CERCETĂRI PRIVIND COLMATAREA ŞI...
36
1 UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREȘTI FACULTATEA DE HIDROTEHNICĂ Departamentul de Hidraulică și Protecția Mediului CERCETĂRI PRIVIND COLMATAREA ŞI DECOLMATAREA LACURILOR DE ACUMULARE Rezumat TEZĂ DE DOCTORAT Doctorand ing. Bogdan Corneliu MARCU Conducător ştiinţific prof.univ.dr.ing.Gabriel TATU BUCUREŞTI, 2014
-
Upload
truongquynh -
Category
Documents
-
view
241 -
download
6
Transcript of CERCETĂRI PRIVIND COLMATAREA ŞI...
1
UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREȘTI
FACULTATEA DE HIDROTEHNICĂ
Departamentul de Hidraulică și Protecția Mediului
CERCETĂRI PRIVIND COLMATAREA ŞI
DECOLMATAREA LACURILOR DE
ACUMULARE
Rezumat TEZĂ DE DOCTORAT
Doctorand
ing. Bogdan Corneliu MARCU
Conducător ştiinţific
prof.univ.dr.ing.Gabriel TATU
BUCUREŞTI, 2014
2
3
Cuvânt înainte
Toate lacurile de acumulare create pe cursurile de apă sunt supuse, inevitabil,
efectului colmatării. Prin construcția barajului se obține creșterea nivelului de apă, regimul
de curgere modificăndu-se, astfel că, transportul aluviunilor, târâte sau în suspensie, se
opreşte începând de la coada lacului către baraj, conducănd la colmatarea lacului, sau chiar
la chiar la crearea de zone deltaice (înmlăştiniri).
În ceea ce privește decolmatarea lacurilor de acumulare, problema este foarte
complexă, necesitând studii elaborate în acest sens. Studiile trebuie să cuprindă atât
măsurile preventive, care să înlăture cauzele, cât și măsurile curative, care să elimine
efectele colmatării.
Decolmatarea acumulărilor de apă este foarte costisitoare, dar lipsa unor măsuri în
vederea măririi duratei lor de funcţionare va conduce, într-un final, la scoaterea acestora
din folosință.
La finalizarea acestei lucrări de doctorat doresc să-mi exprim deosebita recunoştinţă
şi respectul faţă de conducătorii ştiinţifici, profesor doctor inginer Octavian LUCA, cu care
am început studiul la teză, şi profesor doctor inginer Gabriel TATU, pentru sprijinul şi
încrederea acordată pe parcursul elaborării tezei, cât şi în activitatea mea profesională.
De asemenea, aduc mulţumiri domnului șef de lucrări, doctor inginer Iulian IANCU,
pentru îndrumarea acordată pe parcursul pregătirii mele.
Doresc, de asemenea, să mulţumesc tuturor profesorilor, specialiştilor şi colegilor
din Departamentul de Hidraulică și Protecția Mediului a Facultății de Hidrotehnică din
cadrul Universității Tehnice de Construcții București şi din Departamentul de de Hidraulică,
Mașini hidrauluice și Ingineria Mediului a Facultății de Energetică din cadrul Universității
Politehnica București, colectivului Sucursalei de Hidrocentrale Curtea de Argeș - Uzina de
Hidrocentrale Câmpulung - SC Hidroelectrica S.A, care au contribuit la formarea mea
profesională.
Mulţumiri speciale aş dori să aduc domnului director al Sucursalei de Hidrocentrale
Curtea de Argeș - inginer Constantin IVAN, pentru sprijinul deosebit și înțelegerea acordată.
Nu în ultimul rând, doresc să mulțumesc familiei mele pentru tot sprijinul dat pe
parcursul elaborării tezei de doctorat.
Autorul
4
Cuprins
1.1. Obiectul și conținutul tezei .................................................................................. 6
1.2. Stadiul actual al cunoaşterii fenomenului pe plan naţional şi internaţional ......... 6
2. Noțiuni privind transportul aluvionar și colmatarea lacurilor de acumulare ........... 9
2.1. Noțiuni generale privind transportul aluvionar .................................................... 9
2.1.1. Proprietăţile particulelor solide ................................................................. 9
2.1.2. Viteza critică de antrenare ......................................................................... 9
2.1.3. Efort critic de antrenare pe patul albiei ..................................................... 9
2.1.4. Transportul aluvionar în albia râurilor ...................................................... 9
2.1.5. Transportul în suspensie ............................................................................ 9
2.2. Colmatarea lacurilor de acumulare ...................................................................... 9
2.2.1. Evoluţia şi dinamica procesului de colmatare ........................................... 9
2.2.2. Indicatorii sistemici ai procesului de colmatare ...................................... 11
3. Metode pentru prevenirea colmatării lacurilor de acumulare și măsuri privind
decolmatarea acestora ........................................................................................................... 11
3.1.1. Clasificarea sistemelor bifazice ............................................................... 11
3.2. Monitorizarea şi evaluarea procesului de sedimentare ...................................... 11
3.3. Mijloacele de combatere a colmatării acumulărilor ........................................... 11
3.3.1. Măsuri preventive .................................................................................... 11
3.3.2. Măsuri curative ........................................................................................ 13
4. Metodologie privind prognoza colmatării și decolmatării lacurilor de acumulare . 16
4.1. Exploatarea lacurilor de acumulare ................................................................... 16
4.2. Tehnici de măsurare a adâncimii apei ................................................................ 16
4.2.1. Tehnici care utilizează echipamente de măsură mecanice ...................... 16
4.2.2. Tehnicile de măsurare a adâncimii care utilizează echipamente
electronice 17
4.2.3. Metodele de determinare a coordonatelor geografice ............................. 17
4.2.4. Metoda alinierii vizuale ........................................................................... 17
4.2.5. Metoda liniei de ghidare. ......................................................................... 17
4.2.6. Metoda winch – ului. ............................................................................... 17
5
4.2.7. Metoda alinierii cu laser. ......................................................................... 17
4.2.8. Metoda dublei alinieri. ............................................................................ 17
4.2.9. Metoda poziționării radioelectronice. ..................................................... 17
5. Prognoza colmatării laculul de acumulare Zigoneni .................................................. 17
5.1. Caracteristicile constructive ale amenajării Zigoneni ........................................ 18
5.2. Regimuri de funcționare [61] ............................................................................. 18
5.2.1. Funcționare în regim normal ................................................................... 18
5.2.2. Funcționarea în situații de viitură ............................................................ 18
5.2.3. Funcționarea în regim de iarnă ................................................................ 18
5.3. Determinarea volumului colmatat ...................................................................... 18
5.4. Prognoza gradului de colmatare......................................................................... 22
5.4.1. Modelul de calcul utilizat ........................................................................ 22
5.4.2. Etapele evaluării gradului de colmatare .................................................. 23
5.4.3. Date de baza utilizate .............................................................................. 23
5.4.4. Calarea modelului și rezultate obtinute ................................................... 26
5.4.5. Aplicarea modelului pentru determinarea gradului de colmatare ........... 28
6. Calculul economic pentru decolmatare folosind metoda dragării ............................ 28
6.1.1. Considerații teoretice .............................................................................. 29
6.1.2. Tehnologia de depunere în depozite de suprafaţă. .................................. 29
6.1.3. Utilajul de dragare și conducta de refulare ............................................. 29
6.2. Legislație folosită ............................................................................................... 29
7. Concluzii, contribuții și perspective ............................................................................. 31
7.1. Concluzii generale ............................................................................................. 31
7.2. Contribuții originale ........................................................................................... 33
7.3. Direcții de cercetare pentru viitor ...................................................................... 34
Bibliografie selectivă .............................................................................................................. 34
6
1.1. Obiectul și conținutul tezei
Lucrarea de doctorat „Cercetări privind colmatarea şi decolmatarea lacurilor de
acumulare” își propune abordarea evoluției fenomenului, începând cu aria de proveniență a
aluviunilor, pâna la depunerea sau tranzitarea acestora prin lacul de acumulare, ţinând seama
de cele două forme de aport solid şi anume: debitul solid târât şi debitul solid în suspensie.
Lucrarea este structurată în 7 capitole, având 130 pagini, 60 de figuri, 20 de tabele și 8
anexe numerotate precum şi bibliografia utilizată la elaborarea sa.
În capitolul 1 se face prezentarea generală a stadiul actual al cunoaşterii fenomenului
pe plan naţional şi internaţional şi se justifică oportunitatea lucrării.
Capitolul 2 este destinat noțiunilor teoretice privind transportul aluvionar și
colmatarea lacurilor de acumulare.
În capitolul 3 sunt descrise metode pentru prevenirea colmatării lacurilor de
acumulare și măsuri privind decolmatarea acestora, fiind detaliate mijloacele de combatere şi
măsurile preventive și curative ale colmatării acumulărilor.
