitatea [K(m/sec)] la cel cu nivel liber; transmisivitatea [T(m2/sec)] la cel sub presiune; acvifer omogen (K sau T = constante); neomogen (K sau T = variabile);
– numărul și poziția puțurilor de: extragere (-m3/sec), injecție (+m3/sec);
– alimentarea acviferului din precipitații cu debite constante sau variabile;
– condiții la limită (înălțimi piezometrice, cunoscute pe frontiera domeniului);
– coeficienții de înmagazinare pentru celulele acviferului:
0 → pentru celulele la care nu se cunoaște înălțimea piezometrică
1 → pentru celulele situate pe frontiera domeniului
Cu aceste date de intrare, modulul de curgere poate fi rulat și se obțin:
– înălțimile piezometrice în toate celulele din domeniu și
– bilanțul apei (intrări, ieșiri de volume de apă)
Date de intrare pentru parametrii de transport
– porozitatea efectivă;
– factor de întârziere: R = 1 (fără întârziere) și R<1 (cu întârziere);
– număr de particule, folosite în simulare;
– dispersivitatea longitudinală (1% din lungimea modelului);
– dispersivitatea transversală (1/10 din dispersivitatea longitudinală);
– tipul injecției (permanentă sau instantanee);
– rata de injecție (pentru injecția permanentă a unui poluant);
– masa de injecție (pentru injecția instantanee);
– poziția surselor de poluare (în care celulă se află);
– timpul total de simulare (în zile);
– pasul de timp (în zile).
În general, rezultatele oferite de modulul de transport sunt: concentrații finale (după timpul total de simulare); variația concentrațiilor în forajele de monitorizare; distanțele de la foraje, pentru care timpul de transport convectiv are o valoare dată; traseul parcurs de o particulă de poluant dintr-un anumit punct, până la cel mai apropiat foraj de extracție.
Într-o prima etapa s-a realizat modelarea dispersiei contaminanților (radionuclizii de U) în ipoteza unui transport prin advecție a radionuclidului de U având ca sursa apele de infiltrație ce percolează halda galeriei XVI (halda cea mai extinsa din zona).
Modelul a fost împărțit în doua zone principale în funcție de parametrii hidrogeologici.
Zona 1 a fost reprezentata de formațiunile calcaroase senoniene slab permeabile care în acest perimetru nu prezintă fenomene carstice. Zona 2 a fost reprezentata de acviferul freatic cu permeabilitate ridicata, aflat sub albia pârâului Arieșul Mic extins de-a lungul acestuia.
Zona 1:
– conductivitate hidraulica = 0,2 m/zi
– porozitate efectiva = 0,05
Zona 2:
– conductivitate hidraulica = 2 m/zi
– porozitate efectiva = 0,3
– dispersie longitudinala = 13 m
– dispersia transversala = 10 m
Zona 3 (halda care exfiltrează constant contaminant cu uraniu-sursa constanta):
– concentrația contaminantului = 150 ppb
– dispersia transversala = 8m
– dispersia verticala = 160 m
– coeficient de dezintegrare = 0,0564 1/ani
În zona sursei de contaminare a fost amplasat un foraj de monitorizare a concentrației sursei iar în aval au fost amplasate alte 5 foraje de monitorizare pentru concentrațiile de U și nivelul piezometric. În urma rulării simulării pe o perioada de 15 ani, în forajul MW146 s-au înregistrat conținuturi de cca. 6 ppb. Fiecare foraj de monitorizare a pus în evidenta conținutul contaminantului (fig. 5.26).
Având la dispoziție câteva date de control ale conținutului din foraje sau chiar fântâni se poate face o calibrare pe concentrația contaminantului pentru a avea o informație cit de cit pertinenta pentru propunerea unei rețele de monitorizare.
Probleme deosebite apar atunci când acviferul prezintă o heterogenitate ridicata (vezi fig. 5.27, 5.28)
Găsirea soluțiilor privind curgerea și transportul contaminanților (în speță a radionuclizilor) în medii geologice permeabile heterogene implică utilizarea unor modele stochastice nemecaniciste sau mecaniciste fundamentate pe teoria lanțurilor Markov sau a geostatisticii sistemelor continue.
Efectul heterogenității conductivității hidraulice pune in evidenta următoarele:
In absenta dispersiei datorata configurației porilor, pana de poluant se împrăștie datorita heterogenității, acest fenomen denumindu-se macrodispersie;
Atât timp cit pana de poluant întilneste un mediu heterogen ea continua sa se disperseze;
Dispersia penei de poluant creste odată cu creșterea variantei lm K;
Dispersia longitudinala a poluantului este semnificativ mai mare decât cea transversala;
Deplasare medie rămâne in mod general nemodificata in ciuda existentei heterogenității;
Deplasarea contaminantului intr-un mediu heterogen duce la configurații neregulate ale penei de poluant in timp ce in mediul omogen forma acesteia este regulata.
Digitațiile penei de contaminant pot fi explicate prin zonele cu valori diferite ale conductivității hidraulice. Zonele cu conductivități mari sunt considerate zone de convergenta prin care contaminantul se deplasează preferențial. Convergenta reprezintă opusul dispersiei care e reprezentata prin zone cu conductivități hidraulice mici. Prin aceste zone, mișcarea contaminantului este încetinită ducând la fragmentarea penei si la formarea unor digitații.
Din punct de vedere matematic, acest proces poate fi explicat prin ecuațiile diferențiale parțiale de transport.
Pentru a genera un comportament la scara mare a fost utilizata metoda perturbației iar prin realizarea unei medieri spațiale locale s-a obținut următoarea relație:
unde: = concentrația medie; = perturbarea concentrației medie; = viteza medie de transport; = perturbarea vitezei medii de transport.
Termenul adițional al ecuației reflecta efectul heterogenității.
Fig. 5.26 Simularea dispersiei radionuclizilor de U în acviferul freatic (sursa de contaminare continua, curgere staționară)
Fig. 5.27 Acvifer heterogen, curgere staționară
Fig. 5.28 Impactul neomogenității acviferului asupra rețelei de monitorizare
Modelarea heterogenității conductivității hidraulice și a dispersiei
radionuclizilor de U
În cadrul modelării heterogenității conductivității hidraulice, metodologia de simulare stocastică a transportului contaminanților radioactivi (radionuclizi de U) s-a aplicat aceleiași situații din perimetrul fostei exploatări miniere uranifere Avram Iancu în bazinul hidrografic al Arieșului Mic. Modelarea matematică a fost aplicată în vederea estimării timpului de contaminare cu radionuclizi de U a acviferului freatic cantonat in zona aluvionară a râului Arieșul Mic, considerându-se drept sursă continuă o anumită zonă cu material steril mai bogat în U din zona de nord a hălzii galeriei XVI.
Levigatul bogat în radionuclizi este transportat pe direcție preferențial verticală prin zona vadoasă iar după aceea este preluat de acviferul freatic în regim saturat pe direcție preferențial orizontală în funcție de gradientul hidraulic existent.
Zona vadoasă este delimitată în plan vertical la partea superioară de o suprafață de alimentare continuă prin infiltrare iar la partea inferioară de suprafața piezometrică staționară a acviferului freatic.
Acviferul freatic se învecinează la partea inferioară cu un alt orizont acvifer cu permeabilitate redusă, cantonat în formațiunile calcaroase senoniene slab permeabile care în acest perimetru nu prezintă fenomene carstice. La partea inferioară a ultimului strat acvifer sunt formațiuni practice impermeabile (șisturi).
Modelul conceptual, așa cum a fost preluat în softul de analiză numeric, este prezentat în figura 5.29.
Suprafața modelului ocupa aproximativ 100 ha (1 km2). Principalele elemente ce constituie modelul conceptual sunt:
Frontierele de tip sarcină piezometrică constantă (limite Dirichlet) plasate pe latura nordică și sudică a modelului (Znord=+1140 m și Zsud=+1115 m);
Frontierele plasate pe latura estică și vestică sunt relativ paralele cu direcția de curgere și reprezintă frontiere de tip debit nul (limite Neumann);
Delimitarea formațiunii aluvionare cu permeabilitate mai ridicată ce constituie principala cale de transport a contaminanților;
Punctele de calibrare (georeferențiere) pentru lucrul în coordinate reale (Stereo 70);
Elevațiile suprafeței terenului și al interfețelor ce delimitează orizonturile acvifere.
Traseul râului Arieșul Mic ce constituie o zonă de alimentare sau de descărcare hidraulică a acviferului freatic în funcție de oscilațiile sezoniere ale scurgerii subterane și al regimului de precipitații.
Delimitarea sursei continue de contaminare (Concentrația radionuclidului ce este levigat în acviferul freatic este de cca. 150 ppb U);
Extinderea haldei de steril (care are proprietăți hidraulice diferite de formațiunile înconjurătoare).
În zona vadoasă (care nu face obiectul acestei modelări) simularea transferului poluanților se face ținând cont de adsorbție, pe baza izotermei lui Langmuir, iar funcția hidraulică a solului este dată de relațiile lui Van Genuchten. De regulă transportul contaminanților în zona nesaturată sau vadoasă de fluxurile variabile sezoniere de precipitații și de funcțiile de pedo-transfer ale diverselor tipuri de soluri.
Relația care guvernează transportul radionuclizilor în acviferul saturat este ecuația de advecție-dispersie:
Unde: Dx = αx*vx și Dy = αy*vy reprezintă coeficienții de dispersie (m2/zi) iar αx și αy dispersivitatea (m)
Următoarea relație definește soluția analitică unidimensională a ecuației de advecție-dispersie în regim tranzitoriu și nepermanent pentru o sursă continuă de contaminare.
Unde, C(x,t) reprezintă concentrația radionuclidului pe direcția de curgere x la timpul t;
C0 concentrația inițială de contaminant;
Dx coeficientul de dispersie pe direcția x (m2/zi);
erfc funcția eroare.
Modelul conceptual a fost împărțit în mai multe zone pe criterii hidrogeologice (vezi 5.30):
Zona 1: reprezentată de orizontul acvifer superior are următoarele proprietăți:
K = 0,2 m/zi (conductivitate hidraulică);
Dx = 0,2 m2/zi; Dy = 0,1 m2/zi; Dz = 0,1 m2/zi; (difuzie moleculară);
n = 0,05 (porozitate efectivă);
La partea superioară a acestui orizont s-a considerat un aflux din precipitații după un regim tranzitoriu aleator centrat în jurul valorii de 500 mm/an (fig. 5.32).
Zona 2: este reprezentată de orizontul acvifer inferior cu următorii parametrii:
K = 0,5 m/zi (conductivitate hidraulică);
Kx/Ky = 0,5 și Kx/Kz = 10 coeficienți de anizotropie;
Dx = 0,3 m2/zi; Dy = 0,2 m2/zi; Dz = 0,2 m2/zi; (difuzie moleculară);
n = 0,3 (porozitate efectivă);
Zona 3: este înglobată în zona 1 și e reprezentată de orizontul freatic:
K = 2 m/zi (conductivitate hidraulică) – este generată aleator cu ajutorul unui algoritm spectral
Dx = 0,9 m2/zi; Dy = 0,09 m2/zi; Dz = 0,0091 m2/zi; (difuzie moleculară);
αy = 10, αx = 1, αz = 0.1 (dispersie locală)
n = 0,3 (porozitate efectivă);
Kd = 5*10-7 m3/kg coeficient de partiție
P = 500 mm/an (regim precipitații)
Zona 4: este constituită din halda de steril
K = 5 m/zi;
N = 0.30
Infiltrații din regim pluvial P ‚ 500 mm/an.
Zona 5: sursa de contaminare
Sursa continuă de contaminare cu radionuclizi de U = 150 ppb;
Fig. 5.29 Modelul conceptual al sistemului in care se produce contaminarea cu radionuclizi (tronsonul aval de halda Gal. 16 – Avram Iancu)
Modelarea s-a făcut cu ajutorul platformei Interactive Grounwater 3D a profesorului QunLiu de la departamentul de inginerie civilă și mediu a Universității din Michigan, SUA.
Acest soft permite simularea concurentă a curgerii și transportului contaminanților folosind metode complexe de rezolvare a ecuațiilor de curgere și transport cu o precizie deosebită față de relațiile analitice exacte.
Într-o prima etapă s-a realizat modelarea dispersiei contaminanților (radionuclizii de U) în ipoteza unui transport prin advecție a radionuclidului de U având ca sursa apele de infiltrație ce percolează halda galeriei XVI (halda cea mai extinsa din zona). Curgerea a fost considerată nepermanentă iar transportul contaminantului tranzitoriu dar au fost utilizate soluții numerice deterministe.
Timpul de simulare a fost de 3000 de zile și s-au urmărit distribuțiile concentrației de radionuclid la nivelul arealului studiat și la nivel punctual în forajele de monitorizare.
În a doua etapă s-a considerat analiza stocastică prin metoda Monte Carlo rulându-se mai multe modele parametrice echivalente fizic și satisfăcând condițiile de realizare probabilistice. Acviferul freatic a fost considerat heterogen din punct de vedere al conductivității hidraulice iar distribuția spațială a valorilor a fost făcută cu un algoritm spectral.
Fig. 5.30 Împărțirea modelului pe zone diferențiate parametric și spectrul hidrodinamic
(izopieze si linii de curent) in regim de curgere nepermanent
Acest tip de modelare a permis determinarea gradului de incertitudine a parametrilor în sistemul modelat și senzitivitatea acestora în cadrul modelării stocastice.
Determinarea corectă a câmpului de conductivități hidraulice are un rol semnificativ la evaluarea corectitudinii modelării.
Având la dispoziție date achiziționate in situ se poate face o evaluare corectă și o prognoză cu grad redus de incertitudine pe o perioadă destul de lungă folosind metodele stocastice de simulare a transportului contaminanților în medii acvifere de mică și medie adâncime.
Fig. 5.31 Spectrul hidrodinamic in regim de curgere permanent și amplasarea profilelor
cu foraje de monitorizare parametrică (NH, concentrații radionuclizi, etc.).
Fig. 5.32 Simularea regimului de alimentare din precipitații (modelarea aleatoare a
fluctuațiilor de alimentare pe o perioada de 365 zile; multimedia anuală = 500 mm/an)
Distribuția valorilor de conductivitate hidraulica a fost simulata cu ajutorul algoritmului gaussian secvențial considerându-se un model anizotropic gaussian (din punctul de vedere al funcției probabilității de distribuție-fig. 5.33, 5.34, 5.35, 5.36).
Fig. 5.33 Variația în timp a concentrației la nivelul forajelor de monitoring
Fig. 5.34 Secțiunea verticală A – A’ pe direcția principală de curgere cu variația concentrației radionuclidului (ppm) în pana de poluant
Fig. 5.35 Evaluarea dispersiei contaminantului prin metoda de simulare Monte-Carlo
a mai multor soluții echivalente probabilistic
Fig. 5.36 Probabilitățile de realizare a concentrațiilor și timpul de amortizare a oscilației de nedeterminare
MODELAREA CURGERII SUBTERANE – MODEL MODFLOW
Exista doua metode mai des uzitate pentru modelarea curgerii subterana folosind modelul matematic ModFlow, respectiv cea bazata pe model conceptual și cea dezvoltata direct pe rețeaua cu diferențe finite. Pentru situațiile complexe se recomanda a se aborda metoda modelului conceptual.
Pașii urmați în dezvoltarea modelului conceptual au fost următorii:
Încărcarea și calibrarea în coordonate reale (stereo70) a imaginii (format jpeg) hărții amplasamentului.
Softul utilizat (Groundwater Modelling System v6) permite încărcarea într-un modul special a hărții pe care se va lucra și uneltele necesare georeferențierii acesteia pentru a păstra o scara reala a modelului (fig. 5.37)
Fig. 5.37 Calibrarea hărții de lucru
Definirea unităților de măsura în sistemul internațional pentru lungime (m), timp (zi) , masa (kg), forța (N) și concentrații (ppb).
Definirea frontierei modelului (linie poligonala) în care se va face modelarea numerica.
Popularea zonei interioare a modelului cu elemente (coverages) reprezentate prin surse locale de alimentare/descărcare ce includ râuri, foraje, drenuri și sarcinile hidraulice aferente acestora. Poligonarea tuturor suprafețelor închise din interiorul frontierei și asignarea sarcinilor hidraulice constante sau variabile în funcție de situație.
Fig. 5.38 Frontiera modelului și elementele componente
Crearea forajelor de pompare (-) sau injecție (+) și atribuirea valorii debitului (m3/zi). Atribuirea stratului elementar sau intervalelor de strate pe care se face pomparea și îndesirea rețelei de elemente discrete din jurul forajelor pentru o modelare mai precisa a curgerii.
Delimitarea zonelor de alimentare din precipitații. Aceasta poate fi uniforma pe tot modelul fiind asignata numai stratului 1 din litologie sau celulelor de la suprafața modelului și/sau poate fi individualizata în funcție de zona. În cazul de fata rata de alimentare din precipitații s-a considerat la o valoare de 0,0009 m/zi. În cadrul haldei de steril s-a considerat o rata mai mica de 0,0006 m/zi.
Definirea conductivității hidraulice pentru fiecare strat din model prin Kh – conductivitatea hidraulica orizontala [m/zi] și raportul Kh/Kv (anizotropia verticala) sau conductivitatea verticala [m/zi]. Anizotropia orizontala a fost considerata egala cu unitate (omogenitate pe orizontala).
Încadrarea automata a modelului într-o rețea 3D cu diferențe finite și ajustarea parametrilor cu privire la originea rețelei, densitatea rețelei pe x, y și z. Numărul de celule pe axa z e sincronizata cu numărul de strate din model.
Realizarea rețelei 3D cu diferențe finite și inițializarea modulului de simulare Modflow (fig. 5.40).
