Influenta elementelor mediului inconjurator asupra amenajarilor hidrotehnice de pe valea lotrului

INFLUENTA ELEMENTELOR MEDIULUI INCONJURATOR ASUPRA AMENAJARILOR HIDROTEHNICE

DE PE VALEA LOTRULUI

Privire speciala asupra influentei elementelor climatice asupra amenajarilor hidrotehnice

Influenta elementelor mediului inconjurator asupra amenajarilor hidrotehnice de pe Valea Lotrului poate avea un rol benefic sau, dimpotriva, distructiv. Astfel, realizarea acestui gen de constructii implica existenta anumitor conditii de mediu (vezi capitolul 4) care insa, prin manifestari si intensitati diferite pot duce la degradarea amenajarilor.

Factorii de mediu care actioneaza in mod deosebit asupra constructiilor sunt determinati de incarcarile extraordinare, care sunt cauzate de:

     Vantul puternic, care in zonele inalte poate provoca blocari ale caii de acces;

     Precipitatiile abundente ce pot cauza la randul lor: unde de viitura care pot spala efectiv barajul (de pamant / materiale locale) sau sa-l deverseze; alunecari de teren cu implicatii multiple (de la crearea de unde de viitura catastrofale pana la pierderi de vieti omenesti); blocarea accesului in zone in care este necesara interventia;

     Seismele majore ce pot distruge barajul.

In afara acestor factori considerati extraordinari, exista si factori normali, cum ar fi: variatiile nivelului apei in lac si variatiile temperaturii aerului, care actioneaza impreuna avand ca efect deplasarea barajului, variatia temperaturii apei in lac direct dependenta de temperatura aerului, si radiatia solara.

POZITIA SI VARIATIA NIVELULUI IN LAC

 Pozitia si variatia nivelului in lac intereseaza in cazul oricarui tip de baraj. In functie de nivel se determina solicitarea din presiunea hidrostatica, hotaratoare pentru interpretarea starii de deformatie si a deplasarilor barajului. De asemenea tot de nivelul apei din acumulare depinde si temperatura betonului. Exista o diferenta de temperatura intre apa si aer. In momentul in care nivelul este mai ridicat, o suprafata mai mica a paramentului amonte este in contact cu atmosfera si sufera influenta temperaturii aerului, rezulta astfel ca influenta temperaturii exterioare depinde de nivelul in acumulare.

Barajele din materiale locale, cat si cele din beton, nu sunt concepute pentru a rezista la deversari peste coronament, iar daca prin accident deversarea se produce, ele se rup partial sau total, acumularile golindu-se rapid. Acestea se produc datorita precipitatiilor intense cazute in bazinul hidrografic si a tendintei de ridicare a apei din lac. In cazuri exceptionale aceste deversari peste coronament, care duc la cedarea barajului se pot produce si datorita unor defectiuni tehnice, ca de exemplu blocarea accidentala a vanelor, in cazul unei cote ridicate a nivelului apei in acumulare.

Avand in vedere implicatiile majore asupra activitatilor umane si mediului natural pe care le produc aceste acumulari de mare volum, trebuie sa se urmareasca permanent evolutia acestora. Pentru o supraveghere eficienta a constructiilor hidrotehnice de orice tip, este necesar sa se cunoasca evolutia parametrilor de mediu care le influenteaza si sa se faca corelatii directe cu acestia. Intarzierea cu care constructia reactioneaza la variatia factorilor exteriori poate fi modelata intr-o prima aproximatie prin folosirea mediilor glisante.

In scopul de a reda o imagine de ansamblu asupra evolutiei amenajarilor hidrotehnice de pe Valea Lotrului si, in primul rand, a influentei factorilor climatici asupra acestora, s-a urmarit evolutia unor parametri pe o perioada de 11 ani, incepand din 1989. Astfel s-a urmarit evolutia nivelurilor lacurilor de acumulare, evolutia precipitatiilor si a temperaturii in zona barajelor Vidra, Balindru, Malaia si Bradisor.

Variatia nivelurilor in lacurile de acumulare de pe Valea Lotrului nu a inregistrat in perioada de timp analizat cresteri sau scaderi deosebite. Acestea s-au incadrat in limitele de variatie normale specifice fiecarei acumulari in parte.

