INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic,...

188
CORINA ROSU GHEORGHE CRETU INUNDATII ACCIDENTALE Serie coordonatå de : Radu DROBOT Jean Pierre CARBONNEL S_JEP 09781/95 GESTION ET PROTECTION DE LA RESSOURCE EN EAU Editura *H*G*A*, Bucure¿ti 1998

Transcript of INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic,...

Page 1: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

CORINA ROSU GHEORGHE CRETU

INUNDATII ACCIDENTALE

Serie coordonatå de : Radu DROBOT Jean Pierre CARBONNEL S_JEP 09781/95 GESTION ET PROTECTION DE LA RESSOURCE EN EAU

Editura *H*G*A*, Bucure¿ti

1998

Page 2: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Responsabilitatea privind conţinutul prezentului volum

revine în întregime autorilor.

Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale ROŞU, CORINA Inundaţii accidentale / Roşu Corina, Creţu Gheorghe. – Bucureşti : Editura *H*G*A*, 1998 192 p. ; cm. Bibliogr. ISBN 973-98530-4-8 I. Creţu, Gheorghe

627.51

Redactor: Marina NEAGU coordonat de prof.univ. Iacint Manol

Copyr ight © 1998. Toate dreptur i le asupra acestei edi ţ i i

sunt rezervate Editur i i *H*G*A* - Bucureş t i .

[email protected]

Page 3: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

PREFAºÅ

Lucrarea de fa¡å î¿i propune o abordare globalå ¿i de detaliu a inunda¡iilor

produse de cedarea barajelor, denumite inunda¡ii accidentale. Ea are la bazå teza

de doctorat Contribu¡ii la studiul inunda¡iilor accidentale produse în sisteme

hidrotehnice (C. Ro¿u, 1998) ¿i înglobeazå prelegerile sus¡inute de autori în

cadrul cursurilor la Facultatea de Hidrotehnicå a Universitå¡ii Politehnica

Timi¿oara ¿i la ªcoala de Studii Academice Postuniversitare Ingineria

Resurselor de Apå, din Universitatea Tehnicå de Construc¡ii Bucure¿ti -

Facultatea de Hidrotehnicå.

Succesiunea capitolelor corespunde într-o oarecare måsurå etapelor pe care

le parcurge un studiu de inundabilitate accidentalå.

Sunt prezentate conceptul ¿i no¡iunile specifice viiturilor accidentale ¿i

men¡ionat ansamblul efectelor produse de aceste inunda¡ii.

Definind gradul de apårare ¿i riscul de inundare la inunda¡ii accidentale, sunt

detaliate metode de stabilire a acestora.

Având în vedere scenariile de rupere posibile, se prezintå modele teoretice

de calcul ale hidrografului în sec¡iunea cedårii ¿i modelele matematice de

transla¡ie a undei accidentale.

În ultima parte, prin studii de caz, sunt redate investiga¡iile ¿i cuantificarea

consecin¡elor inunda¡iilor produse de ruperea ipoteticå a unor baraje

Lucrarea se adreseazå atât inginerilor practicieni, cât ¿i studen¡ilor, cu

deosebire acelora care doresc så aprofundeze acest domeniu prin licen¡å ¿i studii

aprofundate.

Suntem recunoscåtori domnului profesor Radu Drobot de la Universitatea

Tehnicå de Construc¡ii Bucure¿ti, coordonatorul seriei de volume editate în

cadrul programului TEMPUS S-JEP 09781/95, pentru ini¡ativa de a elabora

aceastå lucrare ¿i pentru sprijinul financiar acordat.

Autorii

Page 4: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

5

CUPRINS 1. INUNDAºII NATURALE ªI ACCIDENTALE ............................................... 7 1.1. Efecte produse ................................................................................................. 9 1.2. Pagubele ¿i evaluarea lor ................................................................................. 11 1.3. Impactul cu mediul .......................................................................................... 18 2. SIGURANºÅ ªI RISC ÎN AMENAJÅRILE DE GOSPODÅRIRE

A APELOR ...........................................................................................................

22

2.1. Gradul de protec¡ie ¿i riscul de inundare în gospodårirea apelor ..................... 22 2.2. Risc ¿i siguran¡å în construc¡iile ¿i sistemele hidrotehnice .............................. 26 2.3. Analiza siguran¡ei barajelor bazatå pe risc ....................................................... 29 2.4. Supravegherea comportårii construc¡iilor hidrotehnice, ca mijloc de reducere a riscului de cedare ...........................................................................................

36

2.5. Avertizarea ¿i alarmarea în caz de accidente la construc¡iile hidrotehnice ....... 40 3. SCENARII PRIVIND CEDAREA CONSTRUCºIILOR

ªI SISTEMELOR HIDROTEHNICE ................................................................

44

3.1. Fenomene de cedare la baraje .......................................................................... 44 3.2. Analiza cauzelor de cedare a barajelor ............................................................. 54 3.2.1. Eroziuni în funda¡ii ¿i în corpul construc¡iilor ...................................... 55 3.2.2. Sufozii ¿i afuieri prin terenul de funda¡ie ¿i prin corpul construc¡iilor . 56 3.2.3. Fenomene generate de mi¿cårile seismice ............................................ 57 3.2.4. Presiuni hidrostatice în roca de fundare ................................................ 58 3.2.5. Depå¿irea capacitå¡ii de rezisten¡å a terenului ...................................... 59 3.2.6. Deversåri peste coronament .................................................................. 59 3.2.7. Depå¿irea capacitå¡ii de rezisten¡å a materialelor ................................. 60 3.2.8. Fenomene de îmbåtrânire a barajelor .................................................... 61 3.2.9. Alunecåri de versan¡i în lacurile de acumulare ..................................... 62 3.2.10. Alunecåri de versan¡i în albiile naturale ale cursurilor de apå ............ 62 3.2.11. Colmatåri de lacuri de acumulare ....................................................... 63 3.3. Scenarii privind ruperea barajelor .................................................................... 64 3.3.1. Scenarii privind ruperea barajelor din materiale locale ........................ 64 3.3.2. Scenarii privind ruperea la barajele din beton ...................................... 66 3.3.3. Scenarii privind accidentele la acumulåri ............................................. 68 3.3.4. Scenarii privind avariile în sistemele hidrotehnice ............................... 69 4. HIDROGRAFUL RUPERII ............................................................................... 70 4.1. Considera¡ii asupra undei de viiturå produså la ruperea unui baraj .................. 70 4.2. Calculul hidrografului ruperii ........................................................................... 73 4.2.1. Stabilirea hidrografului la ruperea unui baraj de påmânt ...................... 74 4.2.2. Determinarea hidrografului ruperii în cazul unor baraje de beton ........ 80

Page 5: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

6

5. PROPAGAREA VIITURILOR ACCIDENTALE ........................................... 85 5.1. Conceptul hidraulic. Metode de rezolvare a sistemului de ecua¡ii ................... 86 5.1.1. Principii ¿i solu¡ii .................................................................................. 86 5.1.2. Metode numerice utilizate în calculul propagårii undelor accidentale .. 93 5.2. Conceptul hidrologic ........................................................................................ 102 5.2.1. Metoda analiticå .................................................................................... 103 5.2.2. Modelul Muskingum ............................................................................ 104 6. MODELE MATEMATICE ªI MODELE EXPERIMENTALE ..................... 112 6.1. Modele matematice unidimensionale ............................................................... 113 6.2. Modele matematice bidimensionale ................................................................. 135 6.3. Modele experimentale ...................................................................................... 145 6.3.1. Cercetåri experimentale proprii ............................................................ 145 6.3.2. Alte cercetåri experimentale ................................................................. 154 7. STUDII DE CAZ .................................................................................................. 158 BIBLIOGRAFIE ...................................................................................................... 186

Page 6: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

1

INUNDAºII NATURALE ªI ACCIDENTALE

Datå fiind diversitatea defini¡iilor ¿i considera¡iilor legate de tematica abordatå (Teodorescu ¿.a., 1973, Cre¡u, 1976, Chiriac ¿.a., 1980, ªelårescu ¿i Podani, 1993) se considerå a fi necesare unele precizåri asupra conceptului ¿i caracteristicilor inunda¡iilor care så permitå o abordare unitarå neechivocå a cercetårilor ¿i rezultatelor acestora.

În acest context inunda¡ia reprezintå fenomenul prin care un anumit teritoriu este acoperit de apå ca urmare a ridicårii nivelului acesteia peste cota terenului.

Dintre clasificårile inunda¡iilor se re¡ine pentru interesul problemei analizate, clasificarea determinatå de cauzele care provoacå inunda¡iile:

• inunda¡ii naturale, determinate de un fenomen natural: cre¿terea nivelului, respectiv a debitului cursurilor de apå în urma precipita¡iilor ¿i/sau topirii zåpezilor; scurgerea apelor de pe versan¡i ¿i stagnarea pe anumite terenuri; împiedicarea scurgerii datoritå cre¿terii nivelului în emisar;

• inunda¡ii accidentale, determinate de cauze antropogene deci de ac¡iuni (con¿tiente sau nu) ale oamenilor: amenajåri în bazinul hidrografic care pot duce la o amplificare a debitelor maxime naturale; amenajåri de albii care stranguleazå sec¡iunea de scurgere; exploatarea necorespunzåtoare a descårcåtorilor de ape mari ai lacurilor de acumulare sau declan¿area unor fenomene noi prin avarierea sau ruperea construc¡iilor ¿i sistemelor hidrotehnice, în special a barajelor; alunecarea bruscå a versan¡ilor în acumulåri; cutremure induse de amenajåri.

În lucrare sunt studiate inunda¡iile provocate în urma unor accidente la baraje singulare sau dispuse în sisteme hidrotehnice.

Aceste inunda¡ii duc la o amplificare de ordinul zecilor sau chiar a sutelor de ori a efectelor produse de inunda¡iile naturale.

Pentru apårarea împotriva efectului distructiv al apelor mari se dispun în prezent de planuri de apårare la inunda¡ii naturale, întocmite pentru principalele bazine hidrografice din ¡arå, dar ¿i în profil teritorial, pe jude¡e ¿i pentru cele mai importante localitå¡i. Asupra planurilor existente pot fi fåcute atât observa¡ii de fond (în general nu au la bazå o concep¡ie integratå pe bazin), cât ¿i observa¡ii privind actualizarea lor. În ceea ce privesc barajele a existat deseori tendin¡a de a garanta o siguran¡å absolutå pentru structurile respective, cu alte cuvinte absen¡a totalå a riscului indicatå de coeficien¡ii de siguran¡å stabili¡i prin metode deterministe, în contrast cu cele probabiliste aplicate tot mai frecvent aståzi.

7

Page 7: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

În literatura de specialitate (ICOLD, 1995) se men¡ioneazå cå, procentul cedårilor de baraje în lume a scåzut în ultimii 40 de ani, de la 2,20% în cazul barajelor construite înainte de 1951 la mai pu¡in de 0,5% în cazul barajelor construite dupå 1951. Statisticile întocmite clasificå din mai multe puncte de vedere principalele cauze ale acestor avarii. Dintre acestea cedarea funda¡iei, capacitatea limitatå a descårcåtorilor ¿i într-o måsurå mai micå rezisten¡a mecanicå insuficientå de¡in ponderea.

Riscul de cedare al lucrårii este prezent în faza de execu¡ie ¿i în perioada primei umpleri ¿i se accentueazå în perioada de exploatare. Pagubele asociate sunt modeste în faza de execu¡ie, reprezentând 1...6% din costul barajului, variazå între 25% pânå la câteva zeci de ori costul barajului, în timpul primei umpleri ¿i ating valoarea maximå când cedarea se produce în perioada de exploatare.

Ultimii ani au fåcut posibilå publicarea datelor legate de avariile ¿i ruperile barajelor din ¡ara noastrå, ceea ce a permis o analizå ¿i o opinie publicå asupra lor.

Concluzia care se desprinde, ¡inând cont ¿i de cazurile relativ recente, cel al cedårii barajului Belci (iunie 1991), avaria produså la amenajarea Teleagd, pe Cri¿ (februarie 1992) sau fisurarea cu o bre¿å centralå de 2...3 m a barajului Cornå¡e¿ti - Olt (aprilie 1997) este aceea cå de¿i ne situåm în ansamblu sub media mondialå a avariilor se poate face o similitudine cu cazuistica acestora. Aceasta favorizeazå aplicarea ¿i dezvoltarea cercetårilor teoretice ¿i experimentale pentru amenajårile din ¡ara noastrå.

Studiile de gospodårire a apelor, privind inunda¡iile produse de avarierea ¿i ruperea barajelor (inunda¡ii accidentale) reprezintå o necesitate, având în vedere consecin¡ele pe care le pot avea aceste fenomene asupra zonelor afectate. Semnificativå este atât perioada execu¡iei dar mai ales cea a exploatårii, cu parametri ce variazå în timp.

Variabilitatea parametrilor de exploatare, suprapuså cu cre¿terea gradului de împotmolire a lacurilor, cu îmbåtrânirea acestora ¿i a construc¡iilor aferente fac nu numai necesarå dar ¿i oportunå întocmirea acestor studii. Ele, de¿i se pot baza pe o bogatå literaturå în domeniu nu dispun de o metodologie unitarå, care så reflecte complexitatea fenomenului, ceea ce impune ¿i o dezvoltare a cercetårii specifice.

Prin studiile de gospodårire a apelor privind viiturile accidentale se simuleazå cotele, vitezele ¿i timpii de parcurs ai undei pentru diferite ipoteze de rupere posibile, stabilindu-se zonele inundate ¿i impactul cu mediu. Pe baza lor este posibilå o corectå ¿i completå întocmire a planurilor de apårare împotriva inunda¡iilor, pe bazine hidrografice ¿i în cadrul sistemelor hidrotehnice ¿i a planurilor de avertizare-alarmare a obiectivelor social-economice situate în aval de lacurile de acumulare.

Existå unele reglementåri (Legea 107/1996, Legea 124/1995) legate de apårarea împotriva inunda¡iilor, fenomenelor meteorologice periculoase ¿i accidentelor la construc¡iile hidrotehnice care stabilesc cadrul unei activitå¡i de

8

Page 8: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

interes na¡ional, impuså de implica¡iile negative sociale, economice ¿i ecologice pe care aceste fenomene le pot produce. Nu existå o metodologie, norme, normative ¿i/sau recomandåri ale unor modele de calcul care så permitå o abordare unitarå ¿i completå a inunda¡iilor accidentale ¿i impactului acestora în mediu. Este acceptatå pretutindeni azi ideea cå studiile de gospodårire a apelor privind inunda¡iile accidentale fac parte din a¿a numita strategie de protec¡ie civilå.

Aceste studii au nevoie de o bazå de date ¿i informa¡ii, de cercetåri teoretice ¿i experimentale care så facå posibilå simularea matematicå ¿i fizicå a unor fenomene probabile, într-un scenariu dat. Practic sunt necesare: analiza generalå a cazuisticii avariilor ¿i determinarea pe aceastå bazå a scenariilor posibile ale ruperii; cercetåri teoretice de abordare hidrologicå ¿i hidraulicå a fenomenelor; stabilirea unor metodologii adoptând modele corespunzåtoare de calcul al hidrografului ruperii ¿i propagårii undei de viiturå; studii pe model fizic care så facå posibilå simularea procesului în ansamblu ¿i de detaliu, confirmarea unor ipoteze ¿i încadåri teoretice, verificarea rezultatelor ob¡inute (debite, niveluri de inunda¡ie, viteze ¿i timpi de propagare) în multiple variante posibile cu cazurile cunoscute; studii de caz.

1.1. EFECTELE PRODUSE

Viiturile naturale creazå condi¡ii specifice de cadru natural, aflat în echilibru ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural al zonei. Fårå îndoialå cå nu poate fi promovatå ideea conservårii condi¡iilor naturale de inundabilitate în ac¡iunile de protec¡ie a mediului. Cu atât mai mult o astfel de problemå nu poate fi puså în cazul inunda¡iilor accidentale, în condi¡iile în care chiar producerea lor creazå un dezechilibru ecologic. Ca atare, nici reducerea efectelor inunda¡iilor accidentale la cele naturale nu este o solu¡ie.

Impactul inunda¡iilor accidentale cu mediu este de scurtå duratå (ac¡iune pe termen scurt), råspunsul acestuia (consecin¡ele) este înså pe termen lung.

În toate cazurile se impune o analizå a modului în care func¡iile ecologice ale zonelor poten¡ial inundabile se modificå, dispar ¿i apar altele noi.

Masele de apå imense antrenate în avalul sec¡iunii de rupere, la înål¡imi ce pot depå¿i pe cele ale caselor de ¡arå ¿i la viteze de câteva zeci de ori mai mari decât cele ale scurgerii medii naturale produc importante efecte ecologice asupra mediului, într-o zonå extrem de întinså, mult peste cea poten¡ial inundabilå natural. Scurgerea de ¿iroire pe suprafe¡e mari antreneazå cantitå¡i importante de substan¡e poluante de la suprafa¡a solului, prin inundarea depozitelor de reziduuri, a canalizårilor, a sta¡iilor de epurare, putând produce o poluarea bacteriologicå inexistentå într-un spa¡iu hidrografic amenajat, la o viiturå naturalå. În aceste condi¡ii sunt evidente consecin¡ele asupra folosin¡elor de apå,

9

Page 9: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

în special a celor care impun limite stricte din punct de vedere sanitar (alimentarea cu apå a popula¡iei, a industriilor alimentare, etc.). Ulterior producerii viiturilor accidentale este favorizatå într-o mare måsurå apari¡ia de boli endemice, create prin vectori purtåtori (¡ân¡ari, melci), a cåror råspândire este strâns legatå de mediul acvatic specific (ape ståtåtoare sau curgåtoare cu viteze mici, zone mlå¿tinoase, canale nåpådite de vegeta¡ie).

Modificarea biotopului zonelor inundate determinå dezvoltarea nu numai a vectorilor purtåtori ci ¿i a altor organisme, influen¡ând condi¡iile de via¡å ale animalelor (påsåri, pe¿ti mamifere insectivore).

Alunecårile de teren, depunerile solide în avalul acumulårilor cu grad ridicat de împotmolire sunt alte efecte ale inunda¡iilor accidentale asupra mediului ce trebuiesc luate în considerare. Dacå în cazul inunda¡iilor naturale, depunerile din albia majorå pot avea un efect fertilizant, în cazul inunda¡iilor accidentale, efectele, atât cel direct cât ¿i cele secundare sunt în general inverse (grosimea ¿i extinderea depunerilor fiind mult mai importantå).

Consecin¡e indirecte au inunda¡iile ¿i asupra apelor subterane. Inunda¡iile naturale periodice au adesea func¡ia de împrospåtare a rezervelor de apå subteranå din luncå fiind frecvent utilizate pentru alimentårile cu apå. În contrast, inunda¡iile accidentale, prin ridicarea nivelului apelor subterane ¿i peste cota terenului determinå un exces de umiditate chiar ¿i în zone neafectate direct de scurgerea de suprafa¡å, cu efecte negative asupra recoltelor, subsolurilor clådirilor, terenurilor de funda¡ie, etc.

Efectele ecologice ale inunda¡iilor, în general ¿i a celor accidentale, în special trebuie så constituie în consecin¡å unul dintre criteriile de întocmire a schemei de amenajare a unui bazin (subbazin) hidrografic, de amplasare a obiectivelor ¿i de luare a unor måsuri specifice în zonele ce pot fi afectate.

Efectele sociale negative legate de inuda¡iile accidentale, greu de cuantificat sunt cu mult mai grave decât cele legate de inunda¡iile naturale ¿i acestea de multe ori dezastruoase. Ecartul lor este extrem de larg, de la întreruperea activitå¡ii normale, distrugerea de bunuri (valori culturale), la evacuarea popula¡iei din zonele calamitate, cu starea de panicå creatå, la înregistrarea unor îmbolnåviri, chiar epidemii, subnutri¡ie în zonele sinistrate, pânå la pierderea de vie¡i omene¿ti. În acela¿i timp efectele ecologice pot prelungi în timp consecin¡ele negative, determinând efecte sociale suplimentare.

De¿i în 1986 într-o comunicare prezentatå la Simpozionul de gospodårire a apelor de la Re¿i¡a (Cre¡u, 1986) se atrågea aten¡ia asupra efectelor nefavorabile ecologice, sociale si economice ale inunda¡iilor accidentale în impact cu mediu, în 1987 apårând ¿i primele reglementåri ale CNA, iar în 1992, Hotårârea de Guvern 615, care aprobå regulamentul de apårare împotriva inunda¡iilor, pu¡ine dintre amenajårile existente dispun de studii corespunzåtoare. Strâns legate de aceste studii sunt ¿i måsurile, întregul concept ce se impune pentru realizarea unor sisteme moderne informa¡ionale, de avertizare-alarmare, organizarea ¿i

10

Page 10: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

func¡ionarea serviciilor de specialitate, precum ¿i instruirea popula¡iei din zonele poten¡ial afectate.

Alåturi de efectele ecologice ¿i sociale trebuie luate în considerare efectele economice produse de inunda¡iile accidentale determinate de distrugerea clådirilor, spa¡iilor comerciale, industriale ¿i agricole, podurilor ¿i ¿oselelor, barajelor ¿i structurilor asociate, transporturilor, râurilor.

Efectele ecologice, sociale ¿i economice pot fi materializate prin pagube.

1.2. PAGUBE ªI EVALUAREA LOR

O clasificare a categoriilor pagubelor a fost datå de Ward ¿i este redatå în schema de mai jos (Binnie & Partners, 1991).

Pagube produse de viiturå accidentalå

Tangibile

Mårimea pagubelor depinde de: • gradul de dezvoltare socio-economicå ¿i den

afectat; • caracteristicile undelor de viiturå: debite, nivel

deplasare, înal¡imea coloanei de apå, lungimea ¿i

Este necesarå o analizå a mårimii pagubelor poto inunda¡ie accidentalå într-un moment viitor t lafectate în acel moment).

( ) ,rPP t+= 10

unde:

r este ritmul de dezvoltare al zonei;

P0 - paguba actualå.

11

Intangibile ex: stare de anxietate, boli

Directe ex: pagube fizice datorate for¡ei de distrugere a apei

Indirecte ex: pierderea produc¡iei,întreruperea traficului

sitatea popula¡iei în teritoriu

uri, volume, duratå, vitezå de grosimea stratului de depuneri.

en¡iale (pagube provocate de a gradul de dotare al zonei

(1.1)

Page 11: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

For¡a de distrugere a undei de viiturå se modificå pe måsurå ce unda se deplaseazå în aval (Binnie & Partners, 1991).

În apropierea barajului unde adâncimile apei ¿i vitezele sunt mari, pagubele sunt severe. Clådirile, podurile, copacii, autovehiculele sunt spålate de viiturå låsând în urmå o suprafa¡å devastatå. În raportul lui Jessup legat de ruperea barajului Baldwin Hills, Los Angeles, 1963, viitura a distrus 100 de blocuri de locuit; a såpat canale în stråzi; a înecat conductele de canalizare, gaz ¿i drenurile; a dizlocat liniile electrice si telefonice. Casele cele mai apropiate de baraj s-au dezintegrat pur ¿i simplu ¿i au dispårut când unda de viiturå le-a lovit cu toatå puterea. În 1985, Gerard precizeazå cå un martor ocular la dezastrul produs prin ruperea unui baraj în Partea de nord a ºårii Galilor, 1925, a descris fenomenul în urmåtorul mod: O avalan¿å de apå s-a abåtut în aval peste sat. Împreunå cu ea a venit o canonadå de blocuri de piatrå imense. Câteva dintre acestea au fost estimate ulterior la o greutate de 20 tone fiecare. ... Multe case au dispårut. Nu a råmas nimic din Macho Terrace îngropat sub sute de tone de rocå."

În aval de baraj puterea de distrugere a viiturii scade, producând pagube, fårå înså a face så disparå clådiri. O parte din case au fost spålate, iar camerele au fost inundate pânå la tavan. (Harrison, 1864, descriind ruperea barajului Dale Dyke în Sheffield).

Existå, de asemenea, zone unde viteza apei este suficient de micå pentru a nu produce nici o pagubå. În aceste zone adâncimea apei ¿i cantitatea de depuneri sunt principalii factori care se iau în considerare pentru determinarea viiturii. Un martor ocular care se gåsea la 12 mile aval de acumulare Lawn Lake în momentul ruperii barajului spunea cå râul abia a început så se umfle, nu a existat nici un zid de apå .

Aceste trei categorii de pagube sunt numite în literatura de specialitate: • Distrugere totalå; • Distrugere par¡ialå; • Pagube datorate numai inunda¡iei.

Definirea zonelor afectate de viiturå (fig.1.1) se poate face pe baza parametrilor scurgerii ob¡inu¡i din rularea unui model ¿i a topografiei våii.

Se poate adopta una din metodele: • evaluare pe baza cercetårilor deja realizate; • modelare; • abordare teoreticå; • utilizarea informa¡iilor ob¡inute din cedårile petrecute în trecut.

12

Page 12: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 1.1. Zonele afectate de viitura rezultatå în urma ruperii barajului.

Rezultatele lui Black (fig.1.2) au fost ob¡inute în urma unei cercetåri

teoretice. El considerå efectele plutirii, presiunii hidrostatice ¿i dinamice asupra a 4 tipuri de clådiri (un nivel, un nivel cu demisol, douå nivele, douå nivele cu demisol), având în vedere combina¡ii ale adâncimii ¿i vitezei apei.

Curbele USACE (US Army Corps of Engineers) (fig.1.2) sunt construite pentru cazul scurgerilor ce ating viteze de pânå la 3 m/s, presupunând cå o clådire va fi spålatå de apå când apa depå¿e¿te o anumitå valoare (aproximativ 1,9 m/s pentru o clådire cu un nivel ¿i 2,3 m/s pentru o clådire cu 2 nivele). De exemplu, la o adâncime de 10 m a apei ¿i o vitezå de 1 m/s clådirea nu va ceda.

Combina¡ia propuså (fig.1.2) pentru definirea nivelului pagubelor în UK este produsul dintre adâncimea apei într-un punct d ¿i viteza medie în sec¡iune v.

Viteza tinde så varieze cu adâncimea de apå, iar pe mijlocul våii apare adâncimea ¿i viteza cea mai mare. Acest factor ia în considerare, în parte, varia¡ia vitezei în sec¡iunea transversalå ¿i folose¿te o medie a vitezei în sec¡iune.

Studiile de caz au produs limite pentru stabilirea celor trei zone care concordå cu rezultatele ob¡inute de unii cercetåtori. Criteriul recomandat pentru estimarea nivelelor pagubelor este:

13

Page 13: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 1.2. Criterii de comparare a zonarii suprafetelor afectate

de unda de rupere.

• Distrugere totalå:

.vd

;v

/sm7

m/s2

2>×

> (1.2)

• Distrugere par¡ialå:

(1.3)

.vd

v

/sm7/sm3

m/s;2

22 <×<

>

14

Page 14: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

• Inunda¡ii:

.vd

;v

/sm3

m/s2

2<×

< (1.4)

În cursul lunii iulie 1997 în bazinul hidrografic Bîrzava s-au produs douå

inunda¡ii ce au pus în pericol siguran¡a amenajårii hidrotehnice. Din fericire cele trei baraje cuprinse în amenajare nu au cedat, cu toate acestea efectele inunda¡iilor au fost destul de grave.

În perioada 6-24 iulie 1997 consecin¡ele inunda¡iei au fost: case avariate -10, case ¿i gospodårii inundate - 35, stråzi inundate - 6.

Caracteristicile inunda¡iei sunt adâncimea apei d = 1,6 m ¿i viteza medie în sec¡iune v = 2,7 m/s ¿i au fost preluate din Raportul din august 1997 al Comisiei jude¡ene Cara¿-Severin de Apårare impotriva Dezastrelor si din Studiul privind inunda¡iile produse de ruperea barajelor Gozna, Våliug, Secu ¿i Trei Ape (contract UPT, 119/1995).

Analizând efectele inunda¡iei ¿i produsul d x v = 4,32 m2/s putem admite cå

zona afectatå este o zonå distruså par¡ial, în conformitate cu criteriul recomandat în UK.

În perioada 25-30 iulie 1997 s-a produs o a doua inunda¡ie în aceea¿i zonå. Consecin¡ele ei au fost: persoane evacuate - 15, case spålate de ape - 65, ziduri de sprijin distruse - 300 m, alunecåri de teren - 100 cazuri, autovehicule duse de ape - 40. Adâncimea apei d a atins 2 m, iar viteza medie în sec¡iune v = 4,1 m/s.

Având în vedere consecin¡ele inunda¡iei ¿i produsul d x v = 8,2 m2/s se poate

admite cå zona afectatå de o astfel de inunda¡ie este o zonå de distrugere totalå, în conformitate cu acela¿i criteriu.

Datele ob¡inute în urma inunda¡iilor ce au avut loc în ultimii ani în mai multe zone din ¡arå permit extinderea cercetårilor efectuate pe un bazin hidrografic, la nivel na¡ional.

O apreciere valoricå extrem de dificilå este cea a victimelor umane. Problema ce nici nu putea fi puså în anii anteriori poate fi solu¡ionata în moduri diferite.

În estimarea poten¡ialului pierderilor de vie¡i omene¿ti în urma ruperii unui baraj trebuie parcurse 3 etape de bazå:

• determinarea popula¡iei supusa riscului; • estimarea lungimii ¿i efectului timpului de avertizare; • evaluarea mortalitå¡ii.

Evaluarea popula¡iei supuså riscului (PAR) ar trebui fåcutå luând în considerare locuitorii cu statut permanent sau temporar ai zonelor afectate.

15

Page 15: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Conversia numårului de locuitori supu¿i riscului (PAR) în numår de vie¡i poten¡ial a fi pierdute (LOL) în cazul unui anumit scenariu de rupere este dificilå. Un numår de factori influen¡eazå rela¡ia dintre acestea, cel mai important fiind avertizarea prin perioada dintre momentul avertizårii ¿i momentul producerii evenimentului.

US Bureau of Reclamation (USBR) a analizat consecin¡ele ruperii a 24 de baraje comparând pierderile de vie¡i omene¿ti înregistrate cu timpul de avertizare disponibil. Concluzia la care au ajuns a fost cå o reducere importantå a mortalitå¡ii se produce în cazul în care timpul de avertizare este mai mare decât 1,5 ore. Cu un timp de avertizare mai scurt de 1,5 ore orice evacuare este pu¡in probabil så fie duså complet la capåt. Este evident cå evacuarea depinde de planurile de avertizare-alarmare ¿i eficacitatea serviciilor de urgen¡å.

Rela¡iile recomandate de USBR sunt: • pentru timpul de avertizare mai mic de 1,5 ore:

,PARLOL ,600= (1.5) unde:

LOL este media numårului de mor¡i; PAR - numårul locuitorilor supu¿i la risc.

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

.PAR,LOL 00020= (1.6)

Aceste rela¡ii au un grad mare de aproxima¡ie dar cel pu¡in dau o valoare orientativå a pierderilor în condi¡iile în care la noi în ¡arå nu existå date care så permitå elaborarea unui procedeu propriu.

Valoarea în bani a unei vie¡i a fost calculatå prin diverse metode care au la bazå douå concepte. Unul utilizeazå veniturile pierdute datoritå unei mor¡i premature, iar celålalt dorin¡a de a plåti cu scopul reducerii consecin¡elor unei mor¡i premature.

Un sistem specific de asiguråri pentru locuitorii cu domiciliul în zonele poten¡ial afectate de inunda¡iile accidentale trebuie introdus ¿i la noi în ¡arå.

Acesta poate så aibå în vedere protec¡ia socialå a locuitorilor, diferen¡iatå poate doar în func¡ie de vârstå.

Existå o opinie conform cåreia nu trebuie admiså pierderea nici måcar a unei vie¡i. Dacå aceastå opinie ar fi acceptatå nici un baraj nu ar fi permis. Nici un baraj ¿i nici o structurå nu poate avea probabilitatea de cedare egalå cu zero. Oamenii riscå ¿i accepta riscurile în fiecare zi; nu este posibil så-l elimini. Încercårile de a-l elimina în cazul acumulårilor investind în scheme de siguran¡å a barajelor foarte costisitoare ¿i nejustificate ar diminua disponibilitatea fondurilor pentru alte programe de salvare. De aceea este nevoie de o metodå

16

Page 16: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

pentru a stabili ce programe de siguran¡å a barajelor ar trebui realizate ¿i cårui program ar trebui så i se acorde prioritate. Este de preferat ca pentru un anumit program de siguran¡å a barajului vie¡ile care sunt periclitate så fie estimate în func¡ie de costul la care se ridicå salvarea lor. Ideal ar fi så se compare cheltuielile care se fac pentru siguran¡a barajului cu cheltuielile prevåzute de alte programe care au scopul de a reduce riscul mortalitå¡ii (ex: programe de sånåtate, îmbunåtå¡irea ¿oselelor în scopul reducerii accidentelor).

Pentru stabilirea pagubelor este necesarå o analizå la nivelul fiecårei amena-jåri. La evaluarea pagubelor produse de inunda¡iile accidentale se recomandå utilizarea unor metode directe, ce implicå o evaluare analiticå laborioaså a obiectivelor inundabile ¿i stabilirea unor corela¡ii între pagube ¿i parametrii curgerii.

Valoarea pagubei:

P = P (zona afectatå de viitura accidentalå, (1.7)

obiectivele aferente zonei),

unde:

tipul zonei afectate de viitura accidentalå = f(N, Q, d, T);

N este nivelul apei; Q - debitul corespunzåtor; d - durata de inundare; T - momentul calendaristic.

În UK estimarea valoricå a pagubelor poten¡iale se face in func¡ie de nivelul detaliilor cerute pentru un anumit studiu de inundabilitate. Sunt utilizate una din urmåtoarele 3 metode pentru calcularea pagubei poten¡iale cu indici diferi¡i pentru fiecare zonå (de distrugere totalå, de distrugere par¡ialå ¿i inundatå).

Metoda 1: zona probabil a fi inundatå este reprezentatå pe o hartå în urma unei sondåri rapide a terenurilor afectate (Estimarea hectarelor de teren aflate în calea viiturii ¿i principalele categorii de clådiri existente).

Metoda 2: reprezentarea pe hartå a zonei probabil a fi inundatå ¿i numårul principalelor tipuri de clådiri (case de locuit, magazine, spa¡ii comerciale ¿i fabrici). O investigare la fa¡a locului ar trebui în mod normal realizatå.

Metoda 3: trasarea zonei probabil a fi inundatå pe hartå ¿i numårul principalelor proprietå¡i pe sub-tipuri (stilul de case, tipul de fabricå). Investigarea la fa¡a locului este recomandatå. Principalele clådiri sunt inventariate.

Indicii de cost pentru zonele afectate sunt revizui¡i tinând cont de infla¡ie ¿i actualiza¡i având în vedere schimbårile intervenite în starea clådirilor în timp.

Evaluarea inunda¡iilor produse în Romania face posibilå ¿i la noi stabilirea unor indici pe zone de distrugere. Aplicarea unei metodologii similare, simplå ¿i eficientå devine operantå în måsura în care se dispune de planuri de detaliu ale teritoriului.

17

Page 17: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

1.3. IMPACTUL CU MEDIUL

Se impun a fi analizate urmåtoarele elemente în vederea elaborårii unui studiu de impact, pentru obiective specifice de gospodårire a apelor:

• Amenajarea de gospodårire a apelor. Descriere. Caracteristici (actuale ¿i ale dezvoltårii propuse) cantitative si calitative;

• Func¡ionarea sistemului de gospodårire a apelor în cazul problemei analizate (inunda¡ii accidentale);

• Ac¡iunile sistemului de gospodårire a apelor asupra mediului; • Condi¡iile specifice de mediu existente, înainte ¿i dupå implementarea amenajårii; • Solu¡ii alternative pentru obiectivele propuse (dacå este cazul); • Costurile ¿i analiza costului/beneficiu de mediu; • Evaluarea impactului; • Luarea deciziei pe baza unui sistem unic de compara¡ie.

O schemå posibilå de evaluare a impactului asupra mediului determinat de inunda¡iile accidentale poate consta în:

• enumerarea ¿i estimarea cantitativå (de mårime) a efectelor directe (de ordin I) asupra mediului (apå, aer, sol, subsol, peisaj, patrimoniu, popula¡ie);

• aprecierea (identificarea) ¿i estimarea cantitativå a efectelor indirecte (de ordin II), posibile;

• estimarea calitativå (de importan¡å) a efectelor.

Se studiazå aplicarea adecvatå a teoriei jocurilor strategice la impactul inunda¡iilor accidentale asupra mediului.

Schema necesarå realizårii unei evaluåri globale a impactului inunda¡iilor accidentale asupra mediului este datå de sintetizarea rezultatelor, utilizând

matricea [1] a costurilor Cij (pagube, asiguråri etc.), având pe linie ac¡iunile n exercitate asupra mediului prin ruperea barajului, iar pe coloanå, efectele m, pozitive sau negative determinate de aceste ac¡iuni asupra factorilor de mediu (aer, apå, sol, subsol, peisaj, patrimoniu, popula¡ie) (C. Ro¿u, 1995).

Ac¡iunile specifice determinate de inunda¡iile provenite din cedarea unor baraje (dispuse pe linie) pot fi (Constantinescu ¿.a., 1991):

• inundarea anumitor suprafe¡e cu modificarea biotopului zonelor respective; • modificarea regimului hidric; • eroziuni ¿i sedimentåri; • modificåri hidrogeologice ¿i geologice (activitå¡i tectonice, seisme induse); • modificåri ale solului (alunecåri de teren, pierderea stabilitå¡ii versan¡ilor); • modificåri hidrografice ¿i în gospodårirea resurselor de apå;

18

Page 18: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

• acumulåri de materiale degradabile la contactul cu solul; • inundarea canalizårilor, sta¡iilor de epurare; • schimbåri ale caracteristicilor calitative ale apelor; • întreruperea unor activitå¡i economice, sociale, etc.

Efectele ecologice (dispuse pe coloanå) produc modificåri negative (pozitive):

• în caracteristicile fizico-chimice ale elementelor mediului (apå, aer, sol, subsol) prin antrenarea de substan¡e poluante de la suprafa¡a solului, prin antrenarea de reziduuri;

• prin poluare bacteriologicå asupra alimentårilor cu apå a popula¡iei, industriilor alimentare;

• în cond¡iile biologice (florå, faunå); • prin consecin¡ele indirecte asupra fertilizårii solului inundat cu depuneri,

asupra recoltelor, subsolurilor clådirilor, terenurilor de funda¡ie, etc.; • în interesele umane ¿i sociale (întreruperea activitå¡ilor normale,

distrugeri de bunuri ¿i valori culturale, starea de panicå ¿i evacuarea popula¡iei, apari¡ia ulterioarå a unor boli endemice, subnutri¡ie în zonele sinistrate ¿i chiar pierderi de vie¡i omene¿ti).

ac¡iuni

efecte 1 2 ... i ... n

[1] =

1 2 : j : m

ijC

ttanconsi

m

jijC

== ⎟⎟

⎜⎜

⎛∑

1

Costurile ( )ijC reprezintå interdependen¡a valoricå dintre ac¡iuni ¿i efectele

asupra mediului înconjuråtor, stabilite într-un sistem unitar. Se acordå fiecårui element un coeficient de pondere (p =1, ..., 10) în func¡ie de importan¡a lui, formându-se o nouå matrice [2].

Efectele ac¡iunii i asupra mediului vor fi date de rela¡ia:

(1.8) ,CpEm

jijiji ∑

==

1

19

Page 19: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

unde:

j=1,2,..., m;

i= constant (∀ i=1,2,..., n).

ac¡iuni

efecte 1 2 ... i ... n

[2] =

1 2 : j : m

ijijCp

Un anumit efect j, determinat de suprapunerea ac¡iunilor exercitate asupra mediului de obiectivul hidrotehnic este dat de rela¡ia:

(1.9) ,CpEn

iijijj ∑

==

1

unde:

i=1,2,..., n;

j=constant (∀ j=1,2,..., m).

Evaluarea cumulativå stabile¿te mårimea ¿i importan¡a influen¡elor inunda¡iilor accidentale. Efectul global al ac¡iunilor exercitate de cåtre obiectivul hidrotehnic, respectiv fenomenul considerat (inunda¡ii accidentale) este dat de rela¡ia:

.CpEi j

ijij∑∑= (1.10)

unde:

i=1,2,..., n;

j=1,2,..., m.

Aceastå evaluare permite o confruntare a opiniilor divergente, o urmårire a ra¡ionamentului parcurs ¿i o decizie corespunzåtoare.

În cazul unor studii de impact se poate pune problema analizei unor alternative (variante) pentru diferite solu¡ii de eliminare a efectelor ac¡iunilor. Se utilizeazå matricea [3] a costurilor (∑ jC a fiecårei ac¡iuni i) pe variante v, în

care pe linie sunt trecute ac¡iunile iar pe coloana variantele.

20

Page 20: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

ac¡iuni

variante 1 2 ... i ... n

[3] =

1 2 : k : v

( )

ikjC∑

Dând fiecårui element ( )

ikjC∑ un coeficient de pondere ∈ (0,1 ... 1,0) în

func¡ie de importan¡a lui, matricea [3] va deveni matricea [4]. ikp

ac¡iuni

variante 1 2 ... i ... n

[4] =

1 2 : k : v

( )

ikjik Cp ∑

Varianta optimå va fi cea pentru care ( )[ ]

optimikjik Cp ∑ este minimå.

Schema de evaluare a impactului asupra mediului a amenajårilor hidrotehnice poate fi utilizatå pentru orice tip de obiectiv ¿i în orice fazå de existen¡å (construc¡ie ¿i func¡ionare) a acestuia, ca ¿i pentru ansamblul amenajårii. Determinantå este corectitudinea (principiile ¿i considerentele de bazå) în stabilirea ac¡iunilor specifice ¿i a efectelor ecologice. Func¡ie de mårimea acestora ¿i de aprecierea ponderii lor ca importan¡å se ob¡in rezultatele de evaluare a impactului. Pe aceastå bazå se pot lua deciziile corespunzåtoare, se pot efectua corec¡ii asupra mårimii oricårei influen¡e sau pur ¿i simplu se poate face o analizå obiectivå a unor concluzii diferite ob¡inute de exper¡i, utilizând aceea¿i schemå. Metodologia poate fi utilizatå în måsura în care se dispune de un sistem informa¡ional ¿i de o bancå de date corespunzåtoare pentru cuantificarea valoricå a efectului fiecårei ac¡iuni în parte.