Definirea celulelor active și inactive din rețeaua 3D pe baza frontierelor stabilite în modelul conceptual.
Definirea elevațiilor terenului și a fiecărui strat din model utilizând fișierele cu puncte ce definesc suprafața superioara și inferioara a fiecărui element stratigrafic (fig. 5.39).
Interpolarea punctelor ce definesc elevații prin metodele cunoscute (inversul distantei, kriging), interpolarea nivelelor hidrostatice cunoscute punctual (din măsurători în foraje sau prin digitizare) și interpolarea stratelor în cadrul rețelei 3D cu diferențe finite (fig. 5.41).
Verificarea geometriei rețelei după interpolare și rezolvarea erorilor de geometrie se face prin intermediul unei rutine consacrate care permite evidențierea diferitelor erori inerente datorita gradului de precizie al interpolării dar și mai târziu pentru semnalarea altor erori ce țin de parametrizarea modelului.
Conversia modelului conceptual în rețeaua 3d cu diferențe finite implica atribuirea parametrii și elementele din modelul conceptual către cele mai apropiate celule și eventual utilizarea automata a interpolării pentru determinarea conductanțelor hidraulice dea-lungul elementelor de drenare și a sarcinilor hidraulice.
Fig. 5.39 Elevațiile suprafeței și ale hidrostructurilor modelate
Fig. 5.40 Rețeaua finală 3D cu diferențe finite
Fig. 5.41 Modelul final și stratificația transmisa din modelul conceptual
Fig. 5.42 Distribuția echipotențialelor în cadrul modelului (pachet Femwater)
O ultima verificare a condițiilor privind atribuirea corecta a parametrilor hidraulici fiecărui strat, a corespondentei sarcinilor hidraulice cu celulele ce le reprezintă, a intersecțiilor dintre traseul râului sau elementelor drenanțe cu celulele corespondente.
Rularea modulului de simulare a curgerii în medii poroase ModFlow.
Reprezentarea hidroizohipselor, și eventual a liniilor de curent prin intermediul sub modulului ModPath (fig. 5.42).
Verificarea bilanțului apelor care intra și ies din sistemul modelat cu semnalarea erorilor la nivel de strat și la nivel global.
MODELAREA TRANSPORTULUI CONTAMINANȚILOR – MODELUL MT3DMS
Modelarea transportului contaminanților se face ca și în cazul curgerii subterane utilizând un model conceptual sau direct pe rețeaua 3D cu diferențe finite, acest ultim caz putând fi aplicat în situații relativ simple.
În cazul de fata, modelarea transportului contaminanților va utiliza datele și soluția de curgere din simularea anterioara.
Pașii urmați în simularea transportului contaminanților sunt următorii:
Preluarea soluției de curgere subterana prin încărcarea proiectului anterior în spațiul de lucru.
Definirea unităților fizice în SI, respectiv Kg pentru masa și ppb pentru concentrație.
Inițializarea modulului de transport contaminanți – MT3D
Definirea speciilor de contaminant.
Definirea parametrilor privind perioada de simulare L=3000 zile și numărul maxim de pași pentru transport = 4000. Se utilizează un singur interval de simulare pentru ca descărcarea contaminantului în mediu se considera la o rata constanta.
Definirea periodicității de afișare a rezultatului simulării transportului (la fiecare 400 de zile)
Alegerea modulelor cu procesele de transport (advecție, dispersie, amestec sursa/receptor, reacții chimice)
Atribuirea parametrilor acviferului modelului de transport. Modulul MT3DMS necesita ca porozitatea și coeficientul de dispersie sa fie asignați fiecărei celule din rețea. În acest sens este mult mai ușoara utilizarea suprafețelor poligonale din modelul conceptual decât atribuirea la nivel individual în rețeaua 3D. Atribuirea porozității și a coeficienților de dispersie la nivelul poligoanelor ce reprezintă strate sau zone. Porozitatea = 0,2 – 0,3, coeficienții de dispersie longitudinala = 20.
Atribuirea concentrației sursei (halda de steril) la o valoare constanta de 20000.
Conversia modelului conceptual prin atribuirea parametrilor acviferului și a ratelor de concentrații din surse la nivelul celulelor rețelei 3D.
Setarea unor parametrii caracteristici în modulele de advecție și dispersie (coeficientul de difuzie moleculara=0, raportul dintre dispersia transversala și dispersia longitudinala și cel dintre dispersia verticala și dispersia longitudinala – 0,2 și 0,1)
Salvarea datelor din proiect și rularea modelului de curgere MODFLOW și modelului de transport MT3DMS.
Vizualizarea soluției privind rezolvarea sistemului de transport prin reprezentarea grafica statica sau dinamica a evoluției penei de contaminant la diferite perioade de timp (fig. 5.43).
În comparație se modelează și transportul luând în considerație sorbția și dezintegrarea (fig. 5.44). Ca rezultat final sorbția va încetini mișcarea penei de poluant iar dezintegrarea va micșora concentrația. Cele doua procese sunt înglobate în modulul cu reacții chimice. Se selectează izoterma liniara și reacțiile cinetice ireversibile de ordinul 1. Se atribuie pentru fiecare strat constanta de sorbitei, greutatea specifica și constantele privind rata de dezintegrare.
Se vizualizează din nou rezultatele și se estimează distribuția contaminantului fata de prima situație.
Reprezentarea grafica a unor serii de timp pentru diferite celule în formatul concentrație – timp (fig. 5.45, 5.46, 5.47, 5.48).
Fig. 5.45. Serii de timp într-o secțiune longitudinala la timpul
T=300 zile și graficul concentrației pentru celula 5223
Fig. 5.46 Serii de timp într-o secțiune longitudinala la timpul
T=3000 zile și graficul concentrației pentru celula 6573
Fig. 5.47 Serii de timp într-o secțiune longitudinala la timpul T=300 zile
și graficul concentrației pentru celula 5223 (cu sorbție și dezintegrare)
Fig. 5.48 Serii de timp într-o secțiune longitudinala la timpul T=3000 zile
și graficul concentrației pentru celula 6573 (cu sorbție și dezintegrare)
5.6. Stabilitatea versanților naturali și a taluzelor de haldă în perimetrul de cercetare și evaluarea hazardului la alunecare
În cazul de față au fost utilizate următoarele metode de evaluare a hazardului la alunecare:
SINMAP (Stability INdex MAPing) utilizata la estimarea zonelor cu susceptibilitate mare la alunecări pe taluze naturale permite reprezentarea cartografica a acestora având la baza informații geografice primare. Metodologia SINMAP se bazează pe estimarea stabilității cu ajutorul modelului planului infinit și a presiunii în pori estimate prin intermediul unui model hidrologic staționar bazat pe datele topografice zonale.
Conform Ghidului de elaborare a hărților de hazard și risc de detaliu (dec. 2002)
Metode analitice și numerice pentru detalierea situațiilor în zone cu grad ridicat de risc (haldele de steril).
În general, există două metode de “cartografiere” a hazardului la alunecare prin intermediul hărților specifice.
Prima metodă (fig. 5.49) utilizează tehnici statistice de abordare și are la bază utilizarea unor hărți parametrice (parametrii geometrici ai alunecării, elemente litologice, etc.) în paralel cu harta ocurenței alunecărilor (densitatea alunecărilor) realizată cu date din cartările de teren. Prin operațiile de reclasificare la nivelul hărților parametrice se obțin hărțile cu ponderi care se combină după un anumit algoritm pentru obținerea hărții cu scoruri. După o nouă reclasificare se obține harta finală de hazard.
O altă direcție de abordare a hazardului la alunecare este utilizarea metodei deterministe.
Metoda deterministă (fig. 5.50) implică utilizarea unei baze de date cu parametrii geotehnici și litologici (tip litologic, inclinarea și grosimea stratificației) pe baza cărora se pot construi hărți parametrice ale arealului afectat de alunecări. Spre deosebire de metoda statistică, metoda deterministă folosește modelarea principalilor factori declanșatori (factorul hidrogeologic, seismic) prin metode analitice sau numerice.
Rezultatele acestor simulări, de regulă pe secțiuni caracteristice, sunt preluate în sistemul GIS (pe diferite scenarii) și în final se realizează o hartă cu distribuția probabilităților de alunecare.
Fig. 5.49 Metodologia de realizare a hărților de hazard la alunecare prin metoda statistică
Fig. 5.50 Metodologia de realizare a hărților de hazard la alunecare prin metoda deterministă
Analiza indicelui de stabilitate a versanților prin metode GIS
Metoda SINMAP (Stability INdex MAPing) utilizată la estimarea zonelor cu susceptibilitate mare la alunecări pe taluze naturale permite reprezentarea cartografică a acestora având la baza informații geografice primare, respectiv harta cu elevații.
Metodologia SINMAP se bazează pe metodologia de estimare a stabilității cu ajutorul modelului planului infinit și a presiunii în pori estimate prin intermediul unui model hidrologic staționar bazat pe datele topografice zonale.
Pentru obținerea datelor necesare se utilizează modelul digital al terenului (în format DEM sau ascii) realizându-se hărți tematice intermediare cu distribuția pantelor și a bazinelor de recepție. De asemenea sunt introduși parametrii cu privire la rezistenta la forfecare (coeziune și unghi de frecare), greutatea volumetrica a materialului din taluzul natural, precum și un parametru ce reprezintă umiditatea materialului. Toți acești parametrii pot fi reprezentați cu un anumit grad de incertitudine pe un domeniu de valori stabilit și de experiența utilizatorului. Fiecare parametru este reprezentat pe o rețea ce acoperă toată zona investigata. Reprezentare primara a prelucrărilor prin aceasta metoda este harta indicelui de stabilitate, o variabila numerica utilizata pentru încadrarea fiecărui element al rastrului într-o anumita clasa sau categorie de stabilitate. Selectarea claselor de stabilitate este subiectiva și se bazează pe analiza interpretativa a datelor.
În funcție de indicele de stabilitate, exista 6 clase începând de la clasa 1 cu SI>1.5 (panta stabila) și până la clasa 6 cu SI<0 (nu se poate utiliza metoda de estimare)
Modelul planului infinit al stabilității taluzului natural este dat de relația lui Hammond:
Unde: Cr = coeziunea data de rădăcini [N/m2]
Cs = coeziunea solului
Θ = unghiul pantei taluzului
ρs = densitatea solului în stare umeda [Kg/m3]
ρw = densitatea apei [Kg/m3]
g = accelerația gravitațională [9.81 m/s2]
D = adâncimea verticala a solului [m]
Dw = înălțimea verticala a nivelului apei în sol [m]
Φ = unghiul de frecare interna a solului.
Fig. 5.51 Modelul planului infinit de alunecare
Utilizând grosimea normala a solului h = D cosθ și înlocuind cu
w = Dw/D = hw/h [umiditatea relativa]
C = (Cr + Cs)/(hρsg) [coeziunea combinată – adimensională)
e = ρw/ρs [raportul dintre densitatea apei și a solului]
factorul de siguranță devine:
Un alt concept utilizat este indicele de umiditate topografic (Beven și Kirkby, 1979).
Acest indice se determina utilizând aria specifica a bazinului de recepție (a), tranzitivitatea solului [T] și alimentarea [R] în regim staționar.
În final umiditatea relativa va fi reprezentata prin relația:
În program ca data de intrare se utilizează parametrul R/T ca parametru unitar ce cuantifica atât factorii climatici cit și cei hidrogeologici.
Fig. 5.52 Suprafața specifică a bazinului de recepție
Introducând relația indicelui de umiditate în ecuația factorului de siguranță, aceasta devine:
Variabilele a și θ sunt obținute din prelucrările pe rastrul topografic iar parametrii C, R/T și tanφ sunt definiți ca funcții de incertitudine în cadrul cărora valorile se distribuie probabilistic intre doua paliere alese de experimentator. Raportul densităților r este de regula constant, atribuindu-se valoarea de 0.5.
Etapele necesare determinării indicelui de siguranță au fost:
Transformarea hărții inițiale din format DEM în format rastru (fig. 5.53)
Hărțile rastru cu direcții de curgere și pante (fig. 5.54)
Calcularea suprafeței specifice a bazinului de recepție (5.55)
Calculul indicelui de stabilitate și a indicelui de umiditate (5.56)
Reprezentarea diagramei panta și zona specifica de recepție precum și a distribuției indicilor de stabilitate pe categorii de stabilitate (5.57)
Trebuie menționată posibilitatea calibrării modelului cu date din teren dar care trebuiesc transpuse la nivelul datelor de intrare prin intermediul unui fișier (csv) al cărui header cuprinde denumirea punctului și parametrii ce se introduc împreună cu pragurile acestora.
Fig. 5.53 Harta rastru prelucrata pentru zonele anomale cu relief negativ
Fig. 5.54 Harta rastru cu direcțiile de curgere
Fig. 5.55 Harta pantelor
Fig. 5.56 Harta zonelor cu contribuții la alunecare
Fig. 5.57 Harta indicilor de saturație
Fig. 5.58 Harta indicelui de stabilitate
Fig. 5.59. Reprezentarea statistica a distribuției indicelui de stabilitate în funcție de panta și suprafața de contribuție (suprafața bazinului de recepție) și modul în care se pot recalibra parametrii de intrare.
Evaluarea hazardului la alunecare în zona Avram Iancu – bazinul Arieșul Mic
conform Ghidului de elaborare a hărților de hazard și risc de detaliu
Volumul informațional necesar elaborării hărții de hazard la alunecare a cuprins:
Succesiunea litologică interceptabilă de suprafețele potențiale de alunecare;
Parametrii fizico-mecanici (greutăți volumetrice, parametrii de forfecare (coeziunea și unghiul de frecare interioară, valorile reziduale)
Nivele hidrostatice măsurate și/sau evaluate în diverse puncte din teren;
Semnalarea unor zone sensibile la fenomene de umflare sau lichefiere;
Identificarea zonelor cu depuneri de deșeuri (haldele de steril minier);
Profile geotehnice caracteristice pe 8 direcții principale;
Încadrarea zonei de studiu din punctul de vedere al seismicității, conform Codului P.100-1/2006 intrat în vigoare în ianuarie 2007 (Ks = 0.08 și Tc = 0,7);
Evaluarea stabilității pe profilele caracteristice prin cinci metode diferite care satisfac echilibrul static al forțelor sau momentelor (Bishop, Lowe-Karafiath și Janbu) sau simultan și al forțelor și momentelor (Spencer, și Morgenstern-Price) utilizându-se softul Rocscience Slide versiunea 5.
Fig. 5.60 Harta de hazard la alunecări realizată pe baza factorului de stabilitate
determinat pe secțiuni caracteristici (conform metodologiei de elaborare
a hărților de risc la detaliu – UTCB 2003) Ks=0,08
SIMULAREA ANALITICĂ SI NUMERICĂ A STABILITĂȚII
VERSANȚILOR NATURALI ȘI ARTIFICIALI – La nivel de detaliu
În practica inginerească există multe metode de determinare a factorului de siguranță pentru taluze naturale, diguri, baraje, etc.: Fellenius, Taylor, Bishop, Morgenstern-Price, Spencer, Janbu, metoda elementului finit, metode statistice și multe altele. Cele mai multe dintre ele presupun că suprafața de alunecare este o suprafață circulară, algoritmii de calcul fiind aplicați acestei ipoteze.
În funcție de ipoteza abordată aceste metode presupun rezolvarea unui sistem de ecuații din mecanica statică ce va satisface echilibrul momentelor și/sau echilibrul forțelor fiecărei fâșii verticale ce reprezintă elementul de discretizare al unei potențiale suprafețe circulare sau non-circulare de alunecare. În tabelul următor sunt prezentate aceste metode împreună cu ipotezele satisfăcute în cadrul echilibrului static:
Condițiile impuse de echilibrul static vor fi aplicate pentru o fâșie individuală cât și pentru întreaga masă de deasupra suprafeței de alunecare. Sistemul forțelor care acționează pe cele patru laturi ale unei fâșii caracteristice este schematizat în figurile 5.61 și 5.62.
Fig. 5.61 Modul de împărțire a suprafeței de alunecare în fâșii verticale
Condițiile de echilibru static implică rezolvarea următoarelor situații:
Echilibrul static al fiecărei fâșii este asigurat de echilibrul proiecțiilor pe două direcții ortogonale și echilibrul momentelor forțelor față de orice punct;
Echilibrul vertical total este asigurat atunci când componenta verticală a forțelor de rezistență pe suprafața de alunecare compensează întreaga greutate a corpului (inclusiv forțele exterioare) și forțele verticale pe contur;
Echilibrul orizontal total este asigurat atunci când componenta orizontală a forțelor de rezistență care acționează pe suprafața de alunecare este în echilibru cu forțele orizontale care acționează pe contur;
Echilibrul momentelor totale este asigurat atunci când suma momentelor forțelor diferențiale dintre fâșii este în echilibru cu momentele forțelor care acționează pe contur.
Fig. 5.62 Sistemul forțelor care acționează la nivelul unei fâșii caracteristice
Relațiile utilizate în determinarea factorului de siguranță la metodele ce satisfac echilibrul forțelor și momentelor (respectiv metoda GLE – metoda generalizată a echilibrului limită, Morgenstern-Price) sunt următoarele:
Ecuația factorului de siguranță ce satisface echilibrul momentelor:
Ecuația factorului de siguranță ce satisface echilibrul forțelor:
unde:
c’ = coeziunea efectivă
Φ’ = unghiul efectiv de frecare internă
u = presiunea în pori
N = forța normală la baza fâșiei
W = greutatea fâșiei
D = încărcarea liniară
β, R, x, f, d, ω = parametrii geometrici
α = înclinarea bazei fâșiei
Exceptând beneficiile datorate ușurinței de utilizare și a datelor de intrare relativ reduse metoda echilibrului limită prezintă și unele deficiențe importante. Metodele clasice prezentate mai sus nu iau în considerare comportamentul la efort-deformație al rocilor și admit ipoteze arbitrare cu privire la forțele inter-fâșii pentru a se asigura o determinare statică a sistemului de ecuații. De asemenea metodele echilibrului limită se aplică greu la analiza problemelor de stabilitate a zidurilor de sprijin (cu sau fără consolă) la care alunecarea implică deformarea elementului de retenție. În cadrul calculelor, metodele echilibrului limită necesită considerarea unor suprafețe potențiale de alunecare care să prezinte continuitate în cadrul masivului de roci, fenomenul de alunecare având loc de-a lungul acestora.
