Riscurile geomorfologice în relaţie cu amenajările

hidrotehnice

•Amenajãrile hidrotehnice sunt lucrãri care se executã fie pentru folosirea apelor în diferite scopuri, fie în controlul sau evitarea unor efecte destructive ale acestora.

•alimentarea cu apã potabilã şi industrialã;

•producerea de energie electricã;

•irigaţii;•atenuarea viiturilor;•lucrãri de apãrare şi

drenare;•transportul pe apã,

pisciculturã, sporturi nautice;•ameliorarea

microclimatului şi a mediului înconjurător.

Realizarea construcţiilor hidrotehnice necesitã lucrãri ample cu implicaţii directe în morfogenezã şi anume: excavaţii şi umpluturi, betoane de suprafaţã şi în subteran pentru reducerea permeabilitãţii naturale a rocilor sau devierea apelor curgãtoare, aducţiuni prin

tunele pe zeci şi sute de km.

•Orice proiectare şi amenajare hidrotehnicã de tip baraj necesitã o evaluare cât mai corectã a condiţiilor geomorfologice, iar în raport cu amploarea evaluãrii şi scopului în funcţie mai ales la faza de referinţã, proiect sau exploatare a amenajãrii se disting patru categorii de studii şi cercetãri şi anume :

•cercetări pentru alegerea strategiei de amenajare;

•cercetãri de amplasament sau de prognozã;

•cercetãri de supraveghere a exploatãrii amenajãrii şi impactului asupra reliefului;

•cercetãri speciale sau punctuale (pe cazuri-studiu ) sau probleme distincte generate de amenajare.

1. Cercetãri pentru alegerea strategiei de amenajare

•cercetãrile de evaluare geomorfologicã trebuie să aibă în vedere următoarele aspecte:

•rata colmatãrii lacurilor de baraj care se exprimã în procente din capacitatea iniţalã a lacurilor proiectate.;

•t50 de colmatare, respectiv timpul necesar pentru colmatarea a 50% din capacitatea unui lac de acumulare. Timpul de colmatare în ani este dat de raportul dintre volumul total al lacului şi volumul anual de aluviuni care intrã în lac;

•coeficientul de acumulare a apei în lac, dat de raportul între volumul mediu anual de apã al scurgerii râului şi volumul total al lacului;

•rata transportului specific de aluviuni (t/km2/an).

Atunci când parametrii amintiţi nu au fost evaluaţi corect, lacurile au fost scoase din funcţiune foarte repede:

Lacul Cirirkutsk (Daghestan) cu Vt - 100 mil. mc s-a colmatat 90% în primii 5 ani;

lacul Uciguran de pe Narin (Noua Anglie) cu Vt - 50 mil.mc s-a colmatat dupã 7 ani 60%;

lacul Farhad (pe Sîr Darea) cu Vt - 265 mil.mc, care dupã 5 ani s-a redus la 10 mil.mc;

la noi, lacul Piteşti - 4,8 mil.mc, colmatat 85% în 4 ani ş.a.

Un studiu întreprins de Ichim et al. (1995) asupra a 138 lacuri de pe întregului teritoriu al ţãrii noastre, în care a luat în consideraţie cei doi parametri (rata colmatãrii, t50 raportat la producţia specificã de aluviuni şi la volumul iniţial) a scos în evidenţă urmaătoarele concluzii: •80% din lacuri sunt amplasate în regiuni cu o ratã mare a transportului specific de debit solid - 100t/km2/an•14% dintre lacuri în zone cu rate foarte mari, de până la 500 t/km2/an; •existã o evoluţie strânsã (coeficient de corelaţie de 0.93 - 0,92) între t50 şi rata specificã de transport, excepţie fãcând lacurile în cascade pe marile râuri. •S-au separat astfel :•regiunile montane, cu ratã micã de colmatare; •dealurile şi podişurile, cu o rată moderată; •Subcarpaţii cu o rată foarte mare, la care se adaugă şi lacurile în cascadã. Siriu

Fântânele

2. Cercetãri de amplasament sau de prognozã

În acest context se recomandã realizarea urmãtoarelor documente de cartografie geomorfologicã :

•hărţi morfometrice (hipsometricã, înclinare, energie de relief);