21

Page 21: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

2

SIGURANºÅ ªI RISC ÎN AMENAJÅRILE DE GOSPODÅRIRE A APELOR

2.1. GRADUL DE PROTECºIE ªI RISCUL DE INUNDARE ÎN GOSPODÅRIREA APELOR

Utilizarea inconsecventå a conceptului de probabilitate-asigurare, risc-siguran¡å, în gospodårirea apelor în general ¿i a apelor mari, în special, fundamental înså în tema abordatå face necesare câteva precizåri. Apele mari sunt fenomene supuse unor legi statistice. Nu se pot realiza amenajåri de gospodårire a acestor ape care så prezinte siguran¡å absolutå. De aceea efectul de combatere a inunda¡iilor se realizeazå cu o anumitå probabilitate. În practicå se utilizeazå impropriu ¿i no¡iunea hidrologicå de asigurare a debitului maxim introdus în calcul, de¿i aici este vorba de probabilitatea de realizare a unui anumit efect de gospodårire a apelor. Gradul de protec¡ie (siguran¡å) sau gradul de apårare împotriva inunda¡iilor este dat de probabilitatea de nedepå¿ire a debitelor maxime admise sau de probabilitatea de neinundare, datå de rela¡ia:

( ) .QQprobF admis.maxviitura ≤= (2.1)

Riscul de inundare se poate exprima prin probabilitatea de depåsire a debitelor maxime admise sau probabilitatea de inundare, prin rela¡ia:

.)QQ(probP admis.maxviitura >= (2.2)

Este evident cå:

F + P = 1 (2.3)

De aceea, debitul maxim cu asigurarea P, de exemplu P = 1%, la care este dimensionatå o construc¡ie hidrotehnicå nu poate exprima nici måcar simbolic gradul de apårare împotriva inunda¡iilor (gradul de siguran¡å), de¿i conven¡ional

22

Page 22: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

a¿a este utilizat în practicå. Acesta este dat de valoarea lui F , în exemplul dat F = 99%. Probabilitatea ca debitul maxim cu asigurarea (anualå) P så aparå cel pu¡in o datå în cei n ani de existen¡å a lucrårii (riscul de inundare) este (Cre¡u, 1986):

( ) ( ) .T/PP nnn 11111 −−=−−= (2.4)

unde T este perioada de repetare fårå a implica o anumitå regularitate succesivå în producere a fenomenului. Probabilitatea ca inundarea så nu aibå loc în cei n ani de existen¡å (gradul de apårare, protec¡ie, siguran¡å) este:

( ) .ePF nPnn

−≅−= 1 (2.5) Stabilirea probabilitå¡ilor de satisfacere a cerin¡elor de apårare împotriva inunda¡iilor naturale poate fi facutå prin douå tipuri de metode, principial distincte:

• metoda gradului de apårare normat (STAS 4273/1987, STAS 7883/1990), func¡ie de clasa de importan¡å a obiectivului apårat (tab. 2.1).

Tabelul 2.1

Probabilitatile de calcul

Clasa de importan¡å I II III IV V Probabilitatea de dimensionare Probabilitatea de verificare

0,1 0,01

1,0 0,1

2,0 0,5

5,0 1,0

10,0 3,0

• metoda analizei comparative tehnico-economice în care probabilitatea de

inundare este justificatå prin sporirea veniturilor medii sau prin eliminarea pagubelor concentrate.

În ceea ce prive¿te prima metodå, prescrip¡iile se referå la debite maxime care se formeazå pe cursurile de apå în condi¡ii naturale nu ¿i la cele modificate prin amenajårile de gospodårire a apelor mari, de¿i se aplicå prin extindere ¿i pentru regimul de curgere modificat. Diferen¡ierea dintre cele douå valori ale probabilitå¡ii de calcul, cea de dimensionare ¿i cea de verificare se face numai în ceea ce prive¿te siguran¡a construc¡iilor ¿i nu se referå la efectul de combatere a inunda¡iilor. Astfel în ipoteza unei scheme de combatere a inunda¡iilor prin atenuarea undelor de viiturå, probabilitå¡ile de dimensionare ¿i verificare se iau în

23

Page 23: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

considerare pentru proiectarea barajului, pentru efectul de combatere a inunda¡iilor pe terenurile apårate, indicându-se numai probabilitatea de calcul (probabilitatea de verificare nemaiavând sens în acest caz). În gospodårirea apelor mari se ridicå în mod special problema siguran¡ei construc¡iilor hidrotehnice incluse în schema de amenajare. Spre deosebire de celelalte ramuri ale gospodåririi apelor în care depå¿irea probabilitåtilor de calcul afecteazå exclusiv folosin¡ele, în gospodårirea apelor mari depå¿irea unei anumite probabilitå¡i afecteazå înså¿i siguran¡a construc¡iei. Calculul de gospodårire a apelor mari pentru combaterea efectelor dåunåtoare ale viiturilor stau la baza studiului schemei de amenajare a unui bazin sau subbazin hidrografic. Calculele de gospodårire a apelor mari pentru siguran¡a construc¡iilor sunt necesare pentru studiul schemei hidrotehnice a diferitelor lucråri cuprinse în schema de amenajare (în special a descårcåtorilor). În ceea ce prive¿te stabilirea probabilitå¡ilor de satisfacere a cerin¡elor de apårare prin metoda analizei tehnico-economice se subliniazå faptul cå aceste probabilitå¡i rezultå în urma analizei ¿i nu sunt impuse apriori prin prescrip¡ii (ca în prima metodå, cea a gradului de apårare normat). Analiza tehnico-economicå poate indica si teoretic cerin¡e de apårare diferite, deci ¿i probabilitå¡i de calcul distincte pentru obiective care conform prescrip¡iilor se încadreazå în aceea¿i claså de importan¡å. În cazul viiturilor accidentale nu poate fi vorba de o anumitå probabilitate de repetare ce caracterizeazå viiturile naturale. Viiturile accidentale nu sunt luate în considerare la dimensionarea sau verificarea amenajårilor de gospodårire a apelor. Date fiind propor¡iile deosebite ale undelor accidentale precum ¿i efectele lor care au obi¿nuit un caracter catastrofal, studiile de gospodårire a apelor mari accidentale trebuie så cuprindå o evaluare a riscului de cedare a construc¡iilor hidrotehnice ¿i a modului de formare ¿i de propagare a acestor unde în vederea luårii unor måsuri corespunzåtoare de precau¡ie. Între acestea se înscriu måsurile de urmårire a comportårii în timp a acumulårilor ¿i construc¡iilor, cele de avertizare-alarmare dar ¿i unele måsuri constructive ¿i de exploatare adecvatå (descårcåtori cu func¡ionare limitatå, dirijåri par¡ial controlate ale undelor). Dacå se define¿te gradul de siguran¡å ¿i riscul de inundare la inunda¡ii accidentale prin probabilitatea de nedepå¿ire, respectiv de depå¿ire a debitelor

(2.1) ¿i (2.2) în care Qviiturå = Qrupere , acestea trebuiesc puse în legåturå cu siguran¡a construc¡iilor hidrotehnice (a barajelor în special). Ca metode de stabilire a probabilitå¡ilor de risc ¿i apårare la inunda¡ii accidentale pot fi studiate:

1. Metoda analizei tehnico-economice urmarind optimizarea strategiilor decidentului (aplicarea adecvata a teoriei jocurilor). Algoritmul de calcul este:

24

Page 24: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

• se calculeazå cheltuielile corespunzatoare strategiilor decidentului pentru diferite grade de siguranta a barajului la diverse programe de cheltuieli

Observa¡ie: Programele de cheltuieli se referå la programe de cheltuieli ce

includ siguran¡a barajului ¿i/sau programe de altå naturå pentru reducerea pagubelor ¿i salvarea de vie¡i .

,CPCn

njn,ii,j ∑

=

=+=

3

1 (2.6)

unde:

n = 1, 2, 3 este zona distruså total, par¡ial, inundatå; - paguba pentru programul i din zona afectatå de viitura n,iP accidentalå; - valoarea cheltuielilor în amenajare corespunzåtoare jC strategiei j.

• se construie¿te matricea jocului Programe cheltuieli

Strategii ale decidentului

N1 ... Ni ... NN

M =

S1:

Sj:

SM

C11 ... C1i ... C1N:

Cj1 ... Cji ... CjN:

CM1 ... CMi ... CMN

(2.7)

• obiectivul jocului este acceptarea strategiei cu cheltuieli minime.

2. Metoda siguran¡ei construc¡iilor hidrotehnice

( ) ,cPfF,P = (2.8)

unde Pc este probabilitatea de cedare a barajului.

25

Page 25: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

2.2. RISC ªI SIGURANºÅ ÎN CONSTRUCºIILE

ªI SISTEMELE HIDROTEHNICE Problema riscului este esen¡ialå în domeniul construc¡iilor ¿i amenajårilor hidrotehnice datoritå valorilor materiale mari ¿i consecin¡elor pe care acestea le au asupra mediului, asupra structurilor socio-economice, asupra vie¡ii oamenilor. Riscul rezultå din insuficienta cunoa¿tere a datelor de bazå, din imperfec¡iunea metodelor teoretice ¿i experimentale, a tehnologiei, din evaluårile aproximative ale condi¡iilor viitoare de exploatare, din prognozele condi¡iilor de mediu care nu pot include fenomene cum sunt precipita¡iile extraordinare, erup¡iile vulcanice, cutremurele, alunecårile de teren, meteori¡ii.

Riscul este definit prin probabilitatea ca structura unei lucråri sau func¡iona-litatea ei så fie afectate în decursul existen¡ei sale. De obicei, el este estimat prin multiplicarea probabilitå¡ii evenimentului, cu consecin¡ele lui. Accidentele grave ¿i cedårile care s-au produs au impus acceptarea ¿i aprecierea riscului ca procedurå uzualå la proiectarea construc¡iilor, urmårindu-se realizarea unui echilibru ra¡ional între economicitate ¿i siguran¡å. În cazul modelelor probabilistice (în cele deterministe se are în vedere criteriul investi¡ii minime - riscul de cedare nu se poate determina), måsura cantitativå a

riscului este probabilitatea de cedare, iar criteriul de alegere a variantei optime este dat prin minimizarea costului generalizat

minI

( )mingC (R. Pri¿cu ¿i D. Stematiu,

1978).

,CPCC i,pi i,cig ∑ ⋅+= (2.9)

unde:

este costul barajului format din valoarea investi¡iei ¿i cheltuielile de iC întretinere;

-i,cP probabilitatea de cedare corespunzåtoare mecanismului de

cedare i; - costul pagubelor inclusiv costul refacerii lucrårii. i,pC

Pe aceastå bazå se poate determine debitul de rupere de calcul:

[ ] [ ] ( )

( ) .PfP,F

;tQPC

c

calculrupereacceptabili,cmini,g

=↓

⇒→

(2.9')

26

Page 26: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

În perioada func¡ionårii acumulårii rela¡ia (2.9) poate fi scriså sub forma:

[ ] ( ) .tQCPC calculruperemini,pi,cloatareexpcheltuieli ⇒⋅+∑ (2.9")

În cazul amenajårilor hidrotehnice, gradul global de siguran¡å al sistemului de apårare, reprezentând a¿a numita fiabilitate (adicå siguran¡a în exploatare) depinde de modul de dispunere al elementelor în sistem (contract UTT, 53/1994). În conexiunea de bazå elementele sunt dispuse în serie (cascadå, trepte) (fig. 2.1)

1 2 n

Fig. 2.1. Conexiunea de bazå.

Gradul de siguran¡å al sistemului este dat de rela¡ia:

,ffffffFn

inb ∏==1

4321 K (2.10)

unde:

f1 este gradul de protec¡ie în raport cu fenomenul hidrologic de producere a apelor mari în sec¡iunea acumulårii 11 1 pf −= ;

f2 - gradul de siguran¡å în raport cu producerea apelor mari, aval de lac, pânå în sec¡iunea obiectivului ce trebuie apårat;

f3 - gradul de siguran¡å în func¡ionarea descårcåtorilor de adâncime ¿i de suprafa¡å;

f4 - gradul de siguran¡å privind stabilitatea generalå a lucrårii.

Siguran¡a sistemului scade în acest caz cu cre¿terea numårului elementelor.

În conexiunea alternativå elementele sunt dispuse în paralel (fig. 2.2)

27

Page 27: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 2.2. Conexiunea alternativå.

Gradul de siguran¡å al sistemului este:

( ) ( .fppppFm

j

m

jma ∏∏ −−=−=−=11

21 1111 K ) (2.11)

Siguran¡a sitemului cre¿te deci cu cre¿terea numårului elementelor. Conexiunea mixta (fig. 2.3)

1

2

m

1

2

m1

1

2

m2

1

2

mn

Fig. 2.3. Conexiunea mixtå.

Gradul de siguran¡å al sistemului este:

( ) .pFn

i

m

jjim

i

∏ ∏= = ⎥

⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡−−=

1 111 (2.12)

Trebuie deci acceptatå ¿i asumatå avaria, atât la fiecare baraj în parte, cât ¿i în sistem în ansamblu. Variantele ce se impun a fi studiate în diverse ipoteze sunt determinate de scenariile de rupere a fiecårui baraj ¿i de suprapunerile posibile ale undelor de viiturå, prin ruperea într-o anumitå succesiune a barajelor în sistem.

28

Page 28: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

2.3. ANALIZA SIGURANºEI BARAJELOR BAZATÅ PE RISC Analiza probabilitå¡ii de cedare a unui baraj se poate face printr-una din metodele de calcul al riscului global recomandate în paragrafele urmåtoare, în func¡ie de baza de date existentå în fiecare caz. Gradul de precizie depinde de criteriile considerate în determinarea factorilor de risc ¿i de ponderea acordatå fiecårui factor.

Dacå este posibilå aplicarea simultanå a mai multor metode, analiza comparativå a rezultatelor poate fi beneficå în aprecierea riscului global.

• Determinarea probabilitå¡ii de cedare a unui baraj (Ooshuizen ¿.a., 1991). Pentru determinarea probabilitå¡ii de cedare a barajului sunt necesare a fi identificate si calculate: modul de cedare, încårcarea ¿i rezisten¡a structurii. În ceea ce privesc modurile (tipurile) de cedare se identificå ca dominante:

1. La barajele din materiale locale (påmânt, anrocamente): eroziunea externå, alunecårile (panta instabilå), eroziunea internå ¿i altele (deversare, lichefiere, explozii etc.). Alte moduri de cedare ca ¿i eroziunea internå în general nu se calculeazå, dar sunt determinate utilizând probabilitå¡ile.

2. La barajele de greutate: alunecarea, råsturnarea ¿i altele (cedarea instala¡iilor, funda¡iei etc.). Alte moduri de cedare pot fi determinate folosind probabilitå¡ile.

Probabilitatea de cedare a barajelor de påmânt. În scopuri practice diversele tipuri de cedåri pot fi presupuse independente (consecin¡a unui tip de cedare nu are efect asupra consecin¡elor celorlalte tipuri de cedare), dar ele se pot produce ¿i simultan.

Probabilitatea totalå de cedare devine:

p(cedare) = p (cedare prin revarsare) + p (cedare a paramentului) +

+ p (afuiere ¿i alte tipuri de cedare),

unde:

p este probabilitatea de cedare; F - cedarea totalå;

F1 - cedarea prin revarsare;

F2 - cedarea paramentului;

F3 - afuiere ¿i alte tipuri de cedare.

Se poate scrie:

29

Page 29: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) .FpFpFpFpFpFpFp

FpFpFpFpFpFp

3213231

21321

+−−

−−++= (2.13)

Dintre aceste probabilitå¡i numai eroziunea externå se datoreazå revårsårii. Pentru instabilitatea paramentului se determinå probabilitå¡i anuale. Probabi-litatea de cedare din încarcarea seismicå, dificil de calculat se include în afuiere ¿i alte tipuri de cedare. Este, deci, necesar så transformåm probabilitatea de producere a evenimen-tului într-o perioadå fixatå, la probabilitatea anualå. S-au analizat diferite metode de calcul, utilizând func¡iile aproximative de densitate a probabilitå¡ii. Dintre acestea se recomandå pentru determinarea probabilitå¡ii anuale de cedare, distribu¡ia exponen¡ialå:

( ) ( )[ ] ,TT,Fplnan/Fp −−= 1 (2.14)

unde:

p(F/an) este probabilitatea anualå de cedare F; p(F,T) - probabilitatea de cedare F produså în perioada fixatå T; T - perioada fixatå sau durata de via¡å a structurii.

Probabilitatea de cedare a barajelor de greutate. Cedarea prin alunecare ¿i råsturnare nu sunt evenimente incompatibile dar pentru u¿urarea calculului ele sunt presupuse a fi independente. Aceasta înseamnå cå existen¡a sau non existen¡a unuia så nu aibå efect asupra celuilalt. Bazatå pe aceastå ipotezå probabilitatea calculatå a cedårii prin alunecare a fiecårui nivel de apå trebuie så fie combinatå cu probabilitatea de råsturnare a aceluia¿i nivel de apå pentru ob¡inerea probabilitå¡ii de producere a evenimentului prin alunecare ¿i råsturnare. Aceste valori combinate reprezintå distribu¡ia probabilitå¡ii de rezisten¡å a structurii la cedarea prin alunecare ¿i råsturnare. Probabilitatea [(p...)] de producere a cedårii prin ambele moduri, la fiecare nivel al apei este:

p(alunecare sau råsturnare) =p(alunecare) + p(råsturnare)-

- p(alunecare) p(råsturnare).

Probabilitatea ca încårcarea så depå¿eascå rezisten¡a la alunecare ¿i råsturnare poate fi calculatå (fig. 2.4).

30

Page 30: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 2.4. Func¡iile ipotetice de distribu¡ie ale probabilitå¡ii pdf,

ale încårcårii D ¿i rezisten¡ei R a structurii. Pentru încårcarea totalå probabilitatea de cedare este:

[ ] [ ] ( ) ,dDDF)D(fDRpFp max

min

D

D RD∫ ∗=<= (2.15)

dar F(D) = 0 pentru D < R, deci:

[ ] ( ) ( ) ,dDDFDfFp max

min

D

R RD∫ ∗= (2.16)

sau:

[ ] ( ) ( ) .dRRFRfFp max

min

D

R DR∫ ∗= (2.17)

Probabilitatea de cedare pentru alte tipuri de cedåri se poate calcula utilizând probabilitå¡ile relative stabilite dintr-o statisticå cunoscutå a ruperii barajelor, cu luarea în considerare (prin apreciere) a amplasamentului specific. Se presupune cå pentru un anumit amplasament probabilitå¡ile relative de

producere a evenimentului sunt: p1 (%) prin alunecare, p2 (%) prin råsturnare,

p3 (%) prin alte moduri de cedare (p1 + p2 + p3 = 100). Probabilitatea combinatå de apari¡ie a cedårii prin alunecare ¿i råsturnare în prealabil calculatå este: . Probabilitatea de cedare prin alte moduri se calculeazå astfel: anp ra /+

.ppppp

amra =∗⎟⎠⎞⎜

⎝⎛

+ +21

3 (2.18)

Probabilitatea totalå de cedare va fi:

31

Page 31: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

( ) ( ) .ppppppp

tamrara =+=⎟⎠⎞⎜

⎝⎛

++ ++21

31 (2.19)

Propunerea ICOLD. În raportul Automated Observation for the Safety Control of Dams, Paris, 1982, al ICOLD se face o propunere de estimare a riscului prezentatå în tabelul 2.2.

Tabelul 2.2

Estimarea riscului de cedare al unui baraj

Factor de risc Indice par¡ial de risc iα

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6 (a) A. Condi¡ii de mediu 1. Seismicitate V cm/s

Minimå < 4

Slaba 4 - 8

Medie 8 - 16

Puternicå 16 - 32

F. putern > 32

2. Pericol de alunecåri în acumulare

Minim

Slab

alune-cåri pu-ternice

3. Pericol de viituri superioare celor de calcul

F. slab la ba-raje be-ton

F. slab la baraje umplu-turå

Proba-bilitate ridicatå

4. Regularizare realizatå

Anualå/ multian

Slabå

Zilnicå

Prin pompare

5. Ac¡iuni agre-sive (climatice)

Foarte slabe

Slabe

Medii

Puternice

Foarte puternice

B. Condi¡ii specifice baraj 6. Dimensiuni structurale

Adec-vate

Accepta-bile

Inadec-vate

7. Condi¡ii de fundare

Foarte bune

Bune Accepta-bile

Slabe Rele

8. Echipament hidromecanic

Adecvat Scos din func¡iu-ne

9. Între¡inere F. bunå Bunå Satisfåcå-toare

Nesatis-fåcåtoa-re

C. Hazard ¿i condi¡ii umane 10. Volumul

alunecårii hm3< 0,01 0,01 - 0,1 0,1 - 1 1 - 100 > 100

11. Situa¡ia aval Regiuni pustii

Locuin¡e izolate, agriculturå

A¿ezåri mici, ag-riculturå

Ora¿e mijlocii, ind. slabe

Ora¿e mari, ind. nuclearå

32

Page 32: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Factorii de risc sunt grupa¡i în trei categorii:

A. condi¡ii de mediu;

B. condi¡ii specifice barajului respectiv;

C. condi¡ii legate de hazard ¿i de situa¡ia zonei aval.

Pentru fiecare factor de risc se stabile¿te un sistem de notare de la 1 la 5 (în

condi¡ii anormale, indicele respectiv poate så ia chiar valoarea 6).

Pentru fiecare categorie de factori se calculeazå un indice mediu (media

aritmeticå a indicilor din categoria respectivå).

.C;B;Ai

ii

ii

i ∑∑∑===α=α=α=

11

10

9

6

5

1 2

1

4

1

5

1 (2.20)

Indicele global se ob¡ine ca produsul celor trei indici medii astfel calcula¡i.

.ABCag = (2.21)

Propunerea Vogel (Vogel, 1984). În aprecierea riscului se ¡ine seama cå

riscul este produsul dintre probabilitatea de cedare ¿i pagubele produse.

Probabilitatea de cedare este apreciatå prin intermediul unor indici de

pericol, cu valori cuprinse între 1 ¿i 10.

Autorul define¿te indicii de pericol pentru urmåtoarele cauze de cedare:

• deversare Id (fig. 2.5);

• defec¡iuni de funda¡ie If (fig. 2.6)

¿i stabile¿te valorile lor din analiza cazurilor de ruperi de baraje înregistrate.

În calculul riscului se introduce un indice principal de pericol I care este egal

cu valoarea maximå a indicilor par¡iali. Acest indice de pericol este afectat de

un factor k ce ¡ine seama de vârsta lucrårii (fig. 2.7).

Pagubele produse intra în calcul prin produsul dintre doi factori:

• Pp - numårul de persoane situate în zona afectatå de unda de rupere

(fig.2.8);

• Pe - pagubele materiale medii posibile în caz de accident (fig. 2.9).

Cei doi factori ca ¿i indicele de vârsta k, au valori între 1 ¿i 5.

33

Page 33: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 2.5. Diagrama pentru aprecierea riscului de distrugere prin deversare Id .

34

Page 34: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 2.6. Diagrama pentru aprecierea riscului de distrugere datoritå

defec¡iunilor din funda¡ie If .

Fig. 2.7. Coeficientului de amplificare a riscului datorat vârstei barajului.

35

Page 35: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 2.8. Coeficientul de risc Fig 2.9. Coeficientul de risc

în func¡ie de populatia aval Pp . în func¡ie de pagubele aval

produse de o rupere Pe . Indicele global de risc prezentat de amenajare este:

,PPkIR cp= (2.32)

iar pentru scara de valori adoptatå de autor, poate så aibå valori cuprinse între 1 ¿i 750 (tab. 2.3). Tabelul 2.3

Indicele global de risc al amenajårii

R Gradul de pericol 1 - 10 Pericol mic pentru aval 10 - 100 Pericol limitat 100 - 500 Pericol iminent pentru aval 500 - 750 Pericol iminent pentru aval în timpul execu¡iei

2.4. SUPRAVEGHEREA COMPORTÅRII CONSTRUCºIILOR HIDROTEHNICE, CA MIJLOC DE REDUCERE

A RISCULUI DE CEDARE Supravegherea barajelor, ca mijloc de reducere a riscului este impuså de riscul de cedare care a fost dovedit matematic ¿i de pericolul poten¡ial reprezentat de baraj pentru zona din aval. Cele mai multe dintre avariile ¿i cedårile care s-au produs s-au manifestat prin fenomene premergåtoare.

36

Page 36: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Supravegherea comportårii în timp a construc¡iilor hidrotehnice (ISPH, 1984) se referå la activitatea sistematicå de culegere ¿i de valorificare a datelor ob¡inute prin observa¡ii directe, prin måsuråtori, prin studii speciale referitoare la unele fenomene ¿i mårimi privind construc¡iile ¿i amenajårile corespunzå-toare în exploatare. Ea cuprinde toate aspectele care privesc atât construc¡ia în sine, cât ¿i rela¡iile acesteia cu mediul înconjuråtor. Sistemul informa¡ional pentru supravegherea construc¡iilor hidrotehnice are ca scop principal punerea în eviden¡å, cu o anticipare cât mai mare, fenomene ce pot periclita stabilitatea construc¡iei. Un mod de dotare cu aparaturå de masurå ¿i control ¿i o frecven¡å a måsuråtorilor ¿i controalelor directe privind comportarea barajelor sunt date în func¡ie de o clasificare ICOLD a acestora, sub aspectul poten¡ialului de distru-gere. Din literatura de specialitate rezultå cå, în general, costul aparaturii de må-surå ¿i control este de cca 0,8 ÷1,5% din costul lucrårii iar costul citirilor anua-le nu depa¿e¿te 0,07% din costul exploatårii (Ra¡iu ¿i Constantinescu, 1989). Direc¡ia abordatå în practica mondialå constå în a dirija investiga¡iile in situ privind comportarea barajelor pe un numår de parametri, folosind modele interpretative pe baza cårora se elaboreazå scenarii de risc. Acestea permit evaluarea situa¡iilor de urgen¡å ¿i determinarea zonei afectate. Posibilitatea prognozårii evenimentelor viitoare ¿i anticiparea scenariilor de risc este rezultatul måsuråtorilor instrumentale ob¡inute ¿i interpretate în timp real. În majoritatea ¡årilor dezvoltate existå legi ¿i reglementåri privind siguran¡a ¿i metodologia de supraveghere a barajelor, apårute de obicei în urma unui accident de amploare. O metodologie avansatå din punct de vedere tehnic ¿i organizatoric a fost conceputå în urma dezastrului natural din zona Valtellina, Italia, în perioada 1987-1988 (Dipartimrnto della Protezione Civile, Regione Lombardia, 1989). A fost primul exemplu de aplicare a sistemului de monitorizare pe teren, în scopul protec¡iei civile, în Italia (fig. 2.10). Aceea¿i metodologie generalå care a fost dezvoltatå ¿i testatå cu succes pe teren la vremea respectivå poate fi adoptatå pentru orice sistem similar. Principalul avantaj constå în folosirea resurselor organizatorice ¿i logistice disponibile la fa¡a locului care permit o interven¡ie rapidå ¿i eficace. Din punct de vedere teoretic, cheia metodologiei este interconexiunea între datele înre-gistrate, interpretarea lor ¿i sistemul de management. Din punct de vedere prac-tic, metodologia se bazeazå pe colectarea automatå a datelor care permite valo-rilor måsurate så prezinte un grad înalt de acurate¡e, cu posibilitatea ca monito-rizarea så fie extinså la un numar mare de parametri (climatici, hidrologici). Toate datele måsurate sunt sistematic stocate în banca de date cu scopul conceperii unor modele de interpretare. Interpretarea modelelor permite

37

Page 37: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

dezvoltarea unor scenarii de risc care joacå la randul lor rolul unui sistem de referin¡å pentru stabilirea pragurilor de alertare ¿i evacuare. Structura tehnicå ¿i organizatoricå include un set de re¡ele cu aparate de måsurå cu scopul de a verifica toate aspectele hidrologice ¿i climatice ale regiunii (instabilitatea pantei terenului, hidrologia apelor de suprafa¡å ¿i subterane). Senzorii pentru måsurare (1- seismometru, 2- extensometru, 3- înclinometru, 4- mira opticå, 5- sta¡ie hidrometeorologicå, 6- telecoordinometru în corpul barajului) sunt fixa¡i în locurile posibile de dezvoltare a riscului ¿i sunt legati la Oficiile de colectare a datelor din teren . Semnalele înregistrate sunt transmise prin radio la Sistemul central de colectare a datelor. Toate datele sunt prelucrate în Oficiile Centrale, utilizând un program de calcul pentru verificarea siguran¡ei care redå un model la zi al situa¡iei din teren pe monitoare video. Oficiile teritoriale (Cepina si Mossini) sunt interconectate prin radio ¿i linie aerianå ¿i legate la Sediul general ISMES din Bergamo. Måsuråtori sistematice în ¡ara noastrå au început în perioada 1958-1960, frecven¡a observa¡iilor ¿i måsuratorilor variind de la un obiectiv la altul în func¡ie de specificul ¿i clasa de importan¡å a uvrajului.

• caracteristicile obiectivelor ¿i terenului de funda¡ie; • regimul solicitårilor; • starea ¿i vârsta obiectivelor; • efectele în caz de accidente asupra activitå¡ilor din aval.

Supravegherea comportårii construc¡iilor hidrotehnice intrå în atribu¡ia unitå¡ilor de exploatare, studii speciale fiind efectuate de unitå¡i specializate. Aceasta are la bazå reglementåri legale privind asigurarea durabilitå¡ii, functionalitå¡ii ¿i calitå¡ii construc¡iilor în general, siguran¡a în exploatare (STAS 7883/1990). Fenomenele care se urmåresc:

• solicitåri (nivelul apei, temperatura apei ¿i aerului, subpresiunea apei, niveluri hidrodinamice, presiunea valurilor, a ghe¡ii, solicitåri dinamice ¿i seismice);

• deforma¡ii (tasåri, deplasåri); • fisuri; • infiltra¡ii; • antrenåri de material din corpul constuc¡iilor, din funda¡ie; • modificåri morfologice (colmatåri, eroziuni, alunecåri, pråbu¿iri).

Supravegherea se realizeaza prin:

1) observa¡ii directe, vizuale;

2) dispozitive ¿i instala¡ii de måsurå ¿i control; 3) studii care analizeazå ¿i interpreteazå fenomene deosebite.

38

Page 38: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

1

4

Senzori

Oficiul Central de

Banca localå de date

Oficiul Central de

Banca localå de date

o

u

ISMES Bergam

Automatizarea

nele din barajele

Oficiul de colectare adatelor în teren

PrTra dOficiul

Teritorial MOSSINI (M)

REG

Autor

Fig. 2.10. Valtel

¿i prelucrarea ra importante.

Oficiul de colectare a datelor în teren

elucrare ansmitere atelor

IUNEA LOMBARDIA

itå¡ile locale de inte

lina. Sistemul de mo

pidå a datelor se r

39

Oficiul de colectare a datelor în teren

Prelucrare Transmitere a datelor

rven¡ie

nitoring.

ealizeazå în ¡ara n

Oficiul de colectare a datelor în teren

1

2 2 3 3 4 5

OTC(

oa

5

6

ficiuleritorEPIN

C)

strå l

6

Sistemul central de colectare a datelor

ial A

Sistemul dealarmare

Sistemul dealarmare

Sistemul central de colectare a datelor

a

Page 39: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

La barajul Vidra pe Lotru, baraj din anrocamente cu nucleu de argilå, parametrii considera¡i caracteristici ¿i teletransmi¿i cu posibilitatea semnalårii pragurilor critice sunt debitele de infiltra¡ii ¿i presiunea din nucleul de argilå. La barajul arcuit Galbenu pe Latori¡a la care accesul iarna este practic imposibil s-a prevåzut un sistem de teletransmitere a valorilor debitelor de infiltra¡ie, a depla-sårilor måsurate la pendule ¿i la nivelul din lac care depå¿esc valorile de aten¡ie. Se are în vedere supravegherea automatå printr-un sistem de traductori, prelucrarea datelor ob¡inute de la ace¿tia, compararea cu valorile normate ¿i semnalarea depå¿irii la barajul Vidraru pe Arge¿, barajele arcuite Tarni¡a pe Some¿, Tåu pe Sebe¿, barajul din anrocamente Gura Apelor pe Râul Mare, barajul de beton Por¡ile de Fier II pe Dunåre.

2.5. AVERTIZAREA ªI ALARMAREA ÎN CAZ DE ACCIDENTE

LA CONSTRUCºIILE HIDROTEHNICE Consecin¡ele cedårii unui baraj sunt dezastruoase dupå cum rezultå din analiza cedårilor istorice, constând în importante pierderi de vie¡i omene¿ti ¿i pagube materiale. În practica mondialå legatå de siguran¡a barajelor se constatå o evolu¡ie gradualå de la måsurile structurale la cele non-structurale. Un exemplu în acest sens îl constituie Statele Unite (Graham ¿i Yang, 1996) care s-au confruntat cu numeroase cedåri, numai în perioada 1960-1994 înregistrându-se 20. Eforturile US Bureau of Reclamation au fost ini¡ial concentrate asupra abilitå¡ii unui baraj de a rezista la viitura maximå probabilå ¿i cutremurul maxim credibil. A fost evaluatå ¿i rezisten¡a barajului în condi¡ii de încårcare normalå. Ac¡iunile imediate s-au îndreptat spre måsurile structurale de a reduce probabilitatea de cedare a unui baraj. Acestea includ lårgirea deversoarelor, crearea de noi deversoare, supraînål¡area barajului, construirea de noi baraje care så le înlocuiascå pe cele nesigure, îmbunåtå¡irea condi¡iilor de fundare. Cedarea barajului nu a fost acceptatå. Constrângerile fiscale au fåcut dificilå modificarea structuralå a fiecårui baraj care nu era capabil så reziste la viitura maximå probabilå, cutremurul maxim credibil sau alte încårcåri proiectate. US Bureau of Reclamation î¿i schimbå prioritå¡ile punând accent pe evaluarea riscului ca ¿i criteriu principal în alegerea proiectelor ¿i distribuirea fondurilor, astfel încât riscul major så fie redus. Måsurile non-structurale cum sunt întocmirea hår¡ilor cu suprafe¡e inundate, utilizarea sistemului de avertizare ¿i dezvoltarea unui program de urgen¡å pot reduce semnificativ pierderile de vie¡i omene¿ti (tab. 2.4) în cazul ruperii barajului. Analiza factorilor care influen¡eazå pierderile de vie¡i pun în eviden¡å importan¡a vitalå a avertizårii înaintea ruperii barajului (tab. 2.5).

40

Page 40: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Tabelul 2.4

Factorii care influen¡eazå pierderile de vie¡i omene¿ti în urma ruperii barajelor

Factor Riscul probabil. Ac¡iuni de reducere Momentul din zi, ziua din såptåmânå, momentul din an când se produce ruperea

---

Vremea în momentul cedårii --- Semne care indicå pericolul în care se gåse¿te barajul

Intensificarea ploii, umflarea râului. Monitorizarea lacului sau a barajului.

Timpul de cre¿tere al nivelului de apå în lac pânå la atingerea coronamentului

Modificarea opera¡iunilor la acumulare.

Adâncimea ¿i durata deversårii înainte de apari¡ia bre¿ei

Protec¡ie contra deversårii peste coronament.

Timpul necesar lansårii ordinelor de avertizare ¿i evacuare

Întocmirea ¿i testarea periodicå a planului de avertizare în caz de rupere a barajului

Timpul necesar fiecårei persoane de a evacua zona amenin¡atå de inunda¡ie în urma ruperii barajului

Instalarea dispozitivelor de avertizare în teritoriu pentru a asigura o avertizare concomitentå ¿i repetatå în toatå zona.

Magnitudinea inunda¡iei în zona locuitå din aval înainte de rupere

---

Caracteristicile viiturii de rupere incluzând adâncimea ¿i viteza

---

Localizarea persoanelor supuse riscului Mutarea sau evacuarea lor U¿urinta ¿i cunoa¿terea sistemului de evacuare

Testele ar putea ajuta

Caracteristicile oamenilor supu¿i riscului ¿i tipul de case în care locuiesc

---

Tabelul 2.5

Pierderi de vie¡i omene¿ti din ruperea barajelor pentru diferi¡i timpi de avertizare

Estimarea pierderilor de vie¡i omene¿ti Numårul persoanelor

supuse riscului Timp de avertizare mai mic de 15 min.

Timp de avertizare între 15 ¿i 90 min.

Timp de averti-zare mai mare de 90 min.

10 5 4 0 100 50 16 0 1000 500 63 0 10000 5000 251 2

41

Page 41: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Måsurile non-structurale pot fi aplicate singure sau în combina¡ie cu måsurile structurale. În UK nu s-au înregistrat pierderi de vie¡i omene¿ti din 1925. Totu¿i, cedårile binecunoscute ale barajelor Bilberry, în 1852 ¿i Dale Dyke, în 1864 au fost urmate de pierderi semnificative de vie¡i omene¿ti. Ambele baraje au fost reconstruite ¿i sunt în folosin¡å în prezent. În scopul minimizårii riscului de cedare nu numai standardele înalte de construc¡ie, monitoring, inspec¡ie ¿i men¡inere a lucrårilor sunt esen¡iale ci ¿i måsurile non-structurale con¡inute în planurile de urgen¡å în caz de dezastru. Similar planurilor de urgen¡å din USA ¿i UK existå planurile de avertizare-alarmare în caz de accident la construc¡iile hidrotehnice a cåror con¡inut cadru este (Claydon, Walker ¿i Bulmer, 1994):

1. descrierea amenajårii ¿i a construc¡iei care realizeazå reten¡ia; 2. ipoteze de avariere luate în considera¡ie în calculul zonelor inundabile

(50% ¿i 100% distrugere); 3. descrierea sistemului informa¡ional prevåzut la amenajare, inclusiv cel de

avertizare sonorå; 4. situa¡iile ¿i decizia de declan¿are a sistemului de alarmå; 5. responsabilitå¡i privind luarea deciziei de alarmare cu cele 3 trepte de

periculozitate (aten¡ie, inunda¡ie, pericol); 6. cåile de transmitere a deciziilor ¿i modul de ac¡ionare al sistemului de

alarmå; 7. stabilirea tipului de semnal pentru diferite situa¡ii critice; 8. måsuri ce se iau la atingerea pragurilor critice; 9. måsuri de protec¡ie a popula¡iei.

În concordan¡å cu actualele reglementåri (HGR 615/1992, Hot. MAPPM 210/1997, Hot. MAPPM 209/1997) måsurile preventive de siguran¡å se iau pentru localitå¡ile ¿i obiectivele socio-economice situate în aval de barajele cu H ≥ 10 m ¿i lacurile de acumulre cu V ≥ 10 mil. mc., la distan¡e mai mici de 10 km de sec¡iunea barajului. Anterior (CNA I.G. 513/1987), aceste måsuri se aplicau pentru zonele afectate de avaria maximå, pânå în profilele în care timpul de propagare al undei de rupere pornitå de la baraj este de cca. 60 minute. Atât prevederile actuale, cât ¿i cele anterioare sunt discutabile, întrucât måsurile preventive de siguran¡å trebuiesc luate pentru fiecare caz în parte, în func¡ie de caracteristicile undei de viiturå accidentalå ¿i a zonei inundate. În UK se impune ca planul de urgen¡å conceput pe baza scenariilor de rupere a barajului så ia în considerare nu numai aspectele hardware cum sunt stabilirea unui numår suficient de drumuri pentru evacuare, sisteme de alarmå, semnale de avertizare ¿i facilitå¡i de comunicare, dar în egalå måsurå aspectele software sau de comportare umanå. Acestea din urmå includ clarificarea rolurilor ¿i

42

Page 42: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

responsabilitå¡ilor, transmiterea informa¡iilor, liniile de comunicare ¿i nevoia pentru o conducere ¿i îndrumare responsabile. O sec¡iune a planului de urgen¡å men¡ioneazå ac¡iunile ce trebuiesc întreprinse de personalul responsabil func¡ie de severitatea incidentului apårut. Gradul de severitate se apreciazå pe baza rezultatului ob¡inut în urma råspunsurilor date la un set de 10 întrebåri fiecare cu 4 op¡iuni de råspuns. Pentru ca råspunsul în caz de rupere a barajului så fie promt ¿i eficace, planurile de urgen¡å sunt suplimentate cu pregåtirea popula¡iei concomitent cu instruirea personalului prin exerci¡ii de simulare a ruperii. Analiza con¡inutului cadru al planurilor de avertizare-alarmare, în compara¡ie cu cel al planurilor de urgen¡å impune ca recomandare o extindere a primelor prin måsurile numite software ¿i detailate mai sus.

43

Page 43: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

3

SCENARII PRIVIND CEDAREA CONSTRUCºIILOR

ªI SISTEMELOR HIDROTEHNICE

Cedarea construc¡iilor hidrotehnice este un fenomen complex ca genezå, mod de desfå¿urare, duratå, caracter (brusc, lent).

3.1. FENOMENE DE CEDARE LA BARAJE Diversitatea fenomenelor de cedare a construc¡iilor hidrotehnice ¿i variatele mecanisme de cedare fac ca o clasificare a acestor fenomene så admitå o gamå largå de criterii:

1. Dupå amploarea ¿i efectele formelor de cedare. Una din clasificåri a fost realizatå de Comisia Interna¡ionalå a Marilor Baraje (ICOLD) ¿i elaboratå în urma studierii comportårii barajelor din 43 de ¡åri.

Formele de cedare sunt:

distrugerile, definite dupå efectul asupra construc¡iei; efectele asupra zonei din aval de baraj ¿i asupra produc¡iei nu au fost luate in considerare;

accidentele, definite dupå momentul din via¡a construc¡iei când se produc (perioada construc¡iei, prima punere sub sarcinå, începutul exploatårii); efectele asupra construc¡iei nu sunt luate în considerare.