Metoda elementului finit a fost aplicată prima dată în 1966 la rezolvarea problemelor de natură geotehnică iar de atunci lucrurile au evoluat într-un mod deosebit de accelerat ajungându-se ca în prezent aceste metode numerice să fie aplicate cu succes pe scară largă pentru probleme deosebit de complexe ce nu puteau fi rezolvate prin metodele clasice decât prin abordarea unor aproximații și ipoteze de multe ori speculative.
În cazul analizei de stabilitate, metoda elementului finit abordată în această lucrare se bazează pe conceptul reducerii parametrilor de forfecare (Shear Strength Reduction – SSR).
În acest sens, factorul de siguranță al unui taluz reprezintă raportul dintre rezistența actuală la forfecare și rezistența la forfecare minimă necesară prevenirii declanșării fenomenului de alunecare sau factorul de reducere al rezistențelor de forfecare pentru a aduce taluzul la limita producerii alunecării.
Factorul de siguranță reprezintă o valoare necesară descrierii stării de echilibru al taluzului studiat. În cazul acestei metode, factorul de reducere al rezistențelor de forfecare la limita echilibrului va deveni factorul de siguranță corespondent celui din metodele clasice.
Modelul conceptual al metodei elementului finit ce utilizează tehnica SSR se referă la proprietățile materialelor din modelul de calcul, factorul de reducere al rezistențelor de forfecare și declanșarea fenomenului de alunecare.
Proprietățile materialelor (rocilor) din model
Modelarea se aplică în ipoteza deformațiilor plane la nivelul unei secțiuni bidimensionale. Modelul constitutiv utilizat pentru descrierea proprietăților materialelor din analiza prin metoda elementului finit este modelul Mohr – Coulomb. Acest model descrie rezistența la forfecare prin intermediul coeziunii, efortului normal și al unghiului de frecare internă al materialelor din componența masivului. Suprafața de alunecare descrisă prin criteriul Mohr-Coulomb se poate explicita prin relația următoare:
unde: φ reprezintă unghiul de frecare internă iar C coeziunea iar
unde:
și
În cadrul modelării stabilității masivului cu elemente finite sunt necesare ca date de intrare șase parametrii: unghiul de frecare internă φ, coeziunea C, unghiul de dilatanță ψ, modulul lui Young E, coeficientul Poisson ν și greutatea volumică y.
Cu toate că modulul lui Young și coeficientul Poisson au pondere importantă în cadrul deformațiilor calculate anterior producerii alunecării, acești parametrii elastici au o foarte mică influență asupra valorii finale a factorului de siguranță. Acest lucru permite ca parametrii elastici ai rocii să fie preluați din literatura de specialitate sau să fie asignați cu valorile generale E = 100000 KN/m2 și ν = 0,3 (în cazul exemplelor din studiul de caz).
Unghiul de dilatanță afectează în mod direct schimbările de volum ce au loc în timpul fluajului rocii, dar în cadrul modelării cu elemente finite se poate considera ca fiind 0 (legea de curgere neasociativă).
Factorul de siguranță și factorul de reducere al rezistențelor de forfecare
Relația factorului de siguranță la alunecare este dată de raportul dintre rezistența la forfecare a materialului din masiv τ și efortul de forfecare pe suprafața de alunecare τf:
unde:
și
În acest sens, parametrii de forfecare pe suprafața de alunecare se pot descrie prin relațiile următoare, care sunt utilizate în algoritmul de calcul:
În relațiile de mai sus SRF reprezintă factorul de reducere al rezistențelor de forfecare.
Declanșarea fenomenului de alunecare
Punerea în evidență a momentului în care se declanșează alunecarea se realizează în cadrul analizei cu element finit prin procedee iterative până la atingerea nivelului de neconvergență, criteriile Mohr-Coulomb și echilibrului global nemaiputând fi satisfăcute.
Fenomenul de alunecare și neconvergența soluției sistemului de ecuații au loc în același timp și sunt însoțite de o creștere bruscă a deplasărilor totale.
Orice analiză de stabilitate ce utilizează metoda elementului finit cu SSR implică o alegere corespunzătoare a tipului de element finit, optimizarea rețelei topologice cu elemente finite condiții de frontieră corespunzătoare, simularea corectă a încărcărilor statice și dinamice, alegerea numărului maxim de iterații și a factorului de convergență astfel încât etapele de simulare să permită punerea în evidență a momentului de alunecare la valoarea critică.
Metodele statistice spre deosebire de cele clasice deterministe, permit o evaluare probabilistică a analizei de stabilitate mai apropiată de realitate, ținând cont de faptul că valorile parametrilor de intrare din modelul de calcul nu pot fi întotdeauna cunoscute cu precizie sau de gradul destul de ridicat de variabilitate al acestora (parametrii geomecanici, nivelul hidrostatic, coeficienți seismici, etc.).
În principiu, metoda statistică permite ca pe baza datelor de intrare punctuale să se genereze aleator mulțimi de valori pe baza unor distribuții statistice (normale, log normale, exponențiale, gamma, etc.), astfel încât pentru o anumită suprafață critică de alunecare să existe mai multe valori ale factorului de siguranță. Pe baza distribuției acestor valori se poate determina probabilitatea de alunecare pentru modelul studiat.
Fig. 5.63 Suprafețe de alunecare calculate in analiza echilibrului limită – Halda Gal.16
Fig. 5.64 Analiza statică a stabilității haldei Gal.16 prin metoda Bishop – Fs=1,144
Fig. 5.65 Analiza pseudo-statică a stabilității haldei Gal.16 prin metoda Bishop – Fs=0,988
Fig. 5.66 Variația factorului de siguranță de-a lungul secțiunii de calcul în ipoteza pseudo-statică
Halda Galeriei 16
Fig. 5.67 Variația rezistenței la forfecare și a presiunii în pori de-a lungul suprafeței critice de alunecare
în ipoteza statică (curba roșie reprezintă rezistența la forfecare iar cea maro presiunea în pori)
Halda Galeriei 16
Fig. 5.68 Variația rezistenței la forfecare și a presiunii în pori de-a lungul suprafeței critice de alunecare
în ipoteza pseudo-statică (curba roșie reprezintă rezistența la forfecare iar cea maro presiunea în pori)
Halda Galeriei 16
Fig. 5.69 Analiza statică a stabilității haldei Gal.12 prin metoda Bishop – Fs=1,371
Fig. 5.70 Analiza pseudo-statică a stabilității haldei Gal.12 prin metoda Bishop – Fs=1,186
Fig. 5.71 Variația factorului de siguranță de-a lungul secțiunii de calcul în ipoteza pseudo-statică
Halda Galeriei 12
Fig. 5.72 Variația rezistenței la forfecare și a presiunii în pori de-a lungul suprafeței critice de alunecare
în ipoteza pseudo-statică (curba roșie reprezintă rezistența la forfecare iar cea maro presiunea în pori)
Halda Galeriei 12
Fig. 5.73 Topologia rețelei cu elemente finite în secțiunea de calcul a haldei Galeria 16
Fig. 5.74 Analiza statică cu ajutorul metodei elementului finit a stabilității haldei Gal. 16.
Deformații la forfecare.
Fig. 5.75 Analiza statică cu ajutorul metodei elementului finit a stabilității haldei Gal. 16.
Deplasări totale. (cu roșu sunt reprezentați vectorii de deplasare)
Fig. 5.76 Analiza statică cu ajutorul metodei elementului finit a stabilității haldei Gal. 16.
Detaliu cu distribuția solicitărilor mecanice în corpul taluzului
(x = forfecare, o = (tracțiuni/compresiuni))
Fig. 5.77 Analiza pseudo-statică cu ajutorul metodei elementului finit a stabilității haldei Gal. 16.
Deformații la forfecare.
Fig. 5.78 Analiza pseudo-statică cu ajutorul metodei elementului finit a stabilității haldei Gal. 16.
Deplasări totale. G16
Fig. 5.79 Analiza statică cu ajutorul metodei elementului finit a stabilității haldei Gal. 12.
Deformații la forfecare.
Fig. 5.80 Analiza statică cu ajutorul metodei elementului finit a stabilității haldei Gal. 12.
Deplasări totale.
Fig. 5.81 Analiza pseudo-statică cu ajutorul metodei elementului finit a stabilității haldei Gal. 12.
Deformații la forfecare.
Fig. 5.82 Analiza pseudo-statică cu ajutorul metodei elementului finit a stabilității haldei Gal. 12.
Deplasări totale.
5.7. Modelarea subsidenței induse de exploatarea subterană în perimetrul fostei exploatări uranifere
Modelarea subsidenței miniere în perimetrul minier Avram Iancu, cu ajutorul metodei elementului finit
Seria retromorfă de Biharia este divizată în două complexe ofiolitic și tufogen carbonatic sau în trei dacă se acceptă poziția de sine stătătoare a orizontului carbonatic. Componenta petrografică cea mai importantă a seriei este dată de șisturile cloritoase cu porfiroblaste de albit la care se mai adaugă metagabbrouri, amfibolite, gnaise și șisturi albitice. Orizontul carbonatic se compune din aceeași gamă de șisturi cloritoase și gnaise la care se mai adaugă participarea importantă a lentilelor de calcare și dolomite recristalizate.
Mineralizația uraniferă de la Avram Iancu se localizează în zona de dezvoltare central vestică a orizontului carbonatic din cadrul perisinclinalului de pe creasta Bihorului cu afundare medie de 15 – 20 grade spre sud. Grosimea orizontului variază de la 30 – 180 m, în medie 60 m, în limitele ei fiind dispuse lentilele alungite (budinate), de calcare, dolomite și de șisturi cu axa lungă dispusă direcțional cu foliația .
Forma de zăcământ este controlată litologic, la care se adaugă și mișcări de alunecare cât și tectonic discordant. Deranjamentele concordante sunt acelea care localizează mineralizația, iar deranjamentele mari discordante controlează delimitarea corpurilor de minereu în limitele zăcământului. Forma de zăcământ predominantă este cea tabulară dispusă concordant cu foliația, fiind delimitate astfel cinci zone de corpuri cu minereu. Subordonat, mineralizația se dezvoltă și pe filoane cu înclinare mare. Lentilele de mineralizație pot fi localizate în: calcare (la contactul acestora cu șisturile) și șisturi cloritoase .
Datorită exploatării în subteran a lentilelor cu mineralizație uraniferă, golurile remanente pot transmite la suprafață deformații. Mărimea acestor deformații este dependentă de proprietățile geomecanice ale rocilor înconjurătoare, grosimea materialului extras, adâncimea abatajelor față de suprafața topografică, metoda de exploatare și alți factori (Schenk, 1999).
Pentru prognoza parametrilor ce caracterizează subsidența minieră au fost utilizate în general metode empirice și semiempirice (metoda funcției de profil, a funcției de influență, diferite metode trigonometrice bazate pe interpretarea datelor topografice, etc.) dar în ultima vreme se pune accentul în mod deosebit pe utilizarea modelelor stocastice și a modelelor numerice ce pot lua în considerare interacțiunea mai multor variabile (favorizate de evoluția sistemelor automate de calcul).
În cazul de față, prognoza subsidenței s-a realizat prin metoda numerică a elementului finit (softul Rocscience Phase 2, versiunea 6). Metoda elementului finit permite simularea comportamentului neomogen și neliniar specific masivelor de roci și reproducerea unei geometrii complexe a exploatării.
Nivelul deplasărilor în fiecare element depinde de starea de tensiuni din masiv și de proprietățile materialelor atribuite fiecărui element. Metoda elementului finit permite luarea în considerație a discontinuităților structurale (falii, zone cu fisurare intensă, etc.).
Simularea numerică a subsidenței s-a făcut în 5 etape, corespondente cronologic cu dezvoltarea exploatării. Modelarea s-a făcut pe o secțiune caracteristică N-S (fig. 5.85) prin masivul ce cuprinde formațiunea șisturilor cloritoase cu mineralizație uraniferă, înconjurată de complexul tufogen carbonatat și divizat de o falie majoră ce are căderea spre NNV. Starea de tensiuni din masiv este de tip gravitațional ( exercitată în principal de greutatea pachetelor de roci).
După generarea și optimizarea rețelei cu elemente finite triangulare au fost aplicate condițiile de frontieră (cu grade de libertate pe axa X pentru limita inferioară a modelului, grade de libertate pe Y pentru marginea nordică și sudică și grade de libertate pe X și Y pentru suprafața terenului).
Fiecărei unități litologice i-au fost atribuite proprietățile elastice și parametrii de rezistență după criteriile de rupere Mohr-Coulomb și Hoek-Brown. Ordinea de exploatare a fost dinspre amonte spre aval. Pentru fiecare etapă au fost calculați parametrii principali de subsidență (deplasări verticale, orizontale, deformații orizontale).
Deformația orizontală cuprinde valori negative (compresiuni) și valori pozitive (tracțiuni). Acest tip de deformație stă la baza producerii fisurilor de tracțiune și de forfecare din elementele structurale ale construcțiilor situate în zona de influență a albiilor de scufundare.
Distribuția parametrilor de subsidență a fost reprezentată pe secțiunile de calcul și pe diagrame în figurile 5.86 – 5.95. În funcție de magnitudinea acestor valori se poate face o zonare geotehnică a amplasamentelor funcție de gradul de risc indus asupra construcțiilor (a se vedea tabelele privind categoriile de siguranță funcție de deformațiile admisibile).
Fig. 5.83 Rețeaua lucrărilor miniere în bazinul Arieșul Mic
Fig. 5.84 Zone expuse fenomenelor de subsidență în perimetrul Avram Iancu
Parametrii geomecanici utilizați în modelarea bidimensionala a subsidenței miniere în 5 etape succesive de exploatare:
Fig. 5.85 Secțiunea modelată și topologia rețelei elementelor finite
Fig. 5.86 Analiza plana 2D prin metoda elementului finit – distribuția
deplasărilor verticale în etapa a I-a de exploatare
Fig. 5.87 Analiza plana 2D prin metoda elementului finit – distribuția
deplasărilor verticale în etapa a II-a de exploatare
Fig. 5.88 Analiza plana 2D prin metoda elementului finit – distribuția
deplasărilor verticale în etapa a III-a de exploatare
Fig. 5.89 Analiza plana 2D prin metoda elementului finit – distribuția
deplasărilor verticale în etapa a IV-a de exploatare
Fig. 5.90 Analiza plana 2D prin metoda elementului finit – distribuția
deplasărilor verticale în etapa a V-a de exploatare
Fig. 5.91 Profilele scufundărilor suprafeței (deplasări verticale) la diferite etape de exploatare
Fig. 5.92a Distribuția deplasărilor orizontale în ultima etapă de exploatare
Fig. 5.93 Distribuția deplasărilor orizontale în 5 etape succesive de exploatare
Fig. 5.94 Distribuția deformațiilor orizontale în ultima etapă de exploatare
[ (+)=tracțiuni, (-)=compresiuni ]
Fig. 5.95 Distribuția deformațiilor orizontale în 5 etape succesive de exploatare
[ (+)=tracțiuni, (-)=compresiuni ]
Categorii de siguranță pentru obiective civile și industriale bazate pe deformațiile admisibile și unghiul critic – utilizate la proiectarea pilierilor de siguranță
Sensibilitatea structurilor si terenurilor de la suprafață la diferite tipuri de deformații
În cazul acestei exploatări, terenul aflat în zona de influență a exploatării subterane Avram Iancu se poate încadra în categoria I-a din punct de vedere al deformațiilor admisibile, valorile maxime în simulare nedepășind valoarea de 0,45 mm/m.
5.8. Evaluarea vulnerabilității acviferului freatic din bazinul Arieșul Mic la poluarea cu radionuclizi
PREGĂTIREA DATELOR PRIMARE NECESARE EVALUĂRII VULNERABILITĂȚII
ACVIFERULUI PRIN METODA DRASTIC
Materialele topo primare utilizate la construirea modelului digital al terenului au fost planul de situație la scara 1:2000 (scanat și vectorizat în zona lucrărilor miniere subterane și a haldelor de steril) și suprafața corespondenta perimetrului „decupata” din modelul digital de elevație SRTM cu rezoluția 90 m.
Metodologia utilizată:
Realizarea suprafeței de tip “mask” pentru filtrarea domeniului de analiza (valea Arieșul Mic)
Întocmirea unei hărți piezometrice primare din datele punctuale cu nivelele obținute din foraje, fântâni sau din interpretarea datelor de electrometrie pe profile paralele (fig. 5.97, 5.98). Harta de tip rastru se poate realiza prin interpolare utilizând metoda mediei mobile (cazul de fata – moving average), prin inversul distantei sau kriging (după analiza variografică).
Realizarea hărții pantelor din harta primara (DEM) prin calcularea diferențelor de elevații pe direcția x și y (derivata 1-a) și utilizarea relației PANTA (%) = 100 * HYP(DX,DY)/ PIXSIZE(DEM)
Vectorizarea hărții cu tipurile de soluri din zona și transformarea acesteia în format rastru georeferențiat în proiecția Stereo 70.
