-
1
UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETI
FACULTATEA DE HIDROTEHNIC
Departamentul de Hidraulic i Protecia Mediului
CERCETRI PRIVIND COLMATAREA I
DECOLMATAREA LACURILOR DE
ACUMULARE
Rezumat TEZ DE DOCTORAT
Doctorand
ing. Bogdan Corneliu MARCU
Conductor tiinific
prof.univ.dr.ing.Gabriel TATU
BUCURETI, 2014
-
2
-
3
Cuvnt nainte
Toate lacurile de acumulare create pe cursurile de ap sunt
supuse, inevitabil,
efectului colmatrii. Prin construcia barajului se obine creterea
nivelului de ap, regimul
de curgere modificndu-se, astfel c, transportul aluviunilor,
trte sau n suspensie, se
oprete ncepnd de la coada lacului ctre baraj, conducnd la
colmatarea lacului, sau chiar
la chiar la crearea de zone deltaice (nmltiniri).
n ceea ce privete decolmatarea lacurilor de acumulare, problema
este foarte
complex, necesitnd studii elaborate n acest sens. Studiile
trebuie s cuprind att
msurile preventive, care s nlture cauzele, ct i msurile
curative, care s elimine
efectele colmatrii.
Decolmatarea acumulrilor de ap este foarte costisitoare, dar
lipsa unor msuri n
vederea mririi duratei lor de funcionare va conduce, ntr-un
final, la scoaterea acestora
din folosin.
La finalizarea acestei lucrri de doctorat doresc s-mi exprim
deosebita recunotin
i respectul fa de conductorii tiinifici, profesor doctor inginer
Octavian LUCA, cu care
am nceput studiul la tez, i profesor doctor inginer Gabriel
TATU, pentru sprijinul i
ncrederea acordat pe parcursul elaborrii tezei, ct i n
activitatea mea profesional.
De asemenea, aduc mulumiri domnului ef de lucrri, doctor inginer
Iulian IANCU,
pentru ndrumarea acordat pe parcursul pregtirii mele.
Doresc, de asemenea, s mulumesc tuturor profesorilor,
specialitilor i colegilor
din Departamentul de Hidraulic i Protecia Mediului a Facultii de
Hidrotehnic din
cadrul Universitii Tehnice de Construcii Bucureti i din
Departamentul de de Hidraulic,
Maini hidrauluice i Ingineria Mediului a Facultii de Energetic
din cadrul Universitii
Politehnica Bucureti, colectivului Sucursalei de Hidrocentrale
Curtea de Arge - Uzina de
Hidrocentrale Cmpulung - SC Hidroelectrica S.A, care au
contribuit la formarea mea
profesional.
Mulumiri speciale a dori s aduc domnului director al Sucursalei
de Hidrocentrale
Curtea de Arge - inginer Constantin IVAN, pentru sprijinul
deosebit i nelegerea acordat.
Nu n ultimul rnd, doresc s mulumesc familiei mele pentru tot
sprijinul dat pe
parcursul elaborrii tezei de doctorat.
Autorul
-
4
Cuprins
1.1. Obiectul i coninutul tezei
..................................................................................
6
1.2. Stadiul actual al cunoaterii fenomenului pe plan naional i
internaional ......... 6
2. Noiuni privind transportul aluvionar i colmatarea lacurilor
de acumulare ........... 9
2.1. Noiuni generale privind transportul aluvionar
.................................................... 9
2.1.1. Proprietile particulelor solide
.................................................................
9
2.1.2. Viteza critic de antrenare
.........................................................................
9
2.1.3. Efort critic de antrenare pe patul albiei
..................................................... 9
2.1.4. Transportul aluvionar n albia rurilor
...................................................... 9
2.1.5. Transportul n suspensie
............................................................................
9
2.2. Colmatarea lacurilor de acumulare
......................................................................
9
2.2.1. Evoluia i dinamica procesului de colmatare
........................................... 9
2.2.2. Indicatorii sistemici ai procesului de colmatare
...................................... 11
3. Metode pentru prevenirea colmatrii lacurilor de acumulare i
msuri privind
decolmatarea acestora
...........................................................................................................
11
3.1.1. Clasificarea sistemelor bifazice
...............................................................
11
3.2. Monitorizarea i evaluarea procesului de sedimentare
...................................... 11
3.3. Mijloacele de combatere a colmatrii acumulrilor
........................................... 11
3.3.1. Msuri preventive
....................................................................................
11
3.3.2. Msuri curative
........................................................................................
13
4. Metodologie privind prognoza colmatrii i decolmatrii
lacurilor de acumulare . 16
4.1. Exploatarea lacurilor de acumulare
...................................................................
16
4.2. Tehnici de msurare a adncimii apei
................................................................
16
4.2.1. Tehnici care utilizeaz echipamente de msur mecanice
...................... 16
4.2.2. Tehnicile de msurare a adncimii care utilizeaz
echipamente
electronice 17
4.2.3. Metodele de determinare a coordonatelor geografice
............................. 17
4.2.4. Metoda alinierii vizuale
...........................................................................
17
4.2.5. Metoda liniei de ghidare.
.........................................................................
17
4.2.6. Metoda winch ului.
...............................................................................
17
-
5
4.2.7. Metoda alinierii cu laser.
.........................................................................
17
4.2.8. Metoda dublei alinieri.
............................................................................
17
4.2.9. Metoda poziionrii radioelectronice.
..................................................... 17
5. Prognoza colmatrii laculul de acumulare Zigoneni
.................................................. 17
5.1. Caracteristicile constructive ale amenajrii Zigoneni
........................................ 18
5.2. Regimuri de funcionare [61]
.............................................................................