O altå clasificare ¡ine cont de toate tipurile de construc¡ii ale amenajårilor hidrotehnice, precum ¿i pår¡i din acestea. Sunt eviden¡iate pagubele produse la construc¡ie ¿i la produc¡ie ¿i pierderile de vie¡i omene¿ti. Formele de cedare sunt:

distrugerile care pot afecta în întregime amenajarea hidrotehnicå sau obiecte ale ei sau pår¡i de obiecte, cu pagube înregistrate la construc¡iile amenajårii, la produc¡ie sau asupra zonei din aval;

accidentele care pot afecta amenajarea în ansamblu, obiecte ale ei sau pår¡i de obiecte, cu pagube la construc¡ii ¿i la produc¡ie, fiind necesare repara¡ii. Accidentele se diferen¡iazå sub aspectul pagubelor, prin modul în care evolueazå spre distrugere ¿i impun scoaterea din func¡iune a amenajårii pentru efectuarea de repara¡ii: - accident iminent, cu scoaterea urgentå ¿i neplanificatå din produc¡ie;

44

Page 44: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

- accident rapid, cu scoaterea din func¡iune cu planificare, dar în condi¡ii impuse de natura evolu¡iei procesului de cedare;

- accident lent, cu scoaterea din func¡iune programatå ¿i nu impuså de evolu¡ia formei de cedare;

• • • •

• • • • •

• • • •

• • •

incidentele care în general nu degenereazå în accident ¿i nu pun probleme pentru siguran¡a construc¡iei ¿i amenajårii.

2. Dupå perioada de existen¡å a construc¡iei în care se produce cedarea:

în faza de execu¡ie;

în faza de primå punere sub sarcinå;

în faza de exploatare curentå;

în faza de îmbåtrânire a construc¡iei.

3. Dupå locul în care a apårut cedarea:

în funda¡iile construc¡iilor;

în corpul construc¡iilor;

la echipamente hidromecanice;

la instala¡ii electrice;

în zona lacurilor de acumulare, localizate la versan¡i ¿i cunetele lacurilor.

4. Dupå modul în care fenomenele de cedare se desfå¿oarå în timp:

cedåri lente, cu evolu¡ie uniformå sau variabilå;

cedåri rapide, cu evolu¡ie uniformå sau variabilå;

cedåri bru¿te, cu evolu¡ie aproape instantanee;

combina¡ii de forme lente cu forme rapide ¿i bru¿te.

5. Dupå cauzele care au generat fenomene de cedare. Clasificårile în acest caz grupeazå cauzele dupå partea avariatå:

funda¡ia barajului (alunecåri, sufozii, afuieri,etc.);

corpul barajului (alunecåri, eroziuni, seisme, etc.);

descårcåtori de ape mari (depå¿irea capacitå¡ii de evacuare a viiturilor, exploatåri defectuoase).

Se prezintå de asemenea o clasificare a cauzelor din categoria deficien¡elor umane, situate la originea fenomenelor de cedare ¿i care pot constitui o primå etapå a procesului generând fenomene de cedare. Dintre acestea sunt men¡ionate:

45

Page 45: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

• • • •

nivelul cuno¿tin¡elor umane vizând atât gradul de cunoa¿tere la care a ajuns societatea la un moment dat, cât ¿i gradul de pregåtire teoreticå ¿i practicå al celor ce participå la realizarea construc¡iilor hidrotehnice;

posibilitå¡i limitate ale studiilor de teren;

calitatea execu¡iei lucrårilor;

modul în care se efectueazå exploatarea ¿i între¡inerea amenajårilor;

modul în care se efectueazå supravegherea comportårii construc¡iilor.

Folosirea metodei statistice, constând în culegerea ¿i selec¡ionarea de date, clasarea ¿i interpretarea lor poate fi utilå pentru evaluarea cantitativå ¿i calitativå a fenomenelor de cedare ¿i a probabilitå¡ilor de apari¡ie. Au fost elaborate (Ra¡iu ¿i Constantinescu, 1989) studii care claseazå construc¡iile hidrotehnice, în mod deosebit barajele distruse, dupå diferite criterii: tipul de construc¡ie, vârsta ¿i înål¡imea lor, natura cauzelor care au generat cedårile, natura funda¡iilor etc. Ruperile de baraje sunt evenimente de gravitate extremå, comparabile ca efect cu marile catastrofe naturale. Fenomenele se desfå¿oarå cu repeziciune, se declan¿eazå brusc, de multe ori fårå semne prevenitoare evidente. La barajele de beton, în special la cele în arc sau cu contrafor¡i, ruperea totalå are loc într-un timp foarte scurt, de câteva minute. Debitele în albie depå¿esc cu mult debitele catastrofale de viiturå naturalå, caracteristicile hidrografului ruperii ¿i a undei de viiturå depinzând de înål¡imea barajului, de volumul acumulårii, de modul de rupere ¿i de caracteristicile hidraulice ale albiei din aval. (Barajul Malpasset a cedat practic instantaneu, lacul de acumulare golindu-se în aproximativ o orå). La barajele de greutate distrugerea este mai lentå, deseori par¡ialå. Unda de rupere este mai atenuatå, timpul de cedare este de ordinul zecilor de minute. (Barajul din zidårie de cåråmidå Puentas Viejas a fost distrus în circa 60 de minute). La barajele din materiale locale, îndeosebi la barajele din anrocamente, timpul de distrugere este mai lung. (La barajul Teton, timpul scurs de la primele manifeståri de instabilitate ¿i pânå la formarea bre¿ei finale a depå¿it 24 ore, lacul golindu-se în 8 ore). Pagubele produse de ruperea barajelor depå¿esc uneori pe cele produse de importante cutremure sau uragane. (La ruperea barajului Malpasset pagubele au depå¿it pe cele provocate de cutremurul din Chile din 1960 ¿i au fost de douå ori mai mari decât cele produse în Olanda în 1953 de puternica furtunå din Marea Nordului. Catastrofele de la South Fork ¿i Vajont au fåcut cam tot atâtea victime ca ¿i cutremurul din 1977 din Bucure¿ti). Pierderile de vie¡i omene¿ti variazå de la câteva sute in cazul catastrofei de la Malpasset, la câteva mii în cazul ruperii barajelor South Fork ¿i Vajont.

46

Page 46: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Frecven¡a accidentelor este greu de apreciat variind dupå tipul de baraj, dupå zona geograficå, datele execu¡iei, etc. Se poate aprecia cå rata medie de cedåri este de 1%, considerând via¡a barajelor de 100 ani. Rata nu este constantå ci în descre¿tere (este diferitå pentru baraje de diferite mårimi, materiale de construc¡ie, vârsta ¿i an de construc¡ie) variind de la 1,92% pentru baraje cu H = 15-30 m ajungând la 0,64% pentru cele cu H = 61-100 m. Comisia Internationala a Marilor Baraje a realizat în trei ocazii statistici, culegând date referitoare la cedårile de baraje din lumea întreagå. În 1974, ICOLD a publicat un studiu complex intitulat Lessons from Dams Accidents, urmat în 1983, de studiul Deterioration of Dams and Reservoirs ¿i 1995 de Statistical Analysis of Dam Failures. Se considerå (Ra¡iu ¿i Constantinescu, 1989; ICOLD, 1974; ICOLD, 1983; ICOLD, 1995; Vogel, 1984; Bonaldi, ¿.a., 1992) înål¡imea de 15 m ¿i volumul

acumulat de 1 mil. m3 drept limite inferioare ale barajelor ¿i acumulårilor pentru

care distrugerea devine periculoaså în sectorul din aval. Se pot remarca urmåtoarele:

Cel mai mare numår de cedåri apare la barajele foarte tinere, ponderea de¡inând-o barajele cu o varstå sub 10 ani (fig. 3.1). Analizând primul interval de vârstå, 0-10 ani, se poate observa cå cele mai multe cedåri corespund vârstei sub 1an (fig. 3.2).

1910-1920 este decada când mai multe baraje au fost construite ¿i au cedat pe rând (fig. 3.3). În conformitate cu World Register of Dams, un numår de 5268 baraje au fost construite pânå în 1950 (din care 117 au cedat), 12138 baraje au fost construite în perioada 1951-1986 (din care 59 au cedat).

Observa¡ie: Datele men¡ionate mai sus nu se referå ¿i la China.

Existå o tendin¡å de scådere a numårului de cedåri dupå anul 1950, de¿i numårul de baraje construite (12138) este mult mai mare decât înainte (5268). Numårul de cedåri în func¡ie de înål¡ime ¿i pe tipuri de baraje este prezentat luând în considerare anul cedårii (fig.3.4).

Barajele de înål¡ime mijlocie au suferit cele mai multe cedåri (fig. 3.5). Aproape 70% aveau o înål¡ime sub 30 m.

Din analiza cedårilor în raport cu volumele de apå acumulate cele mai multe cazuri s-au înregistrat la acumulåri cu o capacitate sub 1 milion de

m3 (fig.3.6).

47

Page 47: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Vârsta (ani) a b 0 10 20 30 40 50 60 80 100 200 300

(a) Vârsta necunoscutå

(b) În timpul construc¡iei

Num

år d

e ca

zuri 100

80

60

40

20

0

Fig. 3.1. Cedårile în func¡ie de vârsta barajelor.

Num

år d

e ca

zuri

Fig. 3.2. Cedåri în func¡ie de vârsta barajelor (între 0 ¿i 10 ani).

Num

år d

e ca

zuri

Fig. 3.3. Cedåri în func¡ie de anul de construc¡ie al barajelor.

48

Page 48: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Baraje din påmânt/anrocamenteBaraje de greutateBaraje cu contrafor¡i ciupercåBaraje în arcBaraje în arc multiplu

Pânå în 1950 I Dupå 1950

Num

år d

e ca

zuri

Fig. 3.4. Numårul cedårilor pe tipuri de baraje, înål¡ime ¿i an de construc¡ie.

Înål¡imea (m) a 0 30 60 100

Num

år d

e ca

zuri

Fig. 3.5. Cedåri în func¡ie de înål¡imea barajelor.

a 0 1 2 3 4 8 16 20 40

Num

år d

e ca

zuri

Fig. 3.6. Cedåri de baraje în func¡ie de capacitatea acumulårii.

49

Page 49: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

În cazul barajelor din beton (fig. 3.7), problemele în funda¡ie (eroziunea internå-5, efortul de råsucire-3 ¿i deversarea peste coronament -11) sunt cele mai frecvente cauze primare de rupere.

În cazul barajelor din materiale locale deversarea peste coronament -15 a fost cea mai frecventå cauzå de cedare, urmatå de eroziunea internå în corpul barajului -26 ¿i eroziunea internå în funda¡ie -4 (fig. 3.8).

Codul cauzelor de cedareCauze principale

Cauze secundare

1 - Proiectare inadecvatå 2 - Investigare inadecvatå a terenului 3 - Eforturi de råsucire 4 - Infiltra¡ii 5 - Eroziune internå 6 - Întinderi la piciorul amonte 7 - Rezisten¡a la înghe¡-dezghe¡ 8 - Permeabilitate 9 - Îmbåtrânirea betonului 10 - Subpresiune11 - Deversare peste coronament 12 - Culei artificiale ¿i funda¡ie13 - Întinderi

Datorate funda¡iei

Datorate betonului

Datorate ac¡iunilor neprevåzute sau ac¡iunilor de o amploare deosebitå

Datorate comportårii barajelor de greutate ¿i cu contrafor¡i

Fig. 3.7. Cauze de cedare la barajele din beton.

50

Page 50: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Cauze principale

Cauze secundare

Codul cauzelor de cedare

1 - Deforma¡ii ¿i tasåri 2 - Eforturi de råsucire 3 - Infiltra¡ii 4 - Eroziune internå 5 - Tratamentul de consolidare 6 - Reactivarea unei alunecåri vechi 7 - Argila dispersatå 8 - Sedimente ¿i nisip fin uniform 9 - Amplasare10 - Compactare 11 - Presiunea hidrostaticå ¿i împingerea sedimentelor (inclusiv ac¡iunea ¿i impactul ghe¡ii)12 - Precipita¡ii13 - Cutremure (naturale ¿i induse)14 - Explozii puternice în apropierea acumulårii15 - Deversare peste coronament16 - Cedarea unui baraj din amonte17 - Întârzieri în construc¡ie 18 - Nucleului impermeabil19 - Altor sisteme de etan¿are - incluzând o¡elul, lemnul, betonul20 - Zonelor de tranzi¡ie21 - Protec¡iei taluzului22 - Liantului între elementele de beton (zidårie, o¡el) ¿i rambleurilor adiacente23 - Mi¿cårilor diferen¡iate (inclusiv transferul încårcårilor, cråpåturi, efectul de arc)24 - Tasårii nea¿teptate în corpul barajului ce produce cråpåturi25 - Infiltra¡ii26 - Eroziune internå27 - Lichefiere

Datorate funda¡iei

Datorate materialelor ¿i metodelor de construct¡e, excluzând filtrele ¿i drenurile

Datorate ac¡iunilor neprevåzute sau de o amploare excep¡ionalå

Datorate comportårii structurii

Fig. 3.8. Cauzele cedårii la barajele din anrocamente.

51

Page 51: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Din studiul a peste 100 incidente, accidente ¿i distrugeri (inventariate) survenite la construc¡iile hidrotehnice din ¡ara noastrå (Ra¡iu ¿i Constantinescu 1989), se pot prezenta urmåtoarele clasificåri (dupå criteriile interna¡ionale - ICOLD):

Dupå tipuri de cedåri se constatå un numår relativ redus de distrugeri (~26%), accidentele ¿i incidentele fiind aproximativ egale (fig. 3.9).

0

10

20

30

40

Tipuri de cedåri

Proc

ente

Distrugeri Accidente I id t

Fig. 3.9. Tipuri de cedåri (%).

Analizând localizarea accidentelor se eviden¡iazå cå majoritatea acestora s-au produs în corpul barajului (42%), apoi în instala¡iile hidromecanice, funda¡ii ¿i versan¡ii lacului. Se remarcå cå distrugerile înregistrate s-au produs în special în corpul construc¡iei (fig. 3.10);

0

10

20

30

40

50

Localizarea accidentului

Proc

ente

Funda¡ie Corp construc¡ie Instala¡ii hidromecanice Versant

Fig. 3.10. Localizarea accidentului (%).

52

Page 52: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

O corela¡ie între vârsta construc¡iilor ¿i producerea cedårilor aratå cå cele mai multe accidente s-au produs în perioada punerii sub sarcinå a construc¡iei, urmând ca frecven¡å perioada primilor 5-7 ani de exploatare, dupå care numårul accidentelor scade sensibil (fig. 3.11).

0

4

8

12

Perioada (ani)

Num

år d

e ac

cide

nte

Execu¡ie Punere sub sarcinå 5 ani exploatare 30 ani exploatare

Fig. 3.11. Numårul accidentelor în func¡ie de vârsta barajului.

Analiza cauzelor cedårilor indicå cå acestea s-au datorat: pierderii stabilitå¡ii (31%) prin sufozii fizice ¿i chimice, afuieri, eroziuni, infiltra¡ii, alunecåri, deforma¡ii, deplasåri; durabilitå¡ii construc¡iei (17%) prin deg-radåri, fisuri, eroziuni, depå¿irea capacitå¡ii de rezisten¡å a materialelor, îmbåtrânirea construc¡iei; defec¡iunilor de func¡ionare (33,7%) prin depå-¿irea capacitå¡ii evacuatorilor, deversarea digurilor, înfundåri de gråtare, blocåri de stavile, vane, batardouri, producere de vibra¡ii (fig. 3.12);

0

10

20

30

40

Cauzele cedårii

Proce

nte

Stabilitate Durabilitate Defec¡iuni în func¡ionare Alte

Fig. 3.12. Cedåri (%) în func¡ie de cauzele producerii lor.

53

Page 53: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

• Deficien¡ele de proiectare (fig. 3.13) de¡in ponderea în generarea cedårilor (29%) prin solu¡ii inadecvate (incompatibilitatea cu terenul), insuficienta studiere a solu¡iilor ¿i detaliilor, neîn¡elegerea fenomenelor reale. Deficien¡ele de execu¡ie (15%) includ nerespectarea solu¡iilor din proiect ¿i a condi¡iilor din caietele de sarcini, nerespectarea graficelor de execu¡ie, execu¡ii necorespunzatoare, neglijente. Deficien¡ele de exploatare (15%) au constat în: efectuarea de manevre gre¿ite la instala¡iile hidromecanice, supravegherea deficitarå a comportårii construc¡iei, neîntre¡inerea lucrårilor. Insuficien¡a studiilor de teren (6%) se referå la incompleta culegere de date pentru proiectare, colaborare defectuoaså cu proiectantul. Cazuri diverse (34%) înseamnå depå¿irea debitelor de calcul la batardouri ¿i diguri de protec¡ie, surprinderea lucrårilor neterminate de viituri, eroziune generalå a zonelor din aval de baraj, materiale necorespunzåtoare.

0

10

20

30

40

Deficien¡e care au generat cedåri

Proce

nte

Studii Proiectare Execu¡ie Exploatare Alte

Fig. 3.13. Deficien¡e care au generat cedåri (%). Analiza statisticå indicå în limitele cazurilor existente o similitudine a cazuisticii fenomenelor ¿i formelor de cedare ce poate fi aproximatå celei existente pe plan mondial.

3.2. ANALIZA CAUZELOR DE CEDARE A BARAJELOR Analiza cauzelor de cedare a barajelor face posibilå stabilirea globalå ¿i sistematicå, a scenariilor de rupere pe tipuri de construc¡ii hidrotehnice (respectiv pe tipuri de baraje), cuprinzând forma ¿i dezvoltarea avariei, modul în

54

Page 54: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

care evolueazå fenomenul în timp ¿i durata acestuia (Ra¡iu ¿i Constantinescu, 1989). Sunt luate în considerare fenomenele de cedare dupå:

• •

• •

amploarea ¿i efectele lor (distrugeri, accidente, incidente);

perioada de existen¡å (execu¡ie, prima punere sub sarcinå, exploatare, îmbåtrânire);

locul de cedare (funda¡ie, corpul construc¡iei, echipamente hidrome-canice, instala¡ii electrice, lacuri de acumulare-versan¡i, cuneta);

modul de desfå¿urare (lente, rapide, bru¿te sau combina¡ii);

cauze: în funda¡ii sau în corpul construc¡iei (eroziuni, alunecåri, sufozii, afuieri, seisme), la descårcåtori (depå¿irea capacitå¡ii), deficien¡e umane (nivelul cunoa¿terii, posibilitå¡i limitate de studiu în teren, calitatea execu¡iei, modul de între¡inere, exploatare ¿i supraveghere).

3.2.1. EROZIUNI ÎN FUNDAºII ªI ÎN CORPUL CONSTRUCºIILOR Eroziunile sunt fenomene datorate apei, cu impact asupra construc¡iilor ¿i zonelor aferente lor. Eroziunile se produc prin:

desprinderi ¿i antrenåri de particule sau de elemente stabilizatoare din teren sau din corpul construc¡iilor din materiale locale;

deteriorarea suprafe¡elor construc¡iilor din beton prin fenomene de abraziune, ¿ocuri sau cavita¡ie.

În cazul procesului de cedare prin eroziune, evolu¡ia spre distrugere poate fi opritå prin interven¡ii.

1. Eroziuni produse in terenul de funda¡ie. La barajul Lake Waco (USA) s-a produs distrugerea disipatorului datoritå eroziunilor puternice în aval ¿i sub radierul bazinului disipator (fig. 3.14).

2. Eroziuni produse în corpul construc¡iilor. În cazul barajelor din materiale locale se produc eroziuni datorate valurilor, dar având în vedere caracterul lor nepermanent nu provoacå avarii grave decât în cazuri excep¡ionale. La barajul La Paz, vântul de mare intensitate a provocat valuri care au depå¿it coronamentul, spålând barajul. Eroziunea betoanelor datoratå fenomenului de abraziune este întâlnitå la disipatorii de energie, unde datoritå saltului hidraulic predominå ac¡iunea de spargere a betonului prin ¿ocuri repetate, agregatele smulse devenind noi surse de distrugere.

55

Page 55: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Linia eroziunilor

Beton nou turnat

Disipator ini¡ial

Zona remediatå

Noul disipator

Fig. 3.14. Barajul Lake Waco. Schema ruperii ¿i remedierile.

3.2.2. SUFOZII ªI AFUIERI PRIN TERENUL DE FUNDAºIE

ªI PRIN CORPUL BARAJELOR Sufoziile ¿i afuierile sunt generate de infiltra¡ia apei, dupå punerea sub

sarcinå a construc¡iilor hidrotehnice alcåtuite din påmânturi necoezive (bolovåni¿uri, pietri¿uri, nisipuri, prafuri) sau slab coezive (marne nisipoase, nisipuri presate). Sufozia mecanicå (eroziunea progresivå) se manifestå prin antrenarea particulelor solide de la o sec¡iune la alta, începând cu porii mici. Ea se intensificå pe måsura måririi volumului porilor când vitezele de infiltra¡ie cresc.

Datoritå acestui fenomen se produc goluri mari în terenul de funda¡ie al unor baraje din beton sau påmânt (fig. 3.15), sau în corpul unor baraje din påmânt, urmate de alunecåri sau pråbu¿iri ale taluzurilor sau ale versan¡ilor (fig. 3.16). Afuierea (eroziunea regresivå) continuå procesul de antrenare prin exfiltra¡iile din terenul de funda¡ie sau din corpul barajului. În cazul barajului Teton, cauza cedårii a constituit-o formarea unei sufozii în

nucleul central în lungul contactului cu roca versantului, ca urmare a infiltra¡iei în tran¿eea pintenului. Între fenomenul de sufozie ¿i afuiere existå o corela¡ie: sufozia implicå ¿i afuierea stratelor.

56

Page 56: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Zona de afuieri sau grifoane

N

Funda¡ie permeabilå

Fig. 3.15. Baraje din beton. Zona de sufozii ¿i afuieri.

NNucleu impermeabil

Prism permeabil

Zona de sufozii

Zona de afuieri

Teren permeabil

Fig. 3.16. Baraje din påmânt. Zona de sufozii ¿i afuieri.

3.2.3. FENOMENE GENERATE DE MIªCÅRILE SEISMICE Comportarea barajelor ¿i a funda¡iilor acestora în timpul cutremurelor este deosebit de complexå (ISPH, 1984).

Barajele de greutate supuse ac¡iunii seismelor au o comportare bunå, favorizatå de tronsonarea lor în ploturi, prin rosturi permanente. Se pot produce înså cedåri în pår¡ile sensibile: treimea superioarå a barajului realizatå de obicei mai sveltå; legåturå voalului de etan¿are cu corpul barajului; planul de fundare când dimensionrea la alunecare nu este corespunzåtoare; masa funda¡iei, în cazul în care este slabå, are o startifica¡ie defavorabilå în raport cu direc¡ia seismului sau este afectatå de o tectonicå puternicå.

57

Page 57: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Barajele arcuite, prin modul lor de a lucra sunt cele mai adecvate pentru zonele seismice. Ridicå înså probleme de siguran¡å la solicitåri seismice, prin funda¡iile lor unde se pot produce dislocåri, datoritå presiunilor hidrostatice sau intersti¡iale.

Barajele cu contrafor¡i au avut o comportare satisfåcåtoare la solicitåri seis-mice. Faptul cå barajul se comportå ca un ansamblu de elemente independente la solicitåri este favorabil; problemele sunt ridicate de comportarea contrafor-¡ilor, pe direc¡ia transversalå a våii, fiind necesare måsuri pentru mårirea stabili-tå¡ii dinamice. Barajele din anrocamente etan¿ate cu nucleu de argilå sunt considerate ca cele mai rezistente structuri la ac¡iunea cutremurelor. Comportarea bunå se datoreazå capacitå¡ii corpului din anrocamente de a prelua deforma¡iile funda¡iei ¿i barajului. La acest tip de baraje nu s-au înregistrat avarii.

Barajele din anrocamente, cu mascå de etan¿are pe paramentul amonte înregistreazå avarii prin cedarea må¿tii, datoritå modificårii condi¡iilor de rezemare pe prismul de anrocamente.

Barajele de påmânt sunt cele mai puternic afectate de cutremure, din cauza materialelor folosite ¿i a unor solu¡ii inadecvate. Formele posibile de avariere sunt: formarea de cråpåturi în profunzime care stråbat zonele etan¿e; alunecarea taluzurilor; alunecarea generalå a barajelor pe funda¡ii slabe; deversarea peste coronament, ca urmare a valurilor create de cutremur în lac. Ca urmare a umplerii lacurilor de acumulare ale marilor baraje au survenit cu-tremure induse într-o serie de cazuri. În urma studierii lor s-au pus în eviden¡å urmåtoarele: cutremurele induse puternice au fost înso¡ite de pre¿ocuri sau post-¿ocuri, prezen¡a acumulårilor modificând esen¡ial seismicitatea regiunii (acumularea Koyna); cutremurele induse medii au coincis în timp cu umplerea acumulårilor, la unele acumulåri nu s-au înregistrat anterior seisme de aceea¿i amplitudine; activitatea seismicå a avut un caracter temporar, a început dupå umplere ¿i a încetat ulterior; activitatea seismicå localå a scåzut dupå umplerea lacurilor.

3.2.4. PRESIUNI HIDROSTATICE ÎN ROCA DE FUNDARE Apa, în cazul rocilor stâncoase nu poate produce eroziuni dar induce for¡e destabilizatoare sub formå de presiuni hidrostatice sau presiuni în pori, func¡ie de natura ¿i caracteristicile rocilor. În planele stratifica¡iilor sau deranjamentelor tectonice din masa stâncoaså a funda¡iei, indiferent de natura rocilor ac¡ioneazå presiunea intersti¡ialå ¿i se dezvoltå ¿i presiuni hidrostatice, în special în cazul deschiderilor mari. Procesul se desfå¿oarå, de regulå, dupå mecanismul expulzårii unui diedru din funda¡ia stâncoaså a barajului. Cedarea barajului Malpasset s-a produs prin acest mecanism datoritå particu-laritå¡ilor rocii, ¿istuozitå¡ii versantului ¿i prezen¡ei faliei de forfecare (fig.3.17).

58

Page 58: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

N

DiedruFalie

Fig. 3.17. Barajul Malpasset.

3.2.5. DEPŪIREA CAPACITźII DE REZISTENºÅ A TERENULUI Consecin¡ele depå¿irii capacitå¡ii de rezisten¡å a terenului la solicitåri sunt tasårile, fisurile ¿i alunecårile. Cedarea funda¡iei prin aceste mecanisme afecteazå ¿i corpul barajului ¿i de aici necesitatea tratårii funda¡iei ¿i construc¡iei ca un sistem unitar.

Tasarea funda¡iei este un proces de deformare care se produce printr-o formå de cedare de tipul refulårii.

Fisurarea, urmatå uneori de apari¡ia de cråpåturi, apare ca o consecin¡å a tasårilor sau alunecårilor din funda¡ii ¿i poate fi efectul presiunilor hidrostatice sau intersti¡iale. Fisurarea, ca formå de cedare afecteazå în special forma¡iile stâncoase ¿i are urmåtoarele efecte: producerea de plane de alunecare, pierderea de debite sau antrenåri de materiale prin fisuri.

Alunecårile în funda¡iile construc¡iilor se poduc datoritå anulårii coeziunii terenului ¿i reducerea frecårii pe suprafe¡e. În cazul barajului Marshall Creek (USA) partea medianå s-a tasat în por¡iunea paramentului aval care s-a deplasat, refulându-se datoritå cedårii terenului de funda¡ie sub încårcarea umpluturii din corpul barajului. La barajul Paltinu, fenomenul de cedare s-a manifestat prin tasåri ¿i deforma¡ii plastice ale funda¡iei, produse la punerea par¡ialå sub sarcina a construc¡iei.

3.2.6. DEVERSÅRI PESTE CORONAMENT Barajele din materiale locale cât ¿i cele din beton nu sunt concepute pentru a rezista la deversåri peste coronament iar dacå prin accident deversarea se produce, ele se rup par¡ial sau total, acumulårile golindu-se rapid.

Barajele din materiale locale. În cazul barajului Hell Hole (USA) datoritå unei viituri cu caracter catastrofal corpul barajului a fost spålat în timpul execu¡iei (fig. 3.18).

59

Page 59: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

N

Nm a x . v i i t u r å

Profil proiectatMiez de argilåSec¡iunea executatåîn momentul distrugerii

Fig. 3.18. Barajul Hell Hole. Deversarea taluzului distrus din amonte.

În cazul barajului Belci (Diacon, Mircea ¿i Stematiu, 37/1992) ruperea s-a produs ca urmare a unei viituri excep¡ionale care a provocat deversarea peste barajul de påmânt (fig. 3.19).

Alunecare

Eroziune

Fig. 3.19. Barajul Belci. Alunecarea taluzului aval.

Datoritå precipita¡iilor intense cåzute în bazinul hidrografic ¿i a tendin¡ei de ridicare a apei în lac s-a încercat ridicarea unei vane. În timpul manevrei, din cauza unui scurt circuit s-a întrerupt curentul electric. La punerea în func¡iune a unui grup electrogen s-a produs un scurt circuit la electromotorul de ac¡ionare a vanelor, datoritå apei care a påtruns în camera de manevrå. Deschiderea vanelor a devenit imposibilå. S-a încercat o deblocare manualå. Apa ajunså la coronament a început så deverseze peste baraj. Dupå circa 3 ore s-a produs prima cedare a barajului, cu formarea unei bre¿e, iar dupå alte 2 ore s-a produs a doua cedare a barajului lårgindu-se bre¿a.

3.2.7. DEPŪIREA CAPACITźII DE REZISTENºÅ A MATERIALELOR

Depå¿irea capacitå¡ii de rezisten¡å a materialului din corpul barajului, la solicitåri genereazå tasåri, fisuråri ¿i alunecåri.

60

Page 60: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Tasårile apar în orice tip de baraj, înså, având în vedere propor¡iile lor, importan¡å prezintå numai tasårile din corpul barajelor din materiale locale.

Fisurårile se datoresc depå¿irii capacitå¡ii materialelor de a rezista la eforturi când se produc fenomene de tasåri diferen¡iate, alunecåri, fenomene termice. Un exemplu de cedare datoritå fisurårii nucleului poate fi considerat barajul Balderhead (Anglia). Ca urmare a tasårilor diferen¡iate dintre nucleul de etan¿are ¿i filtre, a eforturilor de frecare apårute ¿i a coeziunii reduse a materialului din nucleu, acesta s-a fisurat pe direc¡ii orizontale.

Alunecårile pot apare la toate tipurile de baraje iar ca mecanism sunt comparabile cu cele care se produc în funda¡ii. Alunecårile în corpul barajelor pot fi, fie total independente de funda¡ii, fie într-o strânså interac¡iune. În cazul barajelor din materiale locale, alunecårile se produc de regulå pe suprafe¡e cilindrice, prin depå¿irea coeziunii. Ele au provocat un numår mare de cedåri, atât în timpul execu¡iei, cât ¿i în perioada de exploatare. La barajele din beton nu se cunosc cazuri de cedåri datoritå fenomenelor de alunecare produse în corpul construc¡iilor. Catastrofe de mari propor¡ii s-au produs datoritå alunecårii pe funda¡ie, subpresiunea nefiind luatå în considerare la dimensionarea lor.

3.2.8. FENOMENE DE ÎMBÅTRÂNIRE A BARAJELOR

Îmbåtrânirea barajelor este un proces complex de degradare pe care materialele folosite la realizarea lor îl suferå în timp. Fenomenul de îmbåtrânire are o serie de caracteristici a cåror evolu¡ie determinå durata de via¡å a barajului:

• •

este inerent materiei, afectând într-o måsurå mai mare sau mai micå structura ¿i caracteristicile materialelor;

condi¡iile de mediu gråbesc procesul de degradare în timp;

condi¡iile de exploatare ¿i între¡inere pot så o scurteze sau så o prelungeascå; fenomenul poate fi cercetat ¿i ¡inut sub control.

La barajul Sadu II, îmbåtrânirea constituia un pericol poten¡ial de cedare. Barajul de greutate a fost executat din beton ciclopian, nu avea rosturi transversale ¿i nici ecran de etan¿are în roca de funda¡ie. Accidentul survenit, deversarea peste coronament cu o lamå de 50 cm ¿i distrugerea pereului situat la piciorul aval, a pus în eviden¡å pericolul ca la o eventualå viiturå barajul så fie distrus. Cauzele accidentului: fenomenul de îmbåtrânire, solu¡iile constructive adoptate ¿i calitatea materialelor care au favorizat îmbåtrânirea, capacitatea insuficientå de evacuare a viiturilor. Lucrårile de recondi¡ionare au constat în :

61

Page 61: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

recondi¡ionarea corpului barajului în vederea asigurårii la alunecare, asigurarea evacuårii debitelor catastrofale.

3.2.9. ALUNECÅRI DE VERSANºI ÎN LACURILE DE ACUMULARE Lacurile de acumulare exercitå o influen¡å uneori considerabilå asupra versan¡ilor, conducând la modificåri periculoase ale echilibrului existent, datoritå ac¡iunii apei, a noului regim freatic, ac¡iunii seismice naturalå sau induså de acumulare ¿i a unor interven¡ii ale omului. Consecin¡ele alunecårii versan¡ilor în lacurile de acumulare pot fi: distrugerea barajelor ¿i pierderi importante în aval ca urmare a undelor artificiale pe care le determinå, reducerea volumelor utile ale acumulårilor, afectarea unor folosin¡e, punerea în pericol a unor construc¡ii anexe. Exploatarea lacurilor de acumulare trebuie så aibå în vedere cå de¿i, în unele cazuri dupå o anumitå perioadå se stabile¿te un echilibru relativ în comportarea versan¡ilor, producerea alunecårilor nu poate fi definitiv înlåturatå. La acumularea Vajont (Italia), alunecarea s-a produs datoritå particularitå¡ii geologice a versantului stâng ¿i datoritå modificårii condi¡iilor hidrogeologice ca urmare a umplerii lacului. Apa care a påtruns în straturile argiloase datoritå ploilor abundente ¿i a ridicårii nivelului în acumulare a generat, pe de o parte presiuni intersti¡iale mari, iar pe de altå parte a redus caracteristicile fizico-mecanice ale argilei. Ridicårile repetate ale nivelului în acumulare au produs ¿ocuri seismice de naturå induså care au favorizat deranjarea echilibrului în versant. Masa enormå de rocå s-a pråbu¿it în numai 5 minute, a umplut complet parte aval a acumulårii, depå¿ind cu mult cota coronamentului generând un cutremur. Valul creat a ridicat apa din acumulare pe versantul drept cu circa 200 m peste cota reten¡iei din acumulare, apoi a rico¿at, deversând peste baraj cu o la-må de circa 70 m. O undå secundarå a pornit spre amonte, ridicând nivelul mult peste nivelul reten¡iei normale ¿i afectând grav localitå¡ile de pe mal. Barajul a rezistat solicitårii extraordinare fårå så înregistreze nici o fisurå. Unda propagatå în aval, având un vârf de 200.000-300.000 m3 /s a distrus localitå¡ile întâlnite.

3.2.10. ALUNECÅRI DE VERSANºI ÎN ALBIILE NATURALE

ALE CURSURILOR DE APÅ

Alunecarea unei mase imense de rocå (zeci de milioane de m3) în albia unui curs de apå are consecin¡e dezastruoase asupra zonei afectate (Krumdiech ¿i Zimmermann, 1995; Fanelli, ¿.a., 1988):

62

Page 62: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

1. Pierderile de vie¡i omene¿ti ¿i a proprietå¡ilor în localitå¡ile måturate de avalan¿å. În cazul Val Pola, Italia au fost distruse 2 sate ¿i s-au înregistrat 27 de mor¡i.

În cazul La Josefina, Ecuador s-au înregistrat 72 de mor¡i ¿i pagube materiale de milioane de dolari.

2. În spatele barajelor create natural sunt inundate terenuri prin acumularea apei. În cazul La Josefina a fost distruså autostrada Pan-American ¿i calea feratå ce leagå zona afectatå de capitala Quito, au fost complet inundate o centralå termica de 20MW ca ¿i întinse suprafe¡e agricole ¿i 1200 de case. 3. Pericolul deversårii peste coronament ¿i inundarea suprafe¡elor aval este situa¡ia criticå cu care se confruntå autoritå¡ile.

• •

A fost necesarå evacuarea a 25000 de locuitori în cazul Val Pola.

În cazul La Josefina a existat pericolul inundårii localitå¡ilor din aval ¿i a cenralei hidroelectrice Pante de 1075 MW care asigurå 75% din produc¡ia de energie a Ecuadorului. A fost necesarå evacuarea popula¡iei din aval pânå la terminarea lucrårilor de interven¡ie.

3.2.11. COLMATÅRI DE LACURI DE ACUMULARE

Lacurile de acumulare amenajate pe cursurile de apå înregistreazå, în mod inerent, procese de colmatare, ceea ce are ca efect mic¿orarea capacitå¡ii de atenuare a viiturilor, ca ¿i reducerea (uneori anularea) unor folosin¡e ale amenajårilor. Din punct de vedere al efectului economic, colmatårile lacurilor, func¡ie de stadiul în care s-a ajuns, sunt comparabile fie cu accidentele, fie cu distrugerile.

Acumulårile, având ca folosin¡e alimentåri cu apå, iriga¡ii, agrement, pisciculturå, colmatate cu peste 75-90% din volumul util, într-o perioadå mai micå decât via¡a normatå a construc¡iei se pot asimila cu formele de cedare de tip distrugere.

Acumulårile care î¿i pierd în propor¡ie de 50-75% volumul util, într-o perioadå mai micå decât via¡a normatå a construc¡iei, conducând la obturarea temporarå a frontului de captare, se pot asimila cu forme de cedare de tip accident.

Fenomenele de colmatare care nu afecteazå volumul util mai mult decât 50% pe toatå perioada vie¡ii normate a construc¡iei sunt în stadiul de incident.

63

Page 63: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

3.3. SCENARII PRIVIND RUPEREA BARAJELOR

3.3.1. SCENARII PRIVIND RUPEREA BARAJELOR DIN MATERIALE LOCALE În cazul:

a) eroziunilor în funda¡ii ¿i în corpul barajelor se produc pråbu¿iri;

b) sufoziilor-afuierilor apar goluri mari în funda¡ii sau corpul barajului, urmate de alunecåri sau pråbu¿iri ale taluzurilor sau versan¡ilor;

c) mi¿cårilor seismice (inclusiv induse), la barajele din anrocamente cu mascå de etan¿are cedeazå masca, iar la barajele de påmânt apar cråpåturi în profunzime, alunecåri ale taluzelor, urmate de pråbu¿irea barajului pe funda¡ie:

d) depå¿irii capacitå¡ii de rezisten¡å a terenului la solicitåri apar fisuråri, alunecåri, tasåri care determinå infiltra¡ii, pråbu¿iri, respectiv deversåri peste baraj;

e) deversårilor peste coronament se produc eroziuni care creazå bre¿e ce se dezvoltå rapid pe întreaga sec¡iune a barajului ¿i care pot fi asimilate cu forme dreptunghiulare, triunghiulare, trapezoidale.

Cauzele de cedare analizate impun adoptarea urmåtoarelor scenarii de rupere prezentate în tabelul 3.1 ¿i figurile 3.20, 3.21, 3.22 (Binnie & Partners, 1991).

Spårtura ini¡ialå Eroziune progresivå Bre¿a atinge funda¡ia

Eroziune lateralå Forma finalå

Fig. 3.20. Formele bre¿ei cauzatå de deversarea peste coronament

la barajele din materiale locale.

64

Page 64: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Bre¿a - orificiu Dezvoltarea bre¿ei Pråbu¿irea barajului Lårgirea bre¿ei

Fig. 3.21. Formele bre¿ei cauzate de infiltra¡ii la barajele din materiale locale.

Infiltra¡ii în funda¡ie Pråbu¿irea barajului Eroziune lateralå

Fig. 3.22. Formele bre¿ei cauzate de infiltra¡ii în funda¡ia unui baraj

din materiale locale.

Tabelul 3.1

Scenarii de rupere pentru baraje din materiale locale

Cauzele cedårii

Bre¿a ini¡ialå

Formele intermediare

Bre¿a finalå

Timp de rupere

Observa¡ii

Deversare peste co-ronament

O sparturå de dimensi-uni mici

Bre¿a atinge adâncimea ma-ximå ¿i are forma

Adâncimemaximå de forma

Diferi¡i în func¡ie de mårimea undei de rupere

Pozi¡ia bre¿ei ini¡iale depinde de geometria ¿i construc¡ia ba-rajului

Infiltra¡ii

Orificiu în partea inferioarå a barajului

Orificiul se lårge¿te cauzând

pråbu¿irea barajului

Forma

în urma pråbu¿irii barajului

Ini¡ial poate fi lentå, urmatå de o cedare rapidå

Måsuri de reme-diere sunt ade-sea posibile în fazele ini¡iale

Cedåri ale funda¡iei

Infiltra¡ii prin funda¡ie

Forma

dupå cedare

Eroziune lateralå

Rapid Dezvoltarea bre¿ei depinde de condi¡iile geologice locale

65

Page 65: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

3.3.2. SCENARII PRIVIND RUPEREA LA BARAJELE DIN BETON În cazul:

a) eroziunilor, care pot apare atât la funda¡ii, cât ¿i în corpul barajelor, se produce fenomenul de pierdere a stabilitå¡ii prin råsturnare sau deplasare din amplasament;

b) sufoziilor-afuierilor în funda¡iile permeabile (fårå etan¿åri în profunzime sau cu etanzåri compromise) apar goluri urmate de prabu¿iri sau alunecari ale barajului;

c) mi¿cårilor seismice (inclusiv induse): •

• •

la barajele din beton, de greutate au loc cedåri în pår¡ile sensibile: fisuri în treimea superioarå a barajului, la legåtura voalului de etan¿are cu barajul, alunecare în planul de fundare;

la barajele arcuite au loc dislocåri prin cedarea funda¡iilor;

la barajele cu contrafor¡i au loc cedåri ale contrafor¡ilor pe direc¡ia transversalå a våii;

d) cedårii terenurilor stâncoase se produc dislocåri de diedre care pot determina råsturnarea barajului;

e) deversårilor peste coronament produse de incapacitatea descårcåtorilor de a evacua debitele extraordinare, de pråbu¿irea în acumulare a unor versan¡i, de exploatarea necorespunzåtoare are loc cedarea unei pår¡i sau în întregime a barajului;

f) depå¿irii capacitå¡ii de rezisten¡å a materialelor se produc råsturnåri sau alunecåri la nivelul fisurilor care apar;

g) deficien¡elor de durabilitate apar eroziuni abrazive, cavita¡ionale, ac¡iuni chimice ¿i climatice, procese de îmbåtrânire ce se manifestå obi¿nuit prin pråbu¿irea barajului.