Realizarea hărții cu zonarea conductivităților hidraulice în arealul de studiu prin utilizarea datelor din teste hidraulice in situ, date din exploatarea miniera, date obținute prin relații empirice.
Realizarea hărții primare cu zonele de realimentare efectiva (fig. 5.100) ținând cont de regimul zonal de precipitații, coeficienții de scurgere, gradul de acoperire cu vegetație a versanților, zone denudate, tipul de soluri existente.
Fig. 5.96 Harta inițială a zonei de studiu cu elevația terenului, rețeaua hidrografica și torențială, proiecția lucrărilor miniere subterane,
haldele de steril, drumuri, rețele electrice aeriene, elemente urbanistice locale (Reprezentare și prelucrare în ILWIS 3.6)
DETERMINAREA ADÂNCIMII NIVELULUI PIEZOMETRIC [D]
DETERMINAREA REALIMENTĂRII EFECTIVE [R]
DETERMINAREA TIPULUI DE ACVIFER [A]
Tipurile de acvifere la care face referire metoda DRASTIC sunt acvifere aluvionare legate de prezența formațiunilor cuaternare care sunt situate în zona râului Arieșul Mic precum și a apele cantonate în depozite eluvionare sau deluvionare ce dau naștere la izvoare cu debite foarte reduse. Acviferele aluvionare pot fi cu nivel liber, sub presiune sau mixt, condiționând în acest mod harta inițială și cea clasificata.
Fig. 5.101 Harta clasificată a tipului de acvifer și ponderile fiecărei clase (clasa 1=acv. sub presiune, clasa 2= acv. cu nivel liber, clasa 3=acv. mixt)
DETERMINAREA CARACTERISTICILOR SOLULUI ACOPERITOR [S]
Solurile specifice zonei Avram Iancu sunt în general soluri brune de pădure. Au o culoare brună închisă până la brun gălbui pe întreg profilul, slab până la moderat acide cu humus de tip mull, formare activă de argile și de hidroxizi de fier, fără migrație coloidală însemnată, formate în regiunea deluroasă în etajele montane inferior și mijlociu caracteristice regiunii, cu profile de tipul A-(B)-D și A-Bt(B)-D.
În funcție de zonarea acestora pe altitudine, găsim trei tipuri principale de profile respectiv solul brun închis de pădure slab pseudogleizat, litologic rezidual carbonatic, solul brun de pădure slab pseudogleizat și solul brun acid podzolic.
Fig. 5.102 Harta clasificată a tipurilor de sol și scorurile acordate fiecăruia
DETERMINAREA CARACTERISTICILOR GEOMORFOLOGICE [T]
CARACTERISTICILE ZONEI NESATURATE [I]
DETERMINAREA CONDUCTIVITĂȚII HIDRAULICE [C]
Fig. 5.105 Harta clasificată a conductivității hidraulice și scorurile acordate în reprezentare tabelara și histograma
Conductivitățile hidraulice reprezentative din formațiunile superficiale permeabile
DETERMINAREA INDICELUI DE VULNERABILITATE DRASTIC [Di]
Conceptul ce stă la baza evaluării vulnerabilității apelor subterane se bazează pe ipoteza ca mediul fizic poate asigura un anumit grad de protecție corpurilor acvifere fata de impactul contaminării naturale sau antropice. Prin urmare, unele zone pot fi mai vulnerabile la contaminarea acviferelor decât alte zone.
Scopul întocmirii hărților de vulnerabilitate rezida în clasificarea unui areal de studiu în mai multe unități cu diferite nivele de vulnerabilitate.
Metoda de determinare utilizează șapte hărți tip rastru cu informații clasificate pentru variabile de tip continuu (elevații, pante, conductivități, adâncimea piezometrica) sau date de tip categoric (tip sol, tip acvifer, impactul zonei vadoase).
Pe baza acestor hărți clasificate (fig. 5.99 – 5.105) și a tabelelor de atribute se calculează indicele de vulnerabilitate.
Fiecărei tip de harta rastru i se atribuie un scor (rating) iar după aceea indicele de vulnerabilitate se va calcula cu relația de mai jos în care indicii (r) semnifică scoruri iar (w) ponderi.
Di = Dr x Dw + Rr x Rw + Ar x Aw + Sr x Sw + Tr x Tw + Ir x Iw + Cr x Cw
Utilizarea hărților de vulnerabilitate (fig. 5.106) a apelor subterane:
La planificarea tipului de utilizare a unei anumite zone din perimetru
Evaluarea distribuției spațiale a zonelor cu grade diferite de vulnerabilitate și proiectarea rețelelor și metodelor de monitorizare sau a tehnologiilor de diminuare a impactului
Identificarea zonelor cu grad mai redus de cunoaștere care necesita o analiza mai riguroasa
5.9. Întocmirea hărților de hazard și de risc la alunecare și subsidență minieră în perimetrul Avram Iancu – bazinul Arieșul Mic
ÎNTOCMIREA HĂRȚILOR DE HAZARD
Cartografierea fenomenelor de hazard în zona studiata a constat în utilizarea unui set complex de date cu privire la parametrii morfologici ai suprafeței, poziția surselor antropice de contaminare (halde de steril, guri și puțuri de galerii, lucrările miniere subterane), date cu privire la distribuția radiației gamma și a radonului pe suprafețele contaminate, valorile concentrației radionuclizilor de U și Ra în apele de suprafață și subterane, parametrii litologici, parametrii hidrogeologici și geomecanici, etc.
Datele necesare au fost stocate într-o baza de date relațională după care au fost prelucrate, normalizate și reprezentate prin intermediu platformei software ArcView GIS 9.2. După aceste prelucrări, datele au fost încărcate în softul specializat ILWIS ver. 3.6 pentru a analiza și reprezenta cartografic hărțile de hazard, vulnerabilitate și risc. Interfațarea celor doua softuri permite o analiza judicioasa a parametrilor ce caracterizează dezvoltarea proceselor de geohazard (alunecări, inundații, subsidență, contaminarea radioactiva a apelor subterane, eroziunea hidrodinamica, etc.), putând fi utilizate cu succes atât la reprezentarea statica (la un anumit interval de timp) sau dinamica a proceselor generatoare de risc.
Într-o prima etapa au fost determinate pe hărți distribuția spațială a acestor parametrii codificați din punctul de vedere al magnitudinii (sau prezentei) cu un cod semi-calitativ.
Gradul de hazard al zonei studiate este determinat printr-o multitudine de factori. Acești factori analizați separat și reprezentați cartografic sunt în interdependenta, influențându-se unul pe celalalt (de ex. Într-o zona cu seismicitate ridicata, ocurenta alunecărilor de teren este mult mai mare).
Acești factori au fost prezentați sub forma unor hărți parametrice în care fiecare factor descrie un potențial fenomen periculos. Au fost luate în considerație următoarele fenomene:
alunecările de panta;
hazardul seismic;
hazardul la inundații
hazardul erozional pe traseul râului și al torenților din versant;
subsidența minieră datorată existenței lucrărilor miniere subterane;
contaminarea apelor subterane și de suprafața cu radionuclizi
După realizare acestor hărți cu ocurenta fenomenelor potențiale de hazard urmează de regula combinarea acestor informații într-o singura harta. Acest lucru se realizează de regula prin doua direcții:
însumarea tuturor hărților cu ponderi egale sau
atribuirea unor ponderi diferite la tipuri diferite de hazard
În cazul de fata am urmat cea de-a doua direcție bazându-ne pe principiul ca impactul hazardului diferă în funcție de fenomenul generat (pe o anumita suprafață, impactul unui seism major este mult mai important decât o alunecare de teren).
Ponderile acordate unui anumit factor sau scorul atribuit scării de magnitudine a hazardului conțin o doza destul de importanta de subiectivism mai ales atunci când nu exista date cantitative care sa poată cuantiza importanta dintre impactul diferitelor fenomene de hazard.
Etapele întocmirii hărților de hazard:
Realizarea hărților parametrice (cu distribuția spațială a magnitudinii (sau prezentei) parametrilor de hazard) pentru fiecare fenomen:alunecări de panta, seismicitate, inundații, eroziune torențială, subsidență minieră, contaminare ape subterane și de suprafață
Realizarea hărților cu valori ponderate (valorile ponderate sunt obținute prin transformarea hărților parametrice cu clasificări pe baza unor matrici asignate formatelor rastru)
Harta primara de hazard (însumarea algebrica a hărților cu ponderi într-o singura harta ținând cont și de prioritatea sau importanta fenomenului declanșator)
Harta finala de hazard (clasificarea hărții de hazard prin atribuirea de scoruri)
Aceste etape de lucru pentru întocmirea hărții finale de hazard au fost exemplificate în studiu, referitor la zona cercetata din perimetrul fostei exploatări miniere uranifere Avram Iancu – bazinul hidrografic al Arieșului Mic prin hărțile parametrice a zonelor inundate, a alunecărilor de teren, zonele inundate, zone cu diferite grade de seismicitate (fig. 5.107,5.108,5.109,5.110).
Fig. 5.107 Harta generală a zonei și amplasarea elementelor potențial vulnerabile
Fig. 5.108 Hărți parametrice și ponderate pentru inundații și seism – bazinul Arieșul Mic, Avram Iancu
Fig. 5.109 Hărți parametrice și ponderate pentru torenți și pante – bazinul Arieșul Mic, Avram Iancu
Fig. 5.110 Hărți parametrice și ponderate pentru subsidență minieră și zonalitatea altitudinii – bazinul Arieșul Mic, Avram Iancu
Fig. 5.111 Harta primară de hazard și distribuția ponderilor însumate
Fig. 5.112 Harta finală de hazard cu scoruri bazinul – Arieșul Mic, Avram Iancu
În final sunt prezentate hărțile de hazard cu valori ponderate și cu scoruri – harta finala de hazard (fig. 5.111,5.112). Din analiza efectuata pe aceasta zonă putem trage concluzia că zonele cu hazard major și mediu sunt concentrate în proximitatea haldelor de steril datorita și existenței unor factori naturali ce favorizează în acele amplasamente declanșarea unor potențiale fenomene de geohazard.
HARTA DE VULNERABILITATE ȘI DE RISC
Pentru întocmirea hărții de vulnerabilitate am luat în considerare următoarele elemente expuse fenomenelor de geohazard: locuințele (respectiv numărul de persoane care le ocupa), căile de transport locale (drumuri), linia electrica aeriana, zonele cu pășuni. Densitatea populației a fost integrata în elementul locuința datorita densității demografice foarte reduse în aceasta zona (aproape izolata).
Etapele urmate în realizare hărții generale de vulnerabilitate (fig. 5.113) sunt relativ asemănătoare cu cele de la harta de hazard, realizându-se la început hărțile cu ponderi pentru toate elementele expuse la hazard. Valorile acestor ponderi se bazează pe importanta relativa a fiecărui element supus dezastrului. în realitate aceste valori de vulnerabilitate sunt diferite în funcție de tipul hazardului. În final se dau scoruri în locul valorilor numerice.
Etapa finala a unei analize complete de risc este reprezentata prin realizare hărții de risc (fig. 5.114). Într-o analiza complexa riscul va fi dat de produsul dintre vulnerabilitate, costurile datorate pierderilor și intervalul de recurenta al fenomenului de hazard. Când nu avem la dispoziție costurile datorate pagubelor, putem calcula riscul prin produsul dintre hazard și vulnerabilitate întocmindu-se în acest fel o harta calitativa de risc.
Realizare acestei hărți sa face cu ajutorul unei matrici bidimensionale care conține toate elementele nedefinite pentru toate combinațiile intre scorurile dintre hazard și vulnerabilitate.
În general sunt respectate doua principii: când hazardul este redus nu contează dacă vulnerabilitatea este redusa sau ridicata, riscul va fi redus în toate cazurile iar când vulnerabilitatea este foarte mica (suprafața analizata nu conține multe elemente supuse riscului), riscul este întotdeauna scăzut.
Fig. 5.113 Harta de vulnerabilitate bazinul – Arieșul Mic, Avram Iancu
Fig. 5.114 Harta de risc, matricea bidimensionala a scorurilor și histograma riscului
5.10. Cuantificarea riscurilor și determinarea costurilor
Analiza cost-beneficiu (ACB) – Cost Benefit Analysis (CBA), este o metodă de analiză economic-ecologică apărută în secolul XIX în S.U.A. Analiza cost-beneficiu este percepută de literatura economică-ecologică de specialitate, ca o metodă de evaluare economică a efectelor ambientale (ecologice, sociale etc.) a proiectelor de investiții (în special cele din domeniul public) în construcții, industrie, transporturi, turism sau agricultură.
Dacă până în anii ’60, analiza cost beneficiu (ACB) era relaționată cu proiectele de investiții privind într-un fel sau altul apa ca resursă sau mijloc de transport, (hidroameliorări pentru prevenirea inundațiilor, lucrări hidroenergetice, alimentări cu apă, canalizări, hidro-transport etc.), începând cu anii 1970, metoda a început să fie adaptată și utilizată și la alte tipuri de proiecte cu preponderență cu finanțare publică dar nu numai, ce într-un fel sau altul au impact asupra mediului ambiant. Aplicarea metodei la evaluarea fezabilității proiectelor de investiții s-a făcut de la proiecte mari cum ar fi:
centrale nucleare, rafinării și combinate chimice sau lucrări de infrastructură aeroporturi, tuneluri (exemplu Tunelul Mânecii), autostrăzi sau căi ferate și până la proiecte medii sau mici (exemplu lucrări de reabilitare ecologică, managementul integrat al deșeurilor, parcuri naturale și rezervații, dezvoltarea unor activități de producție sau servicii cu impact mare asupra mediului).
În economia de piață ecologică, prețul este influențat pe lângă cererea și oferta de accesibilitate la elemente considerate vitale: apă, aer, sol nepoluate plus resursele de materii prime și energie. În acest caz utilitatea reală și disponibilitatea vitală pe termen lung cu corespondență în termeni financiari înlocuiesc unitățile monetare clasice. Acest nou tip de abordare este necesară întrucât unele activități umane care afectează mediul pot daună și sănătății umane prin efectul de feedback. De asemenea, „sunt dificil de evaluat costurile optime de îmbunătățire a unei componente de mediu în detrimentul alteia”. Este sugerată utilitatea unei abordări holistice a problemelor legate de mediu astfel încât selectarea investițiilor viitoare să fie făcută pe baza unor principii recunoscute în Tratatul CEE de Dezvoltare Durabilă a Părților, art. 130 alin. 3 cum ar fi: principiul precauției (PP), principiul responsabilității (PR), principiul poluatorul plătește (PPP), coeziunea socială etc.
O descriere a analizei cost-beneficiu (ACB) a fost dată de Henley și Spash (1993) și de Randall (1987) care arată că „scopul analizei cost-beneficiu este să evidențieze faptul că, suma efectelor de impact nu este mai mare decât beneficiul net al societății”. Prin beneficiul net al societății se înțelege suma beneficiilor monetare și non-monetare date de o exploatare rațională a mediului.
Aprecierea viabilității financiare a unui proiect de investiții se realizează în mod curent prin analiza indicatorilor:
Venitul net actualizat (VNA),
Raportul venit-cost,
Rata internă de rentabilitate financiară (RIRF),
Fluxul de lichidități (cash-flow).
Raportul cel mai favorabil utilizat în analiza cost-beneficiu în cadrul proiectelor de reducere și atenuare a riscului, este:
Acest raport are tendința fireasca R>1.
Dificultatea aplicării relației rezidă în faptul că impactul asupra mediului este dificil de cuantificat în termeni monetari. Se utilizează în mod curent diverse categorii de costuri (de substituție, de prevenire a poluării, de compensare a efectelor poluării).
Fig. 5.115 Diagrama de determinare a pragului de rentabilitate economică în sens ecologic
Unde:
Cfec = cheltuieli fixe pentru ecologizarea producției: Eco-taxe, permise ecologice tranzacționabile PET, cheltuieli cu calificarea ecologică a angajaților etc.
Cvec = cheltuieli variabile pentru: ecologizare (proiectarea, achiziționarea de echipamente, dispozitive pentru ecologizarea producției existente, achiziționarea de tehnologii noi, cheltuieli cu încapsularea, relocarea sau amenajare depozitelor cu deșeuri, cheltuieli cu reabilitarea ambientului natural etc.)
Pmec = venituri din ecologizarea producției (micșorarea cheltuielilor cu taxele ecologice; veniturile realizate din comercializarea „dreptului de poluare” dat de permisele ecologice
tranzacționabile, venituri din comercializarea deșeurilor ce pot fi reciclate, venituri realizate din micșorarea consumului de energie prin utilizarea unor materiale combustibile rezultate din reciclarea anumitor grupe de deșeuri.
Structura analizelor cost – beneficiu
Întocmirea analizelor de tip cost-beneficiu se face prin parcurgerea etapelor:
Definirea proiectului de reabilitare;
Identificarea tipurilor de impact asupra mediului considerate relevante;
Cuantificarea impacturilor asupra mediului în termeni de costuri și beneficii;
Analiza de impact asupra mediului (AIM- EIA17) pentru proiectul în studiu;
Evaluarea monetară a efectelor relevante;
Actualizarea fluxurilor costurilor și beneficiilor (transpuse în costuri);
Analiza de senzitivitate pe baza: ratei de actualizare, cantității și calității inputurilor, prețurilor umbră a inputurilor (eforturilor), cantității și calității outputurilor (efectelor), durata de viață a proiectului.
Dificultatea aplicării metodei constă în găsirea valorii optime a ratei de actualizare. Unii specialiști spun că metoda actualizării prezintă vicii de fond pentru că prin aplicarea ei ar putea fi afectate generațiile următoare.