18
5.2.1. Funcionare n regim normal
...................................................................
18
5.2.2. Funcionarea n situaii de viitur
............................................................ 18
5.2.3. Funcionarea n regim de iarn
................................................................
18
5.3. Determinarea volumului colmatat
......................................................................
18
5.4. Prognoza gradului de
colmatare.........................................................................
22
5.4.1. Modelul de calcul utilizat
........................................................................
22
5.4.2. Etapele evalurii gradului de colmatare
.................................................. 23
5.4.3. Date de baza utilizate
..............................................................................
23
5.4.4. Calarea modelului i rezultate obtinute
................................................... 26
5.4.5. Aplicarea modelului pentru determinarea gradului de
colmatare ........... 28
6. Calculul economic pentru decolmatare folosind metoda dragrii
............................ 28
6.1.1. Consideraii teoretice
..............................................................................
29
6.1.2. Tehnologia de depunere n depozite de suprafa.
.................................. 29
6.1.3. Utilajul de dragare i conducta de refulare
............................................. 29
6.2. Legislaie folosit
...............................................................................................
29
7. Concluzii, contribuii i perspective
.............................................................................
31
7.1. Concluzii generale
.............................................................................................
31
7.2. Contribuii originale
...........................................................................................
33
7.3. Direcii de cercetare pentru viitor
......................................................................
34
Bibliografie selectiv
..............................................................................................................
34
-
6
1.1. Obiectul i coninutul tezei
Lucrarea de doctorat Cercetri privind colmatarea i decolmatarea
lacurilor de
acumulare i propune abordarea evoluiei fenomenului, ncepnd cu
aria de provenien a
aluviunilor, pna la depunerea sau tranzitarea acestora prin
lacul de acumulare, innd seama
de cele dou forme de aport solid i anume: debitul solid trt i
debitul solid n suspensie.
Lucrarea este structurat n 7 capitole, avnd 130 pagini, 60 de
figuri, 20 de tabele i 8
anexe numerotate precum i bibliografia utilizat la elaborarea
sa.
n capitolul 1 se face prezentarea general a stadiul actual al
cunoaterii fenomenului
pe plan naional i internaional i se justific oportunitatea
lucrrii.
Capitolul 2 este destinat noiunilor teoretice privind
transportul aluvionar i
colmatarea lacurilor de acumulare.
n capitolul 3 sunt descrise metode pentru prevenirea colmatrii
lacurilor de
acumulare i msuri privind decolmatarea acestora, fiind detaliate
mijloacele de combatere i
msurile preventive i curative ale colmatrii acumulrilor.
n capitolul 4 se prezint metodologia privind prognoza colmatrii
- care cuprinde
noiuni despre exploatarea lacurilor de acumulare, precum i
tehnicile de msurare a
adncimii apei cu ajutorul echipamentelor de msur mecanice i
electronice. De asemenea,
sunt prezentate metodele de determinare a coordonatelor
geografice necesare calculului
volumului de aluviuni dintr-o acumulare.
Capitolul 5 cuprinde un model de prognoz a colmatrii laculul de
acumulare
Zigoneni, fiind prezentate caracteristicile constructive ale
amenajrii Zigoneni, regimurile de
funcionare ale acumulrii, modalitatea de determinare a volumului
colmatat, modelul de
calcul utilizat pentru prognoz, etapele evalurii gradului de
colmatare, datele de baza
utilizate, calarea modelului i aplicarea modelului pentru
determinarea gradului de colmatare
Capitolul 6 completeaz teza printr-un calculul economic pentru
decolmatare,
folosind metoda dragrii. Aici sunt prezentate ipotezele de
lucru, legislaia specific n
domeniu, precum i rularea ntr-un soft specializat a lucrrilor
necesare n vederea
evidenierii cheltuililor decolmatrii.
Capitolul 7 prezint concluzii, contribuii i perspective. De
asemenea, se fac
propuneri privind dezvoltrile ulterioare ale unor elemente ale
tezei.
Bibliografia de la sfritul tezei cuprinde lucrrile consultate,
precum i lucrrile
elaborate de autor pe parcursul activitii sale didactice i
profesionale.