Scenariile de rupere determinate de aceste cauze sunt date în tabelul 3.2 ¿i figurile 3.23, 3.24, 3.25, 3.26 (Binnie & Partners, 1991).

Distrugeri u¿oare Deversarea prelungitå Pråbu¿irea barajului la coronament spalå corpul barajului

Fig. 3.23. Formele bre¿ei rezultate prin deversare în cazul barajului de greutate din beton.

66

Page 66: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Goluri în funda¡ie Bre¿å dreptunghiularå Lårgirea bre¿ei

Fig. 3.24. Formele bre¿ei rezultate în urma cedårii funda¡iei la barajul

de greutate din beton. Tabelul 3.2

Scenarii de rupere pentru barajele din beton

Cauzele cedårii

Bre¿a ini¡ialå Formele intermediare

Bre¿a finalå

Timp de rupere

Observa¡ii

Barajele de greutate din beton Deversare peste coro-nament

Distrugeri u¿oare la coronament

Distrugerile se extind în corpul barajului

Bre¿a atinge adâncimea maximå

Mai mare decât la barajele din anrocamente depinzând de condi¡iile viiturii

Ruperea poate fi cauzatå de eroziunile din corpul barajului sau spå-larea fun-da¡iei

Cedarea funda¡iei

Goluri în funda¡ie

Pråbu¿irea barajului ¿i formarea bre¿ei

Bre¿a se extinde lateral

Rapid dupå faza ini¡ialå

De obicei, ruperea atinge adâncimea maximå, dar are lå¡imi diferite

Cedarea prin alunecare

Infiltra¡ii la rosturi sau la capetele barajului

Alunecarea ploturilor, formarea bre¿ei

Bre¿a se extinde lateral

Aproape instantaneu odatå ce bre¿a s-a format

Planul de alunecare poate fi în corpul barajului sau în funda¡ie

Barajele în arc

67

Page 67: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Tabelul 3.2 (continuare)

Deversare peste coro-nament

Distrugeri u¿oare la coronament

---

Rupere completå baraj

Instantaneu odatå ce distru-geri majore apar

Cedarea rezultå din spålarea funda¡iei

Cedare funda¡iei

Infiltra¡ii u¿oare

---

Rupere completå baraj

Instantaneu odatå ce distru-geri majore apar

Bre¿a se poate pro-duce sub forma unui tunel

Cedare par¡ialå Lårgirea bre¿ei

Fig. 3.25. Formele bre¿ei rezultate prin alunecarea ploturilor la barajele de greutate.

Fig. 3.26. Cedarea în cazul barajelor în arc.

3.3.3. SCENARII PRIVIND ACCIDENTELE LA ACUMULÅRI Cauzele unor astfel de accidente pot fi determinate de:

a) alunecåri ale versan¡ilor ce pot determina o refulare peste coronamentul barajului a unui volum imens, corespunzåtor volumui intrat în lac, sau o rupere a barajului;

b) colmatåri ale lacului care economic pot fi comparate cu avariile.

68

Page 68: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

3.3.4. SCENARII PRIVIND AVARIILE ÎN SISTEMELE HIDROTEHNICE În sistemele hidrotehnice situa¡iile cele mai defavorabile pot interveni:

pentru acumulårile amplasate în cascadå, la ruperea barajului din amonte ruperea succesivå a celorlalte din aval, în momentul apari¡iei undei maxime;

pentru acumulårile situate în paralel, la suprapunerea în punctul de confluen¡å a undelor maxime;

pentru acumulårile grupate în sistem mixt, la suprapunerea undelor maxime în prima acumulare aval de confluen¡å, urmatå de ruperea succesivå a barajelor dispuse în cascadå.

69

Page 69: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

4

HIDROGRAFUL RUPERII Cedarea unui baraj produce în bieful aval o undå de viiturå (definitå ca undå de viiturå accidentalå) care prin caracteristicile sale (amploare ¿i efecte) nu poate fi asimilatå cu cele provenite din ploi excep¡ionale sau din topirea bruscå a zåpezilor. Fenomenele hidraulice care urmeazå acestei cedåri, trecerea unei mase imense de apå, cu viteze foarte mari, cu zone puternic erodate ¿i altele cu colmatåri importante sunt extrem de complexe. Modelarea matematicå a recurs, din acest motiv, la simplificåri ale geome-triei våii ¿i ale ecua¡iilor care genereazå fenomenul. Rezultatele calculelor, corelate cu cele ale încercårilor experimentale trebuie privite ¿i interpretate în ansamblul complex de probleme ce decurg în urma avarierii unui baraj, prioritare fiind vie¡ile omene¿ti ¿i pagubele materiale.

4.1. CONSIDERAºII ASUPRA UNDEI DE VIITURÅ

PRODUSÅ LA RUPEREA UNUI BARAJ Cedarea par¡ialå sau totalå a unui baraj determinå apari¡ia bruscå în albia râului, în sec¡iunea ruperii, a unui debit foarte mare, producând o perturbare violentå a regimului hidraulic anterior (presupus în general stabil în timp) ¿i conduce la apari¡ia unei mi¿cåri nepermanente, rapid variatå. Mi¿carea aceasta a lichidului cu suprafa¡a liberå în albia râului este caracterizatå prin varia¡ii rapide în timp a parametrilor care o definesc: vitezå, debit, adâncime (nivel), pantå, etc. Se formeazå (fig. 4.1) o undå de transla¡ie (cålåtoare, abruptå) pozitivå (sub forma unei umflåturi a apei), care se deplaseazå în lungul curentului ¿i în acela¿i sens cu acesta, cu o anumitå vitezå c (celeritate). Viteza undei, diferå de viteza curentului v ≠ c. În bieful amonte se produce o undå negativå, cålåtorind în amonte în contra curentului. Se define¿te unda produså de ruperea barajului ca undå de viiturå accidentalå, similar cu unda de viiturå consacratå viituriilor naturale (C. Mateescu 1961, S. Hâncu 1985). Elementele definitorii ale undelor de viiturå:

• gradul de subziden¡å, reprezentând måsura în care adâncimea maximå a apei se reduce ca efect al propagårii. Subziden¡a vârfului unei unde reprezintå procesul de mic¿orare a vârfului respectiv în urma parcurgerii

70

Page 70: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

unui sector de albie, ca o consecin¡å a procesului de lungire a undei, din cauza diferen¡elor de viteze de curgere din lungul râului (fig. 4.2).

• fenomenul de atenuare, diferit de subziden¡a undei, are ca element principal retinerea unei pår¡i din volumul undei de viiturå în albie sau lacuri.

• vârful (creasta) undei de viiturå reprezintå valoarea maximå pe care o atinge nivelul apei, fåcându-se distinc¡ie între:

• vârful instantaneu h0 ce caracterizeazå unda de viiturå la un moment dat

t0 ( 00 =∂∂ xh pentru t = t0 );

• vârful local h1 , care caracterizeazå unda de viiturå dintr-o sec¡iune

oarecare situatå la abscisa x1 ( 01 =∂∂ th pentru x =x1 ).

Sec¡iune baraj

Bief aval

Bief amonte

c

v

v

Fig. 4.1. Undele de transla¡ie. Negativå în bieful amonte, pozitivå în bieful aval.

Pozi¡ia ulterioarå a undei

Pozi¡ia ini¡ialå a undei de viiturå

Nivelul scurgerii permanente la debitul de bazå

Fig. 4.2. Subziden¡a vârfului undei de viiturå.

71

Page 71: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

• linia de inundabilitate reprezintå locul geometric al vârfurilor locale din diferite sec¡iuni, fiind definitå de ecua¡ia:

.dxdt

th

xh

dtdh

⋅∂∂

+∂∂

= 111 (4.1)

Caracteristic mi¿cårilor nepermanente, gradual variate ¿i rapid variate, este faptul cå transportå debite mari de apå în direc¡ia (în cele mai multe ipoteze -paralelå) curentului existent înaintea fenomenului, sub forma undelor de transla¡ie. În cazul mi¿cårii rapid variate , curbura profilului instantaneu al undei (curbura liniilor de curent) este foarte pronun¡atå, frontul undei, de formå parabolicå, fiind abrupt. Din punct de vedere hidraulic sunt necesar a fi determinate:

• Viteza de propagare a frontului de undå în aval, caracteristica cea mai importantå fiind viteza de propagare a centrului de gravitate a undei de cre¿tere (v=0,5÷23m/s). Aceasta este influen¡atå determinant de panta ¿i frecare (nedepinzând de înål¡imea frontului).

• Înål¡imile maxime ale undei în diferite sec¡iuni transversale prin vale, în aval de baraj ¿i eventual varia¡ia în timp a nivelurilor în aceste sec¡iuni.

Reduse la forma cea mai simplå, problemele hidraulice ale undei de viiturå accidentalå revin la determinarea parametrilor curgerii, variabili în timp, rezulta¡i din eliberarea bruscå a unei mase de apå, aflatå ini¡ial în mi¿care lentå (mi¿care neglijabilå), în spatele unui plan vertical. Calculele hidraulice pot fi efectuate, ca atare, pe baza modelului matematic format din ecua¡iile fundamentale ce caracterizeazå regimul nepermanent de mi¿care în albii, ecua¡iile Saint-Venant (ecua¡ii cu derivate par¡iale de tip hiperbolic). Viteza de propagare a undei de viiturå accidentalå se ob¡ine aplicând teorema I a impulsului (fig. 4.3). Vitezei de propagare a undei în apå în repaus (celeritatea) este:

hc0u

c0

1

2

1

2 (ω0)

Fig. 4.3. Deplasarea undei de viiturå din sec¡iunea 1-1 spre sec¡iunea 2-2.

72

Page 72: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

.)hb

(gc v2

300 +

ω= (4.2)

Dacå apa era în momentul producerii undei într-o mi¿care permanentå cu

viteza medie în sec¡iune v0 , celeritatea este:

.cvc 00 ±= (4.3)

Pentru efectuarea calculelor legate de unda de viiturå accidentalå este necesar a se cunoa¿te hidrograful debitelor Q = f (t), generat în sec¡iunea de am-plasare a barajului ca urmare a ruperii acestuia, definit ca hidrograf al ruperii. Acest hidrograf depinde în principal de urmåtoarele elemente: modul de rupere (forma, durata avariei, viteza de dezvoltare în timp) impus de un anumit scenariu caracteristic unui anumit tip de baraj, geometria ¿i volumul lacului, nivelul apei în lac. Parametrii fenomenului sunt influen¡a¡i de factori ca forma ¿i rugozitatea våii ¿i a versan¡ilor, scåderea nivelului în lac, prezen¡a debitului din aval ca ¿i ruperile de baraje în aval (în cascadå) sau/¿i confluen¡ele de unde de viituri accidentale produse de ruperi de baraje amplasate în paralel în re¡eaua hidrograficå.

4.2. CALCULUL HIDROGRAFULUI RUPERII Pe baza ipotezelor de rupere progresivå sau instantanee, a barajelor se pot determina consecin¡ele acestora: hidrograful ruperii în sec¡iunea avariei, respectiv hidrografele viiturii accidentale în sec¡iunile din avalul acesteia (Gh. Cre¡u ¿i C. Ro¿u, 1991). Studiile efectuate pânå în prezent, prin analiza distrugerii unor baraje, precum ¿i pe modele de laborator pun în eviden¡å factorii care influen¡eazå mecanismul ruperii dar nu oferå posibilitatea prevederii elementelor geometrice ale ruperii, care så permitå prognoza hidrografului. Ca atare, incertitudinea modului de rupere introduce erori în calculul hidrografului determinate de procesul de evolu¡ie a ruperii în timp. Din aceastå cauzå trebuie luate în considerare cât mai multe situa¡ii de rupere posibile sau dirijarea ruperii când nu mai poate fi evitatå. Se prevåd în acest scop elemente constructive pe coronamentul barajului (canale pilot, tipuri speciale de construc¡ii sparge val) care så favorizeze un anumit proces de rupere (L.A. Lopardo ¿.a., 1983). Diferi¡ii factori ce influen¡eazå formarea hidrografului de viiturå accidentalå intervin cu pondere variabilå ¿i în func¡ie de mårimea bre¿ei de rupere. Ca urmare s-a propus clasificarea bre¿elor în:

73

Page 73: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

a) bre¿e mici - hidrograful nu este influen¡at de unda negativå ce se formeazå în lac;

b) bre¿e mijlocii - hidrograful este influen¡at de unda negativå din lac ¿i de rezisten¡a hidraulicå a albiei lacului, dar nu este influen¡atå de nivelul din aval;

c) bre¿e mari - hidrograful este influen¡at ¿i de nivelul apei din aval. Problema în acest ultim caz este tratatå ca o propagare de unde simultane, pozitive în aval ¿i negative în amonte.

Pentru barajele în arc sau arc multiplu se considerå cå durata avariei este foarte scurtå, de ordinul secundelor, în calcul luându-se frecvent ¿i acoperitor distrugerea instantanee, de¿i practic ipoteza volatizårii barajelor este imposibilå. Barajele de greutate (tip Bicaz) ¿i din materiale locale (tip Lotru) prezintå prin masa lor o iner¡ie mai mare ¿i se admite ipoteza unei distrugeri treptate.

4.2.1. STABILIREA HIDROGRAFULUI LA RUPEREA UNUI BARAJ DE PÅMÂNT Pentru calculul hidrografului de viiturå la rupere, în cazul barajelor de

påmânt omogene, de micå înål¡ime (Hb ≤ 15 m) se fac urmåtoarele considera¡ii:

• •

ruperea este progresivå datorându-se unor fenomene de eroziune; eroziunea se dezvoltå repede ¿i masivul este spålat într-un timp foarte scurt.

A. În cazul deversårii, limitele amonte ¿i aval ale coronamentului coboarå de o manierå practic uniformå ¿i dupå o lege propuså, deci cunoscutå (fig. 4.4), (R.A. Lopardo ¿.a., 1983).

În consecin¡å, calculul hidrografului debitelor produse de ruperea barajelor considerate se poate face admi¡ând: ruperea progresivå prin erodare, cu viteze de cre¿tere a adâncimii bre¿ei de x m/min (variabila H); eroziunea ambelor maluri cu 2x m/min (variabila B); forma bre¿ei trapezoidalå (fig. 4.5), stabilitå din coinciden¡a debitelor maxime cu cele determinate prin similitudine pe model (la bre¿a triunghiularå consideratå, debitul deversat este inferior celui determinat pe model). Scurgerea poate fi consideratå ca o scurgere peste un deversor cu prag lat [c > (2 ... 3)H], (fig. 4.6), pasul de timp luat în calcul ∆ t. Practic lungimea pragului este:

( ) ,H...c 103= (4.4)

iar pentru valori c >> H, ce se ating pe måsura adâncirii bre¿ei, curgerea trebuie consideratå ca o curgere într-un canal cu panta i.

74

Page 74: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

0

2

4

6

8

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9

t(min)

H(m

)

Ham

HaHam Hav

Fig. 4.4. Cedarea uniformå a paramentului amonte ¿i aval.

B1

B2

Hb

hbb

hn

H0

v0

hcr

c

z

Fig. 4.5. Forma bre¿ei. Fig. 4.6. Schema deversorului cu prag lat.

În cazul deversorului neînecat (hn < hcr ) adâncimea la prag h se ia, de

obicei, egalå cu adâncimea criticå hcr :

.H,hh cr 060== (4.5)

Debitul, cu considerarea vitezei de acces v0, este:

,/ 230Hg2mbQ = (4.6)

unde:

b este lungimea bre¿ei;

m - coeficientul de debit (m = 0,30 ... 0,36).

75

Page 75: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

În cazul deversorului înecat (hn > hcr ), întâlnit mai rar în evolu¡ia fenomenului analizat, adâncimea la prag se ia egalå cu adâncimea de înecare (h

=hn ), iar debitul se determinå cu formula:

,HgbmQ /2302σ= (4.7)

unde σ =σ (hn /H0 ) este coeficientul de înecare (σ =1 ÷ 0,082 pentru

hn /H0= 0,7÷ 0,999)

Luarea în considerare a contrac¡iei laterale (b < B), necesarå cel pu¡in în fazele ini¡iale ale dezvoltårii bre¿ei se face obi¿nuit, introducând în rela¡ia debitului (4.6), coeficientul de contrac¡ie ε :

,HgbmQ /2302ε= (4.8)

unde ε = 0,85 ... 0,95.

În cazul în care curgerea trebuie consideratå ca într-un canal cu panta i, caracteristica mi¿cårii neuniforme a apei (fig. 4.7) se au în vedere urmåtoarele (P.G. Kiselev ¿i S. Hâncu, 1988): Ecua¡ia fundamentalå pentru albii neprismatice poate fi scriså sub forma:

Fig. 4.7. Mi¿carea neuniformå a apei în albii deschise.

76

Page 76: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

,

Bg

Q

Sg

Q

RC

Qi

dSdh

3

2

3

2

22

2

α−

∂ω∂

⋅ω

α+

ω−

= (4.9)

unde:

-dh/dS = J este panta suprafe¡ei libere a apei; Q - debitul; i - panta albiei; B - lå¡imea albiei; C - coeficientul lui Chezy; R - raza hidraulicå; α= 1,1 - coeficient Coriolis ce ¡ine seama de distribu¡ia neuniformå a vitezei în sec¡iune; ω - sec¡iunea transversalå a albiei.

În cele mai multe cazuri se poate accepta forma prismaticå a canalului ¿i deci ∂ω/∂S = 0. În momentul în care scurgerea este consideratå ca o scurgere printr-un canal

se cunoa¿te nivelul apei în sec¡iunea paramentului amonte al canalului (NB ).

Impunând la capåtul aval al sectorului ales S, nivelul apei (Nn ) se determinå/ se cunosc elementele J, ω, C, R, α ¿i i. Cu acestea se calculeazå din rela¡ia (4.9) debitul Q, reiterând nivelul impus

ini¡ial Nn pânå la echilibrarea ecua¡iei. B. În cazul bre¿ei produse în interiorul barajului care se dezvoltå pânå la

pråbu¿irea acestuia, scurgerea se poate asimila celei prin golirea unui baraj (fig. 4.8).

Fig. 4.8. Scurgere prin golirea de fund a barajului.

77

Page 77: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Rela¡ia de calcul a debitului este:

,gHD

Q 0

22

4

πµ= (4.10)

pentru curgerea în atmosferå, respectiv z0 în locul lui H0 în cazul curgerii înecate. Coeficientul de debit:

,D/lλ+ζ∑+

=µ1

1 (4.11)

unde:

este suma coeficien¡ilor de rezisten¡å localå; ∑ξ λ - coeficient de rezisten¡å liniarå.

Pânå la atingerea debitului maxim din hidrograful de rupere t = tcr (fig. 4.9), volumul de apå golit din lac este mic, aflându-se în partea superioarå a curbei W=W(H) (fig. 4.10).

Pentru ramura descrescåtoare a hidrografului de rupere (t = tcr ) se considerå cå golirea lacului se produce prin bre¿a creatå, ¡inând cont ¿i de scåderea nivelului de apå din lac, rezultatå din rela¡ia:

.tQHS iii ∆=∆ (4.12)

Fig. 4.9. Hidrografele debitelor.

78

Page 78: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 4.10. Curbele orografice ale acumulårii. Rezultatele ob¡inute, aplicând modelul de calcul în cazul mai multor baraje (contracte IPT 142/1985, 213/1987, 115/1988, 115/1989, 13/1991, 119/1995) pot pune în eviden¡å influen¡a înål¡imii barajului (fig. 4.11), a volumului acu-mulårii (fig. 4.12) ¿i a timpului de rupere (fig. 4.13) asupra hidrografului viiturii accidentale în sec¡iunea barajului (hidrografului ruperii).

Fig. 4.11. Influen¡a lui H. Fig. 4.12. Influen¡a lui Vlac .

Fig. 4.13. Influn¡a lui Tr . .

79

Page 79: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

4.2.2. DETERMINAREA HIDROGRAFULUI RUPERII ÎN CAZUL

UNOR BARAJE DE BETON În cazul unor baraje de beton avand n ploturi, din care m deversoare, hidrograful ruperii se determinå pe baza ipotezei ruperii unui numår de ploturi (începând de exemplu cu cele deversoare), într-un timp foarte scurt.

Se stabile¿te momentul ini¡ial ¿i durata de rupere a fiecårui plot trp, în cadrul

timpului total de rupere al barajului trt . Legea de rupere a unui plot poate fi puså sub forma varia¡iei înål¡imii bre¿ei,

create din cedarea plotului, în timp hrp ¿i poate fi linearå (hrp = α ⋅ trp) sau nelinearå (fig. 4.14). Se acceptå în acest sens o vitezå de rupere: • • •

constantå (1); variabilå, mai mare la începutul procesului de rupere (2) ori mai lentå (3); alternativå (viteze de rupere mai mici, alternând cu cele mari) (4).

Fig. 4.14. Legea de rupere a unui plot.

Situa¡ia de calcul cea mai defavorabilå este cea a lacului plin (la nivelul maxim de reten¡ie), peste care se suprapune afluen¡a maximå de verificare Q(p%), corespunzåtoare clasei de importan¡å a construc¡iei (fig. 4.15), rezultând

nivelul de calcul accidental (Hcalc accid ):

hm = hm r + ha , (4.13)

80

Page 80: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

unde ha=f (Qp %) se ob¡ine din hidrograful viiturii naturale Qp%(t) ¿i curba capa-citå¡ii lacului h = f (V).

Hcalc accid > Hbaraj sau Hcalc accid < Hbaraj (4.14)

Fig. 4.15. Situa¡ia de calcul cea mai defavorabilå. Etapele de calcul sunt:

1) Calculul evacuårii apei din lac prin deversare peste stavile, apreciatå ca o scurgere peste un deversor cu perete sub¡ire, neînecat, cu contrac¡ie lateralå (cu muchie ascu¡itå):

,hgmbQ /ass

232= (4.15)

unde:

bs este lå¡imea tuturor deschiderilor cu stavilå; m - coeficientul de debit în prezen¡a contrac¡iei laterale ¿i a influen¡ei vitezei de acces (S. Gozali ¿i B. Hunt, 1993);

;hh

Bb

,B

bB,

h,

,mm

ass

a ⎥⎥

⎢⎢

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎥

⎤⎢⎣

⎡ −−+=

22

550103000270

4050 (4.16)

B - lå¡imea de acces la nivelul Hcalc accid .

Evacuare peste stavile are loc atât timp cât:

81

Page 81: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

.QQQ s%p 0>−= (4.17)

Din momentul ha = h0 începe deversarea peste baraj (fig. 4.15).

2) Calculul evacuårii apei peste baraj, consideratå ca ¿i curgere peste deversor cu prag lat (4.4), se efectueazå similar cu cele prezentate în paragraful anterior:

,g

vhg)bB(mQ

/

asb max

2320

22 ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−= (4.18)

unde ha max este ha corespunzåtor lui Hmax .

Debitul total scurs în sec¡iunea barajului fiind la acest nivel Hmax :

.QQQ bs += (4.19)

La atingerea nivelului maxim Hmax începe, corespunzåtor ipotezei enun¡ate mai sus, ruperea primului plot (primelor 2,3, ... ploturi).

• Calculul debitului la ruperea simultanå a ploturilor Qc .

Curgerea apei peste ploturile rupte se considerå o curgere peste un deversor cu prag lat cu contrac¡ie lateralå (4.8), corespunzåtor fiecårui pas de timp ∆t ;

.gvhgbmQ

/

apc ii ⎥⎥

⎢⎢

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+εΣ=

2320

22 (4.20)

Ruperea ploturilor se face dupå o lege propuså, deci cunoscutå, în cadrul

timpului total de rupere al barajului trt considerat (fig. 4.14). Ca atare, este posibil de exemplu (contract UTT 13/1991), ca dupå primul pas de timp ∆t,

cele m1 ploturi deversoare rupte så fie la brp hh3

11= , în timp ce începe ruperea

altor m2 ploturi; dupå urmåtorul pas de timp 2∆t, ploturile m1 ajung la

brp hh3

21= , ploturile m2 la brp hh

3

12= ¿i începe ruperea altor m3 ploturi,

¿.a.m.d., pânå la ruperea totalå a barajului.

82

Page 82: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

• Pentru fiecare pas de timp, ∆t se calculeazå volumul scurs în aval de baraj:

t)QQ(V %pcs ∆−= (4.21)

¿i corespunzåtor lui volumul råmas în lac:

.VVV slacr −= (4.22)

Se calculeazå din Vlac = f (H) pentru Vr determinat valoarea lui H, din care se stabilesc în continuare (pentru urmåtorul pas de timp ∆t), adâncimile de

calcul ha i ¿i respectiv debitul de rupere Qr = Qc , rela¡ia (4.20), ¿.a.m.d. (fig. 4.10). Calculul se continuå pânå la golirea completå a acumulårii, ob¡i-

nându-se în final hidrograful ruperii Qr = f (t) (fig. 4.9). Golirea completå a lacului poate avea loc înainte de ruperea integralå a barajului, dupå cum poate avea loc ¿i dupå aceasta, depinzând de mårimea volumului lacului ¿i durata de rupere a barajului. Forma hidrografului viiturii depinde la acela¿i baraj de mai mul¡i factori, dintre care: volumul total ¿i geometria acumulårii datå de curbele V = V(H) ¿i S = S(H); durata ¿i legea de varia¡ie în timp a ruperii, corespunzåtoare ipotezelor, respectiv scenariilor de rupere. Fårå îndoialå cå men¡inând constan¡i unii parametri (ca de pildå volumul acumulårii) se poate stabili influen¡a altora (înål¡imea barajului) asupra formei hidrografului ruperii.

Caracteristici ale hidrografelor de rupere sunt:

- o duratå micå a timpului de cre¿tere, Tcr , ca ¿i a timpului total Ttr (de ordinul minutelor), în compara¡ie cu cele ale hidrografelor naturale (de ordinul orelor).

,TTTT tntrcncr <<<< ¿i (4.23)

dar ¿i a raportului:

.T/TT/T tncntrcr << (4.24)

- valori ale debitelor maxime accidentale mult mai mari decât ale celor maxime naturale de calcul (de zeci sau chiar de sute de ori):

,)Q(QQ %pnatural.maxrupere.max >> (4.25)

83

Page 83: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

ca ¿i a volumelor viiturilor corespunzåtoare:

.VV naturala.viitrupere.viit >> (4.26)

unde:

∫ == trTrrupere.viit dtQV

0∑ ×=∆n

trrupere.medr TQtQi

1. (4.27)

∫ == tnTnnat.viit dtQV

0∑′

×=′∆n

tnnat.medn TQtQi

1, (4.28)

unde ∆t (min), ∆t′ (ore), n, n′ sunt pa¿ii de timp ¿i numårul total al pa¿ilor de timp utiliza¡i în cazul viiturii accidentale, respectiv naturale (evident ∆t≠∆t′ doar

la calculul volumului viiturilor, nu ¿i la determinarea nivelurilor de calcul ha i ).

84

Page 84: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

5

PROPAGAREA VIITURILOR ACCIDENTALE Modelele de calcul utilizate pentru stabilirea legii de varia¡ie a debitelor cu timpul în sec¡iunea de rupere sunt fårå îndoialå discutabile, datoritå numeroase-lor ipoteze efectuate asupra fenomenelor probabile. În acela¿i timp trebuie avut în vedere cå hidrograful ruperii constituie data ini¡ialå pentru modelele mate-matice de transla¡ie a undei, numeroase, unele mai exacte, altele expeditive. Majoritatea studiilor considerå mi¿carea unidimensionalå, aplicabilå într-o vale îngustå (imediat aval de baraj, pe o anumitå lungime), sistemul de ecua¡ii fiind rezolvat printr-o metodå de integrare numericå. Alte studii solu¡ioneazå problema bidimensional, în planul (x, y) adecvatå zonelor cu våi largi, carac-teristice cursurilor medii ¿i mai ales inferioare ale râurilor. Sunt preocupåri ¿i încercåri prin care mi¿carea undelor accidentale este apreciatå ca o mi¿care tridimensionalå în planul (x, y ¿i pe înål¡imea z), atunci când patul albiei are denivelåri, iar curbura curen¡ilor în plan vertical este de asemenea mare. Programele de calcul au la bazå un anumit concept de studiu al modelelor de propagare (hidraulic sau hidrologic), diferite metode de rezolvare numericå ¿i un mod de apreciere a mi¿cårii undei de viiturå accidentalå (uni sau bidimensionalå). Ele permit så se determine, cu un grad mai mare sau mai mic de precizie, evolu¡ia în timp a variabilelor hidrodinamice a fiecårei sec¡iuni de râu, respectiv a debitului (înfå¿uråtoarea debitelor maxime), nivelului, vitezei de propagare a frontului undei de viiturå, precum ¿i a zonei inundabile (cu posibilitatea evaluårii pagubelor), timpilor de avertizare. În cazul conceptului hidraulic se aplicå un model de calcul numeric, pornind de la ecua¡iile diferen¡iale ale mi¿cårii nepermanente în albii deschise, ecua¡iile Saint-Venant. În cadrul conceptului hidrologic se descrie procesul de propagare global, prin rela¡ii matematice ce reprezintå simplificåri ale ecua¡iilor exacte Saint-Venant. Simplificårile se realizeazå prin introducerea unor parametri determina¡i pe baza unor måsuråtori efectuate în trecut. Metodele hidrologice sunt mai expeditive în compara¡ie cu cele hidraulice, folosesc mai pu¡ini parametri ce caracterizeazå regimul de scurgere, dar suferå din punct de vedere al preciziei rezultatelor. La rândul lor ¿i în metodele hidraulice pot apare diferite ipoteze simplificatoare, cea mai utilizatå fiind neglijarea anumitor termeni ai ecua¡iilor diferen¡iale ale mi¿cårii nepermanente. Indiferent înså de tipul modelului utilizat, în studiile de propagare se pune problema tarårii modelelor, legatå de determinarea valorii unor parametri sau coeficien¡i ce intervin în ecua¡iile care descriu fenomenul (exempu: coeficientul de rugozitate).

85

Page 85: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

5.1. CONCEPTUL HIDRAULIC. METODE DE REZOLVARE A SISTEMULUI DE ECUAºII

5.1.1. PRINCIPII ªI SOLUºII

Modelele de propagare ¿i atenuare a undelor accidentale, caracterizând mi¿carea nepermanentå a apei în albia râurilor au la baza sistemul format din cele douå ecua¡ii cu derivate par¡iale, neliniare, de tip hiperbolic, stabilite de Barre de Saint-Venant încå în anul 1848 (V.T. Chow, 1973). Ecua¡ia de continuitate (fig. 5.1):

.xQ

tA

0=∂∂

+∂∂

(5.1)

Pentru sec¡iuni asimilate ca sec¡iuni dreptunghiulare A = Bh, ecua¡ia (5.1) devine:

.xh

uxu

hth

0=∂∂

+∂∂

+∂∂

(5.1')

Ecua¡ia dinamicå (fig. 5.2)

,tu

gxu

gu

xh

SS xf ∂∂

−∂∂

−∂∂

−=1

(5.2)

unda cinematicå unda de difuzie unda dinamicå unde:

u - este viteza în direc¡ia longitudinalå; x - coordonata longitudinalå; h - adâncimea apei; B - lå¡imea la vârf, în sec¡iune transversalå; A - sec¡iunea scurgerii; Q - debitul;

Sx - panta patului albiei;

Sf - panta frecårii; g - accelera¡ia gravitationalå; t - timpul.

86

Page 86: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 5.1. Continuitatea scurgerii nepermanente.

Fig 5.2. Elementele ecua¡iei dinamice.

Ecua¡iile (5.1) ¿i (5.2) formeazå un model al curgerii nepermanente, gradual variate numit model dinamic complet. Integrarea exactå a ecua¡iilor este complicatå ¿i dificilå în cele mai multe situa¡ii. Solu¡ia sistemului prin rela¡ia explicitå Q = Q(x, t), presupune cunoa¿terea (S. Hâncu ¿.a., 1985):

condi¡iilor ini¡iale care corespund unei ståri cunoscute:

t = 0 , h = h(x) , Q = Q(x) . (5.3)

condi¡iilor la limitå:

( );0 00 tQQx == (5.4)

87

Page 87: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

( ) ;lll hQQlx == (5.5)

unde:

Q0 (t) este hidrograful ruperii pentru primul sector;

Ql (h1) - cheia limnimetricå la capåtul aval al sectorului.

Modelul dinamic complet poate da rezultate exacte privind scurgerea nepermanentå, impunând utilizarea calculatoarelor performante. În acela¿i timp rezultatele sunt condi¡ionate de ipotezele necesare în dezvoltarea ecua¡iilor Saint-Venant ¿i de simplificårile cerute de aplicarea lor în cazul unei probleme specifice (ex: simplificåri legate de neregularitå¡ile albiei). Mai mul¡i autori au adoptat metode de rezolvare analiticå a ecua¡iilor fundamentale admi¡ând o serie de simplificåri ¿i alegând în final, acele solu¡ii care dådeau rezultatele cele mai apropiate de situa¡iile reale ¿i/sau cercetårile experimentale pe modele fizice. Printre primele rezolvåri sunt citate cele ale lui Saint-Venant ¿i Ritter. Se considerå cå fenomenul se dezvoltå în condi¡ii plane,

fårå frecare (Sf = 0), albia este dreptunghiularå ¿i orizontalå (Sx = 0), cu apa de

adâncimea ha în amonte de baraj ¿i fårå apå în aval. Ruperea barajului este instantanee ¿i totalå (fig. 5.3). În aceste condi¡ii ecua¡ia caracteristicå viiturii accidentale:

;ghtghtx m 32 −= (5.6)

unde:

t este timpul dupå ruperea barajului;

hm - adâncimea apei în lac, la baraj, înainte de rupere; x - lungimi måsurate în axul våii; h - adâncimea apei; g - accelera¡ia gravita¡iei

este ob¡inutå fie prin integrarea ecuatiilor Saint-Venant, fie aplicând teorema impulsului. Suprafa¡a undei este o parabolå cu vârful la patul albiei ¿i axa verticalå care se modificå de la un moment la altul. Unda nu are aspectul unei intumescen¡e (umflåturi) a suprafe¡ei apei, de oarecare lungime, ci aici unda cuprinde întreaga sec¡iune de scurgere pånå la fundul albiei. În tot timpul desfå¿urårii fenomenului, punctul B råmâne fix, iar punctul A de la nivelul ini¡ial al lacului se mi¿cå spre amonte. Din cauza frecårilor cu terenul, suprafa¡a realå a undei nu este o parabolå ci se apropie de parabola teoreticå pânå aproape de bazå, unde frontul råmâne mult în urma vârfului parabolei teoretice, formând o zonå abruptå.

88

Page 88: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig 5.3. Unda de viiturå accidentalå.

Rela¡ia define¿te deci un profil de suprafa¡å parabolicå pentru orice moment t, cu o undå de golire urcând în amonte cu celeritatea:

mghc −=1 (5.7)

¿i o undå de viiturå accidentalå, deplasându-se cu celeritatea:

.ghc m22 = (5.8)

Pornind de la solu¡ia lui Ritter (1892) care este probabil prima ¿i cea mai cunoscutå, cercetårile legate de propagarea undelor de viiturå produse de ruperea barajelor au continuat (S. Gozali ¿i B. Hunt, 1992) cu:

Stoker (1957) care extinde solu¡ia lui Ritter incluzând o adâncime a apei în aval diferitî de zero;

Dressler (1952) ¿i Whitham (1955) au extins solu¡ia Ritter folosind aproximårile pentru a introduce rezisten¡a canalului;

Sukkas ¿i Strelkoff (1973) au ob¡inut solu¡ii numerice pentru un canal prismatic uscat, în pantå cu o sec¡iune transversalå parabolicå;

Chen ¿i Armbruster (1980) au determinat solu¡ii numerice pentru un canal neprismatic, în panta cu o scurgere de bazå;

Hunt (1982, 1984) a folosit aproximarea undei cinematice ¿i metodele perturba¡iei singulare pentru a ob¡ine aproxima¡ii asimptotice pentru distan¡e mari în aval, cazul unui canal în pantå;

89

Page 89: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Hunt (1987) a folosit metoda caracteristicilor pentru a ob¡ine o solu¡ie relativ apropiatå de cea a unui baraj rupt, cazul unui canal în pantå.

Alte cercetåri au tratat cedarea par¡ialå a barajelor.

Schocklitsch (U.S. Army Corps of Engineers, 1960, 1961) a realizat o serie de experimente legate de cedårile instantanee, par¡iale;

Price, Lowe ¿i Garrison (1974), Yevjevich (1975), Rajar (1978) ¿i Fread (1977, 1984) s-au ocupat de cedårile par¡iale ale barajelor;

Wurbs (1987) a facut câteva evaluåri comparative ale metodelor specifice pentru calculul undelor de viiturå produse în urma ruperii barajelor ¿i conclude cå modelarea undelor de viiturå accidentalå nu a atins încå un grad înalt de acurate¡e;

Menendez ¿i Navarro (1990) au realizat o serie de experimente legate de cedarea treptatå a unui baraj.

Din modelul dinamic complet pot fi derivate douå modele simplificate, modelul undei cinematice ¿i modelul de difuzie, prin neglijarea unor termeni ai ecua¡iei dinamice (5.2). Un mod de a selecta modelele aproximative constå în examinarea cheii limnimetrice Q = f (h). Dacå pentru o anumitå valoare a debitului Q, valoarea adâncimii h este aproximativ aceea¿i în perioada de cre¿tere ¿i în cea de scådere se adoptå modelul undei cimematice. În cazul în care cheia limnimetricå are forma de hysteresis se adoptå modelul dinamic complet. Modelul undei cinematice presupune ca termenii iner¡iali sunt neglijabili ¿i

panta de frecare este egalå cu panta patului albiei (Sf = Sx ). Conservarea momentului este aproximatå considerând scurgerea uniformå (R. French, 1994). În general, debitul este dat de rela¡ia:

,SARQ fmΓ= (5.9)

unde:

este coeficient de rezisten¡å empiric; Γ R - raza hidraulicå; m - exponent empiric. În cazul scurgerii permanente, debitul normal este dat de rela¡ia:

.SARQQ xm

N Γ== (5.10)

90

Page 90: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Din ecua¡iile (5.9) ¿i (5.10) se ob¡ine:

,S/SQQ xfN= (5.11)

care împreunå cu ecua¡ia de continuitate (5.1) formeazå modelul undei cinematice. Ecua¡ia propagårii undei cinematice este:

,xQ

ctQ

0=∂∂

+∂∂

(5.12)

unde c este celeritatea estimatå într-o anumitå sec¡iune transversalå ¿i pentru un anumit debit. Întrucât în modelul undelor cinematice termenii iner¡iali ¿i de presiune sunt neglijabili în compara¡ie cu cei de greutate ¿i frecare, undele cinematice se propagå în aval fårå a se atenua, dar î¿i schimbå forma în func¡ie de celeritate.

.dhdQ

BdAdQ

c1

== (5.13)

Atunci când efectele pantei suprafe¡ei libere a apei nu pot fi ignorate, profilul uniform se modificå într-un profil neuniform iar termenul x/h ∂∂ nu mai poate

fi neglijat. Ecua¡ia undei de difuzie este:

.x

QD

xQ

ctQ

2

2

∂=

∂∂

+∂∂

(5.14)

În partea stângå este ecua¡ia undei cinematice iar în partea dreaptå se ¡ine seama de efectul de difuzie al profilui neuniform al suprafe¡ei libere a apei. Coeficientul de difuzie D simuleazå atenuarea undei în aval ¿i este dat de rela¡ia:

.BSQ

Dx2

= (5.15)

Acest termen demonstreazå cå modelul undei cinematice este aplicabil când panta patului albiei este abruptå sau în cazul unui canal foarte lat (D este mic). În cazul unor pante mici ale patului albiei, coeficientul de difuzie D nu poate fi neglijat. Undele de difuzie au un domeniu mai larg de aplicabilitate decât cele

91

Page 91: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

cinematice dar utilizarea lor necesitå cam acela¿i efort ca ¿i undele dinamice. Ca regulå generalå, modelul dinamic complet se impune atunci când:

,g

hT

S N

Px

30≥ (5.16)

unde:

TP este timpul de cre¿tere al hidrografului afluent;

hN - adâncimea apei în mi¿carea permanentå, uniformå.

ºinând cont de durata scurtå ¿i magnitudinea debitului maxim în cazul unde-lor de viiturå accidentale, caracteristici care produc valori ale componentelor accelera¡iei mult mai mari decât în cazul undelor de viiturå naturale, modelul dinamic complet este necesar a fi aplicat pentru a ob¡ine rezultate acceptabile. Datå fiind complexitatea fenomenului, pentru rezolvarea ecua¡iilor Saint-Venant sunt utilizate cu prioritate procedeele numerice.

Procedeul diferen¡elor finite pe scheme: − explicite, limitate la condi¡ia de curent cu pas de timp mic,

neacceptând varia¡ia bruscå a sec¡iunii transversale. Pornesc de la exprimarea ecua¡iilor Saint-Venant în diferen¡e finite. Planul x t este împår¡it într-o re¡ea, de obicei rectangularå, pentru nodurile cåreia se scriu ecua¡iile, rezolvându-se apoi sistemul. De¿i aparent metoda este simplå, condi¡iile de convergen¡å ¿i de stabilitate a sistemului impun limitåri foarte stricte ale pasului de timp.

− implicite, care nu råspund la condi¡ia de curent cu pas de calcul mare decât în cazul formei explicite, la care modificårile sistemului sunt în func¡ie numai de valorile variabilelor de stare de la începutul pasului. Metodele implicite pornesc tot de la expunerea ecua¡iilor Saint-Venant în diferen¡e finite ¿i de la o re¡ea rectangularå în planul x t, dar cu determinarea simultanå a vitezelor ¿i adâncimilor, de la un moment dat, pentru toate sec¡iunile de calcul. Condi¡ia de convergen¡å impune în acest caz limite ale intervalului de timp, dependente în special de raportul dQ/dt.

Procedeul caracteristicilor, aplicabilå ecua¡iilor diferen¡iale de tip hiperbolic ale mi¿cårii (cum sunt ecua¡iile Saint-Venant). Pornesc de la forma Riemann a ecua¡iilor Saint-Venant din care rezultå un set de curbe caracteristice în planul x, t. În fiecare punct al re¡elei curbilinii formate din caracteristici se pot astfel scrie patru ecua¡ii diferen¡iale cu patru necunoscute: adâncimea apei, viteza apei, distan¡a ¿i timpul, care pot fi integrate prin metode numerice.