Analiza cost – beneficiu pentru determinarea eficienței fiabilității proiectelor de diminuare/reducere a efectelor induse de geohazard
Metodologia de determinare a eficienței economice globale pe baza analizei cost – beneficiu a proiectelor de investiții cu impact asupra mediului presupune parcurgerea următoarelor etape:
Stabilirea obiectivelor directe și indirecte ale proiectului, cum ar fi de exemplu: realizarea lucrărilor de construcții concomitent cu micșorarea impactului asupra mediului ambiental natural și construit; alegerea amplasamentului optim al construcției și stabilirea impactului ambiental integral (om-natură);
Evaluarea costurilor directe și indirecte ale proiectului;
Alegerea tehnologiilor optime (metode, materiale, utilaje etc.) pentru realizarea lucrărilor de construcții, selectate din punct de vedere economic (costuri cu tehnologia) dar și ambiental (costurile cu mediul);
Identificarea factorilor extra-economici cum ar fi: efectele poluării asupra aerului, apei, solului / subsolului și ecosistemului, depleția resurselor, efectele asupra sănătății populației, impactul cultural, afectarea perspectivei (imaginii) ambiental-naturale și ambiental-urbane etc.)
Conversia factorilor extra-economici în efecte economice (costuri);
Estimarea economiei de resurse avansate;
Calculul economiei de resurse consumate;
Anticiparea economiei de resurse naturale (minimizarea depleției resurselor);
Analiza comparată a productivității, eficienței, eficacității, calității și flexibilității mai multor soluții tehnologice din punct de vedere al costurilor directe și indirecte (incluzând costurile cu ecologizarea tehnologiilor și protecția mediului);
Analiza influenței variației preturilor datorate unor factori economici (inflația, politica dobânzilor, sărăcirea piețelor de materii prime și materiale etc.), ecologici (lipsa resurselor, energiei etc.), politici (eco-impozitarea);
Determinarea profitului în sens economic;
Prognozarea venitului indirect (profitului „ecologic”);
Trasarea diagramelor de transpunere a efectelor tehnice și ambientale în efecte economice;
Prezentarea centralizată a rezultatelor analizei în tabelul COST-BENEFICIU al proiectului.
Importanța analizei cost-beneficiu pentru determinarea eficienței economice globale a investițiilor a unui proiect de reducere/diminuare a riscurilor rezidă în evidențierea unor categorii de costuri, socotite în mod uzual indirecte și care de obicei nu sunt luate în considerare la analiza proiectelor de investiții datorită fie a inexistenței unui cadru legislativ care să reglementeze acest lucru fie datorită unei cuantificări dificile a impactului asupra mediului și efectelor conexe.
Monitorizarea și controlul factorilor permanenți de risc
Alunecări de teren
Pe baza rezultatelor obținute prin modelările stocastice și deterministe a stabilității pantelor naturale și a taluzelor de halde precum și a observațiilor de teren se poate realiza amplasarea unor stații de monitorizare echipate cu extensometre în zonele considerate susceptibile unor viitoare alunecări pe versant.
Extensometrele se plasează perpendicular pe direcția crăpăturilor de tensiune situate lângă râpa de desprindere sau mai jos de aceasta. Cele mai utilizate în ultimul timp sunt extensometrele cu fibra optica (fig. 5.116).
Extensometrele cu fibră optica înregistrează modificările de semnal apărute în interiorul acesteia în timpul deplasării materialelor antrenate în mișcare pe versanți. Valorile diferențelor de semnal sunt transformate automat în valori ale deplasărilor. În ultimii ani s-au dezvoltat sisteme de monitorizare automată care folosesc rețele de înregistrare și transmitere în timp real (Fig. 5.117).
Fig. 5.116 Schema de amplasare a extensometrelor pe teren
Fig. 5.117. Sistem de monitorizare automată a dinamicii deplasărilor
folosind rețele de extensometre
5.12. Tehnici și metodologii de reducere a riscului
Principiul metodei de remediere a acviferelor poluate utilizând bariere permeabile reactive (BPR)
Fig. 5.118 Modelul conceptual de atenuare/reducere a contaminării prin utilizarea barierelor permeabile reactive
Fig. 5.119 Amplasarea forajelor de monitorizare în perimetrul barierei permeabile reactive. A – în amonte de sursa de contaminare pentru evaluarea conținutului de fond al apei subterane; B – amonte de BPR pentru evaluarea fluxului și conținutului de contaminanți; C – în corpul BPR pentru monitorizarea randamentului ; D – în aval de corpul reactiv pentru confirmarea reducerii conținuturilor de contaminant E/F – în extremitatea BPR pentru monitorizarea posibilelor fluxuri de contaminant pe sub sau după BPR; G – monitorizare de conformare finala.
Factorul de retardare:
f(c) = izoterma de adsorbție (liniara, Freundlich, Langmuir)
va = viteza de curgere a apei subterane
vS = viteza de transport a contaminantului
Timpul maxim estimat pentru BPR:
d = grosimea peretelui reactiv
va = viteza de curgere a apei subterane
R = Factorul de retardare
Reducerea uraniului hexavalent în uraniu tetravalent în stare precipitata
Reacții de coroziune a Fe
Anoxic: Fe0 Fe2+ + 2e-
2H2O 2H+ + 2OH-
2H+ + 2e- H2
Fe0 + 2H2O Fe2+ + H2 + 2OH-
Oxic: Fe0 Fe2+ + 2e-
H2O H+ + OH-
½O2 + 2e- O2-
Fe0 + H2O + ½O2 Fe2+ + 2OH-
Fig. 5.120 Modul de execuție al barierelor permeabile reactive și echiparea cu piezometre
Determinarea parametrilor necesari calibrării modelului numeric prin experimente de laborator pe coloana de reacție
Testele în regim discontinuu sunt utilizate pentru a determina valoarea coeficientului de distribuție Kd pentru diferite tipuri de materiale reactive. Coeficientul de distribuție ( repartiție) este definit ca raportul dintre cantitatea de adsorbat adsorbita pe masa solidului și cantitatea de adsorbat rămasa în soluție, la echilibru.
Coeficientul de distribuție s-a calculat cu ajutorul formulei:
Kd = (( ci –cf)/m)/ cf/V) (1)
unde :
ci = concentrația inițială a uraniului în soluție;
cf = concentrația finala a uraniului în soluție ;
m = masa materialului reactiv solid;
V = volumul soluției ( densitatea apei de mina se poate considera 1g/cm3)
Testele au constat în măsurarea volumului, V,de soluție cu conținut de uraniu cunoscut ,ci, amestecarea soluției cu materialul reactiv solid cântărit , m,un timp stabilit , separarea fazelor prin filtrare și determinarea conținutului de uraniu din soluția filtrata , cf. Concentrația uraniului asociat cu faza solida se face prin diferența dintre concentrația inițială și cea finala.
Avantajul major al metodei este acela ca permite determinarea rapida a capacității materialelor reactive de a retine contaminantul (uraniul). Metoda este utilizata numai pentru selectarea celor mai adecvate materiale reactive utilizabile în bariere, fără însă a permite extrapolarea datelor în regim continuu deoarece într-o coloana apa trece cu o anumita viteza și atât viteza de reacție cit și contactul dintre apa și materialul reactiv pot fi mult mai mici.
Scenarii de modelare
Monitorizarea unui sistem de decontaminare cu ajutorul barierei permeabile reactive și foraj de pompare într-un acvifer omogen – secțiune verticala bidimensionala
Date model:
Conductivitatea hidraulica K = 10 m/zi
Coeficient de partiționare = 10-6 m3/g
Rata de pompare = 150 m3/zi
Concentrație sursă (instantanee) = 100 ppm
Coeficient dezintegrare = 10 [1/zi]
Monitorizarea unui sistem de decontaminare cu ajutorul barierei permeabile reactive și foraj de pompare într-un acvifer heterogen aleator – secțiune orizontala
Date model:
Conductivitatea hidraulica K = 10 m/zi
λx = 20
λz = 5
varianta ln K = 2
Coeficient de partiționare Kd= 10-7 m3/g
Algoritm de generare a distribuției valorilor K prin simulare gaussiană secvențială
Model anizotropic gaussian
Rata de pompare = 150 m3/zi
Concentrație sursa (instantanee) = 100 ppm
Coeficient dezintegrare = 1 1/zi
În primul caz s-a considerat un acvifer anizotrop dar omogen din punct de vedere al valorii conductivității hidraulice. În cazul următor s-a considerat tot un acvifer anizotrop dar cu o distribuție aleatoare a conductivității hidraulice în roca gazdă. Distribuția valorilor de conductivitate hidraulică a fost simulată cu ajutorul algoritmului gaussian secvențial considerându-se un model anizotropic gaussian (din punctul de vedere al funcției probabilității de distribuție).
Metoda de remediere a acviferului contaminant constă în utilizarea barierei reactive permeabile.
Evaluarea concentrației contaminantului la diferite momente în timp este în funcție de distribuția statistica a valorii parametrilor de curgere și transport și la fel ca și în cazul anterior, orice realizare (simulare în modelul numeric) poate constitui o posibilitate fizica .
Modelul de infiltrație în corpul barierei reactive este caracterizat prin procesul de sorbție – desorbție concentrația contaminantului fiind estimata ca o funcție de partiționare a echilibrului intre faza solida și soluție.
Gradul de sorbție intre cele doua faze este reprezentat prin coeficientul de distribuție (partiție) Kd. În cazul contaminanților radioactivi, Kd controlează viteza relativa de transport a radionuclidului fata de cea a apei în spatiile poroase.
Reprezentarea schematica a sorbției și a difuziei de suprafață
Ecuația concentrației soluției cu radionuclizi este următoarea:
unde:
Cwt = concentrația soluției [Bq/m3]
Kd = coeficient de partiție (distribuție) [cm3/g]
ρ = densitatea [g/cm3]
Θ = conținut de apa
D = grosimea zonei de contaminare [m]
A = suprafața [m2]
It = activitatea radionuclidului la sursa [Bq]
Fig. 5.121 Reprezentarea simulării decontaminării prin pompare și bariera reactiva
și rezultatele monitorizării concentrației contaminantului în soluție (după 105 zile)
Fig. 5.122 Reprezentarea simulării decontaminării cu bariera reactiva și rezultatele
monitorizării concentrației contaminantului în soluție (după 2500 de zile)
METODELE DE REDUCERE A RISCULUI PENTRU ALUNECĂRI DE TEREN și TALUZE DE HALDE
Creșterea stabilității haldei gal. 16 prin retaluzare și amplasarea unui aliniament de ancore active
În tabelul anterior sunt enumerate principalele metode tehnice de îmbunătățire a stabilității taluzelor de haldă și a versanților naturali grupate, în patru categorii principale. Fiecare metodă sau metode combinate se aplică în funcție de particularitățile geomecanice ale rocilor existente în masiv, de particularitățile hidrogeologice, gradul de eroziune, încărcări existente la partea superioară a taluzului, particularitățile seismice ale zonei în care sa află amplasamentul studiat.
În cazul de față, pentru halda galeriei 16 cu material steril am optat pentru o retaluzare cu două berme de 2,5 m amplasate la o distanță pe verticală de 10 m și amplasarea a două aliniamente de ancore active cu o capacitate de 100 KN pe o rețea 3 x 1 m (3 metri între cele două rînduri și 1 metru între ancorele de pe același rând). Ancorele active au lungimea de 10 m și sunt încastrate în roca de bază pe o lungime de cca. 2 m (fig. 5.123 – 5.125).
Halda galeriei 16 se dezvoltă pe o înălțime de cca. 30 metri și are un unghi general de cca. 37 grade, ceea ce impune o retaluzare și o redistribuire a eforturilor în prismul pasiv și cel activ.
Granulația grosieră din baza haldei este în avantajul drenării apelor din formațiunile deluviale astfel încât nu se pune problema creșterii presiunii neutrale în corpul depozitului.
Calculele efectuate atât în ipoteza statică cât și în cea pseudostatică arată un câștig de stabilitate de circa 17% prin aplicarea metodei de îmbunătățire a stabilității. Valorile realizate asigură un grad acoperitor de stabilitate iar măsura suplimentară de pozare a mai multor pachete de gabioane la piciorul taluzului asigură o protecție antierozională, având în vedere oscilațiile nivelului apei din pârâul Arieșul Mic.
În tabelul următor sunt prezentate valorile factorilor de stabilitate determinați prin mai multe metode analitice. Se observă că valorile acestor factori sunt foarte grupate, ceea ce denotă o bună aplicare a condițiilor inițiale pe secțiunea de calcul.
Fig. 5.123 Analiza statică – metoda Bishop Fs = 1,334 Halda gal. 16
Fig. 5.124 Analiza pseudo-statică – metoda Bishop Fs = 1,143 Halda gal. 16
Fig. 5.125 Detaliu – Diagrama rezistenței la forfecare [min=5,4KPa ; max=105,4 Kpa]
de-a lungul suprafeței critice de alunecare în ipoteza pseudo-statică
cu retaluzare și amplasarea ancorelor pasive
Fig. 5.126 Variația presiunii în pori și a rezistentei la forfecare mobilizată dea-lungul
profilului prin halda gal. 16 în ipoteza statică
Fig. 5.127 Variația presiunii în pori și a rezistenței la forfecare mobilizată
de-a lungul profilului prin halda gal. 16 în ipoteza pseudo-statică
În figurile 5.123 și 5.124 sunt prezentate rezultatele calculelor de stabilitate materializate prin suprafețele critice de alunecare și factorul de siguranță corespondent, atât în ipoteza statică cât și în cea pseudo-dinamică (cu solicitare seismică la un coeficient seismic orizontal Ks = 0,08). Figura 5.125 prezintă diagramele rezistenței la forfecare de-a lungul suprafeței critice de alunecare, luând în considerație solicitarea dată de ancorele active în sprijinul prismului pasiv care se opune alunecării.
6. CONCLUZII
Cercetările derulate în cadrul acestei teme au permis realizare unei metodologii moderne pentru managementul riscului geologic declanșat de fenomene naturale și/sau antropice în zona de influență a fostelor perimetre miniere uranifere. Aplicarea metodologiilor s-a făcut în perimetrul fostei exploatări miniere Avram Iancu și a constat în identificarea riscurilor, analiza, evaluarea și monitorizarea lor în vederea reducerii sau diminuării efectelor cu impact negativ deosebit de marcant asupra integrității vieții comunității a factorilor de mediu și habitatului natural.
Datele primare achiziționate în teren și laborator, modelările proceselor generatoare de risc geologic (alunecări, subsidență miniera, contaminarea apelor de suprafață și subterane cu radionuclizi) au fost integrate într-un sistem de tip GIS (pe platforma ILWIS si ArcGis) ce a permis în continuare analizele necesare elaborării hărților de hazard, vulnerabilitate și risc necesare mai departe procesului decizional.
Noutatea constă în aplicarea integrată a acestui sistem la evaluarea, monitorizarea și predicția proceselor generatoare de risc în fostul perimetru uranifer Avram Iancu (bazinul Arieșul Mic), urmând ca in viitor să se creeze premisele utilizării pe plan extins si la celelalte perimetre existente în arealul a 10 județe. Metodologiile prezentate in aceasta teza permit evaluarea fezabilității tehnologiilor de reducere sau diminuare a efectelor negative precum si modelarea și optimizare rețelelor de monitorizare.
Având în vedere că sursele de contaminare existente își reduc impactul negativ cu factorii de mediu și receptorii antropici într-un interval de timp foarte mare, necesitatea aplicării unei metodologii integrate de management al riscului geologic este absolut necesară pentru a preîntâmpina eventualele situații catastrofale.
În primul capitol al acestei lucrări au fost prezentate relațiile dintre hazard și vulnerabilitate în contextul activității miniere uranifere din România, punând în evidență actualitatea problematicii privind gestionarea situațiilor de risc generate de sursele radioactive antropice în interacțiune cu declanșarea unor fenomene de hazard natural.
Dimensiunile acestor situații potențiale de risc sunt date atât de cantitățile mari de deșeuri radioactive respectiv 10.120.000 m3, imobilizate în principal în halde de steril sau minereu sărac (inclusiv în iazul de decantare Feldioara), localizate în 10 județe pe o suprafață de cca. 210 ha. Dispuse în condiții necorespunzătoare, haldele de steril radioactiv permit dispersarea contaminanților în aer, sol, sedimente, vegetație, ape de suprafață și subterane amplificată de declanșarea fenomenelor de geo-hazard.
Din punctul de vedere al cadrului legislativ în vigoare au fost prezentate succint normele și normativele naționale cu privire la managementul deșeurilor radioactive rezultate din activitățile extractive și de preparare a minereurilor de uraniu și thoriu, norme metodologice cu privire la metodologiile de elaborare a hărților de risc natural la alunecări de teren, norme privind limitarea eliberărilor de efluenți radioactivi în mediu emise la nivel guvernamental, ministerial sau de către CNCAN (Comisia Națională de Control a Activităților Nucleare).
Tot în cadrul reglementărilor legislative au fost prezentate directivele europene transpuse total sau în curs de armonizare, ce urmăresc prevenirea și reducerea efectelor negative asupra mediului (în special contaminarea apelor de suprafață și subterane, a solului) dar care propun și măsuri în vederea asigurării unui management riguros pe termen lung al hazardului la care sunt expuse comunitățile și mediul.
În următoarele capitole au fost prezentate conceptele ce stau la baza estimării probabiliste a riscului geologic (Cap. 2), respectiv entropia și principiile maximizării informației mutuale și a minimizării incertitudinii cu aplicație directa în proiectarea și optimizarea rețelei de monitorizare a parametrilor de risc. Metodologia de evaluare a riscului (Cap. 3) este structurată pe modelul procesului de management al riscului (AS/NZS 4360:2001) de identificare, analiză, evaluare, ierarhizare și tratare a riscurilor cuplate prin sistemul de monitorizare și revizuire ce permit evaluarea fiabilității sistemului.