În capitolul 4 se prezintă metodologia privind prognoza colmatării - care cuprinde
noțiuni despre exploatarea lacurilor de acumulare, precum şi tehnicile de măsurare a
adâncimii apei cu ajutorul echipamentelor de măsură mecanice și electronice. De asemenea,
sunt prezentate metodele de determinare a coordonatelor geografice necesare calculului
volumului de aluviuni dintr-o acumulare.
Capitolul 5 cuprinde un model de prognoză a colmatării laculul de acumulare
Zigoneni, fiind prezentate caracteristicile constructive ale amenajării Zigoneni, regimurile de
funcționare ale acumulării, modalitatea de determinare a volumului colmatat, modelul de
calcul utilizat pentru prognoză, etapele evaluării gradului de colmatare, datele de baza
utilizate, calarea modelului și aplicarea modelului pentru determinarea gradului de colmatare
Capitolul 6 completează teza printr-un calculul economic pentru decolmatare,
folosind metoda dragării. Aici sunt prezentate ipotezele de lucru, legislația specifică în
domeniu, precum și rularea într-un soft specializat a lucrărilor necesare în vederea
evidențierii cheltuililor decolmatării.
Capitolul 7 prezintă concluzii, contribuții și perspective. De asemenea, se fac
propuneri privind dezvoltările ulterioare ale unor elemente ale tezei.
Bibliografia de la sfârşitul tezei cuprinde lucrările consultate, precum şi lucrările
elaborate de autor pe parcursul activităţii sale didactice şi profesionale.
1.2. Stadiul actual al cunoaşterii fenomenului pe plan naţional şi internaţional
Prelucrarea unui fond mare de date obţinut din diferite surse (măsurători în secţiuni
hidrometrice din reţeaua naţională asigurată de Regia Apele Române, evaluări indirecte pe
baza stocului de aluviuni din unele lacuri de baraj, măsurători proprii pe bazine mici) i-a
condus pe cercetători (Maria Radone) la selecţionarea a doi factori de control drept criterii de
analiză a surselor de aluviuni pentru un teritoriu larg, precum cel al României. Aceştia sunt:
alcătuirea litologică a substratului generator de aluviuni şi mărimea bazinelor hidrografice
7
care asigură o selectare a volumelor de aluviuni tranzitate de la aria sursă spre cea de
efluenţă. Alegerea acestor doi factori este motivată şi de argumente obţinute pe baza analizei
din literatura de specialitate (este vorba de autori care au propus modele de prognoză a
producţiei de aluviuni cum ar fi Gregory şi Walling, 1976; Burns, 1978; Janson, 1982;
Zachar, 1982; De Villiers, 1985; Yiu Guo Kang, 1985 ş.a.), dar şi pe baza experienţelor
proprii (modelul de regresie multiplă progresivă pentru evaluarea producţiei de aluviuni în
bazine hidrografice cu suprafaţă sub 400 km2, Ichim şi Rădoane, 1987). [50]
Tabel 1.1. Situația gradului de colmatare a acumulărilor administrate de –S.C: Hidroelectrica S.A, în
anul 2008 [66]
Sucursala Acumularea
Volum
iniţial
[mil. mc ]
Volum
actual
[mil. mc ]
Volum
colmatat
[ %]
Perioada
măsurătorilor
0 1 2 3 4 5
Curtea
de Argeş
Oieşti 1,770 0,090 95 2003
Cerbureni 1,620 0,080 95 2003
Curtea de Argeş 1,050 0,315 70 2003
Zigoneni 13,300 8,045 39 2007
Doamnei 0,585 0,234 60 2003
Vâlsan 0,175 0,081 54 2003
Cumpăna 0,262 0,139 47 2003
Scropoasa 0,500 0,150 70 *
Sătic 0,362 0,254 30 *
Vidraru 465,000 442,000 5 *
Schitu Goleşti 0,010 0,002 80 *
Sinaia 0 0,015 0,002 90 *
Sinaia II 0,070 0,049 30 *
Bistriţa
Topoliceni 0,700 0,280 60 2008
Taşca 0,380 0,150 40 2004
Pângăraţi 6,750 2,090 69 2006
Vaduri 5,600 2,390 57 2006
Piatra Neamţ 10,000 6,500 35 2007
Vânători 0,430 0,330 23 2006
Racova 8,650 0,000 0 Lacul este gol
Gârleni 5,080 2,090 59 2005
Lilieci 7,400 5,120 31 2005
Bacău 5,040 4,200 17 2006
Izv. Muntelui 1230,000 1221,200 1 1997
Buzău
Galbeni 39,006 12,020 70 2006
Cândeşti 3,700 1,370 63 2005
Bereşti 125,800 116,540 7 2008
Călimăneşti Siret 44,000 37,578 15 2007
Răcăciuni 103,600 88,940 14 2007
Lopătari 0,110 0,044 60 *
Chiojd I 0,025 0,000 100 *
Chiojd II 0,010 0,004 60 *
Greşu 0,130 0,065 50 *
Mânzăleşti 0,080 0,012 85 *
Cluj
Fântânele 220,000 195,500 11 2006
Tarniţa 74,000 70,500 5 2006
Someşul cald 7,470 8,080 0 2006
Floreşti II 0,890 0,720 19 2006
Haţeg
Gura Apelor 220,000 219,700 1 2000
Ostrovul mic 9,300 9,100 2 1999
Păclişa 7,800 7,800 0 *
Haţeg 12,360 12,379 0 2004
Subcetate 6,100 6,100 0 2004
Ruieni 96,200 90,120 6 2004
Oradea Drăgan 112,000 104,320 7 2006
Secuieu 0,602 0,390 35 2006
8
Sucursala Acumularea
Volum
iniţial
[mil. mc ]
Volum
actual
[mil. mc ]
Volum
colmatat
[ %]
Perioada
măsurătorilor
0 1 2 3 4 5
Bulz 0,538 0,356 34 2006
Lugaşu 64,470 60,160 5 2006
Tileagd 52,940 57,360 0 2006
Porţile de
Fier
PdF I 2400,000 2170,000 10 2006
PdF II 860,000 860,000 0 2006
Râmnicu
Vâlcea
Vidra 340,000 324,000 5 2006
Vlădeşti 1,350 0,000 100 2006
Lotru aval 0,550 0,443 20 2005
Galbenu 2,810 2,070 27 2005
Jidoaia 0,487 0,332 32 2006
Malaia 3,440 1,320 62 2008
Petrimanu 2,480 2,100 15 2005
Brădişor 44,500 44,500 0 2004
Gura Lotrului 5,300 2,850 46 2008
Turnu 13,110 7,730 41 2006
Călimăneşti 4,570 2,810 39 2007
Dăieşti 11,700 5,440 54 2007
Rm. Vâlcea 21,400 10,000 53 2005
Râureni 10,900 6,240 43 2007
Govora 21,400 13,580 37 2005
Băbeni 62,200 43,750 30 2005
Ioneşti 25,280 23,340 8 2006
Zăvideni 52,750 52,750 0 2008
Drăgăşani 67,780 67,780 0 2001
Tomşani 0,360 0,080 78 2004
Sebeş
Obrejii de Căpâlna 3,830 3,010 21 2007
Petreşti 1,300 0,637 51 2007
Oaşa 136,200 126,100 8 2003
Tău 23,000 22,530 1 2003
Cugir 0,985 0,985 0 2009
Sibiu
Voila 12,250 4,85 61 2005
Viştea 4,250 3,220 33 2005
Arpaşu 7,350 9,050 17 2006
Scorei 5,200 6,270 15 2006
Avrig 10,800 13,350 3 2006
Cornetu 8,300 8,300 0 2008
Sadu 2 0,248 0,118 52 2008
Sadu 5 6,300 6,300 0 2008
Boia 1 0,063 0,019 70 *
Boia 2 0,030 0,009 70 *
Boia 3 0,035 0,007 80 *
Slatina
Strejeşti 202,700 212,990 0 2004
Arceşti 43,400 52,220 0 2004
Slatina 15,600 20,780 0 2005
Ipoteşti 99,340 112,910 0 2007
Drăgăneşti 82,750 82,230 1 2007
Frunzaru 91,750 94,100 0 2007
Rusăneşti 82,210 86,578 0 2007
Izbiceni 61,340 64,045 0 *
Târgu
Jiu
Cerna 124,000 110,270 14 2002
Vădeni 4,530 1,135 75 2007
Tg. Jiu 1,330 1,321 1 *
Motru 4,798 4,757 1 2001
Tismana aval 0,750 0,300 60 2007
Vâja 2,300 2,300 0 *
Clocotiş 3,710 3,710 0 *
Volum iniţial > 10 mil mc.
Acumulări cu folosinţe complexe
Acumulări cu volumul iniţial > 100 mil mc.