Procedeul elementului finit împarte domeniul scurgerii unidimensionale într-un numår de elemente finite tip barå.

92

Page 92: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

5.1.2. METODE NUMERICE UTILIZATE ÎN CALCULUL PROPAGÅRII UNDELOR ACCIDENTALE

A. Mi¿carea unidimensionalå nepermanentå a apei cu suprafa¡a liberå.

Ecua¡iile Saint-Venant sunt aplicate într-un canal dreptunghiular, în cazul regimului subcritic al mi¿cårii nepermanente. Din ecua¡iile (5.1') ¿i (5.2) se determinå cele douå necunoscute u ¿i h, fiind date condi¡iile ini¡iale ¿i la limitå (R. French, 1994). Cel mai direct procedeu de rezolvare simultanå a ecua¡iilor (5.1') ¿i (5.2) este schema explicitå ín diferen¡e finite cu un pas de timp fix (fig. 5.4). Ecua¡iile pot fi aproximate prin:

;xuu

xu lR

M ∆−

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

2 (5.17)

;tuu

tu MP

P ∆−

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

(5.18)

;xhh

xh LR

M ∆−

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

2 (5.19)

,thh

th MP

P ∆−

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

(5.20)

unde:

x este distan¡a longitudinalå între noduri; t - distan¡a în timp între noduri.

M L

P

R

∆x

∆t

Distan¡a x

Tim

p t

Fig. 5.4. Definirea re¡elei diferen¡elor finite.

93

Page 93: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Înlocuind aproximårile fåcute în ecua¡ia de continuitate (5.1') rezultå:

( ) ([ ] ,uuhhhu )xt

hh RLMRLMMP −+−∆∆

+=2

(5.21)

iar în ecua¡ia dinamicå (5.2) se ob¡ine:

( .SSgxhh

gxuu

utuu

fxLRLR

MMP −=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

∆−

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∆−

+∆−

22) (5.22)

În calculul mi¿cårii curgerii nepermanente, de obicei, se presupune cå panta

de frecare Sf poate fi estimatå fie prin ecua¡ia lui Manning, fie prin ecua¡ia lui Chezy. Utilizând condi¡ia lui Manning se ob¡ine:

,R

nuuS

/f 34

2

= (5.23)

unde:

R este raza hidraulicå (R ≈ h în cazul unui canal dreptunghiular); n - coeficientul de rezisten¡å Manning. Se substituie ecua¡ia (5.23) în ecua¡ia (5.22) ¿i se noteazå

.tng

h /P

2

34

∆=Γ (5.24)

Ecua¡ia (5.22) devine:

( ) ( ) ,tSghhxtg

uuxtu

uuu xLRLRM

PPP 022

=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ∆−−

∆∆

+−∆∆

Γ+Γ+ (5.25)

rezultând:

( ),u

/

P 2

4212 β−Γ+Γ−

= (5.26)

unde:

( ) ( ) .tSghhxtg

uuxtu

xLRLRM

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ∆−−

∆∆

+−∆∆

Γ=β22

(5.27)

94

Page 94: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Din ecua¡ia (5.21) se ob¡ine valoarea lui hP. Un al doilea procedeu numeric, adesea utilizat în rezolvarea problemelor mi¿cårii nepermanente, presupune utilizarea curbelor caracteristice. Din nou canalul este considerat dreptunghiular ¿i rearanjând ecua¡ia (5.1') ¿i (5.2) se ob¡ine:

;xh

uxu

hth

H 01 =∂∂

+∂∂

+∂∂

= (5.28)

( ) ,SSgxh

gxu

utu

H fx 02 =−−∂∂

+∂∂

+∂∂

= (5.29)

H1 ¿i H2 împreunå cu parametrul λ pot fi alåturate într-o combina¡ie liniarå pentru a forma o nouå func¡ie H.

;HHH 21 +λ= (5.30)

care pentru oricare douå valori reale ¿i distincte ale lui λ va produce douå ecua¡ii în u ¿i h. Combinând ecua¡iile (5.28) ¿i (5.29) în concordan¡å cu (5.30) se ob¡ine:

( ) ( .SSgthg

uxh

tu

huxu

H fx −−⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡∂∂

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

λ+

∂∂

λ+⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

∂∂

+λ+∂∂

= ) (5.31)

În ecua¡ia (5.31) primul respectiv al doilea termen sunt derivatele totale ale vitezei respectiv adâncimii curgerii.

;hudtdx

tu

dtdx

xu

dtdu

λ+=∂∂

+∂∂

= dacå (5.32)

.g

udtdx

th

dtdx

xh

dtdh

λ+=

∂∂

+∂∂

= dacå (5.33)

Deci:

( ) .SSgdtdh

dtdu

H fx −−λ+= (5.34)

Egalând expresiile lui dx/dt rezultå:

95

Page 95: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

.hg

±=λ (5.35)

Cele douå rådåcini reale ¿i distincte ale lui λ se înlocuiesc în ecua¡iile (5.28) ¿i (5.29) formând o pereche de ecua¡ii diferen¡iale.

( ) ;dtSSghg

dhdu xf 0=−++ (5.36)

( ) ;dtghudx += (5.37)

( ) ;dtSSghg

dhdu xf 0=−+− (5.38)

( ) .dtghudx −= (5.39)

Curba definitå de ecua¡ia (5.37) este numitå caracteristica pozitivå (C+) -

curba LP (fig. 5.5).

Curba definitå de ecua¡ia (5.39) este numitå caracteristica negativå (C-) -

curba RP (fig. 5.5).

L

P

C+C-

Distan¡a x

Tim

p t

Fig. 5.5. Definirea curbelor caracteristice.

Solu¡ia ecua¡iilor (5.36) ... (5.39) trebuie så fie ob¡inutå prin procedee numerice (de exemplu: schema explicitå în diferen¡e finite). Înainte ca unul din cele douå procedee men¡ionate så fie aplicat, condi¡iile ini¡iale ¿i la limitå trebuie specificate. În cazul general, condi¡ia ini¡iala este de obicei datå prin profilul curgerii uniforme sau gradual variate. O condi¡ie la

96

Page 96: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

limitå, tipicå, în amonte înseamnå specificarea hidrografului, în timp ce în aval poate fi adâncimea criticå. O primå dificultate în cazul schemei explicite în diferen¡e finite constå în solu¡iile numerice instabile. Acestea rezultå frecvent dacå ∆ t este mare în raport cu x. ∆ Condi¡ia de stabilitate Courant necesitå:

;cu

xt

+∆

≤∆ (5.40)

unde c este celeritatea.

Totu¿i, s-a demonstrat cå pentru tipul schemei explicite în diferen¡e finite discutat, t ar trebui så fie aproximativ 20% din valoarea datå de rela¡ia (5.40). W. Viessman ¿i al¡ii (1996) a observat cå solu¡ii mai stabile pot fi ob¡inute dacå este folositå o aproximare prin difuzie a diferen¡elor:

;t

)uu(,utu RLP

M ∆+−

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂ 50

(5.41)

;t

)hh(,hth RLP

M ∆−−

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂ 50

(5.42)

.SS

S fRfLf 2

+= (5.43)

Aceastå formå a derivatelor permite o cre¿tere importantå a pasului de timp, dar condi¡ia de stabilitate Courant trebuie îndeplinitå. În plus, schema de difuzie impune:

.ugn

Rt

/

2

34≤∆ (5.44)

Pentru stabilitate se considerå valoarea cea mai micå între valorile ob¡inute cu rela¡iile (5.40) ¿i (5.44). Schema implicitå în diferen¡e finite pentru albii de formå arbitrarå a fost dezvoltatå de Amein ¿i al¡ii (1968, 1970, 1975) ¿i se bazeazå pe o schemå în diferen¡e finite centratå ¿i pe metoda de itera¡ie Newton pentru rezolvarea ecua¡iilor neliniare în diferen¡e finite.

97

Page 97: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Ecua¡iile mi¿cårii sunt:

;qtA

xu

AxA

u 0=−∂∂

+∂∂

+∂∂

(5.45)

( ) ,Aqu

SSgxh

gxu

utu

xf −−=∂∂

+∂∂

+∂∂

(5.46)

unde q este afluen¡a lateralå pe unitatea de lungime a albiei ¿i unitatea de timp.

Suprafa¡a de curgere este presupuså a fi o func¡ie cunoscutå de adâncime. Derivatele par¡iale ale suprafe¡ei sunt:

;xh

Bxh

dhdA

xA

∂∂

=∂∂

=∂∂

(5.47)

.th

Bth

dhdA

tA

∂∂

=∂∂

=∂∂

(5.48)

Se observå cå dacå A ¿i B sunt determinate prin måsuråtori independente, atunci erorile de måsurare pot conduce la situa¡ia B diferit de dA/dh. Amein ¿i Fang (1970) au observat cå pentru stabilitate numericå A ¿i B trebuie så fie compatibile. De aceea, dacå A este determinat prin måsuråtori este esen¡ial ca B så fie determinat prin calcul ¿i invers. În continuare se presupune cå B este dat de rela¡ia:

.dh/dAB = (5.49)

Ecua¡ia (5.45) devine:

.Bq

xh

uxu

BA

th

0=−∂∂

+∂∂

+∂∂

(5.50)

Ecua¡iile (5.46) ¿i (5.50) sunt neliniare, cu derivate par¡iale, de tip hiperbolic. Solu¡ia numericå a sistemului este ob¡inutå în douå etape:

Ecua¡iile sistemului se înlocuiesc cu un sistem de ecua¡ii algebrice în diferen¡e finite;

Trebuie gåsitå metoda de rezolvare a acestor ecua¡ii. Amein ¿i Fang (1970) ¿i Amein ¿i Chu (1975) recomandå rezolvarea sistemului de ecua¡ii prin metoda Newton generalizatå. Solu¡ia numericå va fi ob¡inutå

98

Page 98: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

în planul (x, t) pe un numår discret de puncte aranjate într-o re¡ea

dreptunghiularå (fig. 5.6).

Fig. 5.6. Definirea re¡elei pentru schema implicitå în diferen¡e finite.

Legat de re¡ea se precizeazå urmåtoarele:

1. Pozi¡ia axei t poate fi consideratå limita amonte a albiei, iar ultima linie

paralelå cu axa t, notatå cu N, poate reprezenta limita aval a albiei.

2. În momentul t = t0 se presupune cå valorile vitezei ¿i adâncimii apei sunt cunoscute în toate nodurile.

3. În sec¡iunea amonte a albiei se presupune cunoscut hidrograful debitelor sau nivelurilor. Sec¡iunea aval a albiei este consideratå o sec¡iune de control astfel încât este cunoscutå curba cheie sau o rela¡ie între vitezå ¿i adâncime.

Pentru rezolvarea sistemului de ecua¡ii algebrice în diferen¡e finite se

presupun cunoscute toate variabilele liniei t j ¿i se determinå cele de pe linia t

j+1. Ecua¡iile mi¿cårii nepermanente sunt aplicate sub forma diferen¡elor finite

pentru un punct M situat în mijlocul unui ochi de re¡ea. În punctul M, derivatele par¡iale ale unei func¡ii alese arbitrar sunt:

( ) ( );M ji

ji

ji

ji

111

1

4

1 +++

+ Γ+Γ+Γ+Γ=Γ (5.51)

( ) ( ) ( )[ ];

xxM j

ij

ij

ij

i11

112

1 ++++ Γ+Γ−Γ+Γ

∆=

∂Γ∂

(5.52)

( ) ( ) ( )[ ].tt

M ji

ji

ji

ji 1

11

1

2

1+

++

+ Γ+Γ−Γ+Γ∆

=∂Γ∂

(5.53)

99

Page 99: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Întrucât în ecua¡iile (5.52) ¿i (5.53)Γ este o func¡ie aleaså arbitrar, aceste ecua¡ii definesc variabilele care apar în ecua¡iile ce guverneazå mi¿carea ne-permanentå, gradual variatå. Când h, u, ∂ u/ ∂ x ¿i ∂ u/ ∂ t din ecua¡iile (5.45) ¿i (5.46) sunt înlocuite prin valori analoage definite în ecua¡iile (5.52) ¿i (5.53) se ob¡in douå ecua¡ii în diferen¡e finite în care necunoscute sunt

Dacå aceste ecua¡ii sunt aplicate pentru toate nodurile

liniei (j+1), vor rezulta 2(N-1) ecua¡ii cu 2N necunoscute. Aceste ecua¡ii împreunå cu condi¡iile la limitå amonte ¿i aval pot determina necunoscutele. În cazul în care la limita aval se cunoa¿te varia¡ia nivelului în timp, atunci:

.h,u,h,u ji

ji

ji

ji

11

11

11 ++

++

++

( ) .tfh ji 011

11 =− ++ (5.54)

Dacå se cunoa¿te varia¡ia debitului în timp, atunci:

.QAu jjj 011

11

11 =− +++ (5.55)

Dacå la limita aval se cunoa¿te nivelul din curba cheie, atunci:

( ) .ufh jNN

jN 011 =− ++ (5.56)

Mi¿carea bidimensionalå nepermanentå a apei cu suprafa¡a liberå. Se aplicå în albiile râurilor cu lå¡imi pronun¡ate, variabile, prezentând deci interes pentru studiul inunda¡iilor accidentale în zonele de ¿es. Din punct de vedere matematic, mi¿carea bidimensionalå nepermanentå a apei cu nivel liber este o mi¿care variabilå în timp ¿i în spa¡iu, descriså de ecua¡ii diferen¡iale de tip hiperbolic, cu trei variabile independente (x,y,t) (P.G. Kiselev ¿i S. Hâncu, 1988). Ecua¡iile mi¿cårii:

• ecua¡ia de continuitate:

.yV

xU

tZ

0=∂∂

+∂∂

+∂∂

(5.57)

• ecua¡iile dinamicii:

100

Page 100: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

;wwCUk

hC

VUUg

xZ

ghh

UVyh

Uxt

U

axaa

ft ρρ

+∆+

++

−=∂∂

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

+∂∂

22

222

(5.58)

,wwCUk

hC

VUVg

yZ

ghh

UVxh

Vyt

U

ayaa

ft ρρ

+∆+

++

−=∂∂

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

∂∂

+∂∂

22

222

(5.59)

unde: U = uh ; V = vh;

u ; v sunt componentele vitezei medii pe verticalå, pe axele Ox ¿i Oy, în planul curgerii; h este adâncimea curentului; C - coeficientul lui Chezy;

kt - coeficientul de vâscozitate aparentå (Boussinesq);

Cf - coeficientul de frecare datorat vântului;

wa - viteza vântului cu componentele wax ¿i way pe axele Ox ¿i Oy; ρ - densitatea apei;

ρa - densitatea aerului.

Condi¡iile la limitå:

pe frontiera impermeabilå Γ1 :

.Wn 0= (5.60)

• pe frontiera permeabilå Γ2 :

U = U(t) ; V = V(t) sau h = h (t); (5.61)

unde:

Γ = Γ1 + Γ2 este frontiera domeniului ocupat de apa în mi¿care

Wn - componenta normalå pe frontiera Γ1 a vectorului de componente U ¿i V

Condi¡iile ini¡iale în tot domeniul D al mi¿cårii:

101

Page 101: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

t = 0 ; h = h(x, y) ; U = U(x, y) ; V = V(x, y) . (5.62)

Pentru integrarea numericå a acestor ecua¡ii sunt utilizate procedee similare celor prezentate la mi¿carea unidimensionalå (procedeul diferen¡elor finite ¿i al caracteristicilor).

5.2. CONCEPTUL HIDROLOGIC În acest concept, propagarea debitelor pe un sector de râu (fig. 5.7) poate fi descriså de ecua¡iile:

• de continuitate:

;QQdtdV

da −= (5.63)

• de mi¿care (puså sub o formå simplificatå), elaboratå de Mc Charthy (1938):

[ ] ( ) ,QQTTQQ)(QTV dadda −α+=α−+α= 1 (5.64)

unde:

V este volumul înmagazinat pe sectorul de râu considerat, la timpul t;

Qa - debitul afluent pe sectorul de râu;

Qd - debitul defluent pe sectorul de râu; T, α sunt parametrii caracteristici sectorului privind posibilitatea de acumu- lare ¿i golire a volumului V. Valoarea lor se considerå (în mod normal) constantå ¿i rezultå din media valorilor ob¿inute din måsuråtori. T este timpul de propagare al centrului de greutate al undei de viiturå pe sectorul considerat; α - coeficientul de acumulare (0 ... 0,5).

102

Page 102: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 5.7. Reprezentarea schematicå a curgerii apei

pe un sector de râu. Rela¡ia (5.64) este o rela¡ie empiricå, exprimând legåtura între debitele ¿i volumele înmagazinate. Rezolvarea sistemului trebuie så ducå la o rela¡ie

explicitå a debitului Qd (t), date ale problemei fiind Qa(t) ¿i parametrii T ¿i α. Se redau în continuare câteva posibilitå¡i de rezolvare utilizate.

5.2.1. METODA ANALITICÅ

Prin derivarea celei de a doua ecua¡ii (5.64) ¿i egalarea cu prima ecua¡ie (5.63), parametrii (α ¿i T) constan¡i, de valoare cunoscutå, se ob¡ine (I. Vladimirescu, 1984):

;dt

dQkQ

dtdQ

LQ aa

dd −=+ (5.65)

unde: k = αT ; (5.66)

L = (1-α)T . (5.67)

Termenul al doilea este cunoscut prin expresia Qa (t), ca datå a problemei ¿i se poate înlocui cu o altå func¡ie ϕ(t) prin rela¡ia:

( ) .tLdt

dQkQ a

a ϕ=− (5.68)

Prin înlocuire în rela¡ia (5.65) se ajunge la ecua¡ia diferen¡ialå cu

necunoscuta Qd :

( ) .tdt

dQL

Q dd ϕ=+ (5.69)

Deoarece înainte de viiturå, adicå la t = 0 existå o stare sta¡ionarå Qd = Qa = Q0, solu¡ia ecua¡iei va fi:

(5.70) ( ) ( ) .dttedtQeQt t

L/tL/td

⎥⎥

⎢⎢

⎡ϕ+ϕ−= ∫ ∫ −−

0 0

0 0

103

Page 103: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Ecua¡ia (5.70) devine operativå în måsura în care hidrograful amonte Qa (t) se exprimå sub o formå analiticå, iar parametrii L ¿i k sunt determina¡i în prealabil prin una din metodele cunoscute. Se considerå, de exemplu, cå forma analiticå a hidrografului din amonte

Qa (t) este:

( ) ,btL atetQ

a−= (5.71)

iar condi¡ia ini¡ialå:

t = 0 Qa = Qd = 0 , (5.72)

unde:

a este un parametru [L3/T

2];

b - parametru [T-1

]; t - timpul.

5.2.2. MODELUL MUSKINGUM

A. Modelul Muskingum cu parametri constan¡i (clasic). Modelul este elaborat de McCharthy ¿i aplicat pentru prima datå pe cursul de apå din USA ce i-a dat numele, fiind perfec¡ionat ¿i de al¡i cercetåtori, în special pe probleme de determinare a parametrilor ecua¡iei. Se folosesc rela¡iile (5.63) ¿i (5.64) în diferen¡e finite (P. ªerban ¿i C. Corbu¿, 1987):

( ) ( )[ ] ;tQQQQViiii ddaai ∆+−+=∆

−− 112

1 (5.73)

( ) ( ) ( )[ ].QQQQTQQTVVV

iiiiii dadaddiii 1111 −−−−−−α+−=−=∆ − (5.74)

Prin egalare se ajunge la ecua¡ia de bazå:

,QcQcQcQiii daad 11 321 −−

++= (5.75)

unde:

;t,TT

t,Tc

∆+α−∆+α−

=50

501 (5.76)

;t,TT

t,Tc

∆+α−∆+α

=50

502 (5.77)

104

Page 104: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

t,TTt,TT

c∆−α−∆−α−

=50

503 (5.78)

¿i deci: .ccc 1321 =++ (5.79)

Rela¡ia (5.75) este condi¡ionatå de existen¡a la momentul ini¡ial (i=0) a unei

mi¿cåri sta¡ionare, adicå Qa = Q0 (de valoare cunoscutå). Calculul se conduce în mod succesiv, cu pasul de timp ∆t dupå urmåtorul format (tab. 5.1).

Tabelul 5.1

Etapele parcurse la aplicarea modelului

i t = i∆t iaQc1

12 −iaQc 13 −idQc

11 321 −−++=

iii daai QcQcQcQ

0 0 Q0 --- --- 00 aQQ =

1 ∆t 11 aQc

02 aQc 03 dQc 00 3211 daa QcQcQcQ

a++=

2 :

2∆t : 21 aQc

12 aQc 13 dQc

112 3212 daa QcQcQcQ ++=

În privin¡a calårii modelului matematic (5.75), adicå a determinårii

parametrilor c1, c2, c3, respectiv a parametrilor ∆t, T ¿i α, cea mai sigurå metodå constå dintr-un calcul invers a uneia sau a mai multor perechi simultane

de hidrografe [Qa(t), Qd (t)] înregistrate pe sectorul considerat. Pentru a se calcula parametrii α ¿i T se pot utiliza mai multe metode.

Evaluarea parametrului T:

Metoda directå. Parametrul T1, reprezentând durata de propagare a centrului de greutate a undei de viiturå se poate determina direct analizând viitura înregistratå la capetele sectorului.

Metoda bazatå pe analiza cheii limnimetrice (metoda B.P. Gilcrest) a unei sec¡iuni reprezentative pentru sectorul considerat, care porne¿te de la viteza de propagare a unei unde elementare determinatå cu formula lui Seddon (c′ =v+c).

,dhdQ

BdAdQ

c1

==′ (5.80)

105

Page 105: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

unde:

dQ/dh este panta cheii limnimetrice;

RIACQ = - debitul dat de rela¡ia lui Chezy;

A - sec¡iunea transversalå a albiei; h - adâncimea apei; B - lå¡imea medie a sec¡iunii; I - panta hidraulicå.

Calculând valoarea pantei pentru diferite sec¡iuni tip dupå formula Manning, Gilcrest a stabilit pentru:

• • •

sec¡iune dreptunghiularå largå η = c′/v = 1,67; sec¡iune parabolicå largå η = 1,44; sec¡iune triunghiularå η = 1,33;

Parametrul T reprezintå în acest caz raportul între lungimea L a sectorului ¿i viteza de propagare a undei (T = L/c′). Rapoartele stabilite de Gilcrest nu sunt aplicabile în zone de remuu (corespund unor condi¡ii de pantå constantå). Aplicarea formulei Seddon este mai pu¡in corectå pe måsurå ce înål¡imea undei elementare cre¿te, deci pe måsurå ce ∆t este mårit.

Metoda ajustårii corela¡iilor Q = f (V) (determinå ¿i pe α). Se porne¿te de la explicitarea coeficientului T din ecua¡ia Muskingum ¿i ecua¡ia continuitå¡ii:

( ) ( )[ ]

( ) ( ) ,NN

QQ)(QQ

QQQQtgT

iiii

iii

ddaa

didaa

2

1

11

11

12

1

=−α−+−α

+−+∆=

++

++ (5.81)

unde:

N1 este sporul volumului acumulat pe sector;

N2 - sporul ponderat al debitului tranzitat prin sectorul de albie analizat.

Calculând pentru diverse valori ale parametrului T, alese arbitrar, valoarea

cumulatå N1 ¿i N2 , se poate reprezenta func¡ia:

( ) ,VfQ lacp = (5.82)

106

Page 106: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

unde:

( )[ ] ;QQQn

idap ii∑

=α−+α=

11 (5.83)

( ) ,QQQQtVn

iddaalac iiii∑

=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −−+∆=

−−1

112

1 (5.84)

ob¡inându-se o serie de bucle (fig. 5.8). Se alege valoarea α cea care duce la o buclå cât mai apropiatå de o linie dreaptå. Valoarea corespunzatoare T este datå de inversul pantei dreptei respective.

Fig. 5.8. Determinarea coeficien¡ilor α ¿i T.

)

Metoda determinårii parametrilor pe bazå de profile. Dacå se dispune, ca date de bazå de o cheie limnimetricå în aval ¿i de mai multe profiluri transversale se determinå în regim permanent curba suprafe¡ei libere pe sectorul considerat ¿i se calculeazå volumul de apå acumulat pe sector pentru diferite debite defluente. Coeficientul T va fi aproximativ egal cu panta curbei de corela¡ie dintre debitele defluente ¿i volumul acumulat.

Evaluarea parametrului α: Metoda directå se bazeazå pe semnifica¡ia fizicå a parametrului α.. Considerând o albie rectangularå latå, de lå¡ime B se poate defini:

( .QQh

hQ

da

d

−∆

=α02

(5.85)

Admi¡ând panta constantå ¿i diferen¡iind ecua¡ia lui Manning se ob¡ine:

107

Page 107: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

.hQ

hQQ dda

03

5=

∆−

(5.86)

Rezultå cå pentru o albie rectangularå latå α = 0,3. Similar se ob¡ine pentru albii triunghiulare o varia¡ie uniformå a valorii parametrului α:

α = 0,375 pentru ∆h / h0 = 0 ; α = 0,438 pentru ∆h /h0 = 0,5. (5.87)

Se constatå cå valoarea parametrului α depinde de forma albiei ¿i de exponentul lui y în formula Manning, fiind relativ independentå de pantå ¿i de rugozitate. Metoda poate da erori mari deoarece, de¿i nu rezultå din analiza teoreticå efectuatå, valoarea parametrului α este dependentå ¿i de lungimea sec-toarelor luate în considera¡ie.

Metoda prin încercåri. Valorea parametrului α se poate determina prin încercåri, cu mai multe valori α pânå se gåse¿te valoarea care reprezintå cel mai aproape hidrograful defluent.

În cazul în care datele de bazå nu respectå condi¡ia (5.72), este necesar fie så se modifice intervalul ∆t, fåcându-se citiri mai dese ale hidrografului de viiturå, fie så se împartå sectorul analizat în tronsoane (care evident vor avea valoarea T mai micå decât a sectorului întreg). Metodologia expuså considerå cå sectorul de albie nu prime¿te afluen¡i importan¡i în raport cu mårimea cursului de apå principal. Aceastå ipotezå se verificå cel mai adesea în cazul viiturilor accidentale pe cursul principal. Dacå acest lucru nu se întâmplå, se impune o fragmentare a sectorului în subsectoare condi¡ionate de ace¿ti afluen¡i sau utilizarea unei metode care propune repartizarea aportului lateral în func¡ie de un parametru δ cåtre ambele capete ale sectorului de calcul. Condi¡ia de stabilitate a solu¡iei (5.75) a sistemului (5.63), (5.64) deduså de Cunge fiind:

0 ≤ α ≤ 1/2 , (9.88)

iar coeficien¡ii c1 , c2 , c3 ≥ 0 din ra¡ionamente de ordin fizic rezultå:

2Tα ≤ ∆t ≤ 2T(1- α) . (5.89) Dacå din (5.89) rezultå un interval de timp ∆t prea mare, care nu permite o aproximare satisfåcåtoare a hidrografului undei de viiturå se împarte sectorul de calcul de lungime x într-un numår de subsectoare de lungime ∆x, astfel încât så se îndeplineascå condi¡ia:

108

Page 108: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

2Ts α ≤ ∆t ≤ 2Ts (1 - α) , (5.90)

unde Ts este valoarea parametrului T pentru un subsector de calcul datå de rela¡ia:

.nT

xx

TTs =∆

= (5.91)

Modelul Muskingum cu parametri variabili (P. ªerban ¿i C. Corbu¿, 1987). În forma sa clasicå modelul Muskingum este aplicat admi¡åndu-se o valoare constantå pentru parametrii T ¿i α. În realitate ace¿ti parametri sunt variabili cu debitul. De aceea se pot ob¡ine rezultate mai exacte dacå se introduc în calcule

în locul constantelor T ¿i α, func¡ii T = f1 (Qd ) ¿i α = f2 (Qd ).

Pentru determinarea func¡iei T = f1 (Qd) se porne¿te de la reprezentarea

graficå N2 = f (N1 ), (fig. 5.8) care duce la o buclå cât mai apropiatå de o singurå curbå. În continuare, analizându-se valoarea aleaså a parametrului α se poate calcula cu formula (5.92) valoarea parametrului T care se raporteazå în func¡ie de debitul defluent :

idQ

( ).QQTTQV dadlac −α+= (5.92)

Pentru determinarea varia¡iei α = f2 (Qd ) de¿i se admite cå ar trebui så existe ¿i o varia¡ie a acestuia, ea este neglijatå în aplicarea modelului, admi¡ându-se

α = constant. În continuare se calculeazå func¡iile c1 = f′ (Qd ) ¿i c2 = f″ (Qd ), ¡inând seama de varia¡ia parametrului T (¿i eventual de cea a parametrului α) în

func¡ie de debitul defluent Qd . Cu aceste precizåri modelul se aplicå la fel ca în cazul anterior.

Metoda Muskingum - Cunge (Viessman ¿i Lewis, 1996). Încercårile de a depå¿i limitårile metodei Muskingum nu au avut un succes deplin datoritå complexitå¡ii calcului sau dificultå¡ilor în interpretarea fizicå a parametrilor de propagare. Parametrii Muskingum sunt cel mai bine determina¡i din måsuråtorile directe pe râu dar nu sunt u¿or de raportat la caracteristicile râului. Cunge a combinat acurate¡ea metodei undelor de difuzie cu simplicitatea metodei Muskingum, rezultând unul din cele mai recomandate procedee pentru uz general. De¿i este încadratå ca o metodå hidrologicå, rezultatele ob¡inute sunt comparabile cu cele ale procedeelor hidraulice.

109

Page 109: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Cunge aratå cå forma în diferen¡e finite a ecua¡iei Muskingum devine o ecua¡ie a undelor de difuzie dacå paramerii ambelor metode sunt apropia¡i. Ecua¡iile (5.63) ¿i (5.64) rezultå:

( )[ ] .QQQQdtd

T dada −=α−+α 1 (5.93)

Înlocuind Qi pentru Qa , Qi+1 pentru Qd , ecua¡ia (5.93) scriså în diferen¡e finite devine:

( ) ( )[ ]

( ) .QQQQ

QQQQt

T

ti

ti

ti

ti

ti

ti

ti

ti

111

1

111

1

2

1

11

+++

+

+++

+

−+−=

=α−−α−α−+α∆

(5.94)

Dacå T = c/x∆ , ecua¡ia (5.94) este, de asemenea, o formå în diferen¡e finite

a ecua¡iei:

,xQ

ctQ

0=∂∂

+∂∂

(5.95)

numitå ecua¡ia unei cinematice. Ecua¡ia folositå pentru propagare este ob¡inutå din ecua¡ia (5.95):

,QcQcQcQ ti

ti

ti

ti 132

11

11 +

+++ ++= (5.96)

unde:

.T/t)x(

x/tc)x(c

;T/t)x(

T/tc

;T/t)x(

T/tc

∆+−∆∆−−

=

∆+−∆+α

=

∆+−∆+α−

=

12

12

12

2

12

2

1

2

1

(5.98... 5.99)

110

Page 110: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Întrucât T = reprezintå timpul necesar pentru ca unda så parcurgå

lungimea sectorului , mi¿cându-se cu viteza c, Cunge demonstreazå cå c

este viteza de deplasare a undei cinematice.

c/x∆x∆

Când α = 0,5 ¿i = 1,0, ecua¡ia produce o transla¡ie a undei fårå

atenuare înså. Când = 0 nu apare nici transla¡ie, nici atenuare.

x/tc ∆∆x∆

Dacå existå date despre viiturile anterioare, parametrul c poate fi determinat parcurgând calculul în sens invers. Estimarea parametrilor poate fi ob¡inutå prin måsuråtori pe râu. Valoarea parametrului α dat de rela¡ia lui Cunge:

,xcS

q

x⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∆

−=α 12

1 (5.100)

unde:

Sx este panta patului albiei; q - debitul pe unitatea de lå¡ime, determinat pentru debitul maxim. Valoarea celeritå¡ii c poate fi estimatå ca o func¡ie a vitezei medii:

c = mv , (5.101) unde:

v = Q/A este viteza medie;

m - coeficient dat de ecua¡ia mi¿cårii uniforme Q = bAm

. Propagarea se poate realiza, utilizând valori constante pentru parametrii m ¿i c sau variabili. Din ecua¡ia (5.101) se ob¡ine valoarea celeritå¡ii, c, valoarea lui

rezultând din ecua¡ia (5.100), iar ecua¡iile (5.97), (5.98), (5.99) sunt rezolvate considerând T = . α

c/x∆ Când se utilizeazå aceastå metodå, valorile x∆ ¿i t∆ trebuie selectate astfel

încât så se asigure o propagare în detaliu a undei. Pasul de timp pentru debitul maxim se ia egal cu 5 sau 10 minute. Lungimea L poate poate fi divizatå în n

pa¿i. Debitul defluent pentru fiecare por¡iune este considerat debit afluent

pentru urmåtoarea.

x∆

111

Page 111: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

6

MODELE MATEMATICE ªI MODELE EXPERIMENTALE

În fiecare an în întreaga lume un numår de baraje suferå deterioråri care

faciliteazå cedarea, unda de viiturå rezultatå propagându-se în aval. Cu toate cå

siguran¡a barajelor a crescut datoritå unei mai bune construc¡ii ¿i men¡ineri,

måsuri suplimentare cum sunt detectarea din timp a unei poten¡iale ruperi ¿i

planurile de alarmare sunt de asemenea necesare.

Pentru estimarea zonelor din aval care ar putea fi inundate în cazul ruperii

unui baraj existå diferite modele:

Modele fizice, limitate în prezent la cazurile complicate, când calculul

numeric nu poate reda cu suficintå precizie fenomenul.

Modelele matematice a cåror complexitate variazå de la modele simple

unidimensionale (1D) la cele complexe tridimensionale (3D).

Modelele matematice, în general, cuprind douå etape:

1) Simularea cedårii barajului (evolu¡ia bre¿ei) ¿i calculul hidrografului

defluent imediat aval de baraj;

2) Propagarea hidrografului defluent prin valea râului.

Pentru propagarea undelor de viiturå accidentalå în aval se folosesc cel mai

adesea modelele unidimensionale. Calculele exacte rezolvå ecua¡iile Saint-

Venant. Sunt utilizate de asemenea ecua¡ii simplificate (de tipul undelor

cinematice, etc) ¿i grafice adimensionale. Uneori se folosesc ecua¡iile

bidimensionale - cazul propagårii undelor în albii majore largi.

În cazurile în care propagarea hidrografului, rezultat în urma ruperii unui

baraj mic se face printr-o vale singularå, fårå localitå¡i în aval, metodele

sofisticate sunt prea costisitoare pentru a fi aplicate. Este necesar så se aplice

112

Page 112: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

metode simplificate ¿i mai pu¡in costisitoare care înså dau rezultate de încredere

în punctele importante din aval.

6.1. MODELE MATEMATICE UNIDIMENSIONALE

• Modelul Hâncu (S. Hâncu ¿.a., 1985). Având în vedere cå modul de

rupere al unui baraj este un fenomen aleatoriu, autorul propune pentru simularea ruperii barajului o limitå maximå a bre¿ei ce conduce la efecte maxime în aval. Debitul descårcåtorului este dat de ecua¡ia:

,zzMQavi ir −ω= 000 (6.1)

unde:

ω0 este sec¡iunea de curgere la descårcåtor;

zr - cota de reten¡ie amonte la baraj; - cota nivelului apei în aval.

aviz

În momentul ini¡ial sunt cunoscute: , zi

Q0 r , , Maviz 0 ¿i 0ω .

Pentru intervalul de timp cuprins între n∆t ¿i (n+1) t∆ se calculeazå coeficien¡ii:

( )

;M n 2

0

1

ω=ρ′ (6.2)

(6.3) ,Qni

1+ρ′=ρ ′′

unde este o valoare propuså pentru debitul ce rezultå prin bre¿a de

sec¡iune ω la momentul n (ω

1+niQ

n).

Simularea ruperi par¡iale a barajului presupune adoptarea valorilor

< <0ω ω ω max. Ruperea totalå a barajului corespunde valorii ω max. Valoarea

ωmax se determinå prin încercåri ¿i corespunde debitului Qi, max care se ob¡ine la baraj. Propagarea undei de rupere este descriså de ecua¡iile Saint-Venant, care se aplicå atât în amonte, cât ¿i în aval de baraj (fig. 6.1). În sec¡iunea barajului:

;,, aviami QQ = (6.4)

113

Page 113: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 6.1. Propagarea undei de rupere în aval.

.zz av,iam,i ≠ (6.5)

Albia aval se împarte în sectoare egale de lungime ∆ xn. Pentru fiecare sector valorile amonte ¿i aval ale mårimilor geometrice ¿i hidraulice sunt egale

mk,am=mk,av. Condi¡iile la limitå sunt:

x = 1 Q = Q(t) ; (6.6)

x = s+1 z = z(Q) . (6.7) Condi¡iile ini¡iale presupun mi¿carea permanentå a apei

Q0 = Q0 (x) ; (6.8)

z0 = z0 (t) . (6.9)

Calculul propagårii se poate efectua utilizând procedeul caracteristicilor.

• Modelul UNDA (Amafteiesei, 1976). Se bazeazå pe integrarea numericå a sistemului de ecua¡ii Saint-Venant (mi¿care nepermanentå cu nivel liber, unidimensionalå) dupå o re¡ea dreptunghiularå în planul (x, t), în schema implicitå, cu liniarizarea ecua¡iilor. Condi¡ia ini¡ialå de calcul: o situa¡ie de mi¿care permanentå. Condi¡iile la limitå: hidrografele de debit în sec¡iunile de intrare ¿i cheile limnimetrice în sec¡iunile de ie¿ire. Sec¡iunile de calcul luate în considerare: sec¡iunile de albie obi¿nuitå ¿i cele de excep¡ie (afluent, baraj transversal pe firul apei, acumularea nepermanentå lateralå, golire lateralå, ramifica¡ie ¿i confluen¡a cu re¡eua inelarå).

114

Page 114: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Pentru un interval de timp ∆ T, între douå sec¡iuni de calcul vecine pe un sector unifilar, ecua¡iile mi¿cårii sunt:

DZ(I) = A1(I) . DZ(I+1) + A2(I) ; (6.10)

DQ(I) = A4(I) . DZ(I) + A5(I) , (6.11) unde:

I este indicele sec¡iunii de calcul curente; DZ, DQ sunt vectori con¡inând cre¿terile cotei respectiv a debitului în fiecare sec¡iune de calcul pentru intervalul DT;

A1, A2, A4, A5 - vectori de coeficien¡i ce depind de elementele mi¿cårii la timpul anterior, de caracteristicile geometrice ¿i de rezisten¡a corespunzåtoare cotelor medii în intervalul DT ¿i de condi¡iile la limitå din sec¡iunile de intrare.

Cu toate înlesnirile oferite de scrierea simplificatå a ecua¡iilor mi¿cårii ¿i de solu¡ionarea succesivå a sistemelor de ecua¡ii prin calcul matricial, acest program foarte amplu ¿i general este dificil de aplicat datoritå în principal capacitå¡ii mari de memorare ¿i timpului de calcul prelungit de utilizare intenså a perifericelor calculatorului (în versiunea 1985 scris în FORTRAN necesitå 180K memorie ¿i cca 0,01S pentru tratarea unui nod din planul (X, T), putând fi introduse simultan 250 profile transversale, calculatå o albie cu maximum 400 sec¡iuni de calcul din care 20 de excep¡ie).

• Modelul DUFLOW (1991). Programul de calcul DUFLOW trateazå problema propagårii undelor de viiturå în râuri alåturi de alte aplica¡ii. Este simulatå curgerea cu suprfa¡å liberå în albii deschise în care pot fi introduse structuri de control de tipul barajelor deversoare, pompe, sifoane, etc. În programul DUFLOW, modelul, reprezentând o anume aplica¡ie, poate fi construit prin alåturarea elementelor de tipul sec¡iunilor transversale prin albie ¿i a sec¡iunilor de control sau a structurilor men¡ionate mai sus. În cazul propagårii undei de viiturå, debitul introdus la limita amonte este transmis printr-o succesiune de sec¡iuni ale râului. Sec¡iunile de formå simplå pot fi specificate cu date pu¡ine. Pentru sec¡iunile complexe, lå¡imea (atât cea a albiei principale cât ¿i cea a albiei inactive), factorul de frecare ¿i raza hidraulicå pot fi specificate în func¡ie de nivelul apei (fig. 6.2). Pentru coeficientul de rugozitate se pot folosi rela¡iile lui Manning ¿i Chezy. O schematizare în detaliu a re¡elei este adesea necesarå datoritå naturii ecua¡iilor care trebuie rezolvate.

115

Page 115: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 6.2. Definirea sec¡iunii transversale.

De obicei, schimbårile mici în sec¡iunile transversale au o influen¡å micå în starea regiunii de interes. Este util så se înceapå cu un model simplu ¿i så se testeze senzitivitatea modelului în cazul modificårilor mici ale sec¡iunii transversale înainte de a se da o descriere detailatå. Acest lucru este valabil ¿i pentru structurile de control. De exemplu, nu este eficient så se modeleze fiecare pod sau obstacol ca o structurå separatå. Este indicat så se introducå un coeficient de rugozitate majorat pentru a compensa rezisten¡a pe care o opun aceste structuri. Numai structurile care reduc considerabil sec¡iunea transversalå trebuie modelate explicit. Condi¡iile la limitå pot fi specificate sub forma:

• •

Nivelurilor ¿i debitelor de apå ca ¿i constante sau în serii Fourie.

Afluen¡a în re¡ea poate fi datå sub forma hidrografului debitelor sau poate fi calculatå printr-o rela¡ie simplå de ploaie-scurgere, pentru o ploaie datå.

Rela¡ii între debite ¿i nivele (curbe cheie) în formå tabelarå.

Pentru condi¡ia limitå în amonte este preferat debitul, în timp ce în aval ar fi necesarå precizarea nivelului de apå dacå râul se vårsa într-un lac sau în mare sau o rela¡ie H-Q dacå limita aval este undeva în lungul râului. Limitele trebuie alese cu aten¡ie în cazurile în care o modificare în sistem ar afecta o condi¡ie la limitå care la rândul ei ar influen¡a condi¡iile hidraulice în zona de interes. DUFLOW are la bazå ecua¡iile unidimensionale cu derivate par¡iale care descriu curgerea nepermanentå în canale deschise. Ecua¡iile sunt discretizate în spa¡iu ¿i timp folosind schema implicitå în patru puncte.