1.2. Stadiul actual al cunoaterii fenomenului pe plan naional i
internaional
Prelucrarea unui fond mare de date obinut din diferite surse
(msurtori n seciuni
hidrometrice din reeaua naional asigurat de Regia Apele Romne,
evaluri indirecte pe
baza stocului de aluviuni din unele lacuri de baraj, msurtori
proprii pe bazine mici) i-a
condus pe cercettori (Maria Radone) la selecionarea a doi
factori de control drept criterii de
analiz a surselor de aluviuni pentru un teritoriu larg, precum
cel al Romniei. Acetia sunt:
alctuirea litologic a substratului generator de aluviuni i
mrimea bazinelor hidrografice
-
7
care asigur o selectare a volumelor de aluviuni tranzitate de la
aria surs spre cea de
efluen. Alegerea acestor doi factori este motivat i de argumente
obinute pe baza analizei
din literatura de specialitate (este vorba de autori care au
propus modele de prognoz a
produciei de aluviuni cum ar fi Gregory i Walling, 1976; Burns,
1978; Janson, 1982;
Zachar, 1982; De Villiers, 1985; Yiu Guo Kang, 1985 .a.), dar i
pe baza experienelor
proprii (modelul de regresie multipl progresiv pentru evaluarea
produciei de aluviuni n
bazine hidrografice cu suprafa sub 400 km2, Ichim i Rdoane,
1987). [50]
Tabel 1.1. Situaia gradului de colmatare a acumulrilor
administrate de S.C: Hidroelectrica S.A, n
anul 2008 [66]
Sucursala Acumularea
Volum
iniial
[mil. mc ]
Volum
actual
[mil. mc ]
Volum
colmatat
[ %]
Perioada
msurtorilor
0 1 2 3 4 5
Curtea
de Arge
Oieti 1,770 0,090 95 2003
Cerbureni 1,620 0,080 95 2003
Curtea de Arge 1,050 0,315 70 2003
Zigoneni 13,300 8,045 39 2007
Doamnei 0,585 0,234 60 2003
Vlsan 0,175 0,081 54 2003
Cumpna 0,262 0,139 47 2003
Scropoasa 0,500 0,150 70 *
Stic 0,362 0,254 30 *
Vidraru 465,000 442,000 5 *
Schitu Goleti 0,010 0,002 80 *
Sinaia 0 0,015 0,002 90 *
Sinaia II 0,070 0,049 30 *
Bistria
Topoliceni 0,700 0,280 60 2008
Taca 0,380 0,150 40 2004
Pngrai 6,750 2,090 69 2006
Vaduri 5,600 2,390 57 2006
Piatra Neam 10,000 6,500 35 2007
Vntori 0,430 0,330 23 2006
Racova 8,650 0,000 0 Lacul este gol
Grleni 5,080 2,090 59 2005
Lilieci 7,400 5,120 31 2005
Bacu 5,040 4,200 17 2006
Izv. Muntelui 1230,000 1221,200 1 1997
Buzu
Galbeni 39,006 12,020 70 2006
Cndeti 3,700 1,370 63 2005
Bereti 125,800 116,540 7 2008
Climneti Siret 44,000 37,578 15 2007
Rcciuni 103,600 88,940 14 2007
Loptari 0,110 0,044 60 *
Chiojd I 0,025 0,000 100 *
Chiojd II 0,010 0,004 60 *
Greu 0,130 0,065 50 *
Mnzleti 0,080 0,012 85 *
Cluj
Fntnele 220,000 195,500 11 2006
Tarnia 74,000 70,500 5 2006
Someul cald 7,470 8,080 0 2006
Floreti II 0,890 0,720 19 2006
Haeg
Gura Apelor 220,000 219,700 1 2000
Ostrovul mic 9,300 9,100 2 1999
Pclia 7,800 7,800 0 *
Haeg 12,360 12,379 0 2004
Subcetate 6,100 6,100 0 2004
Ruieni 96,200 90,120 6 2004
Oradea Drgan 112,000 104,320 7 2006
Secuieu 0,602 0,390 35 2006
-
8
Sucursala Acumularea
Volum
iniial
[mil. mc ]
Volum
actual
[mil. mc ]
Volum
colmatat
[ %]
Perioada
msurtorilor
0 1 2 3 4 5
Bulz 0,538 0,356 34 2006
Lugau 64,470 60,160 5 2006
Tileagd 52,940 57,360 0 2006
Porile de
Fier
PdF I 2400,000 2170,000 10 2006
PdF II 860,000 860,000 0 2006
Rmnicu
Vlcea
Vidra 340,000 324,000 5 2006
Vldeti 1,350 0,000 100 2006
Lotru aval 0,550 0,443 20 2005
Galbenu 2,810 2,070 27 2005
Jidoaia 0,487 0,332 32 2006
Malaia 3,440 1,320 62 2008
Petrimanu 2,480 2,100 15 2005
Brdior 44,500 44,500 0 2004
Gura Lotrului 5,300 2,850 46 2008
Turnu 13,110 7,730 41 2006
Climneti 4,570 2,810 39 2007
Dieti 11,700 5,440 54 2007
Rm. Vlcea 21,400 10,000 53 2005
Rureni 10,900 6,240 43 2007
Govora 21,400 13,580 37 2005
Bbeni 62,200 43,750 30 2005
Ioneti 25,280 23,340 8 2006
Zvideni 52,750 52,750 0 2008
Drgani 67,780 67,780 0 2001
Tomani 0,360 0,080 78 2004
Sebe
Obrejii de Cplna 3,830 3,010 21 2007
Petreti 1,300 0,637 51 2007
Oaa 136,200 126,100 8 2003
Tu 23,000 22,530 1 2003
Cugir 0,985 0,985 0 2009
Sibiu
Voila 12,250 4,85 61 2005
Vitea 4,250 3,220 33 2005
Arpau 7,350 9,050 17 2006
Scorei 5,200 6,270 15 2006
Avrig 10,800 13,350 3 2006
Cornetu 8,300 8,300 0 2008
Sadu 2 0,248 0,118 52 2008
Sadu 5 6,300 6,300 0 2008
Boia 1 0,063 0,019 70 *
Boia 2 0,030 0,009 70 *
Boia 3 0,035 0,007 80 *
Slatina
Strejeti 202,700 212,990 0 2004
Arceti 43,400 52,220 0 2004
Slatina 15,600 20,780 0 2005
Ipoteti 99,340 112,910 0 2007
Drgneti 82,750 82,230 1 2007
Frunzaru 91,750 94,100 0 2007
Rusneti 82,210 86,578 0 2007
Izbiceni 61,340 64,045 0 *
Trgu
Jiu
Cerna 124,000 110,270 14 2002
Vdeni 4,530 1,135 75 2007
Tg. Jiu 1,330 1,321 1 *
Motru 4,798 4,757 1 2001
Tismana aval 0,750 0,300 60 2007
Vja 2,300 2,300 0 *
Clocoti 3,710 3,710 0 *
Volum iniial > 10 mil mc.