•harta depozitelor superficiale;•harta proceselor geomorfologice actuale;•harta geomorfologicã generalã;•harta susceptibilitãţii la alunecãri şi alte

procese de mişcare în masã;•harta erodabilitãţii terenurilor;•harta de risc geomorfologic, ştiindu-se cã

amenajarea nu înseamnã doar barajul şi lacul ci şi apariţia unor noi vetre de sat, drumuri, alte structuri care pot schimba radical comportarea terenurilor ca stabilitate

•evaluarea potenţialului de eroziune din bazinul amonte;

•a stocului aluvionar din albiile situate în amonte;

•a relaţiei dintre producţia de aluviuni şi raportul de efluenţã;

•a granulometriei şi petrografiei aluviunilor;•a surselor de aluviuni,

3. Cercetãrile de supraveghere geomorfologicã a exploatãrii

amenajãrilor şi impactului asupra reliefului

Odatã cu formarea acumulãrii, a lacului, se are în vedere un program de observaţii şi mãsurãtori asupra :

•stabilitãţii versanţilor din vecinãtatea imediatã a lacului;

•dinamicii ţãrmurilor, ştiindu-se cã în prima fazã de formare a lacului, modificãrile sunt adesea brutale;

•dinamica formaţiunilor torenţiale, a altor procese morfogenetice (curgeri de pietre, avalanşe etc);

•dinamica proceselor de colmatare, ca ratã a intrãrii sedimentelor în lac, dar şi ca mobilitate a acestora în aria cuvetei;

•modificãrile produse prin decolmatãri periodice (mecanice sau spãlãri hidraulice).

4. Cercetãri speciale sau punctualeSunt incluse în această categorie

cercetările solicitate atunci când au apărut unele fenomene care impun soluţii urgente, pentru a nu periclita siguranţa amenajãrii de exemplu:

accelerarea instabilitãţii unui versant;

evenimente de torenţialitate şi colmatare ritmicã;

decolmatãri şi redimensionãri ale lucrãrilor;

schimbarea regimului de exploatare al amenajãrilor.

Un exemplu în acest sens este destul de concludent: versantul stâng al lacului Izvoru Muntelui afectat de alunecãri de teren dupã darea în folosinţã a lacului

5.2. Efecte geomorfologice ale barajelor

5.2.1. Efectul barajelor asupra albiilor de râu din aval

•Barajele reprezintă o schimbarea abruptă în evoluţia albiilor (Schumm, 1977), deoarece marea majoritatea a acestora reţin o parte din debitul lichid şi peste 95% din aluviuni.

5.2.1.1. Efectul barajelor asupra regimului de scurgere lichidă

•O serie de baraje reţin apa pe durata întregului an, deversările făcându-se la intervale mari (Gonford şi Conchas pe Canadian River, Lacul Izvoru Muntelui etc.);

• alte baraje reţin apa numai o parte din an (Sanmenxia pe Huanhe);

• altele doar o parte a zilei (Lacul Zahorna, pe Bistriţa).

5.2.1.2. Efectul barajelor asupra reducerii scurgerii de aluviuni

•Lacurile de baraj, în special, cele mari, funcţionează ca un decantor pentru aluviunile ce provin din bazinul hidrografic;

•Efectul barajului asupra stocării debitului solid este ilustrat în fig. 5.1., în care este descrisă situaţia barajului Hoover (pe Colorado);

•transportul de aluviuni a fost măsurat înainte şi după închiderea râului, la o staţie situată la 430 km amonte de baraj şi la alta, aval cu 180 km de baraj.

•S-a observat că înainte de închiderea barajului, în 1936, variaţia scurgerii anuale de aluviuni la cele două staţii era asemănătoare.

•După închidere, scurgerea de aluviuni amonte de lac a continuat acelaşi tip de variaţie, dar în aval de baraj, debitul solid a scăzut la valori extrem de mici.

•Efectul de captare a aluviunilor a fost de 87%.

•ce distanţă în aval de baraj este necesară pentru ca râul să-şi refacă concentraţia de aluviuni?

•această distanţă este controlată de doi principali factori: tipul de depozite din patul albiilor şi volumul aluviunilor transportate de afluenţi.

•râului North Canadian •amonte de baraj, râul transporta

aproximativ acelaşi volum de aluviuni înainte şi după închiderea barajului care a avut loc în 1948.