Modelul simplificat (R. French, 1994). Se presupune cå bre¿a are o formå dreptunghiularå (fig. 6.3).

116

Page 116: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 6.3. Geometria instantanee a rupeii.

Debitul prin bre¿å este determinat cu ajutorul ecua¡iei deversorului cu prag lat:

,hb,Q ,rb

5113= (6.12)

unde:

br este lå¡imea bre¿ei; h - adâncimea apei scurse prin bre¿å.

Dacå bre¿a se formeazå într-un interval de timp τ , volumul apei eliberate din acumulare este dat de integrala scurgerii instantanee. Volumul scurs este de

asemenea egal cu produsul dintre suprafa¡a lacului As ¿i integrala adâncimii

instantanee de apå golitå din acumulare, yd .

.dyAdthb, fyds

,r ∫∫ =

τ

00

5113 (6.13)

Wetmore ¿i Fread (1981) au considerat cå înål¡imea instantanee de apå pe deversor poate fi aproximatå prin rela¡ia:

,yHh d )(1

−Γ

= (6.14)

unde este un coeficient empiric de corec¡ie. Γ Aproximarea ecua¡iei (6.14) a fost verificatå comparând debitele ob¡inute cu cele determinate prin modelul DAMBRK. Din aceste compara¡ii a rezultat ¿i valoarea = 3. Γ

117

Page 117: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Din ecua¡iile (6.13) ¿i (6.14) prin rezolvare ¿i evaluarea limitelor de integrare se ob¡ine timpul de formare al bre¿ei τ . Expresia adâncimii maxime a apei pe deversor este:

.maxhyH f )(=− (6.15)

Apoi, din ecua¡ia (6.12) rezultå debitul maxim scurs prin bre¿å

( )[ ] .maxhb,(max)Q ,r

5113= (6.16)

În acest punct al analizei, adâncimea apei imediat aval de baraj corespunzåtoare lui Q(max) trebuie estimatå pentru a stabili dacå debitul maxim trebuie corectat în cazul scurgerii înecate. Valea râului în aval de baraj este consideratå de forma unui canal prismatic care poate fi definit printr-o singurå sec¡iune transversalå medie a cårui lå¡ime la vârf depinde de adâncime. Wetmore, Fread ¿i ulterior Anonymous au dezvoltat ¿i o tehnicå de propagare a undei de rupere în aval. Curbele de propagare utilizate au fost determinate din datele ob¡inute prin rulåri ale programului DAMBRK ¿i sunt grupate în familii, bazate pe numårul Froude asociat cu debitul maxim (fig. 6.4). Utilizarea acestor curbe necesitå determinarea unui parametru adimensional pentru volum (V'), considerat ca un raport între volumul acumulårii (V) ¿i

volumul de apå (AxXc) scurs prin sectorul definit de distanta Xc.

Din grafic rezultå debitul maxim într-o sec¡iune datå (Qx). Se determinå adâncimea maximå în func¡ie de debitul maxim ¿i timpul de sosire în func¡ie de durata de rupere ( τ ) ¿i celeritate (c).

Fig. 6.4. Curbele de propagare.

118

Page 118: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Modelul CASTOR (A. Paquier ¿i O. Robin, 1997). Autorii prezintå un model simplificat pentru calculul undelor de viiturå produse de ruperea barajelor. Ei au aråtat cå având debitul maxim într-o sec¡iune datå este u¿or så determini adâncimea maximå de apå, viteza maximå ¿i timpul de propagare al undei. Abaterea este mai micå de 30% pentru adâncimea maximå ¿i mai micå de 50% pentru debitul maxim, viteza maximå ¿i timpul de propagare, în mai mult de 90% din sec¡iunile transversale când rezultatele se comparå cu cele ob¡inute prin aplicarea ecua¡iilor Saint-Venant. Metoda necesitå un numår redus de date: date generale despre baraj ¿i acumulare, o descriere a sec¡iunilor transversale unde sunt cerute rezultatele ¿i valoarea coeficientului Manning pentru sectorul cuprins între baraj ¿i sec¡iunea transversalå. Folosirea metodei este limitatå la o vale îngustå (fårå zone de acumulare ¿i fårå structuri de control care ar putea modifica semnificativ scurgerea). Are la bazå metoda CTGREF care utilizeazå un hidrograf adimensional pentru a ob¡ine debitul maxim într-o sec¡iune datå din debitul maxim al hidrografului de rupere. Calculul se desfå¿oarå în 5 etape:

1) Estimarea debitului maxim al hidrografului ruperii printr-o rela¡ie simplificatå stabilitå în func¡ie de modul de rupere;

2) Crearea unui grafic adimensional (fig.6.5) care så permitå estimarea raportului între debitul maxim într-o sec¡iune datå ¿i debitul maxim în sec¡iunea

barajului în func¡ie de douå valori: S/n2 ¿i x/V

1/3, în care S - panta albiei,

n - coeficientul lui Manning, x - distan¡a de la baraj, V - volumul acumulårii. Aceste valori sunt determinate pe un sector de râu cuprins între baraj ¿i

sec¡iunea datå. Pentru ruperea progresivå a barajului, se presupune cå hidrograful în sec¡iunea barajului corespunde debitului ob¡inut în urma unei ruperi instantanee, undeva în amonte de baraj. Graficul adimensional care permite estimarea debitului a fost ob¡inut din experien¡a anterioarå legatå de unda de rupere ¿i din rezultatele date de aplicarea ecua¡iilor Saint-Venant în canale triunghiulare.

Fig. 6.5. Graficul adimensional pentru estimarea debitului.

119

Page 119: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

3) Determinarea adâncimii maxime de apå într-o sec¡iune datå, cunoscând debitul maxim ¿i datele privind sec¡iunea transversalå ¿i considerând scurgerea uniformå.

4) Determinarea vitezei maxime din debitul maxim ¿i aria sec¡iunii transversale corespunzåtoare nivelului de apå maxim. Un factor de corec¡ie (egal cu 1,2) este necesar întrucât viteza maximå apare, în general, înaintea debitului maxim.

5) Determinarea timpului de propagare folosind distan¡a de la baraj ¿i o

vitezå medie de propagare reprezentând media vitezelor într-o sec¡iune datå (vx )

¿i imediat aval de baraj (v0 ).

.vv

xt

x+=

0

2 (6.17)

Rularea modelului CASTOR pe un calculator personal dureazå câteva secunde. Aplicarea lui în repetate rânduri, când datele avute la dispozi¡ie sunt incerte, va conduce la determinarea unor limite, maximå ¿i minimå, pentru nivelul maxim de apå într-o anumitå sec¡iune, ceea ce va permite evaluarea riscului la care este supuså popula¡ia ¿i construc¡iile. Validarea modelului este realizatå pe un grup de 15 baraje ¿i 440 de sec¡iuni transversale, prin compararea cu rezultatele date de modelul Rubar 3, care rezolvå ecua¡iile Saint-Venant. Panta våii aval este cuprinså între 0,01 ¿i 10%, volumul acu-mulårilor

este de 730.000-48.000.000 m3, înål¡imea barajelor 8-60 m, adâncimea albiei 1-

20 m, lå¡imea albiei 50-300 m iar debitul propagat 300-23.000 m3/s.

Modelul NWS DAMBRK (1991). D.L. Fread, membru al The National Weather Service (NWS), USA, a conceput modelul numeric DAMBRK care simuleazå ruperea unui baraj, scåderea nivelului de apå în acumulare ¿i propagarea undei de viiturå rezultate în aval. Modelul poate prognoza efectele cedårii a douå sau mai multe baraje dispuse în serie. Mai poate fi utilizat ¿i pentru propagarea debitelor solide sau a viiturilor provenite din ploi/ topirea zåpezilor. Se determinå înål¡imile de apå în zonele inundate ¿i timpul de propagare. Este compus din douå pår¡i:

descrierea modului de cedare al barajului (descrierea evolu¡iei în timp a bre¿ei); algoritmul folosit pentru calculul hidrografului ruperii cât ¿i propagarea acestuia în aval.

1) Descrierea modului de cedare al barajului.În modelul DAMBRK se presupune cå bre¿a se dezvoltå într-un interval de timp ( τ ), dimensiunea finalå este datå de lå¡imea bre¿ei la partea inferioarå (b) iar formele diferite depind de un parametru (z) (fig. 6.6).

120

Page 120: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 6.6. Evolu¡ia bre¿ei.

Aceastå reprezentare este utilizatå în modelul DAMBRK datoritå simplicitå¡ii, generalitå¡ii ¿i unei largi aplicabilitå¡i. Parametrul de formå z determinå panta bre¿ei. ªirul de valori z porne¿te de la 0 ¿i depå¿e¿te valoarea 1. Valoarea lui z depinde de stabilitatea materialului compactat ¿i umed în care se dezvoltå bre¿a. Formele dreptunghiularå, triunghiularå sau trapezoidalå pot fi specificate, utilizând diferite combina¡ii de valori pentru z ¿i b (ex: z=0 ¿i b>0 conduce la o formå dreptunghiularå a bre¿ei, pentru z>0 ¿i b=0 se ob¡ine o formå triunghiularå a bre¿ei, iar pentru z>0 ¿i b>0 rezultå o formå trapezoidalå). Valoarea finalå a lå¡imii b este stabilitå în func¡ie

de valoarea medie a lå¡imii bre¿ei bm ¿i înål¡imea barajului hd , dupå cum urmeazå:

b = bm - 0,5zhd . (6.18) Modelul presupune o valoare ini¡ialå a lå¡imii fundului bre¿ei (fig. 6.6) care se dezvoltå dupå o lege liniarå sau neliniarå în timpul ruperii barajului , pânå când lå¡imea finalå a fundului bre¿ei atinge valoarea b, iar partea inferioarå a

bre¿ei atinge valoarea h

τ

bm. Dacå τ < 1min lå¡imea ini¡ialå a fundului bre¿ei ia o valoare mai mare decât 0. Aceasta înseamnå mai mult o cedare a barajului decât o rupere prin eroziune. Înål¡imea atinså de fundul bre¿ei este o func¡ie de timp ¿i se stabile¿te pe baza rela¡iei:

( )( ) ,t/thhhh bbbmddb τ≤<τ−−= ρ 0dacå (6.19)

unde:

hbm este înål¡imea finalå atinså de partea inferioarå a bre¿ei care de obicei, dar nu necesar, este partea inferioarå a acumulårii sau a golirii de fund;

121

Page 121: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

tb - timpul, considerat din momentul formarii bresei; ρ - parametru prin care se precizeazå gradul de neliniaritate 1 . . 4.

De obicei, ecua¡ia este presupuså liniarå. Lå¡imea fundului bre¿ei la un moment dat este datå de rela¡ia:

.)/( τ≤<τ= ρbbi totbb dacå (6.20)

În timpul simulårii ruperii barajului, formarea bre¿ei începe când înål¡imea

suprafe¡ei apei din acumulare h depå¿e¿te o anumitå valoare hf , ceea ce permite simularea deversårii peste coronament. Ruperea barajului datoratå bre¿ei dezvoltate în corpul såu poate fi simulatå specificând cota ini¡ialå a centrului golirii de fund. Câteva din caracteristicile modelului DAMBRK sunt:

• •

specificarea timpului dupå începutul simulårii când bre¿a începe så se formeze;

utilizarea lui hf ca înål¡ime de deversare la care începe ruperea; folosirea parametrului ρ > 1;

• posibilitatea de a limita bre¿a la sec¡iunea deversorului barajului.

Barajele de greutate din beton tind så aibå o rupere par¡ialå în func¡ie de numårul de ploturi care sunt råsturnate. Timpul de formare al bre¿ei este de ordinul a câteva minute. Este dificil de precizat numårul de ploturi care pot fi dislocate sau rupte. Prin utilizarea modelului DAMBRK ¿i rularea mai multor situa¡ii în care parametrul b, reprezentând lungimea totalå a ploturilor presupuse rupte este diferit, rezultå înål¡imile suprafe¡ei de apå din acumulare ¿i vitezele de dezvoltare a bre¿ei care pot fi utilizate pentru indicarea intervalului de reducere a presiunii pe baraj. Când valoarea încårcårii scade, deoarece b este presupus crescåtor, poate fi estimatå o condi¡ie limitå a siguran¡ei încårcårii la care nu se mai produc ruperi. Barajele în arc tind så cedeze complet ¿i se presupune cå sunt necesare doar câteva minute pentru formarea bre¿ei. Parametrul z este, de obicei, presupus 0, în cazul barajelor din beton. Barajele din påmânt, care depå¿esc ca numår toate celelalte tipuri de baraje nu au tendin¡a de a se rupe în întregime ¿i nici de a ceda instantaneu. Bre¿a

finalå tinde så aibå o lå¡ime medie bm cuprinså în intervalul h ≤ bm≤ 3hd . Lå¡imile bre¿elor la barajele din påmânt sunt, de obicei, mult mai mici decât lungimea totalå a barajului. Timpul total de rupere poate fi cuprins în intervalul a câtorva minute (în cazul deversårii) pânå la câteva ore (în cazul bre¿ei dezvoltate în corpul barajului).

122

Page 122: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Hidrograful ruperii depinde de modul de rupere, hidrograful viiturii ce intrå în acumulare, caracteristicile acumulårii, scurgerea prin golirea de fund ¿i deversor ¿i înål¡imea coloanei de apå din aval.

2) Algoritmul de calcul pentru determinarea hidrografului de rupere ¿i propagarea în aval. O semnificativå surså de eroare în estimarea hidrografului ruperii este determinarea mårimii bre¿ei, formei ¿i timpului de evolu¡ie. Dintre aceste trei considerente, forma este cea mai pu¡in importantå iar timpul de formare al bre¿ei devine nesemnificativ pe måsurå ce volumul de apå din acumulare cre¿te. În momentul ruperii, hidrograful total al ruperii se compune din:

Q = QD + Qb , (6.21)

unde:

QD este debitul scurs prin golirea de fund ¿i deversor;

Qb - debitul scurs prin bre¿å.

Scurgerea prin bre¿å poate fi aproximatå ca o scurgere peste un deversor cu prag lat (fig. 6.5) iar debitul eate dat de rela¡ia:

Qb = C1(h - hb )1,5

+ C2 (h - hb )2,5

, (6.22)

unde:

C1 = 3,1biCvKs ; (6.23)

C2 = 2,45zCvKs , (6.24)

unde:

bi este lå¡imea instantanee a fundului bre¿ei datå de rela¡ia (6.20);

Cv - coeficient de corec¡ie al vitezei de apropiere;

Ks - coeficient de corec¡ie pentru efectul de înecare.

Dacå bre¿a se formeazå în corpul barajului, ecua¡iile men¡ionate mai sus pentru descrierea scurgerii peste un deversor cu prag lat trebuie rescrise pentru scurgerea printr-o conductå:

Qb = 4,8Ap(h - h')0,5

, (6.25)

123

Page 123: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

unde:

Ap = [2bi + 4z(hf - hb)](hf - hb ) ; (6.26)

hb = hf - (hf - hbm)tb / τ , dacå tb ≤ τ . (6.27) h' este înål¡imea apei în acumulare în momentul începerii eroziunii. Toate ecua¡iile folosite pentru determinarea scurgerii provenite din ruperea unui baraj depind de înål¡imea suprafe¡ei apei în acumulare. Evident, scurgerea din acumulare conduce la scåderea lui h ¿i deci la cre¿terea lui Q; orice scurgere în acumulare produce o cre¿tere a lui h ¿i implicit a lui Q. În consecin¡å, pentru determinarea unei valori instantanee a lui Q se iau în considerare afluen¡a în acumulare, scurgerea din acumulare ¿i caracteristicile acumulårii. Modelul DAMBRK utilizeazå conceptul hidrologic de propagare a viiturii în acumulare bazat pe principiul conservårii masei:

dS /dt = I - Q , (6.28)

unde:

dS /dt este volumul acumulat în intervalul dt; I - scurgerea în acumulare; Q - scurgerea totalå din acumulare; În diferen¡e finite ecua¡ia (6.28) devine:

( );

ttQtIttItS

2

)(

2

)( ∆+−

−∆+=

∆∆

(6.29)

( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]

,thtthtAttA

S ss

2

−∆++∆+=∆ (6.30)

unde As este suprafa¡a acumulårii ce corespunde înål¡imii de apå h.

Combinând ecua¡iile (6.21), (6.22) sau (6.25), (6.29) ¿i (6.30) se ob¡ine o func¡ie prin care se determinå debitul. Pasul de timp trebuie considerat suficient de mic pentru a minimaliza erorile apårute la integrarea numericå. Folosirea conceptului hidrologic de propagare a viiturii implicå considerarea suprafe¡ei apei în acumulare ca fiind orizontalå, dar poate fi o aproxima¡ie bunå doar în cazul unei bre¿e ce se dezvoltå treptat. Dacå barajul cedeazå instantaneu ¿i apare o undå negativå în acumulare, sau magnitudinea afluen¡ei în acumulare poate determina formarea unei unde, atunci trebuie folosit conceptul hidraulic

124

Page 124: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

de propagare a undei în lac. Modelul DAMBRK are abilitatea de a crea automat sec¡iuni transversale în acumulare pentru a utiliza ecua¡iile Saint -Venant atunci când este data curba S = f(H). La propagarea hidrografului de rupere se ¡ine cont de: schimbårile ce intervin în hidrograf datoritå acumulårii în albie, rugozitate, podurile ¿i barajele din aval ce pot fi rupte, afluen¡i. Hidrograful de rupere poate fi determinat de model sau specificat ca datå de intrare. Ecua¡iile pe care se bazeazå modelul sunt ecua¡iile Saint-Venant scrise sub forma:

( );q

t

AA

xQ

00 =−∂+∂

+∂∂

(6.31)

,SSxh

gAx

AQ

tQ

ef 0

2

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++∂∂

+∂

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂

+∂∂

(6.32)

unde: A este suprafa¡a activå a curgerii;

A0 - suprafa¡a inactivå unde are loc acumularea; q - aportul lateral;

Sf - panta de frecare;

Se - panta de expansiune/contrac¡ie. Pentru rezolvarea lor a fost adoptatå schema în diferen¡e finite implicitå în patru puncte care a fost extinså pentru a putea simula curgerea mixtå (subcriticå/ supercriticå). Schema include douå etape pentru rezolvarea ecua¡iilor adâncimii de apå, normalå ¿i criticå. Într-o primå etapå este folositå metoda Newton-Raphson iar cazul în care solu¡ia nu este convergentå se aplicå metoda bi-sec¡iunii. Analiza ruperii unui baraj diferå atunci când se aplicå unor evenimente istorice fa¡å de situa¡iile de prognozare a fenomenului. Aplicarea modelului pentru evenimente care au avut loc în trecut permite calibrarea lui prin modificarea caracteristicilor bre¿ei, a coeficien¡ilor de rugozitate sau a datelor asupra sec¡iunilor transversale ¿i compararea rezultatelor cu datele observate. Atunci când se analizeazå o poten¡ialå cedare nu existå informa¡ii cu care så se poatå compara rezultatele ob¡inute, exceptând cazul pu¡in probabil în care o viiturå naturalå extraordinarå a avut loc ¿i a fost înregistratå. Utilizarea

125

Page 125: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

modelului DAMBRK pentru prognozarea cedårii unui baraj presupune alegerea unor date care så reflecte situa¡ia realå, ¡inând cont de experien¡a acumulatå prin calibrarea cedårilor istorice. Întrucât existå destule incertitudini în modelarea unei poten¡iale cedåri este indicat så se realizeze mai multe rulåri ale programului pentru cazul analizat. Acestea vor indica efectul caracteristicilor bre¿ei ¿i ale albiei asupra rezultatelor. Modelul DAMBRK a fost testat cu succes pe mai multe cazuri de cedare ¿i în plus este sus¡inut de o activitate de cercetare continuå pentru a-i îmbunåtå¡i performan¡ele.

Strategii de aplicare ale programului DAMBRK

• Date de intrare. Modelul DAMBRK a fost conceput astfel încât så necesite date care de obicei sunt accesibile utilizatorului. Datele de intrare sunt împår¡ite în patru categorii.

Din prima categorie fac parte parametrii de control ai programului prin ale cåror valori se determinå metodologia sau op¡iunea aleaså pentru propagarea unui hidrograf dat ¿i parametrii care controleazå tipul ¿i volumul datelor de ie¿ire. În cea de-a doua categorie sunt inclu¿i parametri ce caracterizeazå barajul (bre¿a, deversorul ¿i volumul lacului). Datele referitoare la bre¿å sunt: timpul de rupere , lå¡imea finalå a bre¿ei b, componenta orizontalå a pantei bre¿ei z, nivelul final al fundului bre¿ei YBMIN, nivelul ini¡ial al apei în lac Y0, nivelul apei în lac la apari¡ia bre¿ei HF, cota coronamentului barajului HD. Datele referitoare la deversor sunt: cota crestei deversorului necontrolat de stavile HSP,

coeficientul de debit al deversorului necontrolat de stavile c

τ

s , cota centrului

stavilei HGT, coeficientul de debit al deversorului cu stavilå fixå cg ,

coeficientul de debit al crestei barajului cd ¿i debitul constant sau variabil în

timp ce trece peste deversor Qt . Datele referitoare la acumulare sunt: valorile

suprafe¡ei libere a apei în lac As , sau ale volumului lacului ¿i valorile corespondente ale nivelelor de apå din lac. Utilizatorul trebuie så estimeze valorile , b, z, YBMIN ¿i HF . Celelalte valori sunt ob¡inute din descrierea

barajului, a deversorului ¿i a lacului. În unele cazuri parametrii HS, c

τ

s , HG ¿i cd

pot fi ignora¡i, iar Qt este folosit în locul lor.

Cea de-a treia categorie de parametri privesc propagarea debitului defluent sau de rupere prin lac ¿i/sau albia aval. Aceasta înseamnå o definire a sec¡iunilor transversale, a coeficien¡ilor de rugozitate ¿i a coeficien¡ilor de expansiune-contrac¡ie. Sec¡iunile transversale sunt specificate prin distan¡a fa¡å de baraj ¿i

126

Page 126: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

un tabel ce con¡ine lå¡imea suprafe¡ei libere a apei (activå ¿i inactivå), cu cotele corespunzåtoare. Lå¡imea totalå a suprafe¡ei libere a apei în sec¡iune poate fi lå¡imea activå sau poate fi specificatå sub forma lå¡imii albiei principale, a luncii de pe malul drept ¿i cea de pe malul stâng. Sec¡iunile transversale se ob¡in din hår¡ile hidrografice la scara 1:25000. Numårul sec¡iunilor transversale este ales pentru a descrie cât mai bine albia aval ¿i depinde de variabilitatea lå¡imii våii în lungul râului. Numårul minim admis de sec¡iuni este 2, iar numårul maxim este de 90. Programul creazå sec¡iuni adi¡ionale, pânå la 200, prin interpolarea liniarå între douå sec¡iuni adiacente specificate de utilizator. Numårul sec¡iunilor adi¡ionale este controlat printr-un parametru ce se introduce pentru fiecare sector în parte. În numårul sec¡iunilor alese ini¡ial sunt incluse ¿i sec¡iunile la limita amonte ¿i aval. De asemenea, se au în vedere sec¡iunile din vecinåtatea modificårilor rapide ale albiei, cum sunt contrac¡iile ¿i lårgirile bru¿te, sec¡iunile din apropierea schimbårilor semnificative în panta patului albiei ¿i cele din zonele de confluen¡å cu afluen¡ii râului. Coeficien¡ii de rugozitate sunt introdu¿i pentru fiecare sector considerat. Coeficien¡ii de expansiune-contrac¡ie pot fi zero sau pot avea valori diferite de zero când apar lårgiri bru¿te sau contrac¡ii.

Din cea de-a patra categorie fac parte parametrii specifici op¡iunii alese la început.

• Recomandåri privind rularea programului DAMBRK. În prima etapå a rulårii programului se alege o undå de viiturå care se propagå prin albia aval, fårå baraje, utilizând un numar minim de sec¡iuni. Sec¡iuni suplimentare se introduc acolo unde existå zone de interes sau probleme de neconvergen¡å. În întreaga albie aval se considerå regimul de curgere subcritic sau supercritic, acesta putând fi modificat în regim de curgere mixt, dacå este necesar, în rulårile ulterioare. Afluen¡a în sector se alege sub forma unui debit constant iar dupå rularea cu succes a programului debitul se modificå într-un hidrograf. Un hidrograf al viiturii cu niveluri de apå cunoscute în aval este util în aceastå etapå întrucât permite estimarea unor valori rezonabile ale coeficien¡ilor de rugozitate. În cea de-a doua etapå se introduce un lac de acumulare, dar barajul nu cedeazå. Cea de-a treia etapå este o continuare a celei anterioare dar este admiså cedarea barajului, ceea ce presupune o evaluare a dinamicii bre¿ei. Dinamica bre¿ei înseamnå aprecierea timpului de formare, a mårimii ¿i formei ei. Alegerea valorilor pentru parametrii men¡iona¡i necesitå o evaluare în pa¿i mårun¡i, pentru a evita o eventualå instabilitate a modelului. Dacå în aceastå etapå se observå ca debitul rezultat din cedarea barajului con¡ine o cantitate semnificativå de sedimente provenite din corpul barajului este indicatå op¡iunea referitoare la transportul solid.

127

Page 127: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

În cea de-a patra etapå se utilizeazå propagarea dinamicå în lac, ceea ce înseamnå introducerea de sec¡iuni suplimentare în lac. Rezultatele ob¡inute se comparå cu rezultatele etapei anterioare. În cazul în care diferen¡ele nu sunt semnificative se renun¡å la propagarea dinamicå a undei de viiturå în lac pentru etapele ulterioare, apelându-se la simularea hidrologicå. În cazul unui sistem hidrotehnic cu baraje dispuse în serie, datele se introduc pe rând pentru fiecare baraj, începând cu barajul din amonte. Propagarea simultanå permite structurilor amplasate pe râu, în aval, cedarea pe rând, fie la un moment precizat anterior, fie când nivelul de apå atinge o valoare prestabilitå.

Analiza unor modele ce simuleazå ruperea barajelor (Wurbs 1987, Binnie & Partners, 1991). În urma unei analize comparative a modelelor ce trateazå problema undelor de viiturå produse de ruperea barajelor, DAMBRK a fost considerat alegerea optimå pentru majoritatea aplica¡iilor practice. Analiza comparativå a modelelor a fost bazatå pe:

considerarea conceptelor de bazå, a teoriei încorporate în modele precum ¿i analiza performan¡elor lor;

comunicarea rezultatelor, în literatura publicatå ¿i nepublicatå, referitoare la aplicarea, testarea ¿i evaluarea lor;

rezultatele ob¡inute ¿i experien¡a câ¿tigatå în analiza studiilor de caz.

Modelele selectate pentru analizå sunt:

National Weather Service - Dam-Break Flood Forecasting Model (DAMBRK)

US Army Corps of Engineers Southwestern Division - Flow Simulation Models (FLOW SIM 1 si 2)

US Army Corps of Engineers Hydrologic Engineering Center - Flood Hydrograph Package (HEC - 1)

Soil Conservation Service - Simplified Dam-Breach Routine Procedure (TR 66)

National Weather Service - Simplified Dam-Breach Flood Forecasting Model (SMPDBK)

HEC Dimensionless Graphs Procedure. DAMBRK, FLOW SIM 1 ¿i FLOW SIM 2 sunt modele de propagare dinamicå. FLOW SIM 1 utilizeazå o schemå explicitå pentru rezolvarea ecua¡iilor Saint-Venant pe când FLOW SIM 2 utilizeazå o schemå implicitå în diferen¡e finite. Modelul HEC-1 simuleazå procesul de precipita¡ie-scurgere iar

128

Page 128: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

hidrograful viiturii este propagat folosind metode hidrologice. Celelalte trei modele folosesc procedee simplificate bazate pe rela¡ii predeterminate. The Military Hydrology Model (MILHY) nu are caracteristici speciale pentru analiza ruperii barajelor dar poate fi utilizat pentru propagarea undelor de rupere în aval.

Simularea ruperii. În modelele DAMBRK, FLOW SIM 1 ¿i 2 ruperea începe de la coronament extinzându-se pe verticalå ¿i lateralå. Forma bre¿ei este specificatå ¿i cre¿te liniar în timp. HEC-1 simuleazå ruperea în mod asemånåtor, doar cå nu prevede devoltarea pe lateralå. În plus DAMBRK poate simula ruperea prin bre¿a apårutå în corpul barajului. SMPDBK simuleazå ruperea printr-o bre¿å dreptunghiularå variabilå în timp. TR 66 determinå debitul maxim în func¡ie de adâncimea apei în acumulare pe baza unei rela¡ii simplificate. Procedeul presupune cedarea instantanee, debitul maxim înregistrându-se în momentul ini¡ial. Nu se determinå întreg hidrograful de rupere.

Calcularea hidrografului de rupere. Doar modelele DAMBRK, FLOW SIM1 ¿i 2 ¿i SMPDBK reflectå efectul de înecare în aval. Propagarea undei în acumulare este rezolvatå fie hidraulic, fie hidrologic. În propagarea hidrologicå geometria acumulårii este descriså de curbele caracteristice ale acumulårii. În propagarea dinamicå geometria acumulårii este descriså prin sec¡iuni transversale ¿i coeficien¡ii de rugozitate.

Propagarea viiturilor în aval. Caracteristicile undei de viiturå accidentalå au o varia¡ie tridimensionalå. Modificårile care apar în albia majorå (ex: tronsoane înguste alternate cu cele largi, afluen¡ii, podurile, structurile de control, etc) produc accelera¡ii cu componente orizontale ¿i verticale pe axa curgerii. Apa poate curge lateral pentru a umple suprafe¡ele inactive din albia majorå. Accelera¡ii tridimensionale pot apare în apropierea barajului rupt. Ecua¡iile curgerii nepermanente pot fi exprimate în forme diferite care så reflecte componentele pe douå sau trei direc¡ii. Totu¿i modelele multidimensionale sunt mult mai dificil de aplicat. Au fost dezvoltate modele bidimensionale dar nu au ajuns încå så fie adoptate în rutina zilnicå. Mai mult costul unui studiu în care s-a folosit un program de calcul bidimensional este mult ridicat ¿i s-ar putea så nu fie justificat. Existå înså câteva modele cvasi-bidimensionale care determinå viteze ale scurgerii diferite pentru albia minorå respectiv majorå ale cursului de apå (ex: DAMBRK). În toate modelele alese spre compara¡ie mi¿carea undelor de viiturå este unidimensionalå. Modele pot fi clasificate în:

a) Modele de propagare dinamice (DAMBRK, FLOW SIM 2 care utilizeazå schema implicitå în patru puncte pentru rezolvarea ecua¡iilor Saint-Venant, respectiv FLOW SIM 1 care utilizeazå shema explicitå.)

b) Modele bazate pe rela¡ii generalizate (SMPDBK ¿i HEC adoptå o familie de curbe adimensionale ob¡inute în urma utilizårii unui model dinamic).

129

Page 129: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

130

c) Modele simplificate de propagare - Unde cinematice (TR 66); d) Modele de propagare hidrologicå în acumulare (DAMBRK, FLOW SIM

1 ¿i 2, HEC-1 ¿i MILHY).

Compararea modelelor. Matricea de evaluare constå în notarea fiecårui model ¡inând cont de o listå cu criterii. Notele sunt cuprinse în intervalul (0...10), unde nota 10 indicå modelul performant în raport cu criteriul respectiv. Factorul de pondere indicå importan¡a fiecårui criteriu. Scenariul reprezintå descrierea scopului pentru care este folositå analiza ruperii unui baraj ¿i, de asemenea, în ce condi¡ii este realizatå aceastå analizå.

1. Scenariul I - indicå modelul optim pentru pregåtirea unor hår¡i cu zonele inundate în cazul unei ipotetice cedåri a unui baraj mare. Informa¡iile vor fi påstrate în fi¿iere, astfel încât så fie la îndemânå dacå va fi nevoie. Modelarea va fi fåcutå în birou, de cåtre ingineri califica¡i care au la dispozi¡ie facilitå¡i hard ¿i soft (tab. 6.1)

2. Scenariul al II-lea - indicå modelul selec¡ionat de cåtre o echipå care se gåse¿te pe teren ¿i trebuie så analizeze amploarea fenomenului în condi¡ii expeditive. Accesul la baza de date este posibilå dar utilizarea unui microcomputer sau a unui procedeu manual ar putea fi avantajos (tab. 6.2).

Concluzii. Modelele dinamice sunt cele mai performante dintre modelele testate.

DAMBRK este alegerea optimå pentru majoritaea aplica¡iilor practice. Programul este utilizat pe scarå largå, are o documenta¡ie foarte bunå. SMPDBK este preferat pentru analize expeditive în unele cazuri de aplica¡ii civile ¿i militare. Cu toate cå posibilitå¡ile de prognozare în cazul ruperii barajelor au fost extinse, îmbunåtå¡iri importante se pot face. Instabilitå¡ile neliniare în prognozarea dinamicå sunt cauzate de varia¡ia rapidå a geometriei sec¡iunilor transversale cu nivelul ¿i distan¡a longitudinalå. Studiile au fost necesare pentru a evalua importan¡a unei abordåri unidimensionale în prognoza undelor de rupere. Eforturile de cercetare în vederea dezvoltårii unor modele bidimensionale ale mi¿cårii nepermanente sunt pertinente în cazul ruperii barajelor, pentru situa¡iile unor våi complexe în care infiltra¡iile, pierderile din volumul undelor de viiturå accidentalå ¿i obstruc¡iile naturale întâlnite în aval nu pot fi neglijate. Existå ¿i modele dezvoltate de diferite alte organiza¡ii ¿i firme de consultan¡å, incluzând Motor-Columbus Consulting Engineers, Tippetts-Abbet-McCarthy-Stratton (TAMS), Department of the Interior din USA, Institutul Federal pentru Tehnologie din Zurich, Electricite de France, Laboratorul de Hidraulicå din Delft ¿i Institutul de Hidraulicå din Dansk. Aceste programe sunt înså limitate în compara¡ie cu cele prezentate anterior.

Page 130: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Tabelul 6.1

Scenariul I

Criteriul Factorpondere

DAMBRK FLOWSIM 1

FLOW SIM 2

HEC-1 SMPDBK Graphs TR 66 MILHY

Cerin¡e hard 0,05 4 0 0 5 10 10 10 10Documenta¡ie 0,10 10 0 0 10 7 6 7 9Utilizare largå 0,10 10 6 6 10 4 0 5 5Flexibilitate 0,10 10 10 10 6 4 0 0 5U¿or de utilizat 0,05 2 0 0 8 10 9 4 8 Robuste¡e 0,10 4 2 0 9 9 9 10 9Acurate¡e teoreticå

0,25 10 10 10 0 5 3 3 3

Acurate¡e observatå

0,25 10 10 10 0 6 4 4 3

Ponderea medie 1,00 8,7 6,8 6,6 4,2 6,2 4,2 4,7 5,2 Locul 1 2 2 4 3 4 4 4

131

Page 131: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

132

Tabelul 6.2

Scenariul al-II-lea

Criteriul Factorpondere

DAMBRK FLOWSIM 1

FLOW SIM 2

HEC-1 SMPDBK Graphs TR 66 MILHY

Cerin¡e hard 0,25 4 0 0 5 10 10 10 10Documenta¡ie 0,05 10 0 0 10 7 6 7 9Utilizare largå 0,05 10 6 6 10 4 0 5 5Flexibilitate 0,05 10 10 10 6 4 0 0 5U¿or de utilizat 0,25 2 0 0 8 10 9 4 8 Robuste¡e 0,05 4 2 0 9 9 9 10 9Acuratete teoreticå

0,15 10 10 10 0 5 3 3 3

Acurate¡e observatå

0,15 10 10 10 0 6 4 4 3

Ponderea medie 1,00 6,2 3,9 3,8 5,0 7,9 6,6 5,7 6,8 Locul 2 4 4 3 1 2 3 2

Page 132: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Stabilirea erorilor la calculul undelor accidentale (J. Ganoulis, D. Tolikas, 1983). Modelul pune în eviden¡å influen¡a modului de rupere (a unui baraj de påmânt) asupra propagårii undei în aval. Când propagarea undei este bazatå pe hidrograful debitelor de rupere, incertitudinea modului de rupere determinå erori asupra valorii debitelor din sectiunile aval. Mecanismul ruperii (creatå cel mai adesea prin deversare ¿i crearea unei bre¿e ini¡iale), deschiderea ¿i evolu¡ia bre¿ei prezintå multe necunoscute determinate de dificultå¡ile de observare ¿i mai ales înregistrare, în perioada accidentului. Modelul poate fi considerat ca o analizå complementarå a propagårii viiturilor prin care se pot stabili erorile de calcul ale debitelor. Problema poate fi abordatå prin douå solu¡ii alternative, utilizând conceptul sistemic prin analiza de senzitivitate cunoscutå în teoria sistemelor sau conceptul hidraulic bazat pe integrarea numericå a ecua¡iilor Saint-Venant. În cazul primei metode, cea a analizei de sensitivitate, evolu¡ia derivatelor debitului Q ¿i a înål¡imii de apå h este calculatå în aval în raport cu debitul

maxim Qmax din hidrograful ruperii. Derivatele pot conduce la erori importante în cazul varia¡iilor reduse ale hidrografului ruperii. Metoda a doua constå în evaluarea propagårii erorilor prin integrarea numericå a ecua¡iilor Saint-Venant, procedeul fiind valabil atunci când incertitudinea asupra hidrografului ruperii este importantå.

Modelul matematic. În curent nesta¡ionar, unidimensional, cu suprafa¡a liberå, conservarea masei ¿i cantitå¡ii de mi¿care este exprimatå prin sistemul de ecua¡ii Saint-Venant:

;xQ

th

0=∂∂

+∂∂

(6.33)

( ,IIghxh

ghh

Qxt

Qf 0

2−−

∂∂

−=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

∂∂

+∂∂ ) (6.34)

unde:

Q = Q(x, t) este debitul pe unitatea de lå¡ime;

h = h(x, t) - înål¡imea de apå;

K - coeficientul lui Manning;

I0 - panta patului;

If - frecarea, exprimatå printr-o formulå empiricå.

133

Page 133: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

.hK

QI f 3102

2= (6.35)

Pentru rezolvarea sistemului (6.33) ¿i (6.34) este necesarå cunoa¿terea în dreptul barajului (x=0) a hidrografului de rupere:

Q0 (t) = Q(0, t) pentru x = 0 , (6.36)

care reprezintå o ramurå ascendentå, o valoare maximå Qm ¿i o ramurå descendentå.

Debitul maxim Qm a fost ales ca parametru caracteristic al solu¡iei problemei (6.33) ¿i (6.34), acestea variind corespunzåtor procesului de rupere a barajului.

Dacå Qm variazå cu Qδ m , solu¡ia sistemului de ecua¡ii (6.33) ¿i (6.34) variazå ¿i ea. Derivatele:

;m

h QhS

∂∂

= (6.37)

,QQ

Sm

Q ∂∂

= (6.38)

reprezentând coeficien¡ii de senzitivitate, permit exprimarea erorii de calcul pentru h ¿i Q, în func¡ie de eroarea:

.QQ

Qm

mm

∂=ε (6.39)

În consecin¡å, pentru x ¿i t constante dacå:

( )[ ] ;)()( mmmmh QhQhQQh −δ+=ε (6.40)

[ ] )()()( mmmmQ QQQQQQQ −δ+=ε (6.41)

sunt erorile relative, se poate scrie:

;)/(mQmhh hQS ε⋅=ε (6.42)

134

Page 134: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

( ) .Q/QSmQmQQ ε⋅=ε (6.43)

Aceste rela¡ii valabile la varia¡ii reduse ale lui Qm indicå semnifica¡ia fizicå a

coeficien¡ilor Sh ¿i SQ . Rela¡ia SQ(Qm/Q) aratå de exemplu eroarea relativå a

debitului Q când Qm variaza cu 1%. Pentru a ob¡ine varia¡ia în spa¡iu ¿i timp a

coeficien¡ilor Sh ¿i SQ se iau în considerare derivatele în raport cu Qm a tuturor termenilor sistemului (6.33) ¿i (6.34). Se ob¡ine urmåtorul sistem:

;x

S

tS Qh 0=

∂+

∂∂

(6.44)

.SgISh

Q

K

gS

h

Q

K

g

xS

ghxh

gSSh

QS

hQ

xt

S

hhQ

hhhQ

Q

0310

2

2372

2

2

3

72

2

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+⎟

⎞⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛−

−∂∂

−∂∂

−=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

∂∂

+∂

(6.45)

Sistemul de ecua¡ii (6.33), (6.34), (6.44), (6.45) are condi¡ia la limitå x = 0,

rela¡ia (6.36) ¿i echivalentul ei pentru SQ poate fi integrat pentru determinarea

lui Q, h, SQ ¿i Sh . Ecua¡iile (6.44) ¿i (6.45) au aceea¿i formå ca ¿i ecua¡iile Saint-Venant, dar ele sunt liniare. Algoritmul numeric utilizat pentru integrarea numericå a sistemului (6.33) ¿i (6.34) este aplicabil ¿i ecua¡iilor (6.44) ¿i (6.45), un algoritm explicit decalat în spa¡iu x-t.

6.2. MODELE MATEMATICE BIDIMENSIONALE

• Modelul Elliot - Chandhry (1992). Autorii prezintå o metodå numericå care extinde metodele clasice unidimensionale (metoda caracteristicilor) la propagarea undelor de rupere a barajelor în curen¡i bidimensionali. În aceastå metodå sunt luate în considerare interac¡iunile între unde ¿i reflec¡iile în douå dimensiuni, ceea ce permite analizarea efectelor geometriei complexe a albiei. Condi¡iile de stabilitate a schemelor numerice sunt mai pu¡in restrictive decât în cazul schemelor explicite. Rezultatele calculelor sunt comparabile cu måsuråtorile realizate pe unde de viiturå provenite din ruperi de baraje

135

Page 135: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

experimentale realizate într-un canal rectiliniu precum ¿i pe malul exterior al unui canal în curbå. Datele de teren la ruperea barajului Teton confirmå faptul cå pe por¡iunile în curbå pot apare supraînål¡åri semnificative ale nivelului liber în zona aval. Pentru calculul acestor supraînål¡åri sunt necesare modele bidimensionale. Propagarea unei unde accidentale este consideratå o problemå Riemann, a cårei solu¡ie numericå a fost datå de Godunov. Sec¡iunea de barare constituie

singura discontinuitate ini¡ialå reprezentatå de linia t = t0 (fig. 6.7). Zona (1) reprezintå condi¡iile ini¡iale ale acumulårii din amonte, iar zona (2) condi¡iile ini¡iale în albia aval. Discontinuitatea este rezolvatå prin douå unde dupå cedarea barajului o undå negativå de refrac¡ie ce se propagå în spatele barajului, în lac ¿i o undå pozitivå cu front abrupt deplasându-se în albia aval. Zona (5) între cele douå unde este presupuså a fi un regim constant. La urmåtorul pas de timp t solu¡ia este ob¡inutå prin propagarea undelor care se dezvoltå din discontinuitå¡i.