Acumulri cu folosine complexe
Acumulri cu volumul iniial > 100 mil mc.
Acumulri cu volume iniiale imprecis determinate
-
9
n continuare sunt prezentate cteva valori informative furnizate
de o serie de ri, pentru a
evidenia importana problemei: [68]
- n China: plecnd de la datele primite de la 236 retenii la
finele anului 1981, rezult
c totalul de sedimente depuse era de 11.5 miliarde mc,
reprezentnd 14,2 % din
capacitatea total a stocului de ap, respectiv o pierdere anual
medie de 2,3%.
- n Japonia: la o capacitate total de retenie de 17,3 miliarede
mc n 729 retenii, 1,2
miliarde mc, respectiv 6,9% din capacacitatea total, o reprezint
depunerile de
sedimente.
- n Spania: capacitatea iniial a 101 retenii de 18 miliarde mc,
din care majoritatea
sunt n exploatare de la sfritul secolului trecut, s-a dimiuat cu
733 milioane mc
(4%). Pentru 5 % din retenii, pierderea de capacitate reprezint
peste 50%.
- n Germania: din volumul de 508 milioane mc al reteniilor din
Saxonia, 18,3
milioane (3,6%) sunt ocupate de sedimente, dintre care 46% sunt
foarte poluate.
2. NOIUNI PRIVIND TRANSPORTUL ALUVIONAR I COLMATAREA
LACURILOR DE ACUMULARE
2.1. Noiuni generale privind transportul aluvionar
2.1.1. Proprietile particulelor solide
2.1.2. Viteza critic de antrenare
2.1.3. Efort critic de antrenare pe patul albiei
2.1.4. Transportul aluvionar n albia rurilor
2.1.5. Transportul n suspensie
2.2. Colmatarea lacurilor de acumulare
Dac pentru zona montan fenomenul de transport de debit solid
este mai puin activ
datorit preponderenei zonelor mpdurite i procesul de colmatare
al lacurilor este mai puin
intens, problema capt proporii ngrijitoare n cea mai mare parte
din zona colinar unde,
ndeosebi lacurile cu volume relative mici, risc s fie colmatate
rapid.
Colmatarea lacurilor ca proces n sine, a fost intuit de mult,
dar proporiile, dinamica
i cile de combatere nu au fost abordate cu atenie; consecinele
negative aprute mai curnd
sau mai trziu n practica exploatrii lacurilor, dovedesc acest
mod de abordare. [14]
2.2.1. Evoluia i dinamica procesului de colmatare
Procesul de colmatare este un proces complex care ncepe n
momentul intrrii n
funciune i se termin practic n momentul n care lacul este scos
din funciune. Pentru
nelegerea acestui proces trebuie plecat de la sursele
aluviunilor depuse ntr-un lac (bazinul
de recepie aferent lacului i reeaua hidrografic) i trebuie inut
seama de cele dou forme
de aport solid i anume: debitul solid trt i debitul solid n
suspensie.[14]
Deoarece materialul aluvionar granular aflat n albia unui ru are
o granulozitate
neuniform, transportul particulelor solide se face simultan att
prin trre, rostogolire, salturi
mici ct i prin suspensie.
-
10
Figura 2.6. Depunerea aluviunilor ntr-un lac Figura 2.7. Zone de
depunere a aluviunilor
de acumulare n condiiile de formare a unor ntr-un lac [14]
cureni de densitate [14]
Figura 2.9. Influena colmatrii asupra
mrimii i poziionrii volumelor
caracteristice [1]
Figura 2.8. Etapele procesului de colmatare [14]
-
11
2.2.2. Indicatorii sistemici ai procesului de colmatare
Rata colmatrii (ritmul de colmatare) -. n lucrrile de
specialitate, rata colmatrii
este dat n general de formule de forma:
este volumul de aluviuni colmatate n lac n cursul unui an [
]
reprezint volumul iniial al lacului [ ]
Intensitatea colmatrii este definit ca raportul dintre volumul
iniial al lacului
i scurgerea solid anual a afluenilor exprimat n unitaii
volumetrice:
Durata de colmatare total a lacului sau durata de existen a
lacului - reprezint
inversul ratei de colmatare :
Gradul de reinere a aluviunilor - reprezint raportul dintre
aluviunile depuse n
lac i afluxul de aluviuni
3. METODE PENTRU PREVENIREA COLMATRII LACURILOR DE
ACUMULARE I MSURI PRIVIND DECOLMATAREA ACESTORA
3.1.1. Clasificarea sistemelor bifazice
3.2. Monitorizarea i evaluarea procesului de sedimentare
3.3. Mijloacele de combatere a colmatrii acumulrilor
Fiecare acumulare poate avea la un moment dat probleme cu
sedimentarea. Mijloace
de combatere a colmatrii acumulrilor pot fi grupate n 2
categorii: [14]
- preventive, care acioneaz asupra cauzelor colmatrii.