Acumulări cu volume iniţiale imprecis determinate
9
În continuare sunt prezentate câteva valori informative furnizate de o serie de țări, pentru a
evidenția importanța problemei: [68]
- În China: plecând de la datele primite de la 236 retenții la finele anului 1981, rezultă
că totalul de sedimente depuse era de 11.5 miliarde mc, reprezentând 14,2 % din
capacitatea totală a stocului de apă, respectiv o pierdere anuală medie de 2,3%.
- În Japonia: la o capacitate totală de retenție de 17,3 miliarede mc în 729 retenții, 1,2
miliarde mc, respectiv 6,9% din capacacitatea totală, o reprezintă depunerile de
sedimente.
- În Spania: capacitatea inițială a 101 retenții de 18 miliarde mc, din care majoritatea
sunt în exploatare de la sfărșitul secolului trecut, s-a dimiuat cu 733 milioane mc
(4%). Pentru 5 % din retenții, pierderea de capacitate reprezintă peste 50%.
- În Germania: din volumul de 508 milioane mc al retențiilor din Saxonia, 18,3
milioane (3,6%) sunt ocupate de sedimente, dintre care 46% sunt foarte poluate.
2. NOȚIUNI PRIVIND TRANSPORTUL ALUVIONAR ȘI COLMATAREA
LACURILOR DE ACUMULARE
2.1. Noțiuni generale privind transportul aluvionar
2.1.1. Proprietăţile particulelor solide
2.1.2. Viteza critică de antrenare
2.1.3. Efort critic de antrenare pe patul albiei
2.1.4. Transportul aluvionar în albia râurilor
2.1.5. Transportul în suspensie
2.2. Colmatarea lacurilor de acumulare
Dacă pentru zona montană fenomenul de transport de debit solid este mai puţin activ
datorită preponderenţei zonelor împădurite şi procesul de colmatare al lacurilor este mai puţin
intens, problema capătă proporţii îngrijitoare în cea mai mare parte din zona colinară unde,
îndeosebi lacurile cu volume relative mici, riscă să fie colmatate rapid.
Colmatarea lacurilor ca proces în sine, a fost intuit de mult, dar proporţiile, dinamica
şi căile de combatere nu au fost abordate cu atenţie; consecinţele negative apărute mai curând
sau mai târziu în practica exploatării lacurilor, dovedesc acest mod de abordare. [14]
2.2.1. Evoluţia şi dinamica procesului de colmatare
Procesul de colmatare este un proces complex care începe în momentul intrării în
funcţiune şi se termină practic în momentul în care lacul este scos din funcţiune. Pentru
înţelegerea acestui proces trebuie plecat de la sursele aluviunilor depuse într-un lac (bazinul
de recepţie aferent lacului şi reţeaua hidrografică) şi trebuie ţinut seama de cele două forme
de aport solid şi anume: debitul solid târât şi debitul solid în suspensie.[14]
Deoarece materialul aluvionar granular aflat în albia unui râu are o granulozitate
neuniformă, transportul particulelor solide se face simultan atât prin târâre, rostogolire, salturi
mici cât şi prin suspensie.
10
Figura 2.6. Depunerea aluviunilor într-un lac Figura 2.7. Zone de depunere a aluviunilor
de acumulare în condițiile de formare a unor într-un lac [14]
curenți de densitate [14]
Figura 2.9. Influența colmatării asupra
mărimii și poziționării volumelor
caracteristice [1]
Figura 2.8. Etapele procesului de colmatare [14]
11
2.2.2. Indicatorii sistemici ai procesului de colmatare
Rata colmatării (ritmul de colmatare) -. În lucrările de specialitate, rata colmatării
este dată în general de formule de forma:
este volumul de aluviuni colmatate în lac în cursul unui an [ ]
reprezintă volumul iniţial al lacului [ ]
Intensitatea colmatării este definită ca raportul dintre volumul iniţial al lacului
şi scurgerea solidă anuală a afluenţilor exprimată în unitaţii volumetrice:
Durata de colmatare totală a lacului sau durata de existenţă a lacului - reprezintă
inversul ratei de colmatare :
Gradul de reţinere a aluviunilor - reprezintă raportul dintre aluviunile depuse în
lac şi afluxul de aluviuni
3. METODE PENTRU PREVENIREA COLMATĂRII LACURILOR DE
ACUMULARE ȘI MĂSURI PRIVIND DECOLMATAREA ACESTORA
3.1.1. Clasificarea sistemelor bifazice
3.2. Monitorizarea şi evaluarea procesului de sedimentare
3.3. Mijloacele de combatere a colmatării acumulărilor
Fiecare acumulare poate avea la un moment dat probleme cu sedimentarea. Mijloace
de combatere a colmatării acumulărilor pot fi grupate în 2 categorii: [14]
- preventive, care acţionează asupra cauzelor colmatării.
- curative, ce vizează efectele colmatării;
3.3.1. Măsuri preventive
Măsurile care vizează cauzele producerii colmatării se pot clasifica după cele trei faze
ale procesului şi anume:
- asupra locului de provenienţă, având ca scop prevenirea şi/sau reducerea procesului
de eroziune a solului de pe întregul bazin de recepţie atât ca eroziune de suprafaţă, cât
şi ca eroziune de adâncime (procesul de eroziune a solului în bazine de recepţie
aferente lacurilor constitue sursa principală de aluviuni şi nu trebuie tratat ca
problemă a folosinţelor agricole şi silvice, adică privit numai din punct de vedere al
degradării terenurilor şi afectării producţiilor, ci şi ca o problemă de amenajare a
bazinelor hidrografice pentru atenuarea procesului de colmatare);
- asupra zonei de transport, prin lucrări de protejare a albiilor, în special a malurilor;
12
- asupra locului de depunere, prin asigurarea unui volum suficient pentru sedimentare
(dacă este posibil reţinerea aluviunilor să aibă loc în alte bazine decât în acumulările
utile), sau prin tranzitarea prin acumulări a unui procent cât mai mare de aluviuni.
Figura 3.1. Amplasarea lucrărilor
transversale [15]
Figura 3.2. Lucrări hidrotehnice transversale [17] Figura 3.3. Consolidarea vârfului unei
ravene: a-cădere simplă, b-instalație de
curent rapid, c-cădere în trepte [14]
Figura 3.4. Reținerea în teren a apelor Figura 3.5. Schema de amenajare cu
de scurgere, Interceptarea și drenarea [14] reținerea aluviunilor în retenția amonte [1]
13
Figura 3.6. Schema cu clasificarea lucrărilor folosite în amenajarea B.H.T. clasificate după locul de
amplasare în bazin [17]
3.3.2. Măsuri curative
Vizează efectele şi constau în îndepărtarea depunerilor din acumulări. Acestea
servesc la decolmatarea lacurilor, dar sunt în general dificil de aplicat şi unele dintre ele sunt
mult mai costisitoare, depăşind cu mult costul realizării unei noi acumulări.
Îndepărtarea depunerilor din acumulare se poate face prin mijloace mecanice,
hidromecanice, sau prin spălare hidraulică.
Mijloacele mecanice şi hidromecanice de evacuare a depunerilor trebuie luate în
considerare doar în cazul unor depuneri de volume mici, pentru că sunt foarte costisitoare; se
recomandă ca materialul rezultat să fie folosit ca agregat pentru betoane sau ca îngrăşământ
pentru terenurile agricole (în cazul aluviunilor foarte fine alături de substanţe organice).
Spălarea hidraulică
Figura 3.7. Spălarea hidraulică [1] Figura 3.8. Ordinea de deschidere a stavilelor
Baraj Sinaia 0 [62]
14
Figura 3.9. Deversor de suprafață Baraj Gura
Râului – Râul Cibin Figura 3.10. Golire de fund Baraj Cumpăna
Experienţa acumulată în domeniul spalarilor hidraulice arată că cea mai eficientă
spălare se realizează la debite cuprinse între 20 – 40% din capacitatea evacuatorilor la NNR.
Dispozitivele de spălare sunt supuse unor condiţii foarte severe, care necesită măsuri
de manevrare speciale. Aceste dispozitive pot fi amplasate la partea superioară a barajelor,
numite descărcătoare de suprafaţă sau deversoare, fie la adâncime (sub presiune), numite
goliri intermediare sau de fund.
a) înainte de spălare b) spălare (umpleri succesive ale lacului,
urmate de evacuarea apei prin golirile de fund)
Figura 3.11. Spălare hidraulică Baraj Apă Sărată – Râul Târgului
Galerie de deviere a sedimentelor
Figura 3.12. Galerie de deviere a sedimentelor:
1-galerie de deviere a sedimentelor; 2-prag de deviere [68]
15
Metode folosite la centralele hidroelectrice
Excavaţii şi dragaje
Metodele folosite pentru extragerea sedimentelor pot fi clasificate în două grupuri
principale: hidraulice, la care m-am referit deja, şi mecanice ,care se împart la rândul lor în
funcţie de situaţia acumulării în:
- metode folosite în acumulări golite unde se recurge la maşini de excavat.