Propagarea undelor poate fi reprezentatå într-un grafic x - t, prin linii caracteristice. În figura 6.7 este reprezentat profilul undei de rupere dupå intervalul de timp t. Propagarea undei pozitive în orice moment este

echivalentå cu x = u

wt (caracteristica pozitivå). Unda negativå de refrac¡ie (zona 3) este reprezentatå de mai multe drepte (caracteristici negative). Forma

uzualå a ecua¡iilor caracteristicilor este x = (u ± c)t , unde c = gH , dar u = 0

în acest stadiu. De asemenea, se pot observa nivelurile de apå la momente finite de timp dupå ruperea barajului. Ruperea se presupune a fi completå ¿i instantanee.

Adâncimea ini¡iala a canalului ¿i viteza ini¡ialå sunt notate cu h0 ¿i u0 , iar h1 reprezintå nivelul liber ini¡ial în lac måsurat de la partea inferioarå a canalului.

Zona 2, regimul constant, este reprezentat prin necunoscutele h2 ¿i u2. Unda se

propagå cu o viteza necunoscutå uw . Pentru a raporta parametrii propagårii undei (zona 2) la condi¡iile ini¡iale din canal (zona 0) a fost ales un volum de control care cuprinde frontul din aval al undei. Curgerea nepermanentå este convertitå într-o curgere permanentå prin

suprapunerea undei negative de viteza uw în volumul de control. Aceasta

înseamnå cå volumul de control se deplaseazå odatå cu unda. Aplicând legea conservårii masei la volumul de control în regim permanent rezultå ecua¡ia de continuitate pentru un canal dreptunghiular cu apå aflatå ini¡ial în repaus.

136

Page 136: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 6.7. Zone cu condi¡ii ini¡iale constante urmate de interac¡iuni

liniare de unde.

u2 = uw (1 - h0 /h2 ) . (6.46)

Din ecua¡ia (6.46) se observå cå viteza curentului în spatele undei pozitive

va fi aceea¿i cu viteza undei în ipoteza unui canal fårå apå (h0 = 0) în aval. În figura 6.8 sunt indicate ¿i for¡ele ce actioneazå asupra volumului de control: for¡a hidrostaticå, for¡a de frecare ¿i greutatea apei.

Extinderea la modelul bidimensional. Utilizând conceptul de interac¡iuni de unde liniare explorat de Le Veque, algoritmul unidimensional, în care nu existå interac¡iuni poate fi aplicat pentru calculul efectelor bidimensionale la modele produse în urma ruperii barajelor, pe un canal în curbå. Drept condi¡ii ini¡iale se vor considera o serie de probleme Riemann unidimensionale, fiecare identice cu condi¡iile ini¡iale ale algoritmului unidimensional. Odatå cu ruperea barajului în canalul din aval se propagå o serie de unde unidimensionale (fig. 6.9). În fiecare moment parametrii undei de inunda¡ie pe un canal rectiliniu, la distan¡a x, sunt identici. Astfel rezultatele sunt acelea¿i ca ¿i pentru modelul unidimensional, fårå interac¡iuni între unde. Pentru modelarea numericå a curgerii pe por¡iunea în curbå s-a presupus cå undele se reflectå din peretele solid al malului cu un unghi egal cu unghiul de inciden¡å, fårå difrac¡ie. Undele unidimensionale intersecteazå alte unde în zona de curbå (fig. 6.10).

137

Page 137: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 6.8. Volumul de control ¿i caracteristicile undei de rupere.

Ca în teoria unidimensionalå, undele pot trece una prin cealaltå fårå a se intersecta. Fiecare undå poate fi tratatå individual, fårå a fi influen¡atå de undele învecinate. Prin utilizarea rela¡iilor din geometrie ¿i trigonometrie, traiectoria fiecårei unde poate fi urmaritå în zona curbei canalului. Le Veque a explorat utilizarea re¡elelor carteziene în zonele cu geometrie complicatå. Indiferent de tipul re¡elei, undele intersectate au unghiuri diferite în raport cu celulele re¡elei. Fiecare undå se propagå pe celulele re¡elei a¿a încât adâncimea apei într-o celulå cre¿te cu adâncimea undei la fel ca în mi¿carea unidimensionalå. Într-o celulå oarecare efectul undelor succesive se suprapune. În apropierea peretelui exterior al curbei se propagå mai multe unde decât în apropierea peretelui interior. Aceasta conduce la adâncimi mai mari la peretele exterior, rezultând o modelare corectå a efectului supraînål¡årii în mi¿carea bidimensionalå.

138

Page 138: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

φφ

Fig. 6.9. Serii ale undelor Riemann uni- Fig. 6.10. Reflexia undelor ¿i interac¡iunea dimensionale de-a lungul lå¡imii canalului. lor cu curbele. Procesul de modelare bidimensionalå este prezentat în urmåtoarele etape:

1) Propagarea seriilor de unde unidimensionale de-a lungul lå¡imii canalului.

2) Fiecare undå care love¿te peretele exterior se reflectå sub unghiul såu de inciden¡å cu peretele.

3) Întrucât diferite unde coincid se permite undelor så treacå una prin cealalta fårå a se intersecta.

4) Când o undå traverseazå o celulå se stabile¿te noua adâncime = adâncimea anterioarå + (saltul undei x aria undei / aria celulei).

• Modelul ENEL-CRIS & ISMES (P. Molinaro ¿.a., 1994). Sunt prezentate douå modele matematice: un model de simulare a eroziunii produse într-un baraj de påmânt ¿i un model bidimensional de propagare a undei de rupere în aval. Faza hidrodinamicå presupune aplicarea ecua¡iei de continuitate pentru acumulare, determinarea debitului defluent prin bre¿a asimilatå cu un deversor cu prag lat, abordarea cinematicå a propagarii undei de rupere rezultate prin bre¿a canal ¿i apoi prin albia aval.

1) Modelul de simulare a eroziunii. Considerå compozi¡ia granulometricå completå a materialului eterogen ¿i redå evolu¡ia morfologicå a bre¿ei. Eroziunea prin bre¿å este tratatå ca un proces interactiv între apå ¿i materialele din corpul barajului. Debitul scurs prin bre¿å (fig. 6.11) este calculat cu rela¡ia:

Qbre¿a = 1,7Bb(H - zb)1,5

+ 1,2[tg(90 - α )](H - zb)2,5

; (6.47)

139

Page 139: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

unde:

zb este înål¡imea fundului bre¿ei fa¡å de planul de referin¡å; H - nivelul de apa din acumulare;

Bb - lå¡imea fundului bre¿ei; - unghiul peretelui lateral fa¡å de orizontalå. α Nivelul de apå din acumulare este determinat pe baza ecua¡iei de conservare a masei:

( ) ,QQQAtH

a¿breire¿ierareintH −−=∂∂

(6.48)

unde A(H) este suprafa¡a lacului la un anumit nivel H.

Debitul de-a lungul bre¿ei canal ¿i albiei aval este calculat printr-un model cinematic utilizând schema explicitå în diferen¡e finite.

;xQ

ctQ

0=∂∂

+∂∂

(6.49)

.SS f 00 =− (6.50)

Transporul solid este calculat în fiecare sec¡iune aval în func¡ie de caracteristicile hidrodinamice ¿i sedimentologice ale materialului. Ecua¡iile privind transportul solid au fost analizate anterior de Di Silvio ¿i Peviani (1989). Ecua¡ia de mi¿care a sedimentelor:

,rdB

QIT iiq

ipb

mn

i βα= (6.51)

unde:

di este diametrul median al unei frac¡iuni granulometrice;

β i - greutatea in procente;

ri - coeficientul de expunere;

= 0,05 m = 1,80 p = 0,80 q = 1,20 α

140

Page 140: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fluxul vertical al fiecårei frac¡iuni de material (Di ) este dat de ecua¡ia de continuitate:

.DTLxT

B iii

b=⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛+

∂∂1

(6.52)

Varia¡ia compozi¡iei stratului mixt este datå de ecua¡ia balan¡ei:

,t

zD

t)( b

iii

∂∂

β−=∂δβ∂

(6.53)

în care grosimea stratului mixt este determinatå prin rela¡ia:

δ = 2D90 . (6.54)

Modificarea nivelului inferior este calculatå la fiecare interval de timp (∆t) din fluxul vertical total:

,tDz ib ∑ ∆=∆ (6.55)

unde:

z∆ b > 0 în cazul depunerii;

z∆ b > 0 în cazul erodårii.

Evolutia morfologicå a bre¿ei canal are loc pe lå¡imea Bb. Magnitudinea depunerii sedimentelor în partea inferioarå a bre¿ei poate reumple bre¿a canal. Din acest moment procesul de depunere-eroziune are loc pe întreaga lå¡ime a

râului Bm (fig. 6.11).

Fig. 6.11. Reprezentarea schematicå a sec¡iunii transversale.

141

Page 141: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

În timpul procesului de depunere, cre¿terea nivelului fundului bre¿ei måre¿te

lå¡imea (Bb sau Bm ) în concordan¡å cu unghiul pantelor laterale respective (α m sau ). În figura 6.12 este redat mecanismul fizic a¿a cum a fost considerat în model: eroziunea fundului bre¿ei canal de cåtre debitul defluent, colapsul pantelor laterale, depunerile în bre¿a canal care produc lårgirea lå¡imii ei inferioare.

α

Când eroziunea bazei peretelui lateral este mai mare decât înål¡imea criticå

z∆ b lim un volum de påmânt VL se pråbu¿e¿te în albie:

VL = 2 z∑∆ b(zc - zb) tg (90 - α ) ∆ x . (6.56)

Aportul lateral TLi se ob¡ine din rela¡ia:

Fig. 6.12. Etapele procesului fizic considerat în modelul.

.

txVL

TL ii ∆∆

β⋅= (6.57)

O aten¡ie specialå este datå condi¡iilor la limitå în amonte. Apa ¿i debitul

solid defluent sunt definite la pragul bre¿ei canal (sec¡iunea Up ). Limita se deplaseazå înspre amonte pe måsurå ce se produce eroziunea bre¿ei canal. Când

distan¡a Up ∆ x între pragul bre¿ei ¿i primul punct al re¡elei (sec¡iunea IS) este mai mare decât intervalul x, limita este împinså în amonte cu scopul de a extinde calculul spre partea amonte a barajului (fig. 6.13). Transportul solid este

considerat zero la pragul bre¿ei canal T

Up = 0, în timp ce în sec¡iunea IS+I capacitatea de transport depinde de caracteristicile hidrodinamice ¿i de sedimentare.

142

Page 142: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 6.13. Schema condi¡iei la limitå în amonte.

2) Modelul bidimensional de propagare al undei de viiturå. Se utilizeazå

sistemul de ecua¡ii Saint-Venant simplificat sub forma:

;y

q

xq

th yx 0=

∂+

∂∂

+∂∂

(6.58)

( ) ;Sqcghxh

ght

qxxf

x 0=−+∂∂

+∂∂

(6.59)

( ) .Sqcghyh

ght

qyyf

y0=−+

∂∂

+∂

∂ (6.60)

Sistemul se va discretiza astfel încât så se ob¡inå ecua¡ii diferen¡iale cu coeficien¡i constan¡i în care exponentii n ¿i n+1 indicå mårimile respective la momentul t ¿i t+ t (fig. 6.14). ∆

;y

q

xq

thh

ny

nx

nn0

111=⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛∂

∂+⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∆−

+++ (6.61)

( ) ( ) ;Sqcghxh

ghxh

ght

qqx

nx

nf

nn

nn

nnx

nx 01 1

11=−+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

ϕ−+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

ϕ+∆− +

++ (6.62)

143

Page 143: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

( ) ( ) .Sqcghyh

ghyh

ght

qqy

ny

nf

nn

nn

nny

ny

01 111

=−+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

ϕ−+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

ϕ+∆

− +++

(6.63)

Se noteazå derivata spa¡ialå a adâncimii de apå prin expresia sa la momentul t (indice n) ¿i cea la momentul t+∆ t (indice n+1), cu parametrul ϕ cuprins

între 0 ¿i 1. În acest fel, algoritmul numeric pentru solu¡ia sistemului se poate lua implicit ϕ =1 sau explicit ϕ = 0, ceea ce permite o mare adaptabilitate în

utilizarea codului de cazuri particulare complexe din punct de vedere topografic (albii înguste cu pante abrupte, expansiuni laterale nea¿teptate ale curentului, schimbåri bru¿te de pantå).

Fig. 6.14. Schema re¡elei folositå pentru discretizarea sistemului. Solu¡ia sistemului se ob¡ine parcurgând urmåtorii pa¿i:

Evaluarea debitelor pe unitatea de lungime qx

p ¿i qy

p la marginea celulei

utilizând a doua ¿i a treia ecua¡ie a sistemului. •

• •

Înlocuirea valorilor ob¡inute în prima ecua¡ie ¿i calculul diferen¡ei în fiecare celulå. Scrierea ecua¡iilor pentru calculul corec¡iei nivelurilor Dh care anuleazå diferen¡a.

Scrierea corec¡iilor Dqx ¿i Dqy în func¡ie de corec¡iile Dh ob¡inute.

Scrierea ecua¡iei finale în func¡ie de necunoscuta Dh în celula respectivå ¿i în cele patru celule alåturate.

Sistemul rezultat va fi trecut prin etapele succesive pentru linii ¿i coloane de celule, ob¡inându-se astfel mai multe sisteme tridiagonale de solu¡ii.

144

Page 144: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Un sistem de control se referå la celulele inundate sau inundabile care trebuie considerate în calcul ¿i la o coroanå de celule uscate. Algoritmul adoptat s-a dovedit a fi eficient.

6.3. MODELE EXPERIMENTALE

6.3.1. CERCETÅRI EXPERIMENTALE PROPRII În paralel cu studiile teoretice ale viiturilor accidentale, bazate pe diverse scenarii de rupere a unor baraje s-au efectuat ¿i cercetåri experimentale pe modele la scåri diferite (1:30 ... 1:150). Pentru confirmarea unor ipoteze de calcul s-a ur-mårit evolu¡ia calitativå a fenomenelor pe modele fizice existente în Laboratorul de modelåri al Facultå¡ii de Hidrotehnicå din Timi¿oara (Gh. Cre¡u ¿i C. Ro¿u, 1991).

Cercetåri calitative. S-au efectuat studii experimentale calitative pe un model din plexiglas cuprinzând albia amonte ¿i aval, lacul ¿i barajul alcåtuit dintr-o serie de elemente mobile pentru simularea ruperii. Suprafa¡a corespunzåtoare unui element modeleazå scurgerea prin ruperea unui plot, respectând criteriile:

;idemHL

HL

ip

ip =⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

∑ (6.64)

,idemHL

V

apafanta

lac =⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ (6.65)

unde:

Lp este lungimea ploturilor;

Hi - înål¡imea ploturilor;

Lfantå Hapå = Srupere. Hidrograful ruperii s-a determinat considerând ruperea instantanee a unui

element (plot), respectiv a doua elemente în situa¡ia lac plin hmax peste care se suprapune afluen¡a naturalå maximå cu probabilitatea de calcul consideratå.

145

Page 145: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Curgerea a fost observatå cu ajutorul unui colorant, în momentul ruperii acesta indicând o antrenare a întregii mase de apå din acumulare.

Cercetåri pe model. Cercetårile realizate pe un model de dimensiuni mai

mari (acumularea de cca. 25 m3, barajul de 1,6 m înål¡ime ¿i albia modelatå în

aval pe cca. 20 m lungime) au urmårit atât evolu¡ia calitativå, cât ¿i cea cantitativå a formårii ¿i propagårii viiturilor accidentale (fig. 6.15). Modelul a fost echipat cu panouri mobile ce pot fi manevrate rapid ¿i cu piezometre diferen¡iale plasate în sec¡iuni transversale cu geometrie bine precizatå.

Fig. 6.15. Model pentru studiul calitativ ¿i cantitativ al undei de viiturå accidentalå.

În cazul simulårii ruperii unui baraj se adoptå similitudinea de tip Froude întrucât curgerea are loc în albii deschise, cu suprafa¡å liberå. Au fost alese ca elemente caracteristice ale modelårii dimensiunile geometrice ale barajului Strâmtori, de pe râul Firiza (înål¡imea barajului H = 51,5 m, lungimea la corona-ment L = 198,4 m, lå¡imea unui plot b = 0 m, numårul de ploturi =15,

volumul acumulårii V=16,56 mil.m3, lungimea lacului = 2850 m).

Pornind de la legea de similitudine Froude:

Frnatura = Frlab , (6.65)

146

Page 146: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

adicå:

,idemgLv

=⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ 2 (6.66)

deci:

(6.67) ,vv ,l

50α′=

unde: v este viteza apei în naturå; v' - viteza apei pe model; - scara lungimilor, lα

rezultå:

.;

;;;lL

lvol,

lt

,lQ

,lvl

350

525033

α=αα=α

α=αα=α==α

(6.68, a, b, c, d, e)

Din condi¡ia C = idem rezultå:

( ),

nn y

ln α=α (6.69)

unde (n), n este coeficientul de rugozitate în naturå, respectiv pe model.

Pentru precizia måsuråtorilor s-a adoptat un model nedistorsionat, albie cu

pat fix.

Studiile au fost efectuate ¿i pe un model complex (fig. 6.16) compus dintr-un

subsistem cu nivel liber, simulând o amenajare gravita¡ionalå în trepte,

func¡ionând în regim nepermanent ¿i un subsistem sub presiune, simulând

amenajåri cu pompare, aduc¡iuni, castele de echilibru, conducte for¡ate ¿i

centrale hidroelectrice.

Modelul realizat prezintå distorsiuni geometrice pe cele trei direc¡ii

α x ≠ α y ≠ α z ¿i simuleazå sistemul hidrotehnic complex Bârzava Superioarå

(fig. 6.17).

147

Page 147: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 6.16. Sistemul hidrotehnic complex Bârzava Superioarå.

148

Page 148: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 6.17. Modelul sistemului hidrotehnic complex Bârzava Superioarå.

Criteriile de similitudine acceptate:

1) Subsistemul - curen¡i cu nivel liber în regim nepermanent: • For¡e preponderente: for¡ele gravita¡ionale ¿i cele iner¡iale. For¡ele de

frecare cu pere¡ii (C = idem) se neglijeazå deoarece se studiazå apele mari.

149

Page 149: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

• Condi¡iile criteriale (de scåri):

;idemglv

Fr =⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡=

2 (6.70)

;idemlvtSh =⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= (6.71)

α fg = α fi . (6.72)

Pentru α g = 1 rezultå:

.xRviRn

xzi

zxvxt

zytyvQ

zv

21322132

21

23

21

;

;

;

;

αα=ααα=α

αα=α

αα=αα=α

αα=ααα=α

α=α

− (6.73)

Pentru albii late R h: ≈

.

;

xzn

zR

2132 αα≈α

α≈α (6.74)

2) Subsistemul - curen¡i subpresiune: • For¡e preponderente: for¡ele iner¡iale ¿i cele de vâscozitate.

.idemvlRe

;idemSh

==

=

ν

(6.75 a, b)

• Condi¡iile de scåri se pot determina din identificarea modelelor

matematice în fenomenul naturå ¿i model.

150

Page 150: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Modelul matematic:

;0hzdtdv

gL

x =++ (6.76)

;avalcastelgalerie QdtdzSVS +=⋅ (6.77)

.R

Lvnh

gv

DL

h/rr 34

22

2sau

2=λ= (6.78)

Distorsiunea geometrica conduce la:

,RDzLx α≠α≠α≠α=α (6.79)

dar:

,tg

vxzhr αα

αα=α=α (6.80)

deci din relatia (6.78) rezultå:

./

D

vxnhz r 34

22

α

ααα=α=α (6.81)

Din rela¡ia (6.77) pentru αg = 1 se ob¡ine:

,t

vxz α

αα=α (6.82)

iar din relatia (6.76):

.t

zSvD castel α

αα=α⋅α2 (6.83)

Aceste condi¡ii de scåri se prelucreazå în continuare în func¡ie de condi¡iile problemei de studiat.

151

Page 151: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Legându-se cele douå subsisteme în acela¿i sistem se impune condi¡ia ca , så aibå aceea¿i valoare pentru cele douå tipuri de curgere. Qα tα

αQ I = αQ II ¿i αt I = αt II (6.84)

Subsistemul I Subsistemul II

;

;

;

;

/zxt

/zyQ

n

zyx

III

III

I

III

21

23

−αα=α

α⋅α=α

−−−−−−−−−−−−

α

α≠α≠α

.

;

;

;;;;

D

S/

x

z

vxt

t

zSQ

n

SDzx

castelII

II

IIIIII

II

IIcastelII

II

castelIIII

α

α⋅α=

α

α⋅α=α

α

αα=α

−−−−−−−−−−

α

αααα

21

(6.85)

Din αtI = α t II rezultå:

.D

/S

/x/

zxcastelII

II α

α⋅α=α⋅α −

212121 (6.86)

Condi¡ia (6.86) va trebui satisfåcutå la alegerea scårilor pentru lungimile din

cele douå subsisteme xI , zI , xII , D ...

Observa¡ii: Considera¡iile de mai sus nu vizeazå debitele solide (curen¡i cu suspensii, depuneri, eroziuni).

La studiul hidrografului ruperii s-a avut în vedere ¿i criteriul suplimentar de similitudine:

.idemHL

V

apafanta

lac =⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⋅ (6.87)

152

Page 152: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

ºinând cont de unele recomandåri ale literaturii de specialitate s-au adoptat urmatoårele scåri:

.

;

;

;

D

zh

yb

LL

II,i

II,I

100

300

500

2000

=α=α

=α=α

=α=α

(6.88)

Din rela¡ia (6.86) rezultå:

α S1/2 = 258 . (6.89)

Cercetårile experimentale efectuate (Stand fig. 6.15) au permis determinarea directå în sec¡iunea lacului a curbei V = f (H), în sec¡iunile transversale ale albi-

ei a curbelor Qx= f (H) (Qx- debitul modul). Citirile de nivel s-au efectuat în douå regimuri experimentale (ruperea instantanee a unui element iar apoi a douå elemente) pentru un pas de timp t = 10 s, respectiv 15 s. Hidrografele de rupere Q = f(t) experimentale (fig. 6.18) au fost trasate ¿i pentru cazul natural, acceptând criteriile de similitudine Froude (fig. 6.19). Ipotezele ¿i modelul de calcul teoretic au fost confirmate.

Fig. 6.18. Hidrografele de rupere experimentale.

153

Page 153: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Fig. 6.19. Hidrografele naturale.

Tehnica diaporamei aplicatå în generarea ¿i propagarea viituilor accidentale. Simularea generårii ¿i propagårii viiturilor accidentale s-a realizat în afara modelårii fizice în laborator ¿i prin aplicarea tehnicii diaporamei. Au fost astfel suprapuse peste harta bazinului hidrografic imaginile, reprezentând undele de viiturå (stabilite prin calcul ¿i corelate cu måsuråtori ¿i observa¡ii directe la scarå naturalå) în succesiunea lor în timp ¿i în lungul râului, în sec¡iunea de rupere ¿i aval de aceasta. Este posibilå în acest fel nu numai vizualizarea ¿i anima¡ia fenomenului dar ¿i determinarea impactului în mediu, variabil în timp ¿i spa¡iu. S-a simulat în acest mod impactul asupra mediului al inunda¡iilor accidentale produse într-un sistem hidrotehnic în cascadå triplå ¿i realizat etapizat de-a lungul a 150 de ani (sistemul hidrotehnic Bârzava Superioarå). Pornind de la aceaste investiga¡ii se poate eviden¡ia impactul unor variante probabile de rupere, prognozate.

6.3.2. ALTE CERCETÅRI EXPERIMENTALE Cercetåri experimentale pe modele hidraulice, privind viiturile în sec¡iunea de rupere s-au realizat în mai multe laboratoare din lume. Scårile de modelare acceptå fårå excep¡ie similitudinea Froude ¿i încadreazå în limitele extreme (ca ordin de mårime) scårile adoptate în Laboratorul hidrotehnic din Timi¿oara. În Laboratoire National d'Hydraulique Chatou, Fran¡a s-au simulat ruperi instantanee ¿i totale de baraje printr-o vanå ac¡ionatå extrem de rapid, pe un canal de studiu cu lungimea de 18 m, lå¡imea de 0,6 m ¿i înål¡imea de 1m. S-au verificat la Universitatea din Ljubliana, Slovenia, calculele numerice de propagare pe modele hidraulice la scara 1: 200, în cazul ruperii instantanee a

154

Page 154: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

unui baraj de 20 m înål¡ime ¿i un volum de lac de 3 mil. m3. Astfel de verificåri

au fost efectuate ¿i la Akita University, Japonia, pe modele mici de 0,3 m lå¡ime, 0,5 m înål¡ime, respectiv 2,4 m lungime. Studii experimentale au fost de asemenea realizate la Universitatea San Juan, Argentina, pe modele de baraje fuzibile, din materiale erodabile, într-un canal vitrat cu lungimea de 14 m, lå¡imea de 0,65 m, înål¡imea de 0,85 m la scara 1: 37 ¿i 1: 70. Rezultatele metodei numerice propuse de Elliot si Chaudhry (1992) au fost comparate cu datele ob¡inute pe un model fizic în care propagarea undelor accidentale are loc într-un canal rectiliniu continuat cu o por¡iune în curbå (fig. 6.20). Au fost luate în considerare douå valori pentru coeficientul de rugozitate: n = 0165 ¿i n = 0,040.

Compararea datelor experimentale cu rezultatele modelului unidimensional. În canalul rectiliniu (Sta¡ia 2), ini¡ial fårå apå, modelul numeric determinå cu o bunå acurate¡e înål¡imea undei accidentale. Timpul de sosire al undei este de asemenea bine aproximat. Dacå în canal ini¡ial existå un strat de apå, undele calculate sunt u¿or depå¿ite de datele måsurate.

Fig. 6.20. Vedere în plan a standului experimental.

155

Page 155: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Pe por¡iunea în curbå (Sta¡ia 4), valoarea calculatå a adâncimii undei este cuprinså între valorile måsurate pe partea interioarå ¿i exterioarå a curbei (pentru n = 0,040 supraînål¡area are o valoare considerabil mai micå decât pentru n = 0,0165).

Compararea datelor experimentale cu rezultatele modelului bidimensional. În canalul rectiliniu (Sta¡ia 2) rezultatele ob¡inute prin cele douå modele (unidimensional ¿i bidimensional) sunt identice. Pentru tronsonul în curbå (Sta¡ia 6), propagarea undei este modelatå satisfåcåtor în cazul în care ini¡ial nu existå apå. Adâncimile undei pe partea interioarå ¿i exterioarå cât ¿i timpul de sosire sunt în concordan¡å cu datele experimentale. Dacå ini¡ial existå un strat de apå, valoarea adâncimii exterioare este acceptabilå dar valoarea adâncimii interioare ¿i timpul de sosire nu corespund måsuråtorilor. Studiul experimental aratå cå:

Rezultatele modelului unidimensional sunt comparabile cu datele måsurate. De¿i adâncimile la partea interioarå a tronsonului în curbå nu sunt satisfåcåtoare, adâncimile de apå la partea exterioarå, unde apar majoritatea inunda¡iilor sunt destul de bine aproximate prin modelul bidimensional, chiar în cazul undelor abrupte. Bechteler ¿i Kulisch (1995) au realizat un model fizic de simulare tridimensionalå a ruperii unui baraj de nisip printr-o bre¿å (canal de ini¡iere).

Printr-o serie de experimentåri au cercetat influen¡ele diferi¡ilor parametri asupra procesului de eroziune. Pentru ca rezultatele modelårii fizice så fie valabile pentru prognozarea eroziunii cauzate de rupere în cazul unei categorii date de baraje din naturå, este aråtatå analiza similitudinii adecvate. La determinarea formei bre¿ei în trei dimensiuni s-a utilizat un procedeu de analizå digitalå a imaginii (4 Digital Image Processing). Eroziunea unui baraj este caracterizatå prin procese hidrologice ¿i sedimentologice. De aceea trebuie fåcutå analiza similitudinii ambelor procese iar rezultatele referitoare la condi¡iile de scarå trebuie respectate simultan. Din analiza problemei hidrologice rezultå douå criterii de similitudine: criteriul Froude Fr ¿i un criteriu legat de rugozitatea fundului albiei Π .

;gh

wFr = (6.90)

156

Page 156: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

,Iλ

=Π (6.91)

unde este coeficientul de frecare care depinde numai de rugozitatea echivalentå tip nisip dacå regimul de curgere este complet rugos.

λ

Analiza dimensionalå a problemei transportului sedimentelor aratå cå rata adimensionalå a eroziunii g*, depinde în principal de numårul Froude al

sedimentelor Fr*, numårul Reynolds al sedimentelor Re* ¿i criteriul de

rugozitate.

( )

.;ghIw

;dw

Re;gdw

Fr;dwg

g

ws

*w*

s

s*

ρ−ρ=ρ∆=

ν=

ρ∆ρ

=

0

020

0

(6.92)

Influen¡a diferi¡ilor parametri asupra procesului de eroziune a fost investigatå prin varierea urmåtoarelor mårimi ¿i condi¡ii:

• • • •

materialul barajului; felul compactårii; compactitatea materialului; tipul ¿i mårimea bre¿ei ini¡iale.

Investiga¡iile au fost efectuate modificând numai un parametru în timp ce ceilal¡i au fost men¡inu¡i la valorile stabilite anterior. Condi¡iile de margine ¿i cele ini¡iale au fost men¡inute constante (geometria barajului, geometria acumulårii, adâncimea ini¡ialå a apei, vitezele ini¡iale). Varia¡ia materialului barajului a fost realizatå prin utilizarea a ¿ase sorturi de nisip. Procesul de eroziune începând de la bre¿a ini¡ialå cauzeazå lårgirea ¿i adâncirea bre¿ei. Datoritå lårgirii bre¿ei, debitul ¿i viteza apei prin bre¿å cresc. Ca urmare rata eroziunii ce depinde de numårul Froude al sedimentelor cre¿te. Simultan adâncimea apei în acumulare scade ¿i cauzeazå scådearea accelera¡iei cre¿terilor men¡ionate. Acest fenomen devine dominant ¿i de aceea mårimile considerate ajung la valori maxime ¿i apoi scad.

157

Page 157: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

158

7

STUDII DE CAZ Investigarea ¿i cuantificarea consecin¡elor inunda¡iilor produse de

ruperea barajelor din sistemele Bârzava ¿i Timi¿ (Contract UTT, 119/1995). Studiul a inclus o evaluare a inunda¡iilor accidentale produse în ipoteza cea mai defavorabilå a ruperii succesive a barajelor Gozna, Våliug ¿i Secu din bazinul superior al Bârzavei, respectiv a ruperii barajului Trei Ape din bazinul Timi¿ului Superior (fig.7.1).

Fig. 7.1. Sistemele hidrotehnice de pe Bârzava Superioarå ¿i Timi¿.

Pentru fiecare baraj în parte, dintre scenariile de rupere posibile a fost luat în considerare scenariul cel mai probabil, determinat de tipul barajului ¿i anumite elemente ale comportårii în timp a acestuia. La baza studiului au stat hår¡ile la scara 1:25.000 iar pentru municipiul Re¿i¡a planurile de situa¡ie la scara 1:5000, måsuråtorile topografice directe implicând costuri ridicate, nejustificate de precizia calculelor (calculul suprafe¡ei inundate, a obiectivelor afectate ¿i a timpului de propagare). S-a presupus ruperea barajului acumulårii din amonte, Gozna, datoritå unei viituri naturale extraordinare suprapuså peste lacul plin. Unda rezultatå se propagå în aval provocând ruperea barajului Våliug în momentul în care debitul

Trei Ape1

R. TimisR. Barzava

CHECrainicel

CHEBreazova

CHEGrebla

S.P.Grebla

SP !

Ac. Gozna

Ac. Valiug

Ac. Secu

Resita

Page 158: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

159

maxim ajunge în lacul plin pânå la cota maximå. Viitura accidentalå creatå în acest fel provoacå în mod similar ruperea barajului Secu.

Scenariile de rupere ¿i calculul hidrografelor ruperii. Propagarea viiturilor accidentale.

1) Barajul Gozna - baraj din anrocamente cu mascå din tolå de o¡el

(Hbaraj =43 m, Vlac=12,05m3). S-a considerat cå cedarea barajului a avut loc prin

infiltra¡ii în jurul golirii de fund ¿i dezvoltarea unei bre¿e circulare (fig. 7.2).

Fig. 7.2. Ipoteza ruperii barajului Gozna.

S-a trasat curba hr = f(tr), reprezentând înål¡imea de rupere a barajului func¡ie de timpul în care are loc cedarea, considerând ini¡ial timpul total de rupere 100 minute, iar pasul de timp ∆ t =10 minute. Literatura de specialitate recomandå la barajele din materiale locale cu mascå luarea în considerare a unor timpi de rupere cuprin¿i într-un ecart destul de mare, 15-150 minute, pentru 50-70% din lå¡ime. Se considerå bre¿a ca o conductå scurtå sub presiune, neînecatå, pânå ajunge la diametrul de 30m. Din acel moment curgerea devine cu fa¡å liberå ¿i poate fi consideratå ca o curgere într-un canal cu diferite grade de umplere. Debitul maxim rezultat este de aproape 7400 m3/s (fig. 7.3).

La aproximativ 37 minute lacul s-a golit, viitura accidentalå a scåzut la valorile corespunzåtoare viiturii naturale, cu o duratå mult mai mare ¿i practic ruperea barajului, chiar dacå continuå, nu mai prezintå importan¡å prin efectele în aval.

1) Barajul Våliug - baraj de greutate din zidårie de piatrå brutå în mortar de ciment cu mascå din beton armat, u¿or arcuit, continuat de un dig de completare

din zidårie de piatrå cu tencuiala din mortar de ciment (Hbaraj = 27 m,

Hdig= 12 m, Vlac = 1,21 m3).

φ 250

230 m

43 m

Page 159: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

160

Fig. 7.3. Hidrografele de rupere ale barajelor din sistemul Bârzava

¿i hidrografele atenuate. S-a pornit de la hidrograful ruperii barajului Gozna, atenuat pe sectorul Gozna -Våliug prin utilizarea unui program bazat pe modelul Muskingum unidimensional. Valoarea debitului maxim la coada lacului Våliug s-a redus

nesemnificativ, cu cca 2%, fiind de 7240 m3/s datoritå våii înguste ¿i adânci,

lipsitå de albie majorå ¿i cu pante ce depå¿esc 15 m/km. Lacul se presupune plin în momentul de început al viiturii accidentale provenite de la acumularea Gozna iar golirea de fund blocatå. Depå¿indu-se la un moment dat capacitatea deversorului se produce deversarea peste coronamentul barajului, formându-se o bre¿å trapezoidalå care se dezvoltå treptat (fig. 7.4). Timpul total de rupere este de 27 minute iar pasul de timp luat în calcul ∆ t = 3 minute. Dupå 18 minute de la ruperea barajului cedeazå ¿i digul. În literatura de specialitate se recomandå ca 25 - 75% din baraj så cedeze într-un interval de timp cuprins între 15 - 60 minute. Curgerea prin bre¿å se considerå o curgere peste un deversor cu prag lat, de

formå poligonalå (trapezoidalå). Debitul maxim rezultat este de 15.135 m3/s iar

timpul de golire al lacului de 57 minute (fig. 7.3).

Fig. 7.4. Ipoteza de rupere a barajului Våliug.

148 m 90 m

12 m

27 m

dig insula baraj

10 20 30 40 50 60 70 t(min)

Q(mc/s)

15.000

10.000

5.000

Hidrograf de rupere

Hidrograf atenuat

Page 160: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

161

2) Barajul Secu - baraj din beton cu contrafor¡i ciupercå (Hbaraj = 41 m,

Vlac = 11,23 m3). Hidrograful ruperii barajului Våliug atenuat pe sectorul Våliug

- Secu indicå în sec¡iunea aval, la intrarea în lac debitul maxim de 11.655 m3/s.

Barajul Secu se pråbu¿e¿te într-un timp scurt, prin cedarea ploturilor. Ini¡ial cedeazå ploturile din zona centralå, 50% din baraj se pråbu¿e¿te în 40 minute. Pasul de calcul ∆ t = 5 minute. În literatura de specialitate se recomandå intervalul de timp de 15 - 60 minute pentru dislocarea a 25 - 75 % din numårul ploturilor. Ruperea barajului Secu are loc în momentul în care peste lacul plin se

suprapune vârful undei de viiturå atenuate de 11.655 m3/s.

Scurgerea în sec¡iunea barajului rupt a fost asimilatå cu scurgerea peste un deversor cu prag lat, cu contrac¡ie lateralå ¿i se produce în trei faze, în func¡ie de pozi¡ia ¿i numårul ploturilor pråbu¿ite. Debitul maxim în sec¡iunea barajului

este de 16.010 m3/s, (fig. 7.3), lacul golindu-se în 37 de minute.

Propagarea undei accidentale în aval de sec¡iunea barajului Secu pe o distan¡å de 38 - 40 km pânå în dreptul localitå¡ii Berzovia (fig. 7.5) s-a realizat aplicând în paralel un program care utilizeazå modelul Muskingum de propagare ¿i programul DUFLOW 2, care utilizeazå ecua¡iile Saint-Venant. Diferen¡ele rezultate din calcul în ceea ce privesc valorile debitelor maxime sunt sub 10% pânå la intrarea în Re¿i¡a, unde valea este îngustå ¿i panta abruptå ¿i depå¿esc limitele acceptabile în aval de aceasta, unde valea se lårge¿te sau apar sec¡iuni singulare (poduri, conducte). Diferen¡ele apar nu numai datoritå conceptului hidrologic sau hidraulic abordat, ci ¿i datoritå posibilitå¡ii de cunoa¿tere ¿i apreciere a datelor de intrare, referitoare la caracteristicile bazinului hidrografic (rugozitate, pantå, sec¡iuni transversale).

Fig. 7.5. Înfå¿uråtorile debitelor maxime.

2,7 16,4` 20,9 24 L (km)

Page 161: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

162

Debitul maxim în sec¡iunea aflatå la 24 km aval de barajul Secu este de

350m3/s, aproximativ debitul maxim natural, extraordinar.

3) Barajul Trei Ape - baraj din anrocamente cu miez de argilå (Hbaraj = 29m,

Vlac= 6,34 mil.m3). Cedarea barajului se produce ca urmare a infiltra¡iilor

apårute în jurul golirii de fund ¿i dezvoltårii unei bre¿e circulare (fig. 7.6). Lacul este plin în momentul apari¡iei viiturii naturale extraordinare. Se men¡ioneazå cå imediat dupa punerea în func¡iune au apårut douå zone de infiltra¡ii: una în galeria de acces la camera vanelor de la golirile de fund ¿i alta în exterior, în aval, în stânga galeriei de evacuare, aproape de nivelul terenului.

Fig. 7.6. Ipoteza de rupere a barajului Trei Ape.

Timpul de rupere este de 50 minute. Bre¿a lucreazå ca un orificiu de fund sub presiune, neînecat, pânå la diametrul de 20 m, când curgerea devine liberå ¿i este consideratå ca o curgere într-un canal poligonal. Dezvoltarea bre¿ei în timp

a fost consideratå în concordan¡å cu curba hr = f(tr ) (fig. 7.7).

Debitul astfel calculat în sec¡iunea barajului este de 2370 m3/s, iar golirea

lacului se produce în 75 de minute (fig. 7.8).

Fig. 7.7. Dezvoltarea bre¿ei în timp.

φ 1020

252 m

29 m

25 m

deversor lateral

umplutura de completare

Page 162: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

163

Fig. 7.8. Hidrograful ruperii-Trei Ape.

Propagarea undei accidentale în avalul sec¡iunii de rupere pânå la Caransebe¿ (fig. 7.9) a fost simulatå prin calcul, aplicând programul DUFLOW 2. Unda de viiturå accidentalå nu se face resim¡itå pânå la Caransebe¿, aproximativ la intrarea în localitatea Buco¿ni¡a valoarea debitului maxim

accidental ajunge la cel maxim extraordinar (380 m3/s).

Fig. 7.9. Propagarea undei de viiturå accidentalå în aval de ac. Trei Ape.

0 19 26,7 31,1 38,5 49,8 53,8 L(km)

25 50 75 t (min)

Q (mc/s) 2500

2000

1500

1000

500

2370

Page 163: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

164

Consecin¡e ale inunda¡iilor accidentale în zona aferentå acumulårii

Cåline¿ti-Oa¿, pe râul Tur (Contract UTT, 13/1991). Barajul Cåline¿ti este construit din påmânt neomagen având înål¡imea maximå de 9,5 m, iar lacul de

acumulare are un volum de 30,3 mil. m3.

S-au luat în considerare douå ipoteze (fig. 7.10):

• deversarea peste coronament, prin depå¿irea capacitå¡ii evacuatorului de ape mari, cu producerea a douå bre¿e trapezoidale în continuå expansiune;

• bre¿å circularå datoratå infiltra¡iilor din jurul golirii de fund.