•La 5 km aval de baraj, reducerea în concentraţia de suspensii a fost totală.

•La 140 km aval de baraj, debitul solid se reface în mare parte, dar diferenţa rămâne pregnantă, chiar şi la 182 km.

•Abia la 499 km aval de baraj, unde bazinul hidrografic creşte cu 4 640 km2 faţă de cel realizat de baraj, concentraţia de aluviuni se reface la valoarea celei de dinainte, devenind chiar mai mare în timpul viiturilor.

•Prin urmare, râului îi este necesară o lungime de circa 500 km pentru ca să-şi refacă concentraţia de aluviuni anterioară închiderii barajului

5.2.1.3. Efectul barajelor asupra geometriei plane a

albiilor de râu

(i) în cazul albiilor meandrate, reducerea debitului rîului prin barare determină o reducere efectivă a lungimii şi amplitudinii meandrelor

•Scade debitul lichid – scade lăţimea albiei – scade amplitudinea meandrelor

•fenomenul se evidenţiează într-un timp mai îndelungat.

•în cazul albiilor împletite, efectul retenţiei prin baraje se evidenţiază într-un timp mult mai scurt decît în cazul meandrelor.

•În aceste condiţii, cele mai importante schimbări, care apar în configuraţia albiei sunt:

•tendinţa de individualizare a unei albii unitare, dar de o mare instabilitate – trecerea de la împletire spre meandrare;

•reducerea împletirii albiei.

5.2.1.4. Efectul barajelor asupra morfologiei patului

albiei

•adâncirea sau degradarea;•supraînălţarea sau

agradarea.•(i) Degradarea sau

adâncirea albiei pusă pe seama influenţei reducerii scurgerii lichide de către baraje a fost descrisă prima dată de Lawson (1924) în legătură cu albia Rio Grande aval de Elephant Butte.

• Acesta a fost construit în 1915 şi s-a constatat că în aval, pe o distanţă de peste 100 km, albia s-a adâncit cu 1,5 m.

•Situaţii cu totul excepţionale:

•adîncirea albiei cu circa 15 m (în gresii dure) în aval de barajul Tenkiller (S.U.A.);

•28 m în aval de barajul Bihaud (India);

• sau formarea unor „caverne" cu adîncimi pînă la 45 m, aşa cum s-au constatat în aval de barajul Grand Coulee (S.U.A.).

•(ii) Agradarea sau supraînălţarea nu este o caracteristică pentru aceste sectoare.

•Este un proces mai lent, deoarece necesită intervenţia unor surse de aluviuni, în condiţiile de scurgere lichidă redusă.

•Sursele de aluviuni care colmatează albiile în aval de baraj pot avea următoarea provenienţă:

•Proporţia cea mai mare o deţine aportul tributarilor;

•vegetaţia apărută după amenajarea barajului în albiile rîurilor din ţinuturile semiaride (datorită rolului acestora asupra reducerii viiturilor şi creşterii scurgerii de bază) favorizează agradarea albiilor în aval de baraje;

•adîncirea imediat aval de baraj şi deplasarea frontului de aluviuni în aval;

• materialul rămas în albie după terminarea construcţiei barajului;

•alunecări de teren ş.a.

5.2.2. Efectul barajelor asupra albiilor de râu situate în

amonte•De obicei, amonte de lacurile de

baraj are loc o supraînălţare (agradare) a albiilor.

•Un rezultat direct al formării deltelor şi migrării curbei de remuu pe albia râului, altfel spus, este efectul noului nivel local de bază.

•lacul Elephant Butte (S.U.A.) – râul Rio Grande înspre amonte.

•Prin proiect se prevăzuse că influenţa lacului se va resimţi pe circa 16 km amonte de lac.

•După măsurătorile din 1935 (după 20 de ani de la amenajarea lacului) s-a constatat că influenţa s-a resimţit mult amonte, astfel:

•amonte 40 km de lac s-a înregistrat o agradare de 3,5 m cu aluviuni fine;

•la 120 km amonte de lac s-a măsurat o agradare cuprinsă între 0,60 m şi 1,20 m.

5.3. Fenomene extreme în legătură cu lacurile de baraj

5.3.1. Subsidenţa•lacul Mead (S.U.A.), unul dintre

lacurile gigant de pe glob. •Lacul s-a format prin construcţia

barajului Hoover în Canionul Negru al fluviului Colorado, la 50 km de vestita staţiune Las Vegas.