- metode folosite în acumulări pline care se pot realiza cu draga aspiratoare, pompa
pneumatică sau cu potenţialul de cădere al apei din acumulare.
Metode de extracţie în acumulări golite
Figura 3.13. Decolmatare Baraj Dobrești – râul Ialomița
Metode de extracţie cu acumularea plină
Dragarea, sau pomparea submersibilă sunt cele mai uzuale metode. La acestea se
adaugă utilizarea potenţialului de cădere al acumulării. Toate aceste sisteme sunt scumpe în
general şi sunt folosite numai când acumularea este esenţială în viaţa comunităţilor (pentru
alimentarea cu apă sau irigaţii) sau pe amplasamente unde nu este posibilă constructia unui
unui nou baraj sau supraînalţarea celui existent. În situţii reale este uneori mai economic să
construieşti un baraj nou decăt să îndepărtezi depozitele.
Figura 3.14. Instalație dragare Figura 3.15. Pompă pneumatică
16
4. METODOLOGIE PRIVIND PROGNOZA COLMATĂRII ȘI
DECOLMATĂRII LACURILOR DE ACUMULARE
4.1. Exploatarea lacurilor de acumulare
Cunoașterea cantității de apă din cuveta lacului de acumulare, a capacității acestora și
a nivelului de colmatare aferent are ca scop rezolvarea a cinci probleme de bază:
1. Studiul volumului de apă existent în lacul de acumulare la un moment dat -
acest lucru implică determinarea nivelului imersat și respectiv cel neimersat al cuvetei lacului
de acumulare, care are ca rol determinarea directă a cantității de apă reală la un moment dat.
Zona imersată este reprezentată de partea plină cu apă din cuveta lacului de acumulare
la momentul de timp analizat. Zona neimersată este reprezentată de partea rămasă neacoperită
de apă în momentul în care lacul de acumulare nu este plin.
Figura 4.1. Reprezentarea unei secțiuni transversale a unui lac de acumulare [22]
2. Asigurarea nivelului minim de apă pentru lacurile de acumulare în scopul
consumului direct;
3. Stabilirea nivelului minim de avarie al apei din bazinul de acumulare pentru a
asigura echilibrul critic de forță cu tensiunile interne ale barajului;
4. Determinarea nivelului aluviunilor pe fundul lacurilor în scopul stabilirii unui
prag de alarmare, deoarece alunecările de aluviuni pe fundul lacului pot produce distrugerea
bazei barajului, ceea ce constituie un potențial pericol de calamitate prin inundații;
5. Determinarea strategiilor de decolmatare.
4.2. Tehnici de măsurare a adâncimii apei
Tehnicile de măsurare a adâncimii apei pot fi clasificate în: [22]
- tehnici care utilizează echipamente de măsură mecanice;
- tehnici care utilizează echipamente de măsură electronice.
4.2.1. Tehnici care utilizează echipamente de măsură mecanice
Tehnicile de măsurare a adâncimii care utilizează echipamente mecanice, furnizează
date cu o precizie foarte bună în cazul măsurării adâncimilor mici, de ordinul a 10- 15m.
Peste aceste valori ale adâncimii precizia rezultatelor scade semnificativ.
- metoda sondei tip prăjină;
- metoda sondei disc
17
4.2.2. Tehnicile de măsurare a adâncimii care utilizează echipamente electronice
Tehnicile de măsurare a adâncimii care utilizează echipamente electronice furnizează
date cu o precizie foarte bună, indiferent de mărimea adâncimii măsurate. Acuratețea este
foarte bună indiferent de consistența sedimentelor depuse pe fundul apei, datorită posibilității
de cuplare cu echipamente electronice de calcul care pot minimiza erorile indiferent de natura
lor.
- metoda sondei acustice;
- metoda procesării imaginilor furnizate de senzori instalați pe sateliții geostationari.
4.2.3. Metodele de determinare a coordonatelor geografice
4.2.4. Metoda alinierii vizuale
4.2.5. Metoda liniei de ghidare.
4.2.6. Metoda winch – ului.
4.2.7. Metoda alinierii cu laser.
4.2.8. Metoda dublei alinieri.
4.2.9. Metoda poziționării radioelectronice.
5. PROGNOZA COLMATĂRII LACULUL DE ACUMULARE ZIGONENI
Lacul de acumulare Zigoneni este amplasat pe râul Argeş la cca. 3,5 km aval de
confluenţa cu pârâul Văii Sasului, în satul Zigoneni, comuna Băiculeşti, fiind al patrulea lac
în aval de acumularea Vidraru.
Figura 5.2. Schema de amenajare a râului Argeș
18
5.1. Caracteristicile constructive ale amenajării Zigoneni
Caracteristicile amenajării Zigoneni, sunt:
Volum total 13,300 mil.mc.
Volum util energetic 8,150 mil.mc.
Nivel normal de retentie 393.00 mdM
Nivel minim de exploatare 384,60 mdM
Suprafaţa lacului la NNR 182 ha
Lungimea lacului 3,10 km
Lăţimea lacului 0,70 km
Tipul barajului - etajat cu clapetă, vane segment de fund şi
timpan de retenţie
Înaltime constructivă 27.00 m
Lungime baraj deversor 20,60 m
Cota coronamentului 395.00 mdM
Cota de fundaţie a barajului 366.30 mdM
Evacuatori - o clapetă 16.00 x3.00 m cu articulaţie la
cota 389.80 mdM;
- 3 vane segment 4.00 x 4.00m cu pragul la
cota 377.50 mdM.
Centrala hidroelectrică
Tipul construcţiei - centrală baraj
Putere instalată 15,40 MW
Debit instalat 90,00 mc/s
Căderea brută 20,50 m
Cotă ax turbine 370,60 mdM
Echipament hidroenergetic: 2 turbine Kaplan
5.2. Regimuri de funcționare [61]
5.2.1. Funcționare în regim normal
5.2.2. Funcționarea în situații de viitură
5.2.3. Funcționarea în regim de iarnă
5.3. Determinarea volumului colmatat
Determinarea volumului de colmatare pentru acumularea Zigoneni se realizează pe
baza măsurătorilor topo-batimetrice. Aceste măsurători s-au realizat o dată la doi ani. Pentru
acumularea Zigoneni s-a utilizat până în anul 2009, pentru măsurarea adâncimii metoda
sondei disc, iar din 2009 se folosește metoda sondei acustice (sonar).
Pentru acumularea Zigoneni, la momentul punerii în funcțiune existau bornate 11
profile transversale pentru realizarea măsuratorilor. Datorită apariției fenomenului colmatării
în momentul de față se folosesc 8 profile.
Figura 5.4. Barajul frontal Figura 5.5. Lacul de acumulare Zigoneni
19
Figura 5.1. Acumularea Zigoneni
Figura 5.3. Profile de bază ISPH (1978)
20
În continuare sunt prezentate rezultatele măsurătorilor topo-batrimetrice efectuate pentru
acumularea Zigoneni între anii 1996 și 2011, precum și calculul volumului colmatării pentru
fiecare an, în care aceste măsurători au fost efectuate.
Tabel 5.8. Calculul volumului colmatării - 2011
Nr. Profil
Distante Distante
aplicate Suprafete Volume
Cumulate Aplicate
m m m mp mc
P1 0.00
0.00 145.00 4,071.84 590,416.80
290.00
P2 290.00 309.00 4,153.40 1,283,400.60
328.00
P3 618.00 388.00 5,165.70 2,004,291.60
448.00
P4 1066.00 375.00 4,680.05 1,755,018.75
302.00
P4A 1368.00 224.00 3,070.00 687,680.00
146.00
P5 1514.00 180.50 2,692.07 485,918.64
215.00
P5A 1729.00 180.00 1,895.90 341,262.00
145.00
P6 1874.00 197.50 1,369.36 270,448.60
250.00
Total 7,418,436.99
Se poate observa că până în anul 2011, lacul de acumulare Zigoneni este colmatat în procent
de 44.22%
Tabel 5.9. Determinarea volumului colmatat
An Volum lac (m3) Diferente volum (m
3) Volum colmatat (m
3)
Volum colmatat
(%)
1978 13,300,000.000 0.000 0 0
1996 9,804,357.000 3,495,643.000 3,495,643.000 26.283
1999 9,392,544.000 411,813.000 3,907,456.000 29.379
2001 9,299,314.000 93,230.000 4,000,686.000 30.080
2003 9,053,711.000 245,603.000 4,246,289.000 31.927
2005 8,075,155.000 978,556.000 5,224,845.000 39.285
2007 7,732,067.000 343,088.000 5,567,933.000 41.864
2009 7,596,137.000 135,930.000 5,703,863.000 42.886
2011 7,418,436.980 177,700.020 5,881,563.020 44.222
21
Figura 5.11. Evoluția volumului total al lacului de acumulare Zigoneni, și a volumului colmatat
Profile topobatrimetrice realizate pentru anii 2009 și 2011
0,000
2,000
4,000
6,000
8,000
10,000
12,000
14,000
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Vo
lum
(m
il. m
c)
Perioada (ani)
Volum lac Volum colmatat
22
5.4. Prognoza gradului de colmatare
5.4.1. Modelul de calcul utilizat
Urmărind evidențierea și reproducerea fenomenului de colmatare ce are loc natural în
cadrul amplasamentului analizat (acumularea Zigoneni), modelul de calcul utilizat pentru
realizarea prognozei colmatării lacului de acumulare este bazat pe datele existente privind
volumele anuale de colmatare ale lacului, precum și pe datele hidrologice ale acumulării
(debite, regim de exploatare, chei granulometrice ale materialului aluvionar transportat etc.).