Mediile multianuale ale nivelului apei in perioada 1989-1999 in acumularile de pe Valea Lotrului au fost de: 1269,3 m in acumularea Vidra, in cazul in care cota coronamentului barajului este de 1293 m; 1028,5 m in acumularea Balindru (cota coronamentului barajului este de 1034 m); 479,3 m in acumularea Malaia (cota coronamentului este de 482,5 m) si 445,4 m in acumularea Bradisor (cota coronamentului este de 457 m). cele mai mari variatii in mediile anuale ale nivelurilor lacurilor de acumulare de pe Valea Lotrului s-au inregistrat in acumularea Vidra, datorita variatiilor de debit ale raurilor care sunt captate si transportate in lac. Aceasta dependenta a nivelurilor acumularilor de debite afluente se resimte si la Bradisor, unde sunt derivate apele Raului Pascoaia, insa la o scara mult mai redusa fata de Vidra.

La variatiile de debit ale captarilor care pot modifica nivelul acumularii se mai adauga si pierderile de apa iminente care se produc de-a lungul canalelor de derivatie.

In timpul anului, nivelurile acumularilor variaza in functie de debitele afluentilor, care depind in mod direct de conditiile climatice (precipitatii, temperatura), precum si in functie de cantitatea de precipitatii cazuta in bazinul hidrografic. Aceste fluctuatii sunt mai evidente tot la acumularea Vidra, mai putin la Bradisor, iar la celelalte amenajari (Balindru si Malaia) nivelurile se mentin in toate lunile aproape aceleasi, cu variatii foarte mici (tabelul 30 si figura 24).

 Tabelul 30.Mediile lunare si anuale ale nivelurilor in lacurile de acumulare

de pe Valea Lotrului (m) (1989-1999)

 PRECIPITATIILE ATMOSFERICE

Variatia nivelurilor in lacurile de acumulare de pe Valea Lotrului depinde de variatia precipitatiilor atmosferice. Pe langa aceasta influenta, precipitatiile mai contribuie la evolutia proceselor de colmatare a lacurilor de acumulare, precum si la evolutia versantilor.

Precipitatiile atmosferice care cad in zona acumularilor hidroenergetice de pe Valea Lotrului au valori multianuale de 588,5 mm la barajul Vidra, 670,7 mm la Balindru, 566,2 mm la Malaia si 698,3 mm la barajul Bradisor, in intervalul 1989-1999.

Aceste valori sunt oarecum apropiate de cantitatea anuala de precipitatii inregistrata la statia Voineasa (683,5 mm) pentru acelasi interval de timp.

In timpul anului, cantitatile medii lunare de precipitatii se repartizeaza in mod diferit de la o luna la alta. Cele mai mari cantitati de precipitatii se repartizeaza in mod diferit de la o luna la alta. Cele mai mari cantitati cad in lunile de vara, cu un maxim in luna iunie (120,7 mm la baraj Balindru, 104,7 mm la Bradisor) iar cele mai mici cantitati de precipitatii cad in lunile de iarna, cu un minim in luna decembrie (1,5 mm la vidra) (tabelul 31 ).

Tabelul 31Cantitatile medii lunare si anuale de precipitatii in zona acumularilor

de pe Valea Lotrului (mm) (1989-1999)

Precipitatiile maxime zilnice reprezinta un parametru important mai ales cand sunt in cantitate mare, determinand viituri de mare amploare. Aceste viituri pot produce transportari de material aluvionar intr-un timp foarte scurt, determinand efecte nedorite asupra amenajarilor hidrotehnice. De asemenea, atunci cand au un regim de torentialitate ridicat, precipitatii maxime zilnice pot bloca caile de acces sau pot sa formeze torenti de mare amploare, care duc la prabusiri de versant si alunecari de teren. Cantitatile maxime de precipitatii cazute in 24 ore la barajele de pe Valea Lotrului sunt redate in tabelul 32 si figura 26.

Tabelul 32. Cantitatile maxime de precipitatii cazute in 24 ore in zona acumularilor

de pe Valea Lotrului (mm) (1989-1999)

TEMPERATURA AERULUI

Temperatura aerului constituie factorul principal care solicita barajele, prin variatiile acesteia in timpul unui an.

Variatiile temperaturii aerului produc in masa betoanelor diferente termice destul de mari. Pe fata betoanelor se pot produce zilnic variatii de temperatura de 25s-30sC, iar intre fata betonului si un strat de 15-20 m adancime, diferentele de temperatura ajung pana la 12s-15sC. Aceste diferente de temperatura determina fenomene de contractie termica diferentiata, care produc ruperea legaturilor intre componentele de legatura a betonului prin fisurare. Fisurile au efecte periculoase in exploatare, micsorand capacitatea de rezistenta, reducand impermeabilitatea betonului si constituind cai de distrugere prin gelivitate.