•După ce proiectul a fost autorizat de Congresul S.U.A., în 1928, construcţia a început în 11 martie 1931, iar la 1 februarie 1935 a început acumularea apei şi a durat pînă la 11 iulie 1938.

•Barajul, în arc, cu o înălţime de 221 m, a permis o acumulare de 36,70 km3 apă.

•Factorii care au favorizat subsidenţa au fost:

•caracterul de graben tectonic al bazinului, cu numeroase falii;

•prezenţa a numeroase epicentre seismice;

•compactarea sedimentelor.

•După 15 ani de la bararea fluviului se ajunsese la o subsidenţă de 175 mm, iar pentru întreaga arie a lacului, o subsidenţa medie de 62 mm.

•Procesul s-a produs diferenţiat, dar din distribuţia diferitelor puncte de măsurare rezultă dispunere aproape concentrică în raport cu centrul de greutate a lacului (în vecinătatea bazinului Virgin), a liniilor de egală subsidenţa, dovadă că aceasta este cauza principală a subsidenţei (fig. 5.4.).

•Suprafaţa de înregistrare a subsidenţei este de cîteva mii de km2 şi s-a extins şi în zona Platoului Colorado, recunoscut prin stabilitate tectonică.

•Datorită acestui proces general, a coborît şi barajul, ceea ce a redus sensibil capacitatea lacului la nivel maxim.

5.3.2. Seismele•Un alt fenomen care poate fi

generat de amenajarea lacurilor de baraj, uneori atingînd proporţii greu de imaginat, în raport cu cauza, respectiv intervenţia antropică asupra scoarţei, sunt seismele. Ele fac parte din categoria seismelor induse.

•catastrofa produsă de avaria barajului Koyna (India), datorită unui violent cutremur, de gradul 6,3 pe scara Richter (10 decembrie 1967), cutremur cauzat de umplerea lacului, a adus în atenţie acest subiect.

•O serie de condiţii geologice favorizează producerea seismelor induse:

•fracturile, chiar dacă în aparenţă apar ca terenuri sigure;

•eterogenitatea litologică;• diaclazele;• capacitatea de absorbţie a rocilor,

care schimbă, la rîndul ei, presiunile interstiţiale din roci

•Studiile referitoare la seismele induse de către lacurile de baraj au scos în evidenţă următoarele concluzii:

•masa de apă nu este factorul principal care declanşează seismele;

•înălţimea coloanei de apă şi a sedimentelor acumulate este un factor important în inducerea cutremurelor;

•între umplerea lacurilor, creşterea numărului de seisme şi a intensităţii lor este un raport mai mult sau mai puţin direct;

•epicentrele se situează, aproape exclusiv, în ariile cuvetelor, în apropiere de baraje, uneori pot fi mai multe epicentre cu importanţă majoră, aşa cum s-a constatat la lacul Kariba;

•condiţiile geologice sunt favorabile, de la cele care caracterizează regiuni considerate, practic, neseismice (formaţiunile baltice şi rocile precambriene din bazinul lacului Koyna), la regiuni fracturate cu regim tectonic de tip rift (valea Zambezi în zona lacului Kariba) sau roci sedimentare casante în alternanţă cu strate mai moi (zona lacului Monteynard);

• Adîncimea la care se situează hipocentrul este de câţiva kilometri, dar poate ajunge la peste 20 km. Toate acestea întăresc concluzia că lacurile de baraj induc seismele;

•aria pe care se resimt cutremurele determinate de lacuri se extind pînă la mii de kilometri pătraţi (cazul lacurilor Mead şi Koyna).

Kariba

•În Europa, unul dintre cele mai puternice seisme induse a fost în Grecia, cauzat de umplerea lacului Kremasta.

•Pentru acest lac s-a demonstrat clar relaţia directă între creşterea nivelului lacului şi numărul de cutremure.

•Pentru cutremurele induse de lacuri din ţara noastră, Prişcu et al. (1980) prezintă câteva date referitoare la lacurile Izvoru Muntelui, Vidra şi Vidraru (tabelul 5.1.).