Modelul de calcul privind prognoza colmatarii (determinarea volumului de material
aluvionar transportat în lacul de acumulare) a fost realizat utilizând programul de calcul Hec-
Ras. Hec-Ras, realizat de către U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering
Center, este unul din cele mai cunoscute si utilizate pachete de programe din lume privind
analiza sistemelor hidrografice.[69]
Pentru calculul transportului de sedimente, Hec-Ras-ul trebuie mai întâi să rezolve
curgerea pe tronsonul de râu respectiv. Ca și alte modele, Hec-Ras-ul foloseste un model
hidrodinamic simplificat, abordare comună utilizată în diverse modele de transport de
sedimente. Astfel, Hec-Ras-ul foloseste ipoteza mișcării cvasi-nepermanete, ce aproximează
hidrograful curgerii cu o serie de profile discrete pentru care debitul este constant. Astfel
profilele în care curgerea este permanentă sunt mai usor de implementat și rularea lor este
mult mai rapidă.
Hec-Ras-ul pentru modelarea transportului de sedimente, rezolva ecuația Exner
(ecuatia de continuitate a sedimentelor):
1 sp
QB
t x
în care:
B lățimea canalului;
η cota canalului;
λp porozitate patului;
t timp;
x distanța;
Qs debitul de solid transportat.
Ecuația de mai sus evidenţiază faptul că modificarea debitului de solid transportat
într-un volum de control este egală cu diferența dintre debitul solid intrat și cel ieșit din
volumul respectiv. Ecuatia este rezolvată prin calcularea capacității de transport (a debitului
de solid transportat) printr-un volum de control asociat fiecarei sectiunui transversale de
calcul. Acest debit de solid transportat este comparat cu debitul solid care intră in volumul de
control. Dacă debitul solid transportat este mai mare decît debitul solid intrat atunci există un
deficit de sedimente în volumul de control deficit ce este suplinit prin erodarea albiei. Dacă
există un excedent de debit solid transportat, atunci surplusul de sediment este depus.
23
Utilizarea acestui model de calcul, pentru realizarea modelului de prognoză, asigură
în condițiile calarii modelului de calcul, prognoza canțității de material aluvionar transportat
și depus în lacul de acumulare.
5.4.2. Etapele evaluării gradului de colmatare
Pentru reproducerea fenomenului de colmatare a lacului de acumulare Zigoneni,
modelul de curgere va acoperi, pe lângă lacul propriu zis, și canalul de fuga de la CHE
Noapteș, acumularea din amonte de CHE Zigoneni. Canalul de fuga, canal în săpătură cu
secțiune trapezoidală, are o lungime de 2063,70 m, și o panta de 0,243‰. Pe lângă acest
canal de fuga se va modela și albia naturală a râului Argeș.
Modelarea curgerii pe cele două cursuri de apă se va realiza în regim de mișcare
mișcării cvasi-nepermanent, pentru debitul cu probabilitatea de depășire de 1%, calarea
modelului de curgere făcându-se pe baza rugozității celor două albii.
Analiza datelor de baza
Definirea domeniului de calcul
Definirea condițiilor la limită
Modelarea curgerii
Date privind transportul de
sedimente
Modelarea transportului de
sedimente
C alibrarea modelului de transport și
validarea lui
Prognoza transportului de
sedimente
Figura 5.14. Modelarea transportului de sedimente pentru prognoza colmatării lacului de acumulare
Zigoneni
5.4.3. Date de baza utilizate
Pentru realizarea modelului de prognoză al transportului de sedimente în lacul de
acumulare Zigoneni s-au utilizat următoarele tipuri de date de intrare în programul HECRAS:
- date privind geometria albiei naturale, canalului de fugă și a lacului de acumulare
Zigoneni (date topografice – secțiuni transversale);
- date privind debitmetria pe albia naturală a râului și pe canalul de fugă (hidrografe ale
debitelor);
- date privind nivelurile în lacul de acumulare Zigoneni;
- date privind aluviunile (chei granulometrice, debite de aluviuni transportate).
Plecând de la aceste date și urmărind schema din figura 5.5, modelarea curgerii și
transportului de aluviuni a necesitat parcurgerea mai multor etape:
- într-o primă etapă, după analiza datelor avute la dispoziție, s-a definit geometria albiei
naturale a râului Argeș, a canalului de fugă de la CHE Noapteș și a lacului de
acumulare Zigoneni pe baza ridicărilor topografice avute la dispoziție. Astfel, pentru
definirea geometriei, s-au definit pentru râul Argeș 12 secțiuni aflate una la distanța
de 188 m una de cealaltă, pentru canalul de fugă de la CHE Noapteș 12 secțiuni, cu o
distanță între ele de 200 m, iar pentru lacul de acumulare Zigoneni 70 de secțiuni.
- pentru modelarea curgerii în regim nepermanent s-au pus următoarele condiții la
limită în model:
24
hidrografele debitelor în secțiunile amonte pe râul Argeș și canalul de fugă de
la CHE Noapteș;
hidrograful nivelurilor în secțiunea cea mai din aval din lacul de acumulare
Zigoneni (s-a facut ipoteza că nivelul în lacul de acumulare Zigoneni râmâne
constant – 393,00 m);
perioada de timp pe care s-a realizat modelarea curgerii în regim nepermanent
a fost de 2 ani (2009-2011).
Figura 5.15. Secțiuni transversale utilizate pentru definirea geometrie albiei, canalului de fugă și a
lacului de acumulare
0 100 200 300 400 500 600 700384
386
388
390
392
394
model 2 Plan: Plan 01 11/5/2013
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS 01Aug2009 0100
EG 01Aug2009 0100
Ground
Bank Sta
.035
0 10 20 30 40 50390.5
391.0
391.5
392.0
392.5
393.0
393.5
394.0
394.5
model 2 Plan: Plan 01 11/5/2013
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
EG 01Aug2009 0100
WS 01Aug2009 0100
Ground
Bank Sta
.035 .035 .035
25
Figura 5.16. Vedere tridimensională a domeniului de calcul
Figura 5.17. Hidrograful debitelor (râul Argeș) Figura 5.18. Hidrograful debitelor (canal de fugă
CHE Noapteș)
- după modelarea curgerii în regim nepermanent s-a trecut la modelarea transportului
de sedimente. Atfel, datele modelului au fost completate cu datele privind aluviunile,
și anume:
date privind granulometria materialului din albie. S-au definit astfel 4 chei
granulometrice, obținute din măsurători.
de asemenea, a fost apreciat pe baza de măsurători și din literatura de
specialitate, debitul solid transportat în suspensie.
4114
3926.45*
3738.90*
3551.36*
3363.81*
3176.27*
2988.72*
2801.18*
2613.63*
2426.09*
2238.54*
2051
4250
4050.*
3850.*
3650.*
3450.*
3250.*
3050.*
2850.*
2650.*
2450.*
2250.*
2050 2024
1934.*
1845.*
1758.*
1675.28*1594.71*
1512.16*1425.66*
1313.09*
1230.72*
1148.36*
1066
976.4*
886.8*
797.2*
707.6*
618
528.545*
439.090*
349.636*
261.*
174.*
87.*
0
model 2 Plan: Plan 01 11/5/2013
Legend
WS 01Aug2009 0100
Ground
Bank Sta
Ground
Oct Dec Feb Apr Jun Aug Oct Dec Feb Apr Jun2009 2010 2011
0
50
100
150
200
250
Hydrograph Data
Date
Flo
w
Legend
Flow Duration
Oct Dec Feb Apr Jun Aug Oct Dec Feb Apr Jun2009 2010 2011
0
5
10
15
20
25
30
35
Hydrograph Data
Date
Flo
w
Legend
Flow Duration
26
Figura 5.19. Secțiune transversală lac de Figura 5.20. Curbă granulometrică,
acumulare Zigoneni, cu indicarea adâncimii introdusă în cadrul programului (albia râului Argeș)
pe care se poate realiza erodarea albiei
- după o primă rulare a modelului de transport de aluviuni acesta a fost calat pentru a
putea reproduce situația măsurată în natură (volumul de aluviuni depus în întrevalul
2009 – 2011). Calarea modelului s-a realizat prin corecții succesive ale curbelor
granulometrice definite în secțiunile de calcul și de asemenea prin modificarea
debitului de aluviuni transportat în suspensie.