De asemenea, variatiile de temperatura accentueaza fenomenul de umflare sau de contractie a betonului determinand de asemenea fisuri. Pentru aceasta se urmareste in timp variatia umiditatii. Variatiile bruste ale umiditatii pot indica  uneori aparitia unor zone preferentiale de infiltratie.

Cunoasterea evolutiei temperaturii aerului si a apei in lac permite interpretarea starii termice care se inregistreaza in corpul barajului. Functie de temperaturile mediilor exterioare, procesul de degajare al caldurii de priza poate fi mai mult sau mai putin energic.

Temperatura initiala la momentul intaririi betonului are o importanta majora asupra comportarii ulterioare a barajului. Cu cat temperatura e mai ridicata, cu atat datele vor suferi contractii mai mari pe timp friguros, ceea ce duce la pierderi de apa chiar la o exploatare cu nivel constant. Functionarea barajului pe timp friguros trebuie sa tina cont deci de diferenta dintre temperatura curenta si cea initiala. Diferentele mai impun exploatari cu nivel aproximativ constant la NNR.

Mediile anuale ale temperaturii aerului inregistrate la barajele de pe Valea Lotrului variaza de la 4,4sC la Vidra la 9,9sC la Bradisor. In intervalul 1989-1999 mediile anuale ale temperaturii aerului au inregistrat variatii de 1-2sC de la un an la altul, uneori chiar si mai mult (tabelul 33).

Tabelul 33.Mediile anuale ale temperaturii aerului in zona acumularilor de pe Valea Lotrului in intervalul 1989-1999

 In timpul anului temperatura aerului variaza foarte mult de la o luna la alta, astfel incat influenta pe care o exercita asupra constructiilor hidrotehnice este destul de semnificativa. Valorile cresc constant sin ianuarie, cand se inregistreaza cea mai scazuta medie lunara (–5,4sC la Vidra, –0,3sC la Bradisor) si pana in iulie (maxima lunara) dupa care scad pana in decembrie (tabelul 34 si figura 27).Tabelul 34. Mediile lunare si anuale ale temperaturii aerului in zona acumularilor de pe Valea Lotrului (sC) (1989-1999)

Figura 27 – Evolutia temperaturii atmosferice in zona lacurilor

De acumulare de pe Valea Lotrului (1989-1999)

 Degradarea betonului sub actiunea ciclurilor de inghet–dezghet

Actiunea separata de inghet–dezghet asupra betoanelor are caracter progresiv in timp, putand duce in cele din urma la distrugerea elementelor de constructie.

Betoanele sufera deteriorari la temperaturi coborate. Dupa intervale indelungate de saturare cu apa, toate betoanele astfel expuse nu pot rezista ingheturilor repetate, deteriorandu-se in final dupa un anumit numar de cicluri.

Influenta si efectele inghetului repetat se manifesta cu intensitate diferita, in raport cu conditiile de expunere, caracteristicile mediului si cu proprietatile materialului.

Procesele care au loc la inghet-dezghet in porii betonului conduc la aparitia unor presiuni in structura lui sub actiunea carora se dezvolta stari de deformatie suplimentara.

Ca o consecinta a slabirii progresive a structurii, proprietatile fizico-mecanice ale betonului inregistreaza o evolutie negativa, care se manifesta prin fenomene de umflare, diminuarea rezistentelor mecanice si a modului de elasticitate, cresterea permeabilitatii la apa, fisurarea betonului si pierderi de masa.

In decursul inghetului starea de microfisurare a structurii se accentueaza, scade adeziunea dintre componentele betonului si aderenta intre matrice si agregare. Cand dezghetul are loc in apa, sau chiar numai in conditii de umiditate mai ridicata, apa patrunde in micro si macrofisurile aparute in decursul inghetului precedent, ajungandu-se la suprafete de separatie in care aderenta matrice-agregate este mai slaba sau a avut de suferit, iar la inghetul urmator starea tensiunii interioare, ca si efectul ei se amplifica.

Aceasta evolutie evidentiaza faptul ca ciclurile inghet-dezghet au un efect cumulativ. Amploarea distrugerii variaza de la exfolierea superficiala pana la dezintegrarea completa, incepand de la suprafata expusa a betonului si inaintand in adancime.

 PROCESE DE COLMATARE SI EVOLUTIA VERSANTILOR

Pe langa factorii climatici care actioneaza asupra acumularilor hidroenergetice se mai adauga si alti factori ce sunt declansati de acestia, cum sunt: procesele de colmatare si evolutia versantilor.