- curative, ce vizeaz efectele colmatrii;
3.3.1. Msuri preventive
Msurile care vizeaz cauzele producerii colmatrii se pot
clasifica dup cele trei faze
ale procesului i anume:
- asupra locului de provenien, avnd ca scop prevenirea i/sau
reducerea procesului
de eroziune a solului de pe ntregul bazin de recepie att ca
eroziune de suprafa, ct
i ca eroziune de adncime (procesul de eroziune a solului n
bazine de recepie
aferente lacurilor constitue sursa principal de aluviuni i nu
trebuie tratat ca
problem a folosinelor agricole i silvice, adic privit numai din
punct de vedere al
degradrii terenurilor i afectrii produciilor, ci i ca o problem
de amenajare a
bazinelor hidrografice pentru atenuarea procesului de
colmatare);
- asupra zonei de transport, prin lucrri de protejare a
albiilor, n special a malurilor;
-
12
- asupra locului de depunere, prin asigurarea unui volum
suficient pentru sedimentare
(dac este posibil reinerea aluviunilor s aib loc n alte bazine
dect n acumulrile
utile), sau prin tranzitarea prin acumulri a unui procent ct mai
mare de aluviuni.
Figura 3.1. Amplasarea lucrrilor
transversale [15]
Figura 3.2. Lucrri hidrotehnice transversale [17] Figura 3.3.
Consolidarea vrfului unei
ravene: a-cdere simpl, b-instalaie de
curent rapid, c-cdere n trepte [14]
Figura 3.4. Reinerea n teren a apelor Figura 3.5. Schema de
amenajare cu
de scurgere, Interceptarea i drenarea [14] reinerea aluviunilor
n retenia amonte [1]
-
13
Figura 3.6. Schema cu clasificarea lucrrilor folosite n
amenajarea B.H.T. clasificate dup locul de
amplasare n bazin [17]
3.3.2. Msuri curative
Vizeaz efectele i constau n ndeprtarea depunerilor din acumulri.
Acestea
servesc la decolmatarea lacurilor, dar sunt n general dificil de
aplicat i unele dintre ele sunt
mult mai costisitoare, depind cu mult costul realizrii unei noi
acumulri.
ndeprtarea depunerilor din acumulare se poate face prin mijloace
mecanice,
hidromecanice, sau prin splare hidraulic.
Mijloacele mecanice i hidromecanice de evacuare a depunerilor
trebuie luate n
considerare doar n cazul unor depuneri de volume mici, pentru c
sunt foarte costisitoare; se
recomand ca materialul rezultat s fie folosit ca agregat pentru
betoane sau ca ngrmnt
pentru terenurile agricole (n cazul aluviunilor foarte fine
alturi de substane organice).
Splarea hidraulic
Figura 3.7. Splarea hidraulic [1] Figura 3.8. Ordinea de
deschidere a stavilelor
Baraj Sinaia 0 [62]
-
14
Figura 3.9. Deversor de suprafa Baraj Gura
Rului Rul Cibin Figura 3.10. Golire de fund Baraj Cumpna
Experiena acumulat n domeniul spalarilor hidraulice arat c cea
mai eficient
splare se realizeaz la debite cuprinse ntre 20 40% din
capacitatea evacuatorilor la NNR.
Dispozitivele de splare sunt supuse unor condiii foarte severe,
care necesit msuri
de manevrare speciale. Aceste dispozitive pot fi amplasate la
partea superioar a barajelor,
numite descrctoare de suprafa sau deversoare, fie la adncime
(sub presiune), numite
goliri intermediare sau de fund.
a) nainte de splare b) splare (umpleri succesive ale
lacului,
urmate de evacuarea apei prin golirile de fund)
Figura 3.11. Splare hidraulic Baraj Ap Srat Rul Trgului
Galerie de deviere a sedimentelor
Figura 3.12. Galerie de deviere a sedimentelor:
1-galerie de deviere a sedimentelor; 2-prag de deviere [68]
-
15
Metode folosite la centralele hidroelectrice
Excavaii i dragaje
Metodele folosite pentru extragerea sedimentelor pot fi
clasificate n dou grupuri
principale: hidraulice, la care m-am referit deja, i mecanice
,care se mpart la rndul lor n
funcie de situaia acumulrii n:
- metode folosite n acumulri golite unde se recurge la maini de
excavat.
- metode folosite n acumulri pline care se pot realiza cu draga
aspiratoare, pompa
pneumatic sau cu potenialul de cdere al apei din acumulare.
Metode de extracie n acumulri golite
Figura 3.13. Decolmatare Baraj Dobreti rul Ialomia
Metode de extracie cu acumularea plin
Dragarea, sau pomparea submersibil sunt cele mai uzuale metode.
La acestea se
adaug utilizarea potenialului de cdere al acumulrii. Toate
aceste sisteme sunt scumpe n
general i sunt folosite numai cnd acumularea este esenial n viaa
comunitilor (pentru
alimentarea cu ap sau irigaii) sau pe amplasamente unde nu este
posibil constructia unui
unui nou baraj sau supranalarea celui existent. n situii reale
este uneori mai economic s
construieti un baraj nou dect s ndeprtezi depozitele.
Figura 3.14. Instalaie dragare Figura 3.15. Pomp pneumatic
-
16
4. METODOLOGIE PRIVIND PROGNOZA COLMATRII I
DECOLMATRII LACURILOR DE ACUMULARE
4.1. Exploatarea lacurilor de acumulare
Cunoaterea cantitii de ap din cuveta lacului de acumulare, a
capacitii acestora i
a nivelului de colmatare aferent are ca scop rezolvarea a cinci
probleme de baz:
1. Studiul volumului de ap existent n lacul de acumulare la un
moment dat -
acest lucru implic determinarea nivelului imersat i respectiv
cel neimersat al cuvetei lacului
de acumulare, care are ca rol determinarea direct a cantitii de
ap real la un moment dat.