În capitolul 4 au fost parcurse etapele necesare elaborării hărților de hazard și risc în zonele fostelor exploatări uranifere. Hărțile de hazard și de risc țin seama de gradul de afectare al factorilor ambientali (stabilitatea suprafeței și a versanților, calitatea apelor subterane sau de suprafață) de către procesele antropice induse de exploatările miniere existente și de starea lor actuală (în curs de închidere, ecologizare). Efectelor exploatărilor miniere uranifere asupra acestor doi factori se realizează prin intermediul unor hărților ce exprimă distribuția spațială a impactului, în cazul de față hărți de hazard la alunecare și a riscului asociat și hărți de vulnerabilitate la poluare a acviferelor.
Din multitudinea de hărți GIS utilizate în prognozare fenomenelor de hazard și a riscului asociat, bazate pe diferite tehnici de analiză și prelucrare a datelor primare de tipul analizelor semi-cantitative cu factori de ponderare sau indici de susceptibilitate, modele de regresie logistică, analiză probabilistică multi-variată până la cele ce utilizează analiza fractală și rețele neuronale artificiale, pentru studiul de caz au fost selectate hărți de hazard la alunecare prin metoda estimării factorului de stabilitate, hărți de prognoză a subsidenței suprafeței induse de exploatarea subterană utilizând modelul stocastic Knothe și metoda elementului finit.
Evaluarea vulnerabilității apelor subterane a fost realizată în două etape. În prima etapă a fost utilizată o metodă GIS de tipul “overlay and index” numită DRASTIC ce permite evaluarea vulnerabilității unui acvifer pe baza a șapte parametrii: adâncimea nivelului piezometric, realimentarea efectivă, tipul de acvifer, caracteristicile solului acoperitor, geomorfologia, caracteristicile zonei nesaturate, conductivitatea hidraulică.
În cea de a doua etapă a fost făcută o evaluarea spațio-temporală proceselor de transport a contaminanților (radionuclizii de U) prin intermediul unor modele numerice cu diferențe finite (modelul ModFlow) și cu element finit (FemWater).
Capitolul 5 al prezentei teze se referă la aplicarea metodologiilor prezentate în capitolele anterioare pe un studiu de caz în perimetrul fostei exploatări uranifere Avram Iancu (în zona bazinului Arieșul Mic). Zăcământul uranifer Avram Iancu a fost exploatat pe o perioadă de 30 de ani începând din 1962 până în 1992 când din considerente economice exploatarea a fost sistată.
În cadrul studiului de caz s-au utilizat următoarele date:
Date istorice extrase din documentațiile tehnice efectuate în zonă (lucrări de cercetare geologică a zăcământului cu foraje și lucrări miniere subterane, lucrări de exploatare, planuri de orizont, secțiuni geologice reprezentative cu elemente tectonice);
Date din cartări actuale efectuate în teren în care au fost identificate, localizate și evaluate cantitativ sau calitativ sursele de contaminare (determinări doze gamma, radon, concentrații de U și Ra în apele de suprafață, apele de mină, ape subterane) calitatea factorilor de mediu, parametrii morfologici (geometria taluzelor de halde și a versanților naturali, parametrii de forfecare), extinderea fostelor alunecări de teren, etc;
Date de laborator pe probele prelevate din teren (apă, sol, sedimente), parametrii de forfecare, conductivități hidraulice și coeficienți de distribuție (partiție)
Date din modele matematice (analitice și numerice): evaluări de stabilitate, modelarea transportului radionuclizilor de U în acviferul freatic, prognoza subsidenței miniere prin metode stocastice și numerice.
În etapa de pregătire a datelor primare au fost digitizate și georeferențiate spațial (în sistemul Stereo70) toate elementele în formate corespunzătoare preluării într-un sistem GIS (platforma utilizata a fost ArcGIS iar pentru prelucrările necesare întocmirii hărților de hazard, vulnerabilitate și risc s-a utilizat softul ILWIS).
Cu ajutorul acestor date a fost realizat modelul 3D al exploatării miniere ce cuprinde: modelul digital al suprafeței terenului în care se află suprapuse elemente hidrografice, haldele de steril, lucrări de amenajare și de închidere; structura geologică și lentilele cu mineralizația uraniferă, elemente tectonice; lucrări miniere orizontale și verticale, abatajele de exploatare a mineralizației.
Pentru realizarea diferitelor faze ale modelului 3D au fost utilizate următoarele softuri: GlobalMapper pentru digitizare și georeferențierea elementelor din teren, QuickSurf sub AutoCad pentru modelarea digitală a terenului, INTERDEX Visidata pentru analiza datelor din foraje și lucrări miniere și întocmirea profilelor geologice, Surpac Vision pentru modelarea corpurilor solide, operații booleene cu suprafețe și volume.
Analizând frecvența de ocurență, magnitudinea și impactul fenomenelor naturale și antropice asupra creșterii gradului de contaminare cu radionuclizi a zonelor din perimetrul exploatării precum și a posibilității de extindere în zone limitrofe, am optat pentru următoarele fenomene de geo-hazard: alunecări de teren pe versanții văii sau pe taluzele de halde, subsidența minieră indusă de exploatarea în subteran și contaminarea cu radionuclizi a acviferului freatic aferent văii Arieșul Mic.
Modelarea dispersiei radionuclizilor de uraniu în acviferul freatic al văii Arieșul Mic s-a făcut cu ajutorul modelării numerice cu diferențe finite optându-se pentru varianta de descriere a amplasamentului printr-un model conceptual. Modelul conceptual asigură simularea corespunzătoare a realității fizice punctându-se acele elemente care induc modificări sistemului și permite o trecere mai normală la discretizarea pe rețeaua 3D cu diferențe finite. Softurile utilizate au fost Groundwater Modeling System (Brygham University) și Interactive Groundwater (Michigan State University).
În general, analizele numerice privind transportul contaminanților în apele subterane sunt bazate pe parametrii efectivi de transport (de ex. macro-dispersia), folosind ca metode de aproximare omogenizarea unui mediu hidrogeologic anizotrop. Acest lucru poate conduce la erori majore atât în cadrul definirii modelului conceptual cit si in rezultatele finale aferente aplicării modelarii numerice la situația respectiva.
În acest sens în cadrul simulării dispersiei contaminanților au fost utilizate și modelele stocastice care iau în considerație variabilitatea spațială a datelor de intrare (ex. conductivitățile hidraulice), considerându-le drept funcții de distribuție de probabilități (PDF). S-a considerat cazul în care acviferul este heterogen datorită distribuției aleatoare a conductivității hidraulice în roca gazda. Distribuția valorilor de conductivitate hidraulica a fost simulata cu ajutorul algoritmului gaussian secvențial considerându-se un model anizotropic gaussian (din punctul de vedere al funcției probabilității de distribuție). În cazul unei heterogenități importante, impactul este major mai ales asupra formei și extinderii penei de contaminant și asupra timpului de realizare a concentrațiilor în punctele de monitorizare. Acest tip de modelare numerică s-a făcut cu ajutorul softului Interactive Groundwater ce permite o modelare 2D pe baza unor modele conceptuale deterministe și stocastice unificate. În etapa următoare s-a realizat o modelare 3D a dispersiei radionuclizilor în acviferul freatic cu ajutorul modelelor cu diferențe finite ModFlow și în continuare cu modulul FemWater cu element finit al softului GMS ver.6.
Modelarea 3D a permis vizualizarea soluției privind rezolvarea sistemului de transport al contaminanților prin reprezentarea grafică statică sau dinamică a evoluției penei de contaminant la diferite perioade de timp. Modelarea dispersiei radionuclizilor de U s-a făcut în continuare luând în considerație sorbția și dezintegrarea. Ca rezultat final, sorbția va încetini mișcarea penei de poluant iar dezintegrarea va micșora concentrația.
Aplicarea acestor metode moderne de simulare a proceselor de curgere și transport al contaminanților, inclusiv al celor radioactivi prin medii permeabile poroase anizotrope poate fi folosită în mod special la proiectarea rețelelor de monitorizare a contaminării acviferelor și la proiectarea și verificarea fiabilității soluțiilor tehnice de atenuare sau remediere în situ a acviferelor poluate cu diferite substanțe solide sau lichide.
Evaluarea hazardului la alunecare în zona de studiu s-a făcut atât pentru versanții naturali cât și pentru taluzele de haldă. Metodele utilizate au fost următoarele: estimarea zonelor cu susceptibilitate mare la alunecări pe taluze naturale prin metoda SINMAP (metoda GIS de estimare a indicelui de stabilitate a versanților), estimarea conform Ghidului de elaborare a hărților de hazard și risc de detaliu (dec. 2002) și metode analitice și numerice pentru detalierea situațiilor în zone cu grad ridicat de risc (haldele de steril).
Metoda de evaluare a hazardului la alunecare conform Ghidului de elaborare a hărților de hazard și risc de detaliu a permis realizarea pe baza analizei a 8 profile geotehnice caracteristice și a factorilor de stabilitate aferenți a hărții cu distribuția zonelor cu diferite probabilități de producere a alunecării (Km).
La nivel de detaliu, au fost analizate prin metode analitice și numerice acele situații ce reclamă măsuri mai rapide de diminuare a riscului la alunecare, cum ar fi schimbarea unghiului de taluz datorita fenomenelor de eroziune de la baza versantului, încărcări la partea superioara a taluzului, slăbiri structurale de genul eroziunilor interne în corpul haldelor de steril. Metodele analitice de calcul utilizate sunt cele din categoria echilibrului limită (Janbu, Bishop, Spencer, Morgenstern-Price).
În cazul analizei de stabilitate, metoda elementului finit abordată în această lucrare se bazează pe conceptul reducerii parametrilor de forfecare (Shear Strength Reduction – SSR) în care factorul de siguranță al unui taluz reprezintă raportul dintre rezistența actuală la forfecare și rezistența la forfecare minimă necesară prevenirii declanșării fenomenului de alunecare sau factorul de reducere al rezistențelor de forfecare pentru a aduce taluzul la limita producerii alunecării.
Punerea în evidență a momentului în care se declanșează alunecarea se realizează în cadrul analizei cu element finit prin procedee iterative până la atingerea nivelului de neconvergență, criteriile Mohr-Coulomb și echilibrului global nemaiputând fi satisfăcute. Fenomenul de alunecare și neconvergența soluției sistemului de ecuații au loc în același timp și sunt însoțite de o creștere bruscă a deplasărilor totale. Avantajul metodei elementului finit în evaluarea stabilității este superioară în acest sens metodelor analitice.
În etapa de modelare a subsidenței miniere s-a utilizat metoda de analiza numerică prin metoda elementului finit implementată în softul Phase 2 (utilizat si pentru calculul stabilității). Avantajul acestei metode constă în posibilitatea modelării unor structuri geologice complexe cu elemente tectonice discordante, greu discretizabile prin alte metode de analiza. De asemenea metoda permite evaluarea dezvoltării albiei de scufundare gradual ținând cont de ordinea de exploatare a lentilelor mineralizate în subteran permițând punerea în evidență a evoluției deplasărilor și deformațiilor în timp. In funcție de valoarea deplasărilor verticale și orizontale și de valoarea deformațiilor admisibile, suprafața afectată de subsidență poate fi clasificată pe categorii de siguranță pentru obiective civile și industriale.
Achiziția datelor referitoare la dezvoltarea fenomenelor de geohazard in arealul perimetrului de studiu a permis în continuare întocmirea hărților de hazard și de risc. Gradul de hazard al zonei este determinat printr-o multitudine de factori. Acești factori analizați separat și reprezentați cartografic sunt în interdependenta, influențându-se unul pe celalalt.
Etapele întocmirii hărților de hazard au fost următoarele:
Realizarea hărților parametrice (cu distribuția spațială a magnitudinii (sau prezentei) parametrilor de hazard) pentru fiecare fenomen:alunecări de panta, seismicitate, inundații, eroziune torențială, subsidență miniera, contaminare ape subterane și de suprafață
Realizarea hărților cu valori ponderate (valorile ponderate sunt obținute prin transformarea hărților parametrice cu clasificări pe baza unor matrici asignate formatelor rastru)
Harta primară de hazard (insumarea algebrica a hărților cu ponderi într-o singura harta ținând cont și de prioritatea sau importanta fenomenului declanșator)
Harta finală de hazard (clasificarea hărții de hazard prin atribuirea de scoruri)
Etapele urmate în realizare hărții generale de vulnerabilitate sunt relativ asemănătoare cu cele de la harta de hazard, realizându-se la început hărțile cu ponderi pentru toate elementele expuse la hazard. Valorile acestor ponderi se bazează pe importanța relativă a fiecărui element supus dezastrului.
Realizare hărții de risc s-a făcut cu ajutorul unei matrici bidimensionale care conține toate elementele nedefinite pentru toate combinațiile între scorurile dintre hazard și vulnerabilitate.
La întocmirea hărților de vulnerabilitate și de risc sunt respectate două principii: când hazardul este redus nu contează dacă vulnerabilitatea este redusă sau ridicată, riscul va fi redus în toate cazurile iar când vulnerabilitatea este foarte mică (suprafața analizată nu conține multe elemente supuse riscului), riscul este întotdeauna scăzut.
Ca măsuri de reducere sau atenuare a riscului în amplasamentul de studiu, au fost selectate următoarele: (1) metoda de remediere a acviferelor poluate utilizând bariere permeabile reactive (BPR) și (2) metoda de creștere a stabilității haldelor de steril prin retaluzare și amplasarea ancorelor active. Aceste tehnici de remediere și reducere a riscului au fost analizate din punct de vedere conceptual și au fost simulate prin metode numerice.
Metoda de remediere cu ajutorul barierelor reactive a acviferelor contaminate cu radionuclizi se bazează pe principiul reducerii uraniului hexavalent în uraniu tetravalent în stare precipitată la trecerea printr-un mediu reactiv (bariera permeabilă) alcătuit din nano particule de fier zerovalent sau carbon granular activ.
Determinarea parametrilor necesari calibrării modelului numeric s-a făcut prin experimente de laborator pe coloana de reacție. Parametrul critic necesar a fi cunoscut atât în etapa de simulare numerică cât și în cea de proiectare a barierei permeabile reactive este coeficientul de partiție (Kd). Testele utilizate pentru determinarea coeficientului de partiție s-au făcut pe diferite tipuri de materiale reactive în regim discontinuu. Metoda permite determinarea capacității materialelor reactive de a reține contaminantul permițând selectarea celui optim.
Cu ajutorul acestor date, simularea numerică a fiabilității metodei de remediere a fost realizată pe două secțiuni bidimensionale ce cuprind bariera permeabilă reactivă, foraje de monitorizare a concentrației funcție de timp în aval și amonte de barieră și un foraj de pompare a apei curate aval de barieră. Simularea s-a făcut în două ipoteze, cea a unui acvifer anizotrop omogen și cea a unui acvifer tot anizotrop dar heterogen datorită distribuției aleatoare a conductivității hidraulice în roca permeabilă.
Modelul de infiltrație în corpul barierei reactive este caracterizat prin procesul de sorbție – desorbție, concentrația contaminantului fiind estimata ca o funcție de partiționare a echilibrului intre faza solida și soluție. Modelul numeric a permis evaluarea concentrației contaminantului la diferite momente în timp în funcție de distribuția statistica a valorii parametrilor de curgere și transport (în simularea stocastică). Din distribuția în timp a concentrațiilor pe forajele de monitorizare a rezultat un timp experimental de 100 de zile pentru obținerea unui flux de apa curată.
Metoda de creștere a stabilității haldelor de steril afectate de procese erozionale a constat în modificarea geometriei taluzelor prin execuția a două berme de siguranță și amplasarea a două aliniamente cu ancore active încastrate în roca de bază (calcarele senoniene). Analiza de stabilitate a secțiunii bidimensionale prin taluzul haldei (Gal. 16) a permis determinarea factorului de siguranță (și implicit a rezervei de stabilitate pentru acest tip de depozit) atât în ipoteza statică cât și cea pseudo-statică cu solicitare seismică corespunzătoare zonei.
Doctorand ing. geolog Mihai Ovidiu Sorin
București 17.06.2010
BIBLIOGRAFIE
Albu, M., Pene, C., Mecanica fluidelor pentru ingineria geologică, Ed.Universității, București,1997
Aleotti, P., Chowdhury, R. N. (1999), Landslide hazard assessment: summary review and new perspectives. Bulletin of Engineering Geology and Environment, 58, p. 21-44.
Antonello, G. et al. (2004), Ground-based SAR interferometry for monitoring mass movements, în Landslides, Edit. Springer;
Appelo, C.A.J., Postma, D., 1993. Geochemistry, Groundwater and Pollution. Balkema, Rotterdam, NL.
Atkinson, P.M., Massari, R., 1998. Generalized linear modeling of susceptibility to landsliding in the central Apennines, Italy. Computers and Geosciences 24, 373–385.
Ayalew, L., Yamaghishi, H., (2005), The application of GIS-based logistic regression for landslide susceptibility mapping in the Kakuda-Yahiko Mountains, Central Japan, Geomorphology Mäusbacher R and Schulte A (Eds.) Beiträge zur Physiogeographie – Festschrift für Dietrich Barsch. Heidelberg, Selbstverlag des Geographischen Instituts der Universität Heidelberg, 104, p. 237-50.
Broder J. Merkel, Britta Planer-Friedrich, 2005, Groundwater Geochemistry – A Practical Guide to Modeling of Natural and Contaminated Aquatic Systems, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, The Netherlands
BAHAGUNA P.P., SRIVASTAVA A.M.C. and SAXENA N.C., 1991. “A critical review of mine subsidence prediction methods”, Mining Science and Technology, vol. 13, pp. 369-382.