Procesele de colmatare la lacurile de munte, care in general au volume relativ mari, sunt substantial mai reduse fata de situatia lacurilor colinare. Ritmul mediu de colmatare al lacurilor in functie de factorii precum: suprafata bazinelor geografice, regimul precipitatiilor, panta bazinelor hidrografice, natura solului si gradul de vegetatie.

Cauzele care determina modificari in evolutia versantilor si care pot conduce la pierderea stabilitatii acestora sunt:

 Natura si structura rocilor care alcatuiesc versantul. Orice roca nestancoasa, oricat de stabila ar fi in aparenta poate ajunge la situatia de a fi antrenata intr-un proces de alunecare;

 Conditiile hidrogeologice modificate prin umplerea lacurilor si exploatarea lui favorizeaza producerea alunecarilor;

 Efectul conditiilor climatice – precipitatiile si variatiile temperaturii pot actiona separat sau impreuna. Astfel, ploile lente produc prin imbibarea terenului, ingreunarea masivelor putand genera acumulari de adancime; variatiile de temperatura pot duce la distrugerea legaturilor de cimentare ale rocii, iar procesele ciclice de inghet-dezghet desavarsesc aceste deteriorari micsorand rezistenta si stabilitatea terenului;

 Stabilitatea versantilor lacului poate fi de asemenea afectata si de producerea seismelor.

In ceea ce priveste seismicitatea, se constata intensitatea ei maxima in zona barajului Vidra. Barajul Vidra, ca toate barajele din anrocamente sunt considerate insa ca unele dintre cele mai rezistente tipuri de baraje la actiunea cutremurului, datorita capacitatii de a se acomoda cu deformatiile fundatiei sau ale corpului lor, fara a suferi avarii.

Influenta elementelor climatice se manifesta diferentiat asupra barajelor de pe Valea Lotrului.

Unele cercetari asupra amenajarilor in scop hidroenergetic de pe Valea Lotrului au scos in evidenta deteriorari ale versantilor din apropierea unor lacuri de acumulare datorate ploilor abundente cu caracter torential, acumulari in albia Lotrului, degradari ale unor cai de acces, etc.

Barajele din beton de pe Valea Lotrului se prezinta in general bine, fara fisuri, exfolieri sau umectari la parametrul aval. In cursul anului 1999 nu au existat probleme de instabilitate la versanti, cu exceptia barajului Bradisor (versantul stang amonte si aval deasupra incastrarii barajului in versant ).

Drumul national DN 7A Brezoi-Voineasa a fost realizat prin escavarea in versantul drept al lacului de acumulare de la Bradisor rezultand taluzuri abrupte cu panta de 50-70s, neprotejate. Datorita alterarii rocilor care constituie versantul drept al DN 7A si a desprinderilor frecvente de material, in cei peste 20 ani de la intrarea in exploatare s-au executat lucrari de protectie ce au constat in construirea unor ziduri de piatra si grabioane la baza DN 7A spre versant, lucrari de protectie care continua si in prezent.

Mentionam ca in continuare taluzurile sunt neprotejate impotriva agentilor degradatori (atmosferici, cicluri de inghet-dezghet). Astfel, datorita agentilor atmosferici si ciclurilor de inghet-dezghet (in cei peste 20 ani de la constructia barajului si a DN 7A), favorizata de fisurarea existenta si a radacinilor vegetatiei arboricole (arbusti si arbori), roca s-a degradat, prin alterare si fisurare suplimentare producandu-se desprinderi de roca pe planurile de faliere si fisuratie care afecteaza versantul drept deasupra DN 7A.

Pentru prevenirea degradarilor ulterioare ale rocilor s-a realizat un program de analiza si remediere initiat de catre Sucursala Hidrocentrale Ramnicu Valcea.

In zona prizei de apa Bradisor, versantul drept are pante de 40-50s, acoperit cu deluviu de panta cu grosimi diferite

Excavatiile pentru crearea platformelor tehnologice si de realizare a turnurilor prizei, precum si excavatiile pentru executia DN 7A au determinat crearea unor taluzuri locale cu pante abrupte (50-70s). In prezent versantul drept (in spatele prizei) este protejat cu dale din beton.

In timpul celor 20 ani de la excavare datorita agentilor atmosferici si ciclurilor de inghet-dezghet, favorizata de fisuratia existenta, de gradul de alterare al rocilor determinat de compozitia mineralogica diferita, roca s-a degradat prin alterare si fisurare, producand frecvente desprinderi de roca.