Zona imersat este reprezentat de partea plin cu ap din cuveta
lacului de acumulare
la momentul de timp analizat. Zona neimersat este reprezentat de
partea rmas neacoperit
de ap n momentul n care lacul de acumulare nu este plin.
Figura 4.1. Reprezentarea unei seciuni transversale a unui lac
de acumulare [22]
2. Asigurarea nivelului minim de ap pentru lacurile de acumulare
n scopul
consumului direct;
3. Stabilirea nivelului minim de avarie al apei din bazinul de
acumulare pentru a
asigura echilibrul critic de for cu tensiunile interne ale
barajului;
4. Determinarea nivelului aluviunilor pe fundul lacurilor n
scopul stabilirii unui
prag de alarmare, deoarece alunecrile de aluviuni pe fundul
lacului pot produce distrugerea
bazei barajului, ceea ce constituie un potenial pericol de
calamitate prin inundaii;
5. Determinarea strategiilor de decolmatare.
4.2. Tehnici de msurare a adncimii apei
Tehnicile de msurare a adncimii apei pot fi clasificate n:
[22]
- tehnici care utilizeaz echipamente de msur mecanice;
- tehnici care utilizeaz echipamente de msur electronice.
4.2.1. Tehnici care utilizeaz echipamente de msur mecanice
Tehnicile de msurare a adncimii care utilizeaz echipamente
mecanice, furnizeaz
date cu o precizie foarte bun n cazul msurrii adncimilor mici,
de ordinul a 10- 15m.
Peste aceste valori ale adncimii precizia rezultatelor scade
semnificativ.
- metoda sondei tip prjin;
- metoda sondei disc
-
17
4.2.2. Tehnicile de msurare a adncimii care utilizeaz
echipamente electronice
Tehnicile de msurare a adncimii care utilizeaz echipamente
electronice furnizeaz
date cu o precizie foarte bun, indiferent de mrimea adncimii
msurate. Acurateea este
foarte bun indiferent de consistena sedimentelor depuse pe
fundul apei, datorit posibilitii
de cuplare cu echipamente electronice de calcul care pot
minimiza erorile indiferent de natura
lor.
- metoda sondei acustice;
- metoda procesrii imaginilor furnizate de senzori instalai pe
sateliii geostationari.
4.2.3. Metodele de determinare a coordonatelor geografice
4.2.4. Metoda alinierii vizuale
4.2.5. Metoda liniei de ghidare.
4.2.6. Metoda winch ului.
4.2.7. Metoda alinierii cu laser.
4.2.8. Metoda dublei alinieri.
4.2.9. Metoda poziionrii radioelectronice.
5. PROGNOZA COLMATRII LACULUL DE ACUMULARE ZIGONENI
Lacul de acumulare Zigoneni este amplasat pe rul Arge la cca.
3,5 km aval de
confluena cu prul Vii Sasului, n satul Zigoneni, comuna
Biculeti, fiind al patrulea lac
n aval de acumularea Vidraru.
Figura 5.2. Schema de amenajare a rului Arge
-
18
5.1. Caracteristicile constructive ale amenajrii Zigoneni
Caracteristicile amenajrii Zigoneni, sunt:
Volum total 13,300 mil.mc.
Volum util energetic 8,150 mil.mc.
Nivel normal de retentie 393.00 mdM
Nivel minim de exploatare 384,60 mdM
Suprafaa lacului la NNR 182 ha
Lungimea lacului 3,10 km
Limea lacului 0,70 km
Tipul barajului - etajat cu clapet, vane segment de fund i
timpan de retenie
naltime constructiv 27.00 m
Lungime baraj deversor 20,60 m
Cota coronamentului 395.00 mdM
Cota de fundaie a barajului 366.30 mdM
Evacuatori - o clapet 16.00 x3.00 m cu articulaie la
cota 389.80 mdM;
- 3 vane segment 4.00 x 4.00m cu pragul la
cota 377.50 mdM.
Centrala hidroelectric
Tipul construciei - central baraj
Putere instalat 15,40 MW
Debit instalat 90,00 mc/s
Cderea brut 20,50 m
Cot ax turbine 370,60 mdM
Echipament hidroenergetic: 2 turbine Kaplan
5.2. Regimuri de funcionare [61]
5.2.1. Funcionare n regim normal
5.2.2. Funcionarea n situaii de viitur
5.2.3. Funcionarea n regim de iarn
5.3. Determinarea volumului colmatat
Determinarea volumului de colmatare pentru acumularea Zigoneni
se realizeaz pe
baza msurtorilor topo-batimetrice. Aceste msurtori s-au realizat
o dat la doi ani. Pentru
acumularea Zigoneni s-a utilizat pn n anul 2009, pentru msurarea
adncimii metoda
sondei disc, iar din 2009 se folosete metoda sondei acustice
(sonar).
Pentru acumularea Zigoneni, la momentul punerii n funciune
existau bornate 11
profile transversale pentru realizarea msuratorilor. Datorit
apariiei fenomenului colmatrii
n momentul de fa se folosesc 8 profile.
Figura 5.4. Barajul frontal Figura 5.5. Lacul de acumulare
Zigoneni
-
19
Figura 5.1. Acumularea Zigoneni
Figura 5.3. Profile de baz ISPH (1978)
-
20
n continuare sunt prezentate rezultatele msurtorilor
topo-batrimetrice efectuate pentru
acumularea Zigoneni ntre anii 1996 i 2011, precum i calculul
volumului colmatrii pentru
fiecare an, n care aceste msurtori au fost efectuate.