- O dată modelul de transport de sedimente calat, s-a trecut la estimarea volumului de
aluviuni ce se va depune în perioada 2011-2013. Acest volum va fi validat prin
măsurătorile batimetrice de punere în evidență a a noului volum de aluviuni depus în
lacul Zigoneni.
5.4.4. Calarea modelului și rezultate obtinute
Rezultatele obținute în urma modelării curgerii cu suprafață liberă a apei în regim
nepermanet se prezintă sub formă tabelară pentru cele trei tronsoane de calcul (albia râului
Argeș, canalul de fugă de la Noapțeș și lacul de acumulare Zigoneni), la doi pasi de timp (1
aug 2009 și 7 mart 2010).
Figura 5.21. Nivelul apei în râul Argeș (1 aug 2009)
4050.*
3850.*
3650.*
3450.*
3250.*
3050.*
2850.*
2650.*
2450.*
2250.*
model 2 Plan: Plan 01 11/5/2013
Legend
WS 07Mar2010 0100
Ground
Bank Sta
Ground
27
Figura 5.22. Nivelul apei în canalul de fugă de la CHE Noapteș (1 aug 2009)
Figura 5.23. Nivelul apei în lacul de acumulare Zigoneni (1 aug 2009)
Calarea modelului de transport al aluviunilor s-a realizat pe baza datelor avute din
măsurătorile batimetrice din anii 2009 și 2011, ce au pus în evidență colmatarea lacului de
acumulare Zigoneni, realizate în 9 profile transversale, ce au fost prezentate în capitolul 5.3.
Calarea s-a realizat în operații succesive, modificând curbele granulometrice și debitul
solid transportat în suspensie, urmărind atingerea volumului total colmatat în perioada 2009-
2011. În urma operațiunii de calare se poate constata că, în profilele ridicate batimetric
volumul de aluviuni obținut din model nu a putut fi foarte apropiat de cel obținut din
ridicările batimetrice.
4114
3926.45*
3738.90*
3551.36*
3363.81*
3176.27*
2988.72*
2801.18*
2613.63*
2426.09*
2238.54*
model 2 Plan: Plan 01 11/5/2013
Legend
WS 07Mar2010 0100
Ground
Bank Sta
Ground
2050 2024 1964.*
1904.*
1845.*
1787.*
1729 1675.28*
1594.71*
1512.16*1454.5*
1396.83*1313.09*
1230.72*
1148.36*1093.45*
1036.13*976.4*
916.666*856.933*
797.2* 737.466*
677.733*
618 558.363*
498.727*439.090*
379.454*319.818*
232.*
145.*
58.*
model 2 Plan: Plan 01 11/5/2013
Legend
WS 07Mar2010 0100
Ground
Bank Sta
Ground
28
Tabel 5.16. Calarea modelului de transport
Profil
topo
Sctiune de
calcul
Lungime
(m)
Latime
(m)
Adancime
depunere (mm)
Volum colmatat
2009-2011(mc)
Volum colmatat
din model (mc)
P1 2024 646.15 75 -12.3 -646.14 -1716.80
P2 1874 1606.79 148 -15.5 -1606.78 56423.40
P3 1729 26900.21 175.5 215.65 26900.21 13308.40
P4 1514 23370.16 180.5 187.56 23370.15 23231.25
P4A 1368 12802.54 229 87.25 12802.54 15680.00
P5 1066 39869.34 375 128.25 35147.39 17495.87
P5A 618 37566.16 388 256.35 61518.36 -342.00
P6 290 22249.82 454 102.25 22249.82 53620.00
Volum total (mc) 179735,55 160505.30
Acest lucru se datorează mai multor cauze:
- acuratețea datelor avute la dispoziție;
- complexitatea fenomenului de interacțiune între curentul de apă și faza solidă;
- limitarea modelului de transport de aluviuni unidimensional.
5.4.5. Aplicarea modelului pentru determinarea gradului de colmatare
După calarea modelului de transport al aluviunilor s-a trecut la realizarea unei
prognoze pentru perioada 2011-2013, utilizînd modelul de calcul. Rezultatele obținute sunt
prezentate în tabelul următor:
Tabel 5.17. Prognoza volumului de lac colmatat
Profil
topo
Sectiune
de calcul
Lungime
(m)
Latime
(m)
Adancime
depunere (mm)
Volum colmatat
2009-2011 (mc)
Volum colmatat
prognozat 2011-
2013 (mc)
P1 2024 646.15 75 -11.35 -646.14 -596.24
P2 1874 1606.79 148 -16.5 -1606.78 -1710.45
P3 1729 26900.21 175.5 186.78 26900.21 23298.96
P4 1514 23370.16 180.5 123.56 23370.15 15395.69
P4A 1368 12802.54 229 102.11 12802.54 14983.01
P5 1066 39869.34 375 89.05 35147.39 24404.49
P5A 618 37566.16 388 100.24 61518.36 24055.39
P6 290 22249.82 454 103.56 22249.82 22534.88
Volum total (mc) 179735,55 122365,74
Pentru validarea modelului de prognoză a colmatării lacului Zigoneni se vor utiliza
viitoarele ridicări batimetrice ale lacului. Dacă rezultatele măsurătorilor nu vor confirma un
model de prognoză valid se va recala modelul de calcul.
6. CALCULUL ECONOMIC PENTRU DECOLMATARE FOLOSIND
METODA DRAGĂRII
După apariţia fenomenului de colmatare a acumulării Zigoneni, regimul de exploatare
al amenajării hidroenergetice s-a modificat, efectul unui astfel de regim de exploatare va
conduce la înfundarea golirii de fund şi blocarea prizei de apă.
Prin lucrările propuse se vor asigura următoarele:
29
- refacerea volumelor din lacul Zigoneni;
- asigurarea exploatării prizei energetice în condiţii normale de funcţionare;
- funcţionarea turbinelor în condiţii normale prin reducerea abraziunilor datorate
particulelor solide în suspensie din debitul de apă turbinat.
6.1.1. Considerații teoretice
Soluţia tehnică propusă constă în realizarea lucrărilor de excavare cu utilaj de dragaj.
Ţinând cont de condiţiile locale, lucrarea propune tehnologia de excavare sub nivelul apei cu
dragă electrică absorbant-refulantă, cu transportul materialului excavat prin conduct, în
depozit temporar.
6.1.2. Tehnologia de depunere în depozite de suprafaţă.
6.1.3. Utilajul de dragare și conducta de refulare
Pentru realizarea decolmatării lacului Zigoneni, lucrarea propune o minidragă, care
datorită dimensiunilor şi a productivităţii orare permite realizarea volumului de săpătură în
cca. 4 luni.
Q =640 mc/h ; η=63%
Productivitate medie teoretică : 640 mc/h x 0.63 ≈ 403,2 mc material excavat.
Pentru lacul Zigoneni , rezultă :
T= 177.700,020 / 403 mc/h ≈ 441 ore / 8ore / zi = 55,1 zile
În realitate, aşa cum se poate vedea şi din tehnologia de execuţie, randamentul real
este mai scăzut, şi este influenţat de mai mulţi factori, dintre care cel mai semnificativ îl
reprezintă natura materialului dragat.În calcul se va dubla numărul orelor de funcționare.
6.2. Legislație folosită
Pentru întocmirea calcului tehnico-economic privind realizarea decolmatări prin
metoda dragării, s-a luat în considerare legislația actuală și anume :
Hotărârea nr. 28 din 9 ianuarie 2008 privind aprobarea conţinutului-cadru al
documentaţiei tehnico-economice aferente investiţiilorpublice, precum şi a
structurii şi metodologiei de elaborare a devizului general pentruobiective de
investiţii şi lucrări de intervenţiipublicată în Monitorul Oficial nr. 48 din 22
ianuarie 2008 [64]
Ordinul nr. 863 din 02/07/2008 pentru aprobarea "Instrucțiunilor de aplicare a
unor prevederi din Hotărârea Guvernului nr. 28/2008, privind aprobarea
conținutului-cadrual documentațieitehnico-economice aferente investițiilor
publice, precum și a structurii și metodologiei de elaborare a devizului general
pentru obiective de investiții și lucrări de intervenții. [65]
Cantitățile de lucrări necesare realizării calculului sunt prezentate în lista anexă nr.1.
Așa cum rezultă din devizul general, costul decolmatării este de 1.036.402,98 lei .Acesta nu
conține și valoarea energiei electrice necesare funcționării motorului pompei.