Apele de siroire scurse pe versant au contribuit la degradarea favorizata si de vegetatia arboricola dezvoltata pe versant.

Factorii degradatori enumerati au determinat ravenari, prabusiri locale in taluzul spre versant al DN 7A.

Variatiile de nivel ale lacului de acumulare Bradisor au determinat eroziuni in deluviul de panta si in umpluturile rezultate din excavarea DN 7A, constatate pe intreg versantul drept de la baraj in amonte cu exceptia zonei protejate din spatele turnurilor prizei.

La celelalte baraje, din amenajarea Lotrului problemele existente anterior la versanti nu au evoluat, dar se pot activa in functie de conditiile hidrometeorologice. Se constata desprinderi de material de pe versanti.

Mentionam cateva aspecte caracteristice fiecarei ramuri de captari secundare:

a) Ramura Vest;

 Degradari ale betoanelor ­– aparitia de sparturi si exfiltratii la canalul de spalare a lacului;

 Degradari – uzuri ale echipamentelor;

b) Ramura Sud-pompaj

 Colmatari ale lacurilor cauzate de conditiile naturale (transport important de materiale solide la viiturile de primavara), dar si unele exploatari din zona (Ungurelu);

 Drumuri de acces impracticabile (zona Funigelu-Cosana), drumul de acces la captarea Paraul Rece deteriorat pe o lungime de cca. 3 km – aceleasi probleme la alte captari (Bistrita, Horezu I);

 Starea betoanelor este in general buna, nu s-a constatat o degradare semnificativa datorata factorului climatic.

c) Ramura Sud-gravitational

 Betoanele au avut in general o comportare buna, cu unele exceptii: degradarea datorita aparitiei de exfiltratie; drumuri de acces impracticabile;

d) Ramura Nord-pompaj

 Degradarea accentuata a betoanelor prin calitatea inferioara a lucrarilor de executie;

 Drumuri de acces necorespunzatoare;

 Exploatarile forestiere din zona au contribuit la colmatarea lacului Sterpu si Braneasa si la alunecarea versantului drept la captarea Capraretu;

e) Ramura Nord-gravitational

 Aceeasi stare precara a betonului;

f) Captarile pe aductiune principala

 Colmatari de lacuri (Rudareasa I si II) din cauza exploatarilor forestiere din zona;

 Degradari ale betoanelor la captarile Nopteasa si Rudareasa II;

 Defectiuni la echipamente hidromecanice.

In urma ploilor torentiale din date de 13.VIII.1999 au fost afectate obiective ale amenajarii Lotru, in mod special captarile secundare, aductiunile secundare si drumurile de acces.

Zona ramurii de aductiuni secundare sud a fost cea mai puternic afectata – drumuri de acces distruse la captarile: Musetoiu, Ungurelu, Cosana, Gropile, Funigelu; au fost blocate deznisipatoarele cu aluviuni, etc.

La barajul Vidra in 1999 s-a repetat, dar nu de aceeasi amploare si durata situatia din octombrie 1997 cand s-a constatat prezenta din nou a materialului solid in apa de infiltratie. La scaderea cotei in lac debitul a scazut, iar apa de infiltratie nu prezinta material solid in suspensie.

De asemenea s-a evidentiat starea necorespunzatoare a albiei Lotrului in aval de barajul Lotru-pompaj prin haldarea in albia Lotrului a sterilului rezultat din procesul tehnologic la mina de mica, cataracte, cu efect asupra micsorarii capacitatii de transport a albiei si a colmatarii lacului Malaia. Acelasi aspect necorespunzator in albia Lotrului se constata prin prezenta senalului Aval de barajul Bradisor colmatat in zona torentului Rapa Bradisorului (foto 13). O parte din senal a fost spalata cu ocazia manevrelor efectuate cu golirile de fund si evacuare unui debit de 20 m³/s, dar care s-a recolmatat datorita precipitatiilor torentiale din 13 august 1999.

Prin cele prevazute mai sus am incercat sa redam o imagine de ansamblu a situatiei actuale a amenajarilor hidrotehnice de pe Valea Lotrului si a efectelor generate de conditiile climatice asupra acestora. Dupa cum s-a vazut, cei mai importanti factori de mediu care actioneaza asupra constructiilor hidrotehnice sunt: variatia nivelurilor, variatiile de temperatura, ciclurile de inghet-dezghet, precipitatiile atmosferice, mai ales cele cu caracter torential.