Baeza C and Corominas J (2001) Assessment of shallow landslide susceptibility by means of multivariate statistical techniques. Earth Surface Processes and Landforms 26:1251-63.
Bălteanu, D. (1983), Experimentul de teren în geomorfologie, Edit. Academiei, București
Bălteanu, D., Alexe, R. (2001), Hazarde naturale și antropice, Ed. Corint
Bell, R., Glade, T. (2004), Landslide risk analysis for Bíldudalur, NW-Iceland. Natural Hazard and Earth System Science, 4, p. 1-15.
Bredehoeft, J. D., Pinder G. F., 1973, Mass transport in flowing groundwater. Water Resources Research 9: 194-210
Brooks SM, Crozier MJ, Glade T and Anderson MG (2004) Towards establishing climatic thresholds for slopeinstability: Use of a physically-based combined soild hydrology- slope stability model. Pure and Applied Geophysics 161.
Brauner, G. Subsidence Due to Underground Mining II. GroundMovements and Mining damage, U.S.Bureau of Mines, IC 8572, 1973.
Brauner, G. Subsidence Due to Underground Mining. Theory and Practices in Predicting Surface Deformation, U.S.Bureau of Mines, IC 8571, 1973.
Briggs, H. Mining Subsidence, Arnold, London, 1929.
Carrara, A. (1983), Multivariate models for landslide hazard evaluation, Mathematical Geology, 15, p. 403-426.
Carrara, A. (1989), Landslide hazard mapping by statistical methods: a "black-box" model approach Proceedings International Workshop on Natural Disasters in European-Mediterranian Countries. Perugia, June 27-July 1, 1988, CNR-ESNSF:205-224.
Carrara, A., Guzzetti, F. (Eds.) (1995), Geographical Information Systems in Assessing Natural Hazards. Advances in natural and technological hazards research, Dordrecht, Kluwer Academic Publishers.
Carrara, A., Carratelli, E. P., Merenda, L. (1977a), Computer-based data bank and statistical analysis of slope instability phenomena, Zeitschrift für Geomorphologie, 21, p. 187-222.
Caselton, W. F., Zidek, J. V., Optimal monitoring network designs, Statistics & Probability Letters, Volume 2, Issue 4, August 1984, p. 223-227
Chilès, J.P., Aug, C., Guillen, A. and Lees, T., 2004, Modelling the Geometry of Geological Units and its Uncertainty in 3D From Structural Data: The Potential-Field Method: Workshop Proceedings: Orebody Modelling and Strategic Mine Planning, Perth,WA, 22-24 November 2004.
Chung, C-J. F., Fabbri, A. G. (1999), Probabilistic prediction models for landslide hazard mapping, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 65, p. 1389-1399.
Chung, C-J. F., Fabbri, A. G. (2002), Landslide risk analysis from prediction of future occurrences based on geomorphology-related spatial data IAMG, 15-20 September 2002, Berlin, Germany.
Chung, C-J. F., Fabbri, A. G., van Westen, C. J. (1995), Multivariate regression analysis for landslide hazard zonation, in Geographical Information Systems in assessing natural hazards, 5, Dordrecht, Kluwer Academic Publishers – Carrara A and Guzzetti F (Eds.), p. 107-134.
Clayton V. Deutsch, 1999, Geostatistical methods for modelling earth science data, University of Alberta
Constantin, M., Chendes, V.(2003), A spatial distribution analysis of landslides in the Subcarpathians between the Buzau and the Slanicul Buzaului valleys, Romania, Geophysical Research Abstracts, vol.5. 14652, European Geophysical Society, 2003, ISSN:1029-7006
Constantin, M. et al. (2005), Geomorphological hazards in Romania. Some examples from the area situated at the contact between Buzau Carpathians and Buzau Subcarpathians, Journal of the Japan Society of Erosion Control Engineering, vol.58, no.1, p.59-62, Japan
Constantin, M., 2006, Prognoza alunecarilor de teren. Abordari actuale, Edit. AGIR, Bucuresti, 99p
Crozier, M. J., Glade, T. (1999), Frequency and magnitude of landsliding: fundamental research issues, Zeitschrift für Geomorphologie, Supplement Band, 115, p. 141-155.
Crozier, M. J. (1989), Landslides: Causes, consequences and environment, Routledge.
Crozier, M. J., Eyles, R. J., Marx, S. L., McConchie, J. A., Owen, R. C. (1980), Distribution of landslips in the Wairarapa hill country, New Zealand Journal of Geology and Geophysics, 23, p. 575-586.
Cruden, D. M., Varnes, D. J. (1996), Landslide types and processes, in Landslides: investigation and mitigation, 247, Washington, D.C., National Academey Press – Turner, A. K., Schuster, R. L. (Eds.), p. 36-75.
Dai, F.C., Lee, C. F., Ngaim, Y.Y. (2002), Landslide risk assessment and management: an overview. Engineering Geology, 64, p. 65-87.
Dai FC, Lee CF (2002) Landslide characteristics and slope instability modeling using GIS,Lantau Island, Hong Kong. Geomorphology 42:213–228
Dawson, E., Motamed, F., Nesarajah, S. and Roth, M. (2000). Geotechnical stability analysis by strength reduction, Slope Stability 2000, Proceedings of Sessions of Geo-Denver 2000, ASCE Geotechnical Special Publication no. 101, pp. 99-113.
Degg, M. R. (1992). Natural disasters: recent trends and future prospects, Geography vol.77, p.198-209
Fabriol, R., Sauty, J.P., Ouzounian, G., 1993. Coupling geochemistry with particle transport model. J. Contam.Hydrol. 13, 117–129.
Fell R (1994) Landslide risk assessment and acceptable risk. Canadian Geotechnical Journal 31:261-72.
Fell R (2000) Landslide Risk Management Concepts and Guidelines – Australian Geomechanics Society Sub- Committee On Landslide Risk Management. International Union of Geological Sciences (Ed.) Landslides. Cardiff, UK, International Union of Geological Sciences:51-93.
Fetter, C.W., Contaminant hydrogeology, Macmillan Publishing Company, New York, 1992
Florea, M.N. Alunecări de teren și taluzuri, Editura Tehnică, București, 1979.
Fotă, D. Influența lucrărilor subterane asupra stabilității construcțiilor de la suprafață, în Geologie inginereasscă, vol.II, Editura Tehnică, București, 1981.
Gheorghe A., Zamfirescu F., Scrădeanu D., Albu M., 1988, Aplicații și probleme de hidrogeologie, Ed. Univ.Bucuresti.
Gheorghe A., Zamfirescu F., Scrădeanu D., Albu M., 1983, Aplicații și probleme de hidrogeologie, Editura Universității București.
Glade, T. (2003), Vulnerability assessment in landslide risk analysis, Die Erde, 134, p.121-138.
Glade T., Anderson M., Crozier M. (Eds): Landslide hazard and risk.- Wiley, Chichester 1-40.
Gorsevski, P.V., Gessler, P., Foltz, R.B., (2000). Spatial prediction of landslide hazard using logistic regression and GIS. 4th Int. Conference on Integrating GIS and Environmental Modeling, Alberta, Canada. 9 pp.
Griffiths, D.V., Lane, P.A., Slope stability analysis by finite elements, Geotechnique, vol. 49, no. 3, pp. 387-403. 1999.
Hammond, C., D. Hall, S. Miller and P. Swetik. (1992). Level 1 stability analysis (LISA), documentation for Version 2.0. U.S.D.A., For. Serv., Moscow, ID, Intermountain Res. Sta. Gen. Tech. Rep. INT-285.
Hartlen, J. and L. Viberg. (1988). Evaluation of landslide hazard. In Proceedings 5th Inter. Sym. on Landslides. C. Bonnard (editor). Lausanne, Switzerland, pp. 1037-1057. Hewitt, K., 1997. Regions of risk. A geographical introduction to disasters. Longman, Singapore, 384 pp.
Helton, J., 1994. Treatment of uncertainty in performance assessment for complex systems. Risk Anal. 14,483–511.
Hoek E. 1974 Progressive caving induced by mining an inclined orebody. IMM Section A: A133-A139.
Hutchinson, J. N., Bromhead, E. N. (2002), Isle of Wight landslides, in Instability Planning and Management Isle of Wight, Thomas Telford – McInnes, R.G., Jakeways, J. (Eds.), p. 3-72.
Ianovici, V., M. Borcoș, Bleahu, M., Patrulius, D., Lupu, M.,et.al, 1976, Geologia Munților Apuseni, București, Ed. Academiei Republicii Socialiste România
Ielenicz, M., Pătru, Ileana, Mihai, B. (1999), Some Geomorphic Types of Landslides in Romania. Transactions, Japanese Geomorphological Union, 20, p. 287-297.
Jill McCoy, Kevin Johnston, 2002, Using ArcGis Spatial Analyst, published by ESRI, USA
Ken Rehfeldt, Andrew Tompson, Ahmed Hassan,The Role of Dispersion in Radionuclide Transport -Data and Modeling Requirements, 2004, Stoller-Navarro Joint Venture
Klerck, P. A. 2000. The finite element modelling of discrete fracture in quasi-brittle materials. Ph.D. thesis, University of Wales, Swansea.
Kratzsch H., 1983. “Mining Subsidence Engineering”, Berlin, New York:Springer-Verlag, 543 pages.
Langmuir, D., 1998. Aqueous Environmental Geochemistry. Prentice-Hall, New York, USA.Leroi E (1996) Landslide hazard – Risk maps at different scales: Objectives, tools and development. Senneset K (Ed.) Landslides – Glissements de Terrain, 7th. International Symposium on Landslides. Trondheim,Norway, Balkema:35-51.
Lechman, J.B. and Griffiths, D.V. (2000). Analysis of the progression of failure of earth slopes by finite elements, Slope Stability 2000, Proceedings of Sessions of Geo-Denver 2000, ASCE Geotechnical Special Publication no. 101, pp. 250-265.
Marinov A.M., Dispersia poluantilor in apele subterane, curs UTCB, 2006
Mihai S.O.,(2006). Numerical and statistical methods to assess the tailing ponds stability in mining industry. Revista Buletin RESURSE MINERALE, no. 1, 2006, pp. 27-34.
de Marsily, G., Quantitative Hydrogeology Groundwater, Hydrology for Engineers, Academic Press INC, 1986.
Ohlmacher, C.G., Davis, C.J., (2003). Using multiple regression and GIS technology to predict landslide hazard in northeast Kansas, USA. Engineering Geology 69, 331–343.
O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor, P. Nithiarasu, 2005, The finite element method for fluid dynamics, Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, UK
Pack,R. T. Tarboton, D. G., Goodwin, C. N. (1996,2003) Sinmap – a stability index approach to terrain stability hazard mapping, User’s guide.
Pack RT, Tarboton DG, Goodwin CN (1998) The SINMAP approach to terrain stability mapping. In: Moore D, Hungr O (eds) Proceedings of the 8th IAEG Congress, Vancouver.A.A. Balkema, Rotterdam, pp 1157–1165
Peter J. Diggle, Paulo J. Ribeiro Jr., 2007, Model-based Geostatistics, Springer Science+Business Media, LLC, 233 Spring Street, New York, NY 10013, USA
Robert Hack (2000). Geophysics for slope stability. Kluwer Academic Publisher. Surveys in Geophysics no. 24, pp. 423-448
Ruth F. Weiner, Robin Matthews, 2003, Environmental Engineering, 4th edition, Elsevier Science, USA
Scrădeanu D., 1997, Modele geostatistice în hidrogeologie, Editura Didactică și Pedagogică, București.
Scrădeanu D., Popa R., 2001, Geostatistică aplicată, Editura Universității București.
Scrădeanu D.l, 1995, Informatică geologică, Editura Universitații Bucuresti.
Scrădeanu D., Gheorghe A., Hidrogeologie generală, Editura Universitățîi București (sub tipar).
Soeters, R., van Westen, C. J. (1996), Slope instability recognition, analysis, and zonation, in Landslides: investigation and mitigation, 247, Washington, D.C., National Academey Press – Turner, A. K., Schuster, R. L.(Eds.), p.129-177.
U.S. Geological Survey, Review of the Transport of Selected Radionuclides in the Interim Risk Assessment for the Radioactive Waste Management Complex, Waste Area Group 7 Operable Unit 7-13/14, Idaho National Engineering and Environmental Laboratory, Idaho – vol I , vol II
Varnes, D.J., 1984. Landslides hazard zonation: a review of principles and practice, Paris, 63 pp
Van Asch, T.W.J., Van Westen, C., Blijenberg, H., Terlien, M. I. J. (1992), Quantitative Landslide Hazard Analyses in Volcanic Ashes of the Chinchina Area, Colombia Primer Simposio Internacional Sobre Sensores Remotos y Sistemas de Informacion Geografica (SIG) Para el Estudio de Riesgos Naturales, 8 a 15 de marzo de 1992, Santafé de Bogotá, Colombia, p. 433-443.
Van Westen,C., van Asch, T.W.J, Soeters, R, (2006) Landslide hazard and risk zonation – why is it still so difficult ?, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, Volume 65, Number 2 / May, 2006
Zăvoianu I., Dragomirescu Șt. (1994), Asupra terminologiei folosite în studiul fenomenelor naturale extreme, SCGGG – Geogr., XLI.
Wieczorek, G. F. (1984), Preparing a Detailed Landslide-Inventory Map for Hazard Evaluation and Reduction, Bulletin of the Association of Engineering Geologists, 21, p. 337-342.
Wieczorek, G. F., Lips, E.W., Ellen, S. D. (1989), Debris flows and hyperconentrated floods along the Wasatch Front, Utah, 1983 and 1984, Bulletin of the Association of Engineering Geologists, 26, p.191-208.
Wieczorek, G.F., Gori, P.L., Jager, S., Kappel, W.M., Negussey, D., 1996. Assessment and management of landslide hazards near Tully Valley landslide, Syracuse, New York, USA. Proc. 7th Int. Symposium on Landslides, Trondheim. Balkema, Rotterdam, pp. 411 – 416.
INCDMRR,UB,IGAR, Analiza situației din fostele perimetre de explorare și exploatare uraniferă în contextul apariției unor fenomene de risc geologic natural sau indus de activități antropice,Etapa 1/2006, Contract MENER 723/2006
INCDMRR,UB,IGAR, Proiectarea sistemului GIS și a bazei de date relaționale pentru achiziția, prelucrarea și stocarea informațiilor necesare managementului riscului geologic în zona de influență a perimetrelor de explorare/exploatare uranifere, Etapa 2/2007, Contract MENER 723/2006
INCDMRR,UB,IGAR, Metodologia de elaborare și interpretare a hărților de hazard și risc geologic în zona de influență a perimetrelor miniere uranifere, Etapa 3/2007, Contract MENER 723/2006
INCDMRR,UB,IGAR, Proiect de aplicare a sistemului de management al riscului geologic pe o zonă din proximitatea unei foste exploatări miniere uranifere, Etapa 4/2008, Contract MENER 723/2006
INCDMRR,UB,IGAR, Promovarea metodologiei de management al riscului geologic asociat zonelor din proximitatea fostelor exploatări uranifere utilizînd sisteme GIS, Etapa 5/2008, Contract MENER 723/2006
INCDMRR , Simularea fenomenelor de curgere si transport a contaminantilor in zona lucrarilor miniere subterane de la E.M. Avram Iancu, Etapa 5/2008, Contract PN. 06.21.03.01.
INCDMRR, Proiectarea si simularea unei retele de monitorizare a gradului de contaminare al pinzei freatice, folosind modelarea matematica 3D, Etapa 6/2008, Contract PN. 06.21.03.01.
INCDMRR, Efectul anizotropiei parametrilor hidrogeologici asupra mecanismelor de transport al radionuclizilor in sisteme acvifere de mica si medie adincime,Etapa 1/2009, Contract PN. 09.12.02.02.
INCDMRR, Metodologii moderne utilizate pentru caracterizarea anizotropiei parametrilor hidrogeologici in cadrul acviferelor contaminate cu radionuclizi , Etapa 2/2009, Contract PN. 09.12.02.02.
INCDMRR, Simularea numerica a curgerii si transportului contaminantilor in formatiuni poroase heterogene utilizind modele Markov si Gauss, Etapa 3/2010, Contract PN. 09.12.02.02.
Proiect tehnic de inchidere a minei Avram Iancu, jud. Bihor, INCDMRR, 2001-2007
Raport INCDMRR 457/2001
Raport INCDMRR 458/2001
Raport INCDMRR 432/I/2002
Uranium — Mining and Hydrogeology II. In: Merkel, B., Helling, C._Eds.., GeoCongress vol. 5 Verlag Sven von Loga, Koln, FRG, 622 pp.
RISK ANALYSIS FOR HUMAN HEALTH, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey
Spatial Analysis and Decision Assistance (SADA) – User Guide, 2005, http://www.tiem.utk.edu/~sada/
BIBLIOGRAFIE
Albu, M., Pene, C., Mecanica fluidelor pentru ingineria geologică, Ed.Universității, București,1997
Aleotti, P., Chowdhury, R. N. (1999), Landslide hazard assessment: summary review and new perspectives. Bulletin of Engineering Geology and Environment, 58, p. 21-44.
Antonello, G. et al. (2004), Ground-based SAR interferometry for monitoring mass movements, în Landslides, Edit. Springer;
Appelo, C.A.J., Postma, D., 1993. Geochemistry, Groundwater and Pollution. Balkema, Rotterdam, NL.
Atkinson, P.M., Massari, R., 1998. Generalized linear modeling of susceptibility to landsliding in the central Apennines, Italy. Computers and Geosciences 24, 373–385.