Barajul Perioada Număr de cutremure

total induse

Izvoru Muntelui

XI 1974 – IV 1975

346 58

Vidra-Lotru XI 1974 – IV 1975

829 213

Vidraru-Argeş IV 1975 – X 1975

542 80

Kremasta

5.3.3. Deplasările de teren

•În această categorie poate fi încadrat fenomenul cu totul deosebit produs la lacul Vaiont din Italia pentru că, prin amploare, se înscrie în seria marilor dezastrelor, cum ar fi cele datorate cutremurelor şi, în plus, există presupuneri ale unei legături directe între sistemele induse şi procesul de alunecare

•Barajul Vaiont (Italia), amplasat pe un afluent torenţial al rîului Piave;

• este un baraj în în arc;• are o înălţime de 265 m;• Umplerea lacului, cu un

volum total de circa 150 mil. m3, a început în februarie 1960;

• Secţiunea de vale în care a fost construit barajul este adîncă de circa 300 m, cu versanţi abrupţi, adesea în surplombă;

• Geologia cuvetei este dată de roci calcaroase, marno-calcare (de vârste liasic, dogger, malm, cretacic inferior şi superior);

•depozitele dispuse într-o structură generală de monoclin;

•Construcţia a început în 1956 şi s-a terminat complet în 1961.

•În noaptea de 9 octombrie 1963, ora 22, s-a produs o alunecare catastrofală.

•Timp de circa 100 secunde, un imens masiv de roci, de aproximativ 300 mil. m3, de pe o suprafaţă de 1,9 km2, s-a deplasat în lac cu o viteză de circa 61 km/oră (viteză maximă = 17 m/s), „urcând" pe versantul opus al văii (fig.5.5.)

•Barajul nu a fost distrus, în schimb:

• s-au dislocat complet 48 mil. m3 de apă, care au fost evacuaţi din lac;

• Unda de apă, într-un val imens, a depăşit cu circa 60 m înălţimea barajului;

•ea a exercitat o intensă eroziune

• şi a indus un cutremur înregistrat pînă la Trieste, Roma şi Messina

•În timpul umplerii lacului, la 4 noiembrie 1960, când nivelul apei a atins cota 652 m, s-au manifestat primele semne ale alunecării, cu viteze de circa 40 mm/zi, în lac pătrunzând circa 700 000 m3 depozite, care au produs o undă de 2 m înălţime.

•La 26 septembrie 1963, cînd lacul se afla la cota 710 m, deplasările au fost reactivate cu o viteză maximă de 22 m/zi. Fisuri pe suprafaţa versantului au fost observate şi în februarie 1961.

• După reactivarea din septembrie 1963, s-a recurs la o scădere a nivelului lacului;

• 9 octombrie 1963, în timp ce nivelul lacului era la 700 m s-a produs alunecarea catastrofală.

• După stabilizarea situaţiei, s-au format 3 lacuri mici între care: lacul Masalepa, un lac lângă baraj, şi lacul Erta de 20 mil.m3.

efectele au fost dezastruoase: • 2 000 de victime;• 4 sate distruse;• pagube materiale de 6

miliarde de lire italiene

•Exceptând accidentele produse de seisme (induse) şi alunecări de teren reţin atenţia cîteva exemple în care a fost hotărâtor efectul nedorit al manifestării factorilor naturali.

•Malpasset (Franţa) - 2 decembrie 1959, o masă de apă de circa 50 mil. m3 s-a năpustit asupra văii cu o viteză de aproape 70 km/oră, producînd aproape 500 de victime, distrugînd numeroase case din orăşelul Frejus, cîmpuri agricole, drumuri ;

• Ribadelagos (Spania);• Frayle (Peru);• Baldwin Hills – 14 decembrie 1963

- - “The crack in the dam was ultimately attributed to subsidence caused by overexploitation of the Inglewood oil field”;

• Teton (S.U.A.) - 5 iunie 1976 ;•acestea au cedat în ultimă instanţă

datorită conjugării următoarelor efecte:• modificarea comportării rocilor în

fundaţie care a permis tasarea;•efortul de presiune exercitat de

acumulări masive de apă datorită unor viituri excepţionale.

•Pe acest fond comportarea structurii barajelor nu a mai corespuns previziunilor soluţiilor tehnice alese şi catastrofele au fost inevitabile.

Malpasset

Teton

Baldwin Hills« fisura »

Teton (st) – Fontanelle (dr.)Piping

Baldwin Hills