Rezultatele calcului tehnic-o economic sunt prezentate în listele anexe nr. 2
30
În lucrare se propune ca energia electrică necesară funcționării motorul pompei să fie
furnizată din Centrala Zigoneni printr-un post de transformare 6/0.4 kV, fără a se lua în
calcul pierderile de energie prin acesta.
Tabel 6.2. Producția lunară CHE Zigoneni 2009 - 2011 în MWh
CHE Anul Luna
Total
an Ian. Feb. Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Sept. Oct. Nov. Dec.
Zigoneni
2009 2261 1597 2452 1282 3221 2077 1652 3665 2616 2250 2252 3170 28495
2010 2027 2606 2933 2573 2818 3680 4171 3423 3246 5757 3030 2831 39095
2011 3050 3520 3354 2586 3047 2173 2067 2482 1779 1059 1440 1206 27763
Figura 6.1. Producția lunară de energie electrică – CHE Zigoneni
Figura 6.2. Producția anuală de energie electrică – CHE Zigoneni
Rezultă faptul că energia electrică necesară dragării reprezintă 0,29 % din energia produsă de
CHE Zigoneni, în cazul în care se ia în calcul, mediei energiei produse în perioada 2009-
2011.
31
7. CONCLUZII, CONTRIBUȚII ȘI PERSPECTIVE
7.1. Concluzii generale
Teza de doctorat abordează probleme legate de fenomenul colmatării și decolmatării
lacurilor de acumulare.
Problema colmatării lacurilor de acumulare trebuie abordată astfel încât să rezolve
principalele efecte negative provocate de apariția acestui fenomen.
Principalul inconvenient al colmatării unui lac de acumulare îl constitue pierderea
volumului util. Aportul de aluviuni influențează în mod direct durata de utilizare a unui lac de
acumulare, astfel, cu cât acesta depășeste mai repede capacitatea proiectată, cu atât mai
repede ii scade capacitatea utilă.
Blocarea prizelor sau golirilor lacurilor de acumulare reprezintă o consecință directă
a colmatărilor. Asemenea situaţii pot să apară mai ales la barajele situate în văi înguste, cu
versanţi abrupţi, unde înălţimea depozitelor creşte cu rapiditate. De exemplu, la acumularea
Vâlsan, au fost necesare lucrări de decolmatare în fața prizei energetice și golirii de fund,
aceasta din urmă fiind blocată de material aluvionar.
Supraînălţările de niveluri apărute în amonte de lac, în special în coada lacului, se
datorează remuului. Datorită supraînălţărilor de niveluri care apar în amonte de lacuri, crește
riscul de inundabilitate a zonei limitrofe şi pot fi afectate îndiguirile din amonte.
Un alt efect negativ îl reprezintă apariția deformărilor albiilor în aval de lacuri,
datorate fenomenului de afluire, ce se produce imediat în aval de baraj, ce conduce la
coborârea nivelului albiei şi la o creștere a acestuia pe sectorul următor, datorită aluviunilor
depuse.
Alterarea calităţii apei reprezintă consecinţă indirectă a colmatării aluviunile depuse
în lacul de acumulare, putând conduce la consecințe din cele mai grave asupra mediului
înconjurător.
Tranzitarea, prin echipamentele hidromecanice aferente unei amenajări energetice, a
apei cu turbiditate ridicată datorată colmatarii acumulărilor, poate conduce la apariția
abraziunilor. De asemenea poate conduce şi la înfundarea filtrelor, conductelor etc.
O consecinţă negativă este lipsirea terenurilor agricole afectate de inundaţii de
substanţe fertilizatoare conţinute în aceste revărsări periodice de apă.
Creșterea treptată a depunerilor de aluviuni la coada lacului conduce la un alt rezultat
defavorabil fenomenului colmatării, și anume la dezvoltarea zonelor deltaice.
32
Un impact negativ este și apariția prafului, produs prin eroziunea eoliană a
aluviunilor depuse sau supraînălțate la coada lacului, zonă supusă supusă secării în timpul
scăderii nivelului apei în acumulare.
Datorită colmatării, la coada lacului, poate apărea îngreunarea condiţiilor de navigaţie
şi formarea zăpoarelor.
În ceea ce privește decolmatarea lacurilor de acumulare, problema este foarte complexă
necesitând studii elaborate în acest sens. Studiile trebuie să cuprindă atât măsurile preventive,
care să înlăture cauzele, cât și măsurile curative, care sa elimine efectele colmatării.
Decolmatarea acumulărilor de apă este foarte costisitoare, dar lipsa unor măsuri în
vederea măririi duratei lor de funcţionare va conduce, într-un final, la scoaterea acestora din
folosință.
În continuare, sunt analizate succint principalele cercetări și rezultate obținute de
autor, pe capitole din prezenta lucrare.
În capitolul 1 s-a justificat oportunitatea lucrării, subliniindu-se problematica
fenomenului colmatarii, precum și principalele direcții de abordare a subiectului pe plan
național și internațional.
Capitolul 2, destinat noțiunilor teoretice privind transportul aluvionar și colmatarea
lacurilor de acumulare, a prezentat, pe lângă noțiunile generale ale acestora, și aspecte privind
evoluţia şi dinamica procesului de colmatare. Pentru înţelegerea acestui proces trebuie plecat
de la sursele aluviunilor depuse într-un lac (bazinul de recepţie aferent lacului şi reţeaua
hidrografică) şi trebuie să se ţină seama de cele două forme de aport solid şi anume: debitul
solid târât şi debitul solid în suspensie. De asemenea, au fost expuşi și indicatorii sistemici ai
procesului colmatării.
În capitolul 3 au fost descrise metode pentru prevenirea colmatării lacurilor de
acumulare și măsuri privind decolmatarea acestora, fiind detaliate mijloacele de combatere,
măsurile preventive care acţionează asupra cauzelor colmatării perecum și măsurile curative
ce vizează efectele colmatării acumulărilor de apă. În legatură cu mijlocele preventive, au
fost evidențiate măsurile ce se iau asupra locului de provenienţă, ce au ca scop prevenirea
şi/sau reducerea procesului de eroziune a solului de pe întregul bazin de recepţie, atât ca
eroziune de suprafaţă, cât şi ca eroziune de adâncime, dar și măsurile luate asupra zonei de
transport, prin lucrări de protejare a albiilor, în special a malurilor; precum și cele asupra
locului de depunere, prin asigurarea unui volum suficient pentru sedimentare sau prin
tranzitarea prin acumulări a unui procent cât mai mare de aluviuni. În continuare s-au descris
măsurile curative aplicate pentru decolmatare.
În capitolul 4 s-a prezentat metodologia privind prognoza colmatării, cuprinzând
noțiuni despre exploatarea lacurilor de acumulare, tehnici de măsurare a adâncimii apei ce
utilizează echipamente de măsură mecanice și electronice. De asemenea au fost redate
33
metodele de determinare a coordonatelor geografice necesare calcului volumului de aluviuni
dintr-o acumulare.
Capitolul 5 a fost destinat prezentării unui studiu de caz care a vizat evaluarea
colmatării lacului de acumulare. Au fost descrise caracteristicile constructive ale amenajării
Zigoneni, regimurile de funcționare ale acumulării, modalitatea de determinare a volumului
colmatat, fiind prezentate rezultatele măsurătorilor topo-batrimetrice efectuate între anii 1996
și 2011, precum și calculul volumului colmatării pentru fiecare an în care aceste măsurători
au fost efectuate. De asemenea, s-a precizat modelul de calcul utilizat pentru prognoza
colmatării, etapele evaluării gradului de colmatare, datele de baza utilizate, calarea modelului
și aplicarea modelului pentru determinarea gradului de colmatare
Capitolul 6 completează teza printr-un calculul economic pentru decolmatare
folosind metoda dragării. Aici s-au arătat ipotezele de lucru, legislația specifică în domeniu,
precum și rularea într-un soft specializat, a lucrărilor necesare în vederea evidențierii
cheltuililor necesare decolmatării.
Capitolul 7 prezintă concluzii, contribuții și perspective. De asemenea, se fac
propuneri privind dezvoltările ulterioare ale unor elemente ale tezei.
Modelarea transportului de sedimente este un proces dificil, datorită faptului că datele
utilizate pentru prognoza transportului de sedimente și a schimbărilor în patul albiei unui râu
sau a unui lac de acumulare sunt extrem de sensibile la o gamă foarte largă de parametri
fizici.
Lucrarea a încearcat să dea un răspuns problemelor legate de colmatarea și
decolmatarea lacurilor de acumulare. Studiul de caz prezentat reprezintă un model de calcul
(prognoza) privind colmatarea lacurilor de acumulare, precum și evidențierea costurilor
necesare decolmatării acumulării studiate prin utilizarea unei metode aleasă de autor.