Tabel 5.8. Calculul volumului colmatrii - 2011
Nr. Profil
Distante Distante
aplicate Suprafete Volume
Cumulate Aplicate
m m m mp mc
P1 0.00
0.00 145.00 4,071.84 590,416.80
290.00
P2 290.00 309.00 4,153.40 1,283,400.60
328.00
P3 618.00 388.00 5,165.70 2,004,291.60
448.00
P4 1066.00 375.00 4,680.05 1,755,018.75
302.00
P4A 1368.00 224.00 3,070.00 687,680.00
146.00
P5 1514.00 180.50 2,692.07 485,918.64
215.00
P5A 1729.00 180.00 1,895.90 341,262.00
145.00
P6 1874.00 197.50 1,369.36 270,448.60
250.00
Total 7,418,436.99
Se poate observa c pn n anul 2011, lacul de acumulare Zigoneni
este colmatat n procent
de 44.22%
Tabel 5.9. Determinarea volumului colmatat
An Volum lac (m3) Diferente volum (m
3) Volum colmatat (m
3)
Volum colmatat
(%)
1978 13,300,000.000 0.000 0 0
1996 9,804,357.000 3,495,643.000 3,495,643.000 26.283
1999 9,392,544.000 411,813.000 3,907,456.000 29.379
2001 9,299,314.000 93,230.000 4,000,686.000 30.080
2003 9,053,711.000 245,603.000 4,246,289.000 31.927
2005 8,075,155.000 978,556.000 5,224,845.000 39.285
2007 7,732,067.000 343,088.000 5,567,933.000 41.864
2009 7,596,137.000 135,930.000 5,703,863.000 42.886
2011 7,418,436.980 177,700.020 5,881,563.020 44.222
-
21
Figura 5.11. Evoluia volumului total al lacului de acumulare
Zigoneni, i a volumului colmatat
Profile topobatrimetrice realizate pentru anii 2009 i 2011
0,000
2,000
4,000
6,000
8,000
10,000
12,000
14,000
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Vo
lum
(m
il. m
c)
Perioada (ani)
Volum lac Volum colmatat
-
22
5.4. Prognoza gradului de colmatare
5.4.1. Modelul de calcul utilizat
Urmrind evidenierea i reproducerea fenomenului de colmatare ce
are loc natural n
cadrul amplasamentului analizat (acumularea Zigoneni), modelul
de calcul utilizat pentru
realizarea prognozei colmatrii lacului de acumulare este bazat
pe datele existente privind
volumele anuale de colmatare ale lacului, precum i pe datele
hidrologice ale acumulrii
(debite, regim de exploatare, chei granulometrice ale
materialului aluvionar transportat etc.).
Modelul de calcul privind prognoza colmatarii (determinarea
volumului de material
aluvionar transportat n lacul de acumulare) a fost realizat
utiliznd programul de calcul Hec-
Ras. Hec-Ras, realizat de ctre U.S. Army Corps of Engineers,
Hydrologic Engineering
Center, este unul din cele mai cunoscute si utilizate pachete de
programe din lume privind
analiza sistemelor hidrografice.[69]
Pentru calculul transportului de sedimente, Hec-Ras-ul trebuie
mai nti s rezolve
curgerea pe tronsonul de ru respectiv. Ca i alte modele,
Hec-Ras-ul foloseste un model
hidrodinamic simplificat, abordare comun utilizat n diverse
modele de transport de
sedimente. Astfel, Hec-Ras-ul foloseste ipoteza micrii
cvasi-nepermanete, ce aproximeaz
hidrograful curgerii cu o serie de profile discrete pentru care
debitul este constant. Astfel
profilele n care curgerea este permanent sunt mai usor de
implementat i rularea lor este
mult mai rapid.
Hec-Ras-ul pentru modelarea transportului de sedimente, rezolva
ecuaia Exner
(ecuatia de continuitate a sedimentelor):
1 spQ
Bt x
n care:
B limea canalului;
cota canalului;
p porozitate patului;
t timp;
x distana;
Qs debitul de solid transportat.
Ecuaia de mai sus evideniaz faptul c modificarea debitului de
solid transportat
ntr-un volum de control este egal cu diferena dintre debitul
solid intrat i cel ieit din
volumul respectiv. Ecuatia este rezolvat prin calcularea
capacitii de transport (a debitului
de solid transportat) printr-un volum de control asociat
fiecarei sectiunui transversale de
calcul. Acest debit de solid transportat este comparat cu
debitul solid care intr in volumul de
control. Dac debitul solid transportat este mai mare dect
debitul solid intrat atunci exist un
deficit de sedimente n volumul de control deficit ce este
suplinit prin erodarea albiei. Dac
exist un excedent de debit solid transportat, atunci surplusul
de sediment este depus.
-
23
Utilizarea acestui model de calcul, pentru realizarea modelului
de prognoz, asigur
n condiiile calarii modelului de calcul, prognoza canitii de
material aluvionar transportat
i depus n lacul de acumulare.
5.4.2. Etapele evalurii gradului de colmatare
Pentru reproducerea fenomenului de colmatare a lacului de
acumulare Zigoneni,
modelul de curgere va acoperi, pe lng lacul propriu zis, i
canalul de fuga de la CHE
Noapte, acumularea din amonte de CHE Zigoneni. Canalul de fuga,
canal n sptur cu
seciune trapezoidal, are o lungime de 2063,70 m, i o panta de
0,243. Pe lng acest
canal de fuga se va modela i albia natural a rului Arge.