Fig. 7.10. Ipotezele de rupere ale barajului Cåline¿ti. În ambele ipoteze se ia în considerare situa¡ia cea mai defavorabilå când peste lacul plin se suprapune viitura naturalå de 0,1 %. În cazul deversårii, ruperea se produce în 15 minute, iar golirea lacului în 89 minute. În ipoteza infiltra¡iei, ruperea se produce în 15 minute iar golirea lacului în 77 minute. S-au determinat hidrografele de viiturå în cele douå ipoteze considerate (fig. 7.11). În ipoteza cea mai defavorabilå (ipoteza a II-a) s-a studiat propagarea viiturii în aval pe circa 32 km, aplicând programul bazat pe modelul Muskingum (fig. 7.12). S-au determinat debitele maxime, vitezele ¿i timpii de propagare pentru diverse sec¡iuni în aval, ceea ce a permis estimarea suprafe¡ei inundate. Este de semnalat o particularitate a barajului ¿i acumulårii Cåline¿ti. Barajul cu o înål¡ime micå (9,5 m), o lungime mare (cca 800 m), versan¡i îndepårta¡i ¿i

fund plat are în amonte un volum important de apå (cca 30 mil. m3). Este

semnificativ ¿i faptul cå nu peste tot albia râului reprezintå zona cea mai joaså de scurgere ceea ce determinå ca în afara unor obiective direct afectate, prin depresiuni ¿i subtraversåri så fie afectate ¿i alte obiective, inclusiv municipiul Satu-Mare.

798

513

9,5

Ipoteza 1

798

513

9,5

Ipoteza 2

Page 164: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

165

Fig. 7.11. Hidrografele de rupere barajului Cåline¿ti.

Fig. 7.12. Înfå¿uråtoarea debitelor maxime - barajul Cåline¿ti. Impactul inunda¡iilor accidentale asupra zonei Oradea (Contract IPT, 142/1985). S-a studiat ruperea barajelor Felix, 1 Mai ¿i Adona, dispuse într-un sistem paralel, în amonte de localitatea Oradea.

Barajul Felix, amplasat pe Valea Hidi¿el este un baraj din påmânt omogen

de 13,5m înål¡ime, capaciatea acumulårii fiind de 2,175 mil m3.

Barajul 1 Mai, amplasat pe Valea Betfia este un baraj din påmânt omogen cu

înål¡imea de 10,2m iar capacitatea lacului este de 1.324 mil. m3.

Barajul Adona, amplasat pe valea cu acela¿i nume este tot un baraj din

påmânt omogen cu înål¡imea de 10m, capacitatea lacului fiind de 1,4 mil. m3.

20 40 60 80 t (min)

Q (mc/s)

30000

20000

10000

Hidrograful ruperii in ipoteza 1

Hidrograful ruperii in ipoteza a 2-a

2500021500

Sec

t. ba

raj

Infasuratoarea debitelor maxime

Page 165: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

166

Scenariul ruperii fiecårui baraj în parte a constat în depå¿irea capacitå¡ii deversorului ¿i deversarea peste coronament, creându-se o bre¿å trapezoidalå ce avanseazå cu o anumitå vitezå în limita timpului de rupere adoptat. S-au determinat hidrografele de rupere pentru fiecare baraj (fig. 7.13).

Fig. 7.13. Hidrografele de rupere ale barajelor din zona Oradea.

ºinând seama de amenajare au fost luate în considerare ipotezele (fig. 7.14):

1) ruperea numai a barajului Felix în 13 minute;

2) ruperea numai a barajului Adona în 9 minute;

3) ruperea simultanå a celor trei baraje ¿i suprapunerea efectelor maxime.

Ipoteza 1 s-a avut în vedere datoritå debitului maxim rezultat în sec¡iunea de

rupere (Qmax = 3045 m3/s) ¿i a celui mai mare volum de lac.

Ipoteza a 2-a a rezultat datoritå pozi¡iei barajului Adona, cel mai apropiat de municipiul Oradea ¿i timpului scurt de propagare al viiturii accidentale (22 minute). Ipoteza a 3-a, cea mai pesimistå dar pu¡in probabilå întrucât barajele nu se condi¡ioneazå reciproc, s-a luat în calcul pentru stabilirea zonei inundabile, maxim posibile. Cele trei ipoteze sunt, fårå îndoialå, acoperitoare pentru stabilirea debitului maxim în sistem, a zonei maxime inundate ¿i a timpului de avertizare minim. Pentru propagarea undelor s-a utilizat programul de calcul UNDA, având la bazå sistemul de ecua¡ii Saint-Venant ¿i considerând mi¿carea unidimensionalå. Sunt afectate o serie de obiective: sta¡iunea Båile 1 Mai (integral, începutul undei 8 minute, vârful undei 20 minute), sta¡iunea Båile Felix (80%, începutul undei 16 minute, vârful undei 29 minute), localitatea Haicu, calea feratå Oradea-Beiu¿ ¿i unitå¡i de interes public, industriale, agricole ¿i stråzi din municipiul Oradea.

20 40 60 80 t (min)

Q (mc/s)

3000

2000

1000

Barajul Felix

Barajul 1 MaiBarajul Adona

Felix

Adona

1 Mai

Oradea

R. HidiselR. Beftia

R. Peta

R. Peta

r. Adona

3045

720

1050

Page 166: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

167

Fig. 7.14. Ipotezele de rupere ale barajelor din zona Oradea.

Inundabilitatea zonelor situate aval de acumularea Firiza, în caz de

accident la barajul Strâmtori (Contract IPT, 115/1988). Acumularea Firiza

cu o capacitate de 17,6 mil. m3 este amplasatå pe râul Firiza la circa 7 km

amonte de Baia Mare. Barajul Strâmtori este un baraj din beton cu contrafor¡i ciupercå având o înål¡ime de 51,5 m. Primul plot de pe malul drept asigurå

Page 167: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

168

racordul cu deluviul gros de pe versant fiind realizat din anrocamente pe o lungime de 48,4m. Digul de închidere are mascå din beton armat în amonte, iar vatra se prelunge¿te vertical pânå la stânci cu un ecran de beton executat în tran¿ee. La circa 300 m aval de barajul Strâmtori este amplasat barajul ¿i acu-mularea tampon Berdu. Barajul realizat din piatrå de carierå nesortatå, cu mascå

din beton are o înål¡ime de 14,5 m iar acumularea un volum de 145.000 m3.

Calculul hidrografului de rupere al barajului Strâmtori s-a efectuat în ipoteza lacului plin, stavile blocate, peste care se suprapune afluen¡a maximå de calcul

(Q0,1% = 390 m3/s).

Scenariul prevede pentru avaria maximå ruperea barajului Strâmtori într-un timp scurt. Ini¡ial cedeazå plotul central în trei faze într-un interval de 5 minute (fig. 7.15) iar apoi se rup pe rând ploturile adiacente. Dupå ruperea a 6 ploturi, lacul se gole¿te complet în circa 32 minute. Pentru avaria medie s-a luat în considerare ruperea stavilelor ¿i a pilelor dintre ele. Pentru barajul Berdu s-a presupus o rupere ce se produce instantaneu în prima fazå a cedårii barajului din amonte. Hidrograful ruperii acestui baraj

Qmax=1755m3/s se suprapune peste viitura accidentalå produså de ruperea

barajului Strâmtori Qmax=17.340 m3/s (fig. 7.16).

Propagarea viiturii în aval de cele douå baraje a fost determinatå utilizând atât un model hidraulic unidimensional UNDA, cât ¿i un model hidrologic diferen¡ele nepå¿ind 5% pentru valorile debitelor maxime (fig. 7.17).

Fig. 7.15. Scenariul de rupere. Fig. 7.16. Hidrograful ruperii - Strâmtori.

În ipoteza avariei maxime se produce o undå de viiturå accidentalå cu un

debit maxim de aproape 20.000 m3/s care de-a lungul celor 16km ai sectorului

studiat se atenueazå la cca 6.000 m3/s, cu adâncimi de apå de 25,5 m imediat

aval de baraj, pânå la 7,50 m la cåpatul sectorului. Se inundå importante zone ale municipiului Baia Mare (60% din cartierul Ferneziu), unitå¡i industriale, social-culturale. drumuri, sta¡ii ¿i cåi ferate.

Faza I

Faza a II-a

Faza a III-a 10 20 30 t (min)

Q (mc/s)15000

10000

5000

17340

Page 168: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

169

Fig. 7.17. Propagarea viiturii produse de ruperea barajelor Strâmtori ¿i Berdu.

Zona de influen¡å a undelor de viiturå generate de ruperea barajelor de

pe Valea Dognecea (Contract IPT, 213/1987). Cele douå baraje de pe Valea Dognecea sunt amplasate în cascadå, localitatea cu acela¿i nume se întinde imediat aval de Lacul Mare, pe malul drept al unei våi înguste.

Barajul Lacul Mic Dognecea este un baraj din zidårie (anrocamente ¿i mortar de ciment) cu contrafor¡i, având un nucleu îngust de argilå (de lå¡ime constantå în sec¡iune transversalå) iar pe paramentul amonte este prevazutå o mascå din argilå. Înål¡imea barajului este de 12 m, iar volumul lacului este de

150.000 m3.

Barajul Lacul Mare Dognecea este un baraj de greutate, cu contrafor¡i alcåtuit din zidårie de piatrå cu mortar iar pe paramentul amonte are prevazutå o mascå din beton armat. Înål¡imea barajului este de 14 m iar capacitatea lacului

de 550.000 m3.

S-a considerat ipoteza ruperii succesive a barajelor. Ruperea barajului din amonte se produce în momentul de vârf al viiturii naturale suprapuså peste lacul plin, iar ruperea celui din aval are loc în momentul în care debitul maxim al undei accidentale sose¿te în lacul plin. Scenariul de rupere pentru barajul din amonte presupune formarea unei bre¿e circulare aparutå ca urmare a infiltra¡iilor de-a lungul golirii de fund, bre¿å care este în continuå expansiune (viteza de avansare a bre¿ei este 0,145 m/min, rezultând un timp total de rupere în jur de 20 minute). Lacul se gole¿te complet în 31 de minute. A fost exclus din calcul un alt scenariu ca cel al deversårii peste coronament, deoarece deversorul poate prelua debitul maxim al viiturii naturale de verificare. Scenariul de rupere al barajului din aval presupune cedarea progresivå a ploturilor între contrafor¡i într-un interval de timp de 57 de minute, lacul golindu-se în 1orå ¿i 19 minute.

10000

20000Q (mc/s)

15 10 5 0 L (km)

b. S

tram

tori

infasuratoarea debitelor maxime

Ac. Firiza

Ac. Berdu

Baia Mare

Page 169: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

170

Au rezultat hidrografele de rupere cu vârfurile de 1220 m3/s în amonte, în

dreptul barajului Lacul Mic, respectiv 3980 m3/s în aval, în dreptul barajului

Lacul Mare (fig. 7.18). Pentru determinarea zonei de influen¡å a undei accidentale în aval de baraje s-au calculat elementele viiturii în câteva sec¡iuni prin propagarea acesteia pe o lungime de 6 km (fig. 7.19). S-a utilizat programul de calcul UNDA bazat pe ecua¡iile Saint-Venant. Valea Dognecea, aval de acumulåri, este o vale îngustå ¿i are o pantå relativ mare ¿i discontinuå, depå¿ind 30 % (panta generalå este de 12,7 %). Din aceastå cauzå unda de rupere parcurge valea cu viteze mari iar debitele maxime se atenueazå în micå måsurå, existând chiar o zonå de 2 km de dezatenuare. Adâncimile de apå ating valori cuprinse între 1,5 ¿i 3,6 m, inundând localitatea, dar cu posibilitå¡i de evacuare rapidå pe versant, în spatele caselor. Timpul de sosire al viiturii este cuprins între 5 ¿i 20 de minute.

Fig. 7.18. Hidrografele de rupere ale barajelor amplasate în amonte de Dognecea.

Fig. 7.19. Înfå¿uråtoarea debitelor maxime.

20 40 60 80 t(min)

Q (mc/s)

4000

3000

2000

1000

3980

1220

Lacul Mic

Lacul Mare

Dognecea

Page 170: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

171

Efecte ale ruperii barajelor din Oravi¡a (Contract IPT, 115/1989). Cele douå lacuri de acumulare construite la începutul secolului al XVIII-lea sunt amplasate în cascadå pe pârâul Oravi¡a la 800 m distan¡å unul de celalalt, în intravilanul ora¿ului.

Barajul Lacul Mare de 12,5 m înål¡ime este alcåtuit din zidårie de piatrå cu mortar, prevåzut cu nucleu de argilå ¿i contrafor¡i din zidårie. Volumul lacului

este de 133.000 m3.

Barajul Lacul Mic de 9m înål¡ime este de asemenea un baraj de greutate cu contrafor¡i, construit din zidårie de piatrå cu mortar, cu mascå din beton armat.

Lacul cu un volum ini¡ial de 56.000 m3 era colmatat în propor¡ie de 85 % la

data când s-a realizat studiul.

S-a considerat ipoteza cea mai defavorabilå, dar perfect posibilå, cea a ruperii consecutive în situa¡ia revenirii la condi¡iile ini¡iale, când peste lacul plin se suprapune viitura naturalå de verificare. Ca scenarii de rupere s-au adoptat:

• Pentru barajul Lacul Mare, deversarea peste coronament, prin depå¿irea capacitå¡ii evacuatorului de ape mari ¿i producerea unor bre¿e în continuå dezvoltare la coronament. S-au luat în considerare douå situa¡ii ce au fost determinate de existen¡a unor fisuri atât pe lungimea zonei cât ¿i transversale. - crearea unei bre¿e la coronament în partea stângå a deversorului

central; - crearea unei bre¿e la coronament între cele douå deversoare, central ¿i

lateral. • Pentru barajul Lacul Mic, existând infiltra¡ii prin corpul barajului, în

special la deversor ¿i în zona malului drept, ruperea are loc prin crearea unei bre¿e la coronament cu distrugerea pår¡ii drepte a barajului (pe jumåtate din lungimea coronamentului).

Din analiza, prin calcul, a variantelor rezultate din scenariile propuse a rezultat pentru barajul mare, din amonte un hidrograf cu debitul maxim de

2039 m3/s, ob¡inut la 30 de secunde dupå rupere, lacul golindu-se în 1 orå ¿i

11 minute (fig. 7.20). Acest hidrograf se transmite aproape instantaneu (în aproximativ 30 de secunde ¿i se suprapune peste lacul plin din aval, considerându-se:

a) lucrårile de repara¡ii la barajul Lacul Mare terminate ¿i cele de la barajul

Lacul Mic neîncepute, lacul acestuia fiind colmatat Vdisponibil = 6500 m3;

b) lucrårile terminate la ambele baraje iar Lacul Mic este decolmatat

Vapå= 5.000 m3.

Page 171: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

172

În ambele cazuri ruperea se considerå instantanee, aproximativ 60 de secunde.

Fig. 7.20. Hidrografele de rupere ale barajelor din Oravi¡a.

Debitul maxim ob¡inut în cazul b, în urma aplicårii programului bazat pe

modelul Muskingum este de 2844 m3/s.

Studiul ruperii barajelor G1, G2 ¿i respectiv G3 din Marea Britanie (Halcrow - NNW, 1997). Studiul a fost efectuat pe cazuri reale, în cadrul unui contract pe care firma de consultan¡å Sir William Halcrow & Partners, Marea Britanie a avut-o cu beneficiarii barajelor ¿i acumulårilor respective. Studiile de rupere a barajelor sunt cerute de legisla¡ia în vigoare în Marea Britanie pentru a întocmi planurile de urgen¡å în caz de calamitate ¿i pregåtirea popula¡iei supuse unui astef de risc. Au fost analizate barajele G1 ¿i G2 dispuse în cascadå ¿i barajul singular G3 (fig. 7.21). Toate barajele sunt din påmânt omogen. Barajul G3 are o înål¡ime de 34 m,

iar lacul din amonte un volum de 1,5 mil. m3. Scenariul de rupere a presupus o

bre¿å dezvoltatå în jurul golirii de fund într-un interval de 60 de minute.

Fig. 7.21. Scheme de amenajare.

60 180 240 360 t(min)

Q (mc/s)

3000

2000

1000

Lacul Mare

Lacul Mic

Oravita

2843

2039

G1G2

G3

Page 172: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

173

Hidrograful debitelor în sec¡iunea de rupere ca ¿i propagarea viiturilor s-au determinat prin aplicarea programului DAMBRK (1991) (fig. 7.22).

Fig. 7.22. Hidrograful ruperii (G3).

Debitul maxim de 1561 m3/s din sec¡iunea barajului scade brusc pânå la

km 7,5, dupå care apare o lårgire accentuatå a albiei ceea ce conduce la un ritm mai lent al mi¿cårii (fig. 7.23).

Fig. 7.23. Curba înfå¿uråtoare a debitelor maxime.

Panta hidraulicå se diminueazå treptat din sec¡iunea barajului înspre aval (fig. 7.24).

Fig. 7.24. Curba înfå¿uråtoare a nivelelor de apå maxime.

1562Q (mc/s)

1600

800

1200

400

0,24 0,45 0,65 0,85 1 t (ore)

0,12 0,7 2,74 5,57 7,57 9,5 11,3 13,53 16,5 18,49 L (km)

Q (mc/s)

1600

1200

800

400

H (m)

200

150

100

50

0,12 0,7 2,74 5,57 7,57 9,5 11,3 13,53 16,5 18,49 L (km)

Page 173: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

174

Sistemul hidrotehnic este alcåtuit din douå baraje dispuse în cascadå. Barajul

din amonte G1 este înalt de 23m iar volumul acumulårii este 1,4 mil. m3.

Barajul din aval G2 are înål¡imea de 22 m, volumul lacului fiind de circa

0,4 mil. m3.

Într-o primå ipotezå, s-a luat în considerare numai ruperea barajului din aval G2. Scenariul de rupere prevede apari¡ia unei bre¿e în jurul golirii de fund care dezvoltându-se în timp conduce la pråbu¿irea barajului. Hidrograful de rupere ¿i propagarea viiturii s-au calculat pentru mai multe variante în care variazå lå¡imea bre¿ei ¿i/sau timpul de rupere. Hidrograful de rupere în varianta cea mai defavorabilå este prezentat în figura 7.25.

Fig. 7.25. Hidrograful ruperii (G2). Analizând înfå¿uråtorile debitelor maxime se fac urmåtoarele observa¡ii (fig. 7.26):

Fig. 7.26. Curbele înfå¿uråtoare ale debitelor maxime în diferite variante.

0 0,29 0,5 t (ore)

Q (mc/s)

500

250

549

Q (mc/s)

500

400

300

200

100

0,02 2,35 3,49 6,08 6,7 9,2 11,0 13,48 L(km)

t = 1 ora ; b = 8 m

t = 1 ora ; b = 20 m

t = 30 min ; b = 8 m

t = 30 min ; b = 20 m

Page 174: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

175

• în sec¡iunea barajului:

- la acela¿i timp de rupere lårgirea bre¿ei influen¡eazå nesemnificativ cre¿terea debitului maxim (de exemplu: la o cre¿tere de 2,5 ori a bre¿ei, debitul maxim cre¿te cu 10%);

- dublarea timpului de rupere (la aceea¿i lå¡ime a bre¿ei) determinå o scådere aproximativ în acela¿i raport a debitului maxim (mai exact 55%);

• în lungul albiei, aval de baraj:

- ecartul debitelor maxime se mic¿oreazå treptat, independent de lå¡imea bre¿ei ¿i timpul de rupere;

- la lårgirea bruscå a sec¡iunii transversale (km 3,49), debitele maxime

scad brusc de la 5,5 ori (pentru trupere = 30 min ¿i b = 20 m), pânå la de

3 ori (pentru trupere=60 min ¿i b=8 m). În acela¿i timp, valorile lor se apropie mult unele de altele, astfel încât în ultimele sec¡iuni devin identice.

Despre nivelurile maxime de apå se poate spune cå (fig. 7.27):

Fig. 7.27. Curbele înfå¿uråtoare a nivelurilor de apå maxime.

• scad cu o pantå abruptå ( ~ 2,7%) pânå în sec¡iunea în care albia se lårge¿te brusc (km 3,49), de unde panta se mic¿oreazå semnificativ ( ~ 0,14%);

• sunt influen¡ate în micå måsurå de dimensiunile bre¿ei ¿i timpul de rupere, atât în sec¡iunea de rupere cât ¿i în aval de aceasta.

Într-o altå ipotezå, s-a studiat cedarea succesivå a barajelor. Scenariul de rupere luat în considerare, pe baza unei analize prealabile, presupune pentru

H (m)

100

50

0,2 2,35 3,49 6,08 6,7 9,2 11,0 13,48 L (km)

Page 175: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

176

barajul G1 apari¡ia unei bre¿e în jurul golirii de fund, care se dezvoltå în timp. Pentru barajul din aval scenariul de rupere înseamnå deversarea peste coronament. Ruperea barajului G1 este analizatå în patru variante ce presupun timpi de rupere ¿i lå¡imi ale bre¿ei diferite (fig. 7.28).

Fig. 7.28. Variante de rupere (G1).

Hidrograful de rupere în varianta cea mai defavorabilå a fost propagat în aval de baraj, pânå în sec¡iunea de intrare a lacului G2 ¿i suprapus peste nivelul maxim de apå din lac a condus la deversarea peste coronament ¿i ruperea inevitabilå a barajului G2. ªi ruperea barajului G2 a fost de asemenea studiatå în mai multe variante, hidrograful de rupere al barajului în varianta cea mai defavorabilå fiind prezentat în figura 7.29.

Fig. 7.29. Hidrografele de rupere.

1406

926

Q (mc/s)

1000

500

0,47 0,5 1,0 t (min)

Hidrograful ruperii barajului G1

Hidrograful ruperii barajului G2

0,02 0,11 0,24 L (km)

Q (mc/s)

1000

500

300

926 923 920

869 867 865

488 487 486

460 459 458

t = 45 min ; b = 34,5 m

t = 45 min ; b = 20 m

t = 1,5 ore ; b = 34,5 m

t = 1,5 ore ; b = 20 m

Page 176: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

177

Concluziile desprinse din analiza curbei înfå¿uråtoare a debitelor maxime, respectiv a înål¡imilor de apå maxime sunt urmåtoarele:

• În cazul acumulårii din amonte G1, timpul de rupere influen¡eazå aproape direct propor¡ional debitul maxim (la aceea¿i lå¡ime a bre¿ei), lårgirea bre¿ei are în schimb o influen¡å minorå asupra debitului maxim (la o lårgire a bre¿ei de 1,7 ori, debitul maxim variazå de 1,06 ori) (fig. 7.28).

• În sec¡iunea barajului G2, debitul maxim cre¿te brusc, atingând

1406 m3/s. Varia¡ia debitului maxim este de aproximativ 10% la o lårgira

a bre¿ei de 2,5 ori, men¡inând constant timpul de rupere. Când lå¡imea bre¿ei este men¡inutå constantå, dar timpul de rupere este dublat se înregistreazå o modificare cu 25% a debitului maxim (fig. 7.30).

Fig. 7.30. Curbele înfå¿uråtoare ale debitelor maxime.

• În lungul albiei are loc o mic¿orare rapidå ¿i treptatå a diferen¡elor dintre debitele maxime al variantelor considerate ¿i o atenuare importantå în sec¡iunile în care albia se lårge¿te brusc (km 3,49 ¿i 6,08).

• Nivelurile maxime de apå, practic acelea¿i în diversele variante în lungul albiei prezintå trei zone distincte: zona dintre cele douå baraje (vale îngustå cu pante mari ale terenului), având panta hidraulicå foarte mare ( ~ 19%), zona imediat aval de cel de-al doilea baraj (G2), pânå la lårgirea bruscå a albiei (km 3,49), având panta hidraulicå de 2,5% ¿i zona care urmeazå (o vale deschiså) cu pantå hidraulicå de aproximativ 0,17% (fig. 7.31).

Q (mc/s)

1500

1000

500

G1 G2 1,10 2,35 3,49 6,08 6,70 9,20 11,00 13,48 L (km)

G1 : t = 45 min ; b = 34,5 mG2 : t = 30 min ; b = 8 m

G1 : t = 45 min ; b = 34,5 mG2 : t = 30 min ; b = 20 mG1 : t = 45 min ; b = 34,5 mG2 : t = 60 min ; b = 8 m

Page 177: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

178

Fig. 7.31. Curbele înfå¿uråtoare ale nivelurilor de apå maxime.

Compararea rezultatelor experimentale ¿i a modelelor matematice cu

datele înregistrate în urma cedårilor de baraje. Rezultatele experimentale, vizând debitele maxime produse prin ruperea barajelor ¿i cele ob¡inute prin aplicarea modelelor matematice pe studii de caz (tab. 7.1) sunt comparate cu datele observate, prezentate în tabelul 7.2 (C. Ro¿u ¿i K.V. Rao, 1997).

Tabelul 7.1

Rezultatele studiilor de caz

Denumirea barajului

Tipul barajului

Hb (m)

Vlac (mil. mc)

Qmax (mc/s)

Tipul cedårii

Gozna

anrocamente, mascå din tolå de o¡el pe paramentul amonte

43,0

12,05

7380

bre¿å circularå în jurul golirii de fund,- infiltra¡ii

Våliug greutate, din zidårie de piatrå

27,0 1,21 15135 deversare peste coronament

Secu beton cu contrafor¡i ciupercå

41,0 11,23 16010 pråbu¿irea ploturilor

Trei Ape anrocamente, nucleu din argilå

29,0 6,34 2370 bre¿å în jurul golirii de fund

Cåline¿ti påmânt neomogen 9,5 30,30 25000 bre¿å în jurul golirii de fund

1 Mai påmânt omogen 10,2 1,32 1160 deversare peste coronament

H (m)

150

100

50

G1 G2 1,10 2,35 3,49 6,08 6,70 9,20 11,00 13,48 L (km)

G1 : t = 45 min ; b = 34,5 mG2 : t = 30 min ; b = 8 m

G1 : t = 45 min ; b = 34 ,5 mG2 : t = 30 min ; b = 20 m

G1 : t = 45 min ; b = 34,5 mG2 : t = 60 min ; b = 8 m

Page 178: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

179

Tabelul 7.1 (continuare)

Felix påmânt omogen 13,5 2,17 3045 deversare peste coronament

Adona påmânt omogen 10,0 1,40 920 deversare peste coronament

Firiza beton cu contrafor¡i ciupercå

51,5 17,60 17340 cedarea ploturilor

Lacul Mic Dognecea

anrocamente, zidårie cu nucleu din argilå

12,0 0,15 1220 bre¿å în jurul golirii de fund

Lacul Mare Dognecea

greutate, contrafor¡i din zidårie de piatrå ¿i mortar

14,0

0,55

3980

cedare progresiva a ploturilor

Lacul Mare Oravi¡a

zidarie de piatra si mortar cu nucleu din argila si contraforti

12,5 0,133 2039 deversare peste coronament

Lacul Mic Oravi¡a

greutate, zidårie de piatrå + contrafor¡i

9,0 0,056 2843 bre¿å creatå pe coronamet

Tabelul 7.2

Date înregistrate privind cedårile din lume

Denumirea barajului

Tipul barajului

Hb

(m)

Vlac

x 106

(mc)

Qmax estimat (mc/s)

Qmax simulat (mc/s)

Tipul cedårii

Malpasset (Fran¡a)

arc, dublå curburå 66,5 47,0 13000 --- instanta-nee

Puentas Viejas (Spania)

greutate din beton

50,0

50,0

8000

--- bre¿å în funda¡ie

Baldwin Hills (USA)

påmånt 49,0 1,30 950... 1150

925 tasare, bre¿å triun-ghiularå

Dyle Dake (UK)

påmânt ¿i zidårie 29,0 3,20 864... 1150

1400 bre¿å în baraj

Oros (Brazilia)

påmânt ¿i piatrå 36,0 3,89 9600...13600

15000 deversare

Page 179: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

180

Tabelul 7.2 (continuare)

Hell Hole (USA)

påmânt, mascå impermeabilå în amonte

67,0 1,60 7350 7750 eroziune parament aval

Teton (USA)

påmânt ¿i piatrå cu nucleu de argilå

94,0 7,30 48200 48200 bre¿å în baraj

South Fork (USA)

påmânt 21,9 14,2 7500 --- bre¿å în baraj

Macchu II (India)

zidårie 60,0 1,13 14000 --- deversare

Belci (România)

påmânt cu nucleu din argilå

14,0 12,7 3000 --- deversare

Majoritatea cazurilor incluse în tabelul 7.2, cu excep¡ia cedårilor barajelor Malpasset din Fran¡a, Puentas Viejas din Spania, Macchu II din India ¿i Belci din Romania, au fost men¡ionate în Floods and Reservoir Safety Report (1996) ¿i în lucrarea publicatå de Borestto ¿i colboratorii såi (1989).

Compararea tuturor rezultatelor:

• Confirmå, în general, valabilitatea ipotezelor, corectitudinea modelelor teoretice ¿i a cercetårilor experimentale. Confruntarea a fost fåcutå între modelele numerice aplicate în studiile de caz (UNDA, DUFLOW), cu rezultatele calculelor ¿i cercetårile pe modele fizice efectuate de al¡i cercetåtori ¿i cu realitatea reconstituitå a cedårilor. Diferen¡ele care ar putea depå¿i o anumitå valoare limitå (10-15%) între rezultatele prezentate de diver¿i autori ¿i cele reconstituite din cedårile reale sunt în zona înål¡imilor mici de baraje (H< 20 m) ¿i a celor mari (H > 100 m), cu date mai pu¡ine, ob¡inute din avariile produse (fig.7.32).

• Permite extinderea diagramelor Q=f(H), Q=f(V) indicate în Floods and Reservoir Safety, 1996, Borestto ¿.a., 1989, Valutatione delle onde di piena da rottura di dighe, 1992 pentru zona înål¡imile mari ale barajelor ¿i pentru zona înål¡imilor mici H = (15 ... 20) m, abordate mai pu¡in în literatura de specialitate (fig. 7.33).

• Se recomandå în cazul utilizårii corela¡iei Q = f(H) determinarea debitu-lui maxim de rupere, astfel:

- Pentru zona înål¡imilor mici H < (15 ... 20) m cu diagramele rezulate

din studiile proprii 9913210 ,max H,Q = apropiate de cele date de

Borestto (Italia), 871510 ,max H,Q = (fig. 7.32 ¿i fig. 7.33).

Page 180: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

181

Fig. 7.32. Diagrame comparative Q = f (H).

Fig. 7.33. Diagrama Q = f(H).

Page 181: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

182

− Pentru zona înål¡imilor medii ¿i mari 20 < H< 100 m ¿i cu precau¡ie pentru H > 100 m, cu diagramele publicate în Floods and Reservoir Safety 1996, (fig. 7.32).

• În cazul utilizårii corela¡iei Q = f(V), între diagrama ob¡inutå din rezulta-

tele calculelor proprii pentru volume sub 30 milioane m3 (fig. 7.34),

exprimatå prin rela¡ia ( ) 5906103770,

max VQ = ¿i diagrama Borestto,

ob¡inutå pentru volume ce depå¿esc 30 milioane de m3, exprimate prin

rela¡ia ( ) 480610961,

max VQ = apar în zonele extrapolate diferen¡e ale

debitului maxim ce pot depå¿i 50% (fig. 7.35). Cele douå diagrame pot fi considerate ca limite inferioarå ¿i superioarå ce încadreazå în mod corespunzator datele determinate din cazurile reale.

Se men¡ioneazå cå literatura de specialitate englezå citatå nu då ¿i corela¡ii de tipul Q = f(V).

• Utile sunt ¿i func¡iile Q = f(VH) date de ecua¡iile ( ) 510820 ,max VHQ = ,

pentru cercetårile proprii (fig. 7.36) ¿i ( ) 420325 ,max VHQ = pentru

versiunea Borestto (fig. 7.37). Suprapunerea cu datele ob¡inute din cedårile care au avut loc determinå aceea¿i recomandare de a considera cele douå drepte (în scarå logaritmicå), ca limite ale unor valori posibile pentru debitul maxim, între scenariile de rupere care pot avea loc.

Fig. 7.34. Diagrama proprie Q = f(V).

Page 182: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

183

Fig. 7.35. Diagramele comparative Q = f(V).

Fig. 7.36. Diagrama proprie Q = f(VH).

x

x xxx x

x

xx xx

xx

x Date înregistrate

Borestto (Italia) Q = 325(VH)0 , 4 2

Page 183: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

184

Fig. 7.37. Diagramele comparative Q = f (VH).

Fig. 7.38. Diagrama adimensionalå Qt/V - H3/V.

Page 184: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

185

• Din analiza efectuatå, considerând deci pentru înål¡imile barajelor

H< (15 .. 20) m ¿i volumele acumulårilor V< 30 mil.m3 acceptabile

rezultatelor cercetårilor proprii, se propune pentru aceastå zonå o curbå

adimensionalå (fig. 7.38), având ecua¡ia ( )[ ] 2513642960 ,VH,VQt = .

Se recomandå utilizarea acestei curbe la o analizå expeditivå, de prognozå, care så stabileascå consecin¡ele ruperii unui baraj prin

determinarea Qmax= f (HV).

Page 185: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

BIBLIOGRAFIE

R. Amafteiesei, Programul "UNDA" pentru calculul propagarii viiturii. Revista Hidrotehnica, Vol. 21, Nr. 2, 1976.

W. Bechteler, H. Kulisch, Physical 3D-simulation of erozion-caused dam-breaks. Proceedings of the International Conference on Hydroscience & Engineering, Washington DC, 1995.

P. Bonaldi,¿.a., Metodologie usate in altri paesi, in Valutazione delle onde di piena da rottura di dighe. Consiglio Nazionale delle Ricerche, Roma, 1992.

M. Borestto, ¿.a., Sviluppo di procedure per lo Studio del fenomeno del dam-breaking e dei processi decisionali. Rapporto G.N.D.C.I., Italia, 1989.

V. Chiriac, ¿.a., Prevenirea ¿i combaterea inunda¡iilor. Editura Ceres, Bucure¿ti, 1980.

V.T. Chow, Open-Channel Hydraulics. McGraw-Hill, International Edition, Civil Engineering Series, 1973.

J.R. Claydon, ¿.a., Contingency planning for dam failure. Reservoir safety and environment, Thomas Telford, London, 1994.

E. Constantinescu, ¿.a., Con¡inutul studiilor de impact ecologic pentru amenajåri hidrotehnice. Mediul înconjuråtor, vol. II, nr.3-4, 1991.

Gh. Cre¡u, Economia apelor. Editura Didacticå ¿i Pedagogicå Bucure¿ti, 1976.

Gh. Cre¡u, Necesitate ¿i posibilitate de studiu la apårarea unei localitå¡i de inunda¡ii accidentale. Simpozion OGA Re¿i¡a, 1986.

Gh. Cre¡u, C. Ro¿u, Cercetåri experimentale privind inunda¡iile produse din ruperea unor baraje. Conferin¡a Na¡ionalå "Sisteme hidro în impact cu mediul", Timi¿oara-Re¿i¡a, 1991.

Gh. Cre¡u, C. Ro¿u, Floods in Hydrotechnical System. European Conference Advances in water Resources Technology, Athens, 1991.

A. Diacon, N. Mircea, D. Stematiu, Cedarea barajului Belci - Cauze ¿i învå¡åminte. Revista Hidrotehnica 37/1992, 1-2-3, pg. 51-60, 1992.

R. C. Elliot, M. H. Chandhry, A wave propagation model for two-dimensional dambreak flow. Journal of Hydraulic Research, No.4, Vol. 30, 1992.

M. Fanelli, ¿.a., Emergency models to study the overtopping of a natural dam formed by landslide: the case of Val Pola rockslide. SOWAS'88, Delft, 1988.

186

Page 186: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

R. French, Open-Channel Hydraulics. McGraw-Hill, International Edition, Civil Engineering Series, 1994.

J. Ganoulis, D. Tolikas, Influence du mode de rupture d’ un barrage en terre sur la propagation de l’ onde aval. XX-IAHR Congress, Moscow, vol. II, pg. 580-587, 1983.

S. Gozali, B. Hunt, Dam-break solutions for a partial breach. Journal of Hydraulic Research, No. 2, Vol. 31, 1992.

W.J. Graham, C.T.Yang, Dam Safety and Nonstructural Damage Reduction Measures. Water International Journal, Vol. 21,No.3, 1996.

S. Hâncu, s.a., Hidraulicå aplicatå. Simularea numericå a mi¿cårii nepermanente a fluidelor. Editura Tehnicå, Bucure¿ti, 1985.

P. G. Kiselev, S. Hâncu, Îndreptar pentru calcule hidraulice. Editura Tehnicå, Bucure¿ti, 1988.

M. A. Krumdiech, H. Zimmermann, International assistance for dam disasters. The International Journal on Hydropower & Dams, Vol.Two, Issu 5, 1995.

R.A. Lopardo, ¿ a., La phase initiale de rupture des barrages fusibles et son etude sur le modele hydraulique. XX - IAHR Congress Moscow, pg. 471-478, 1983.

C. Mateescu, Hidraulicå. Editura Didacticå ¿i Pedagogicå, Bucure¿ti, 1961.

P. Molinaro, s.a., Simulazione numerica delle onde conseguenti alla rottura di sbarramenti formati dalla caduta di frane, compresa la propagazione nell'onda di piena in territori attraversati da importanti infrastrutture. Gruppo Nazionale per la difesa dalle catastrofi idrogeologiche, Rapporto 1994.

C. Ooshuizen ¿.a., Risk-based dam safety analysis. Journal of Dam Engineering, vol. II, Issue 2, nr.1/1991.

A. Paquier, O. Robin, CASTOR: Simplified Dam-Breach Wave Model. ASCE Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 123, No. 8, 1997.

R. Pri¿cu, D. Stematiu, Siguran¡å ¿i risc în domeniul marilor baraje. Revista Hidrotehnica, 5/1978.

M. Ra¡iu, C. Constantinescu, Comportarea construc¡iilor ¿i amenajårilor hidrotehnice. Editura Tehnicå, 1989.

C. Ro¿u, Schema teoreticå a unei evaluåri globale a impactului inunda¡iilor accidentale asupra mediului. Colocviu "Amenajåri hidro în spa¡iul Cara¿- Severin” Semenic, 1995.

C. Ro¿u, K.V. Rao, An Investigation of Peak Flow from Dam Failures. 3rd International Conference on River Flood Hydraulics, Stellenbosch, South Africa, 1997.

187

Page 187: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

M. ªelårescu, M. Podani, Apårarea împotriva inunda¡iilor. Editura Tehnicå Bucure¿ti, 1993.

P. ªerban, C. Corbu¿, Perfec¡ionarea metodei Muskingum de prognozå a propagårii undelor de viiturå. Studii ¿i cercetåri, Hidrologie, IMH, 1/1987.

I. Teodorescu, s.a., Gospodårirea apelor. Editura Ceres, Bucure¿ti, 1973.

W. Viessman, Jr, G.L. Lewis, Introduction to Hydrology. HarperCollins College Publishers, 1996.

I. Vladimirescu, Bazele hidrologiei tehnice. Editura Tehnicå, Bucure¿ti, 1984.

A. Vogel, Zustandsbewertung bestehender Talsperren unter der Berucksichtigung eines ursachen-sperrenspezifischen Bruchverhaltens, in Wissenschaftliche. Weimar, 1/21, 1984.

R. A. Wurbs, Dam-Breach Flood Wave Models. Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 113, No. 1/1987.

XXX, Legea privind apårarea împotriva dezastrelor 124/1995.

XXX, Legea apelor 107/1996.

STAS 4273/1987, Contruc¡ii hidrotehnice. Încadrarea în clasa de importan¡å.

STAS 7883/1990, Construc¡ii hidrotehnice. Supravegherea comportårii în timp.

XXX, Accidente la construc¡ii hidrotehnice, ISPH Bucure¿ti, 1984.

XXX, Lessons from Dams Accidents, ICOLD, 1974.

XXX, Deterioration of Dams and Reservoirs, ICOLD, 1983.

XXX, Dam Failures, Statistical Analysis, ICOLD, Bulletin 99, 1995.

XXX, Estimation of flood damage following potential dam failure: Guidelines. Binnie & Partners, UK, 1991.

XXX, Floods and Reservoir Safety. Third Edition, Institution of Civil Engineering by Thomas Telford Publication, London, 1996.

XXX, Emergenza nel territorio, criteri tecnici e organizzativi per il monitoraggio del territorio e la gestione della sicurezza. Dipartimento della Protezione Civile, Regione Lombardia, 1989.

XXX, Instruc¡iunile pentru întocmirea planurilor de avertizare-alarmare a obiectivelor socio-economice situate în aval de lacurile de acumulare în caz de accidente la baraje. CNA, I.G.- 513/1987.

XXX, Regulamentul de Apårare împotriva Inunda¡iilor, Fenomenelor Meteorologice Periculoase ¿i Accidentelor la Construc¡iile Hidrotehnice. HGR 615/1992.

XXX, Regulament de organizare ¿i func¡ionare a Comisiei Centrale pentru Apårarea împotriva Inunda¡iilor, Fenomenelor Meteorologice Periculoase ¿i

188

Page 188: INUNDATII ACCIDENTALEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/rosuinundatii.pdf · ecologic. Teoretic, eliminarea lor constituie o interven¡ie, adeseori brutalå în echilibrul natural

Accidentelor la Construc¡iile Hidrotehnice. Hotårârea MAPPM 210/21.05.1997 (M.O. 103/28.05.1997).

XXX, Regulament de organizare ¿i func¡ionare a Comisiei Guvernamentale de Apårare împotriva Dezastrelor. Hotårârea MAPPM 209/19.05.1997 (M.O. 103/28.05.1997).

XXX, Studiu de gospodårire a apelor pentru apårarea împotriva inunda¡iilor a zonei Oradea. Contract IPT 142/1985.

XXX, Studiu de gospodårire a apelor privind zona de influen¡å a undelor de viiturå generate de ruperea sau avarierea barajelor de pe Valea Dognecea. Contract IPT 213/1987.

XXX, Studiu de gospodårire a apelor privind zona de influen¡å a undelor de viiturå generate de ruperea barajelor Oravi¡a. Contract IPT 115/1989.

XXX, Studiu de inundabilitate a zonelor situate în aval de lacul de acumulare Cåline¿ti, în caz de accident la baraj. Contract UTT 13/1991.

XXX, Studiu de inundabilitate a zonelor situate aval de lacul de acumulare Firiza. Contract IPT 115/1988.

XXX, Studiul inunda¡iilor produse de ruperea barajelor Gozna, Våliug, Secu ¿i Trei Ape. Contract UPT 119/1995.

XXX, Sudiul inundatiilor produse prin ruperea barajelor G1*, G2* respectiv G3* din Anglia. Contract Sir William Halcrow & Parteners - North West Water, 1997.

XXX, DUFLOW, versiunea 2. Wageningen, The Netherlands, 1991.

XXX, NWS Dambreak Model (Revision 4/1991). National Weather Service & National Oceanic and Atmospheric Administration, USA, 1991.

189