Ayalew, L., Yamaghishi, H., (2005), The application of GIS-based logistic regression for landslide susceptibility mapping in the Kakuda-Yahiko Mountains, Central Japan, Geomorphology Mäusbacher R and Schulte A (Eds.) Beiträge zur Physiogeographie – Festschrift für Dietrich Barsch. Heidelberg, Selbstverlag des Geographischen Instituts der Universität Heidelberg, 104, p. 237-50.
Broder J. Merkel, Britta Planer-Friedrich, 2005, Groundwater Geochemistry – A Practical Guide to Modeling of Natural and Contaminated Aquatic Systems, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, The Netherlands
BAHAGUNA P.P., SRIVASTAVA A.M.C. and SAXENA N.C., 1991. “A critical review of mine subsidence prediction methods”, Mining Science and Technology, vol. 13, pp. 369-382.
Baeza C and Corominas J (2001) Assessment of shallow landslide susceptibility by means of multivariate statistical techniques. Earth Surface Processes and Landforms 26:1251-63.
Bălteanu, D. (1983), Experimentul de teren în geomorfologie, Edit. Academiei, București
Bălteanu, D., Alexe, R. (2001), Hazarde naturale și antropice, Ed. Corint
Bell, R., Glade, T. (2004), Landslide risk analysis for Bíldudalur, NW-Iceland. Natural Hazard and Earth System Science, 4, p. 1-15.
Bredehoeft, J. D., Pinder G. F., 1973, Mass transport in flowing groundwater. Water Resources Research 9: 194-210
Brooks SM, Crozier MJ, Glade T and Anderson MG (2004) Towards establishing climatic thresholds for slopeinstability: Use of a physically-based combined soild hydrology- slope stability model. Pure and Applied Geophysics 161.
Brauner, G. Subsidence Due to Underground Mining II. GroundMovements and Mining damage, U.S.Bureau of Mines, IC 8572, 1973.
Brauner, G. Subsidence Due to Underground Mining. Theory and Practices in Predicting Surface Deformation, U.S.Bureau of Mines, IC 8571, 1973.
Briggs, H. Mining Subsidence, Arnold, London, 1929.
Carrara, A. (1983), Multivariate models for landslide hazard evaluation, Mathematical Geology, 15, p. 403-426.
Carrara, A. (1989), Landslide hazard mapping by statistical methods: a "black-box" model approach Proceedings International Workshop on Natural Disasters in European-Mediterranian Countries. Perugia, June 27-July 1, 1988, CNR-ESNSF:205-224.
Carrara, A., Guzzetti, F. (Eds.) (1995), Geographical Information Systems in Assessing Natural Hazards. Advances in natural and technological hazards research, Dordrecht, Kluwer Academic Publishers.
Carrara, A., Carratelli, E. P., Merenda, L. (1977a), Computer-based data bank and statistical analysis of slope instability phenomena, Zeitschrift für Geomorphologie, 21, p. 187-222.
Caselton, W. F., Zidek, J. V., Optimal monitoring network designs, Statistics & Probability Letters, Volume 2, Issue 4, August 1984, p. 223-227
Chilès, J.P., Aug, C., Guillen, A. and Lees, T., 2004, Modelling the Geometry of Geological Units and its Uncertainty in 3D From Structural Data: The Potential-Field Method: Workshop Proceedings: Orebody Modelling and Strategic Mine Planning, Perth,WA, 22-24 November 2004.
Chung, C-J. F., Fabbri, A. G. (1999), Probabilistic prediction models for landslide hazard mapping, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 65, p. 1389-1399.
Chung, C-J. F., Fabbri, A. G. (2002), Landslide risk analysis from prediction of future occurrences based on geomorphology-related spatial data IAMG, 15-20 September 2002, Berlin, Germany.
Chung, C-J. F., Fabbri, A. G., van Westen, C. J. (1995), Multivariate regression analysis for landslide hazard zonation, in Geographical Information Systems in assessing natural hazards, 5, Dordrecht, Kluwer Academic Publishers – Carrara A and Guzzetti F (Eds.), p. 107-134.
Clayton V. Deutsch, 1999, Geostatistical methods for modelling earth science data, University of Alberta
Constantin, M., Chendes, V.(2003), A spatial distribution analysis of landslides in the Subcarpathians between the Buzau and the Slanicul Buzaului valleys, Romania, Geophysical Research Abstracts, vol.5. 14652, European Geophysical Society, 2003, ISSN:1029-7006
Constantin, M. et al. (2005), Geomorphological hazards in Romania. Some examples from the area situated at the contact between Buzau Carpathians and Buzau Subcarpathians, Journal of the Japan Society of Erosion Control Engineering, vol.58, no.1, p.59-62, Japan
Constantin, M., 2006, Prognoza alunecarilor de teren. Abordari actuale, Edit. AGIR, Bucuresti, 99p
Crozier, M. J., Glade, T. (1999), Frequency and magnitude of landsliding: fundamental research issues, Zeitschrift für Geomorphologie, Supplement Band, 115, p. 141-155.
Crozier, M. J. (1989), Landslides: Causes, consequences and environment, Routledge.
Crozier, M. J., Eyles, R. J., Marx, S. L., McConchie, J. A., Owen, R. C. (1980), Distribution of landslips in the Wairarapa hill country, New Zealand Journal of Geology and Geophysics, 23, p. 575-586.
Cruden, D. M., Varnes, D. J. (1996), Landslide types and processes, in Landslides: investigation and mitigation, 247, Washington, D.C., National Academey Press – Turner, A. K., Schuster, R. L. (Eds.), p. 36-75.
Dai, F.C., Lee, C. F., Ngaim, Y.Y. (2002), Landslide risk assessment and management: an overview. Engineering Geology, 64, p. 65-87.
Dai FC, Lee CF (2002) Landslide characteristics and slope instability modeling using GIS,Lantau Island, Hong Kong. Geomorphology 42:213–228
Dawson, E., Motamed, F., Nesarajah, S. and Roth, M. (2000). Geotechnical stability analysis by strength reduction, Slope Stability 2000, Proceedings of Sessions of Geo-Denver 2000, ASCE Geotechnical Special Publication no. 101, pp. 99-113.
Degg, M. R. (1992). Natural disasters: recent trends and future prospects, Geography vol.77, p.198-209
Fabriol, R., Sauty, J.P., Ouzounian, G., 1993. Coupling geochemistry with particle transport model. J. Contam.Hydrol. 13, 117–129.
Fell R (1994) Landslide risk assessment and acceptable risk. Canadian Geotechnical Journal 31:261-72.
Fell R (2000) Landslide Risk Management Concepts and Guidelines – Australian Geomechanics Society Sub- Committee On Landslide Risk Management. International Union of Geological Sciences (Ed.) Landslides. Cardiff, UK, International Union of Geological Sciences:51-93.
Fetter, C.W., Contaminant hydrogeology, Macmillan Publishing Company, New York, 1992
Florea, M.N. Alunecări de teren și taluzuri, Editura Tehnică, București, 1979.
Fotă, D. Influența lucrărilor subterane asupra stabilității construcțiilor de la suprafață, în Geologie inginereasscă, vol.II, Editura Tehnică, București, 1981.
Gheorghe A., Zamfirescu F., Scrădeanu D., Albu M., 1988, Aplicații și probleme de hidrogeologie, Ed. Univ.Bucuresti.
Gheorghe A., Zamfirescu F., Scrădeanu D., Albu M., 1983, Aplicații și probleme de hidrogeologie, Editura Universității București.
Glade, T. (2003), Vulnerability assessment in landslide risk analysis, Die Erde, 134, p.121-138.
Glade T., Anderson M., Crozier M. (Eds): Landslide hazard and risk.- Wiley, Chichester 1-40.
Gorsevski, P.V., Gessler, P., Foltz, R.B., (2000). Spatial prediction of landslide hazard using logistic regression and GIS. 4th Int. Conference on Integrating GIS and Environmental Modeling, Alberta, Canada. 9 pp.
Griffiths, D.V., Lane, P.A., Slope stability analysis by finite elements, Geotechnique, vol. 49, no. 3, pp. 387-403. 1999.
Hammond, C., D. Hall, S. Miller and P. Swetik. (1992). Level 1 stability analysis (LISA), documentation for Version 2.0. U.S.D.A., For. Serv., Moscow, ID, Intermountain Res. Sta. Gen. Tech. Rep. INT-285.
Hartlen, J. and L. Viberg. (1988). Evaluation of landslide hazard. In Proceedings 5th Inter. Sym. on Landslides. C. Bonnard (editor). Lausanne, Switzerland, pp. 1037-1057. Hewitt, K., 1997. Regions of risk. A geographical introduction to disasters. Longman, Singapore, 384 pp.
Helton, J., 1994. Treatment of uncertainty in performance assessment for complex systems. Risk Anal. 14,483–511.
Hoek E. 1974 Progressive caving induced by mining an inclined orebody. IMM Section A: A133-A139.
Hutchinson, J. N., Bromhead, E. N. (2002), Isle of Wight landslides, in Instability Planning and Management Isle of Wight, Thomas Telford – McInnes, R.G., Jakeways, J. (Eds.), p. 3-72.
Ianovici, V., M. Borcoș, Bleahu, M., Patrulius, D., Lupu, M.,et.al, 1976, Geologia Munților Apuseni, București, Ed. Academiei Republicii Socialiste România
Ielenicz, M., Pătru, Ileana, Mihai, B. (1999), Some Geomorphic Types of Landslides in Romania. Transactions, Japanese Geomorphological Union, 20, p. 287-297.
Jill McCoy, Kevin Johnston, 2002, Using ArcGis Spatial Analyst, published by ESRI, USA
Ken Rehfeldt, Andrew Tompson, Ahmed Hassan,The Role of Dispersion in Radionuclide Transport -Data and Modeling Requirements, 2004, Stoller-Navarro Joint Venture
Klerck, P. A. 2000. The finite element modelling of discrete fracture in quasi-brittle materials. Ph.D. thesis, University of Wales, Swansea.
Kratzsch H., 1983. “Mining Subsidence Engineering”, Berlin, New York:Springer-Verlag, 543 pages.
Langmuir, D., 1998. Aqueous Environmental Geochemistry. Prentice-Hall, New York, USA.Leroi E (1996) Landslide hazard – Risk maps at different scales: Objectives, tools and development. Senneset K (Ed.) Landslides – Glissements de Terrain, 7th. International Symposium on Landslides. Trondheim,Norway, Balkema:35-51.
Lechman, J.B. and Griffiths, D.V. (2000). Analysis of the progression of failure of earth slopes by finite elements, Slope Stability 2000, Proceedings of Sessions of Geo-Denver 2000, ASCE Geotechnical Special Publication no. 101, pp. 250-265.
Marinov A.M., Dispersia poluantilor in apele subterane, curs UTCB, 2006
Mihai S.O.,(2006). Numerical and statistical methods to assess the tailing ponds stability in mining industry. Revista Buletin RESURSE MINERALE, no. 1, 2006, pp. 27-34.
de Marsily, G., Quantitative Hydrogeology Groundwater, Hydrology for Engineers, Academic Press INC, 1986.
Ohlmacher, C.G., Davis, C.J., (2003). Using multiple regression and GIS technology to predict landslide hazard in northeast Kansas, USA. Engineering Geology 69, 331–343.
O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor, P. Nithiarasu, 2005, The finite element method for fluid dynamics, Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, UK
Pack,R. T. Tarboton, D. G., Goodwin, C. N. (1996,2003) Sinmap – a stability index approach to terrain stability hazard mapping, User’s guide.
Pack RT, Tarboton DG, Goodwin CN (1998) The SINMAP approach to terrain stability mapping. In: Moore D, Hungr O (eds) Proceedings of the 8th IAEG Congress, Vancouver.A.A. Balkema, Rotterdam, pp 1157–1165
Peter J. Diggle, Paulo J. Ribeiro Jr., 2007, Model-based Geostatistics, Springer Science+Business Media, LLC, 233 Spring Street, New York, NY 10013, USA
Robert Hack (2000). Geophysics for slope stability. Kluwer Academic Publisher. Surveys in Geophysics no. 24, pp. 423-448
Ruth F. Weiner, Robin Matthews, 2003, Environmental Engineering, 4th edition, Elsevier Science, USA
Scrădeanu D., 1997, Modele geostatistice în hidrogeologie, Editura Didactică și Pedagogică, București.
Scrădeanu D., Popa R., 2001, Geostatistică aplicată, Editura Universității București.
Scrădeanu D.l, 1995, Informatică geologică, Editura Universitații Bucuresti.
Scrădeanu D., Gheorghe A., Hidrogeologie generală, Editura Universitățîi București (sub tipar).
Soeters, R., van Westen, C. J. (1996), Slope instability recognition, analysis, and zonation, in Landslides: investigation and mitigation, 247, Washington, D.C., National Academey Press – Turner, A. K., Schuster, R. L.(Eds.), p.129-177.
U.S. Geological Survey, Review of the Transport of Selected Radionuclides in the Interim Risk Assessment for the Radioactive Waste Management Complex, Waste Area Group 7 Operable Unit 7-13/14, Idaho National Engineering and Environmental Laboratory, Idaho – vol I , vol II
Varnes, D.J., 1984. Landslides hazard zonation: a review of principles and practice, Paris, 63 pp
Van Asch, T.W.J., Van Westen, C., Blijenberg, H., Terlien, M. I. J. (1992), Quantitative Landslide Hazard Analyses in Volcanic Ashes of the Chinchina Area, Colombia Primer Simposio Internacional Sobre Sensores Remotos y Sistemas de Informacion Geografica (SIG) Para el Estudio de Riesgos Naturales, 8 a 15 de marzo de 1992, Santafé de Bogotá, Colombia, p. 433-443.
Van Westen,C., van Asch, T.W.J, Soeters, R, (2006) Landslide hazard and risk zonation – why is it still so difficult ?, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, Volume 65, Number 2 / May, 2006
Zăvoianu I., Dragomirescu Șt. (1994), Asupra terminologiei folosite în studiul fenomenelor naturale extreme, SCGGG – Geogr., XLI.
Wieczorek, G. F. (1984), Preparing a Detailed Landslide-Inventory Map for Hazard Evaluation and Reduction, Bulletin of the Association of Engineering Geologists, 21, p. 337-342.
Wieczorek, G. F., Lips, E.W., Ellen, S. D. (1989), Debris flows and hyperconentrated floods along the Wasatch Front, Utah, 1983 and 1984, Bulletin of the Association of Engineering Geologists, 26, p.191-208.
Wieczorek, G.F., Gori, P.L., Jager, S., Kappel, W.M., Negussey, D., 1996. Assessment and management of landslide hazards near Tully Valley landslide, Syracuse, New York, USA. Proc. 7th Int. Symposium on Landslides, Trondheim. Balkema, Rotterdam, pp. 411 – 416.
INCDMRR,UB,IGAR, Analiza situației din fostele perimetre de explorare și exploatare uraniferă în contextul apariției unor fenomene de risc geologic natural sau indus de activități antropice,Etapa 1/2006, Contract MENER 723/2006
INCDMRR,UB,IGAR, Proiectarea sistemului GIS și a bazei de date relaționale pentru achiziția, prelucrarea și stocarea informațiilor necesare managementului riscului geologic în zona de influență a perimetrelor de explorare/exploatare uranifere, Etapa 2/2007, Contract MENER 723/2006
INCDMRR,UB,IGAR, Metodologia de elaborare și interpretare a hărților de hazard și risc geologic în zona de influență a perimetrelor miniere uranifere, Etapa 3/2007, Contract MENER 723/2006
INCDMRR,UB,IGAR, Proiect de aplicare a sistemului de management al riscului geologic pe o zonă din proximitatea unei foste exploatări miniere uranifere, Etapa 4/2008, Contract MENER 723/2006
INCDMRR,UB,IGAR, Promovarea metodologiei de management al riscului geologic asociat zonelor din proximitatea fostelor exploatări uranifere utilizînd sisteme GIS, Etapa 5/2008, Contract MENER 723/2006
INCDMRR , Simularea fenomenelor de curgere si transport a contaminantilor in zona lucrarilor miniere subterane de la E.M. Avram Iancu, Etapa 5/2008, Contract PN. 06.21.03.01.
INCDMRR, Proiectarea si simularea unei retele de monitorizare a gradului de contaminare al pinzei freatice, folosind modelarea matematica 3D, Etapa 6/2008, Contract PN. 06.21.03.01.
INCDMRR, Efectul anizotropiei parametrilor hidrogeologici asupra mecanismelor de transport al radionuclizilor in sisteme acvifere de mica si medie adincime,Etapa 1/2009, Contract PN. 09.12.02.02.
INCDMRR, Metodologii moderne utilizate pentru caracterizarea anizotropiei parametrilor hidrogeologici in cadrul acviferelor contaminate cu radionuclizi , Etapa 2/2009, Contract PN. 09.12.02.02.
INCDMRR, Simularea numerica a curgerii si transportului contaminantilor in formatiuni poroase heterogene utilizind modele Markov si Gauss, Etapa 3/2010, Contract PN. 09.12.02.02.
Proiect tehnic de inchidere a minei Avram Iancu, jud. Bihor, INCDMRR, 2001-2007
Raport INCDMRR 457/2001
Raport INCDMRR 458/2001
Raport INCDMRR 432/I/2002
Uranium — Mining and Hydrogeology II. In: Merkel, B., Helling, C._Eds.., GeoCongress vol. 5 Verlag Sven von Loga, Koln, FRG, 622 pp.
RISK ANALYSIS FOR HUMAN HEALTH, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey
Spatial Analysis and Decision Assistance (SADA) – User Guide, 2005, http://www.tiem.utk.edu/~sada/
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Evaluarea Fenomenelor DE Geohazard In Fostul Perimetru Minier Avram Iancu – Bazinul Ariesul Mic (ID: 121097)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.