7.2. Contribuții originale
Contribuțiile originale privind problematica abordată în cadrul lucrării „Cercetări
privind colmatarea şi decolmatarea lacurilor de acumulare”sunt:
- Analiza critică a principalelor metode de determinare a volumului lacurilor de
acumulare.
- Analiza critică a principalelor măsuri privind prevenirea colmatării lacurilor de
acumulare și a măsurilor de decolmatrare a acestora.
- Propunerea și realizarea unei metodologii de prognoză a fenomenului colmatării
lacurilor de acumulare, în baza datelor de proiectare și exploatare a amenajării, și a
rezultatelor măsurătorile topo-batimetrice efectuate periodic. Modelul de prognoză
propus, privind colmatarea, poate fi folosit de autoritățile competente în domeniu, ca
instrument de decizie și planificare. Modelul de prognoză poate furniza pe termen
lung tendințe regionale.
- Analiza și interpretarea rezultatelor măsurătorile topo-batimetrice efectuate în anii
2009 și 2011 la acumularea Zigoneni, date necesare pentru realizarea modelului
propus.
34
- Realizarea unui studiu de caz pentru problematica abordată în teza de doctorat, care
prezintă modalitatea de evaluare a colmatării unui lac de acumulare. Acest studiu de
caz se referă la acumularea Zigoneni de pe râul Argeș.
- Elaborarea unui calcul tehnico-economic, privind decolmatarea parțială a lacului de
acumulare Zigoneni, realizat în conformitate cu legislația actuală, al cărui rezultat
poate conduce deasemenea la luarea unor decizii, cu privire la exploatarea durabilă a
amenajării.
- Alegerea metodei dragării, în vederea decolmatării parțiale a acumularii. Punerea în
aplicare a acestei metode, presupune durată redusă petru obținerea obiectivului
propus, costuri mici, fără afectarea principalei folosințe a lacului de acumulare și
anume producerea de energie electrică.
7.3. Direcții de cercetare pentru viitor
Domeniul în care a fost elaborată lucrarea de doctorat este de mare actualitate și
reprezintă o problemă majoră în domeniul gospodăriilor de apă, astfel încât oferă multe
posibilităţi cercetărilor ulterioare.
Direcţiile de cercetare pentru viitor legate de colmatarea și decolmatarea lacurilor de
acumulare se pot grupa astfel:
- elaboararea de planuri și măsuri preventive apariției colmatării;
- stabilirea unor măsuri de atenuare a fenomenului colmatării;
- găsirea unor metode de prognoză a colmatării, necesare atăt în proiectare căt și în
exploatarea lacurilor de acumulare
- întocmirea unor metodologii de evaluare a consecințelor negative produse de
colmatare
- realizarea unei baze de date privind stadiul actual al fenomenului colmatării;
- dezvoltarea de metode de măsurare a volumelor colmatate;
- evaluarea metodelor curative în vederea stabilirii soluției optime pentru decolmatare;
- realizarea de studii privind impactul asupra mediului;
- dezvoltarea continuă a cooperării autorităților implicate în gestiunea amenajărilor de
apă.
BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ
[1] Aşman, I. D. – Efectul colmatării lacurilor de acumulare asupra tranzitării viiturilor,
Teză de doctorat, Facultatea de Hidrotehnică, UTCB, Bucureşti, 2007
[4] Constantinescu, A., Grigorescu, S.D., Constantinescu D.C., Ionescu I.,– Măsurarea
adâncimii apei în bazinele de acumulare, utilizând metode batimetrice, U.P.B.,
Workshop: Tehnici decizionale inteligente, Editura Nouă, 2006
[5] Constantinescu, A., Constantinescu, D.P., Constantinescu, D.C., – Analiza erorilor şi
interpolarea datelor în batimetria lacurilor de baraj, Tehnologiile Energiei nr. 2/2007
35
[10] Dumitru, A., Constantinescu, A., Constantinescu, D.C., – Tehnici de măsurare a
adâncimii apei, Buletinul tehnico-ştiinţific al Icemenerg, Editura ICEMENERG, 2006
[14] Giurma, I. – Colmatarea lacurilor de acumulare, Editura *H*G*A*, București,1997
[17] Grudnicky, F., Ciornei, I,. – Amenajarea bazinelor hidrografice torențiale prin
lucrări specifice, partea a III-a Lucrări hidrotehnice de amenajare a bazinelor
hidrografice torențiale, suport de curs Universitatea Ștefan cel Mare-Facultatea de
Silvicultură,2007
[20] Ichim, I., Radoane, M., – Efectul barajelor în dinamica reliefului. Editura Academiei,
Bucureşti, 1986
[21] Ilina C., Popovici A. – Documentantație documentație privind regulamentul de
exploatare al acumulării Zigoneni pe râul Argeș, în vederea obținerii autorizației de
gospodărirea apelor, București, 2011
[22] Ionescu, I, Grigorescu, S. D., Constantinescu, D., Constantinescu, A., Racoviţan, I.,
Dumitru, A., Constantinescu, M. – Metode telematice pentru determinarea rezervei
strategice de apă din lacurile de acumulare, Editura Icemenerg, 2005
[23] Ionescu I.,Racovițan, I., – Determinarea rezervei strategice de apă din lacurile de
acumulare prin metode telematice și analiza gradului de colmatare, contract
Icemenerg nr.5546/2005
[28] Luca, B. A., Luca, V. O., Haşegan, L. V. - Hidraulică specială. Noțiuni teoretice şi
aplicaţii, Editura Printech,Bucureşti, 2008
[30] Luca, O.,Tatu, G., Petrescu V.– Hidrodinamica cursurilor de apă, Editura.UTCB,
1998
[31] Luca, O., B. A. Luca – Hidraulica Construcțiilor, Editura Orizonturi Universitare,
Timisoara, 2002
[32] Lungu, A. - Curgeri bifazice în sisteme hidraulice cu suprafaţă liberă, Teză de
doctorat, Facultatea de Hidrotehnică, UTCB, Bucureşti, 2007
[47] Predescu Teodora C. – Cercetari asupra proceselor aluvionare in albii naturaleș și
amenajate – Teza de doctorat, UTCB, Bucuresti 1998
[50] Rădoane, M – Tendințe în dinamica actuală a albiilor minore ale râurilor din
Romania -Raport de cercetare Grant A448, Revista de Politica Științei și
Scientometrie, Număr special, București 2005
[51] Rădoane, M., Rădoane, N., – Impactul construcțiilor hidrotehnice asupra dinamicii
reliefului, Riscuri și catastrofe, Cluj, 2003
36
[53] Popovici, G., Codreanu, M.,Dănuț, M., Taus, M., – Amenajarea hidrotehnică a
formațiunilor torențiale, Editura Bren, București, 2008
[57] Stematiu, D., – Amenajări hidroenergetice, Editura Conspres, București, 2008
[59] Tatu, G. – Sisteme hidraulice în regim tranzitoriu, Editura Conspress,UTCB,
București, 1995
[60] Vanoni, V, A., – Sedimentation Engineering, Editura ASCE,USA 2006
[61] *** I.T.I – Istrucțiuni Tehnice interne S.H Curtea de Argeș – CHE Zigoneni, partea
de constructii și echipament hidromecanice, 2012.
[62] *** I.T.I – Istrucțiuni Tehnice interne S.H Curtea de Argeș – CHEMP Sinaia 0,
Instalaţii şi construcţii hidrotehnice, 2013
[63] *** Hotărârea nr. 28 din 9 ianuarie 2008 privind aprobarea conţinutului-cadru al
documentaţiei tehnico-economice aferente investiţiilor publice, precum şi a structurii
şi metodologiei de elaborare a devizului general pentru obiective de investiţii şi
lucrări de intervenţii publicată în Monitorul Oficial nr. 48 din 22 ianuarie 2008
[64] *** Ordinul nr. 863 din 02/07/2008 pentru aprobarea "Instrucțiunilor de aplicare a
unor prevederi din Hotărârea Guvernului nr. 28/2008, privind aprobarea
conținutului-cadrual documentației tehnico-economice aferente investițiilor publice,
precum și a structurii și metodologiei de elaborare a devizului general pentru
obiective de investiții și lucrări de intervenții.
[65] *** Raport de exploatare S.H. Curtea de Argeș, 2012
[66] *** Situația gradului de colmatare a acumulărilor administrate de S.C
Hidroelectrica S.A, 2008
[67] *** Studiu privind debitul solid și granulometria aluviunilor râului Argeș amonte
Oiești până la Vidraru – Laboratorul de cercetări Stejaru, Suceva, contract 178/1992
[68] Studiu privind condițiile de explatare în siguranță a amenajărilor hidroenergetice,
funcție de gradul de colmatare al acumulărilor – Institutul de studii și proiectări
hidroenegetice, contract 4966/4820/2001
[69] *** US army corps of engineers - HEC-RAS, River analysis system user’s manual,
2009
[70] www.widocdeviz.ro