Modelarea curgerii pe cele dou cursuri de ap se va realiza n
regim de micare
micrii cvasi-nepermanent, pentru debitul cu probabilitatea de
depire de 1%, calarea
modelului de curgere fcndu-se pe baza rugozitii celor dou
albii.
Analiza datelor de baza
Definirea domeniului de calcul
Definirea condiiilor la limit
Modelarea curgerii
Date privind transportul de
sedimente
Modelarea transportului de
sedimente
C alibrarea modelului de transport i
validarea lui
Prognoza transportului de
sedimente
Figura 5.14. Modelarea transportului de sedimente pentru
prognoza colmatrii lacului de acumulare
Zigoneni
5.4.3. Date de baza utilizate
Pentru realizarea modelului de prognoz al transportului de
sedimente n lacul de
acumulare Zigoneni s-au utilizat urmtoarele tipuri de date de
intrare n programul HECRAS:
- date privind geometria albiei naturale, canalului de fug i a
lacului de acumulare
Zigoneni (date topografice seciuni transversale);
- date privind debitmetria pe albia natural a rului i pe canalul
de fug (hidrografe ale
debitelor);
- date privind nivelurile n lacul de acumulare Zigoneni;
- date privind aluviunile (chei granulometrice, debite de
aluviuni transportate).
Plecnd de la aceste date i urmrind schema din figura 5.5,
modelarea curgerii i
transportului de aluviuni a necesitat parcurgerea mai multor
etape:
- ntr-o prim etap, dup analiza datelor avute la dispoziie, s-a
definit geometria albiei
naturale a rului Arge, a canalului de fug de la CHE Noapte i a
lacului de
acumulare Zigoneni pe baza ridicrilor topografice avute la
dispoziie. Astfel, pentru
definirea geometriei, s-au definit pentru rul Arge 12 seciuni
aflate una la distana
de 188 m una de cealalt, pentru canalul de fug de la CHE Noapte
12 seciuni, cu o
distan ntre ele de 200 m, iar pentru lacul de acumulare Zigoneni
70 de seciuni.
- pentru modelarea curgerii n regim nepermanent s-au pus
urmtoarele condiii la
limit n model:
-
24
hidrografele debitelor n seciunile amonte pe rul Arge i canalul
de fug de
la CHE Noapte;
hidrograful nivelurilor n seciunea cea mai din aval din lacul de
acumulare
Zigoneni (s-a facut ipoteza c nivelul n lacul de acumulare
Zigoneni rmne
constant 393,00 m);
perioada de timp pe care s-a realizat modelarea curgerii n regim
nepermanent
a fost de 2 ani (2009-2011).
Figura 5.15. Seciuni transversale utilizate pentru definirea
geometrie albiei, canalului de fug i a
lacului de acumulare
0 100 200 300 400 500 600 700384
386
388
390
392
394
model 2 Plan: Plan 01 11/5/2013
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS 01Aug2009 0100
EG 01Aug2009 0100
Ground
Bank Sta
.035
0 10 20 30 40 50390.5
391.0
391.5
392.0
392.5
393.0
393.5
394.0
394.5
model 2 Plan: Plan 01 11/5/2013
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
EG 01Aug2009 0100
WS 01Aug2009 0100
Ground
Bank Sta
.035 .035 .035
-
25
Figura 5.16. Vedere tridimensional a domeniului de calcul
Figura 5.17. Hidrograful debitelor (rul Arge) Figura 5.18.
Hidrograful debitelor (canal de fug
CHE Noapte)
- dup modelarea curgerii n regim nepermanent s-a trecut la
modelarea transportului
de sedimente. Atfel, datele modelului au fost completate cu
datele privind aluviunile,
i anume:
date privind granulometria materialului din albie. S-au definit
astfel 4 chei
granulometrice, obinute din msurtori.
de asemenea, a fost apreciat pe baza de msurtori i din
literatura de
specialitate, debitul solid transportat n suspensie.
4114
3926.45*
3738.90*
3551.36*
3363.81*
3176.27*
2988.72*
2801.18*
2613.63*
2426.09*
2238.54*
2051
4250
4050.*
3850.*
3650.*
3450.*
3250.*
3050.*
2850.*
2650.*
2450.*
2250.*
2050 2024
1934.*
1845.*
1758.*
1675.28*1594.71*
1512.16*1425.66*
1313.09*
1230.72*
1148.36*
1066
976.4*
886.8*
797.2*
707.6*
618
528.545*
439.090*
349.636*
261.*
174.*
87.*
0
model 2 Plan: Plan 01 11/5/2013
Legend
WS 01Aug2009 0100
Ground
Bank Sta
Ground
Oct Dec Feb Apr Jun Aug Oct Dec Feb Apr Jun2009 2010 2011
0
50
100
150
200
250
Hydrograph Data
Date
Flo
w
Legend
Flow Duration
Oct Dec Feb Apr Jun Aug Oct Dec Feb Apr Jun2009 2010 2011
0
5
10
15
20
25
30
35
Hydrograph Data
Date
Flo
w
Legend
Flow Duration
-
26
Figura 5.19. Seciune transversal lac de Figura 5.20. Curb
granulometric,
acumulare Zigoneni, cu indicarea adncimii introdus n cadrul
programului (albia rului Arge)
pe care se poate realiza erodarea albiei
- dup o prim rulare a modelului de transport de aluviuni acesta
a fost calat pentru a
putea reproduce situaia msurat n natur (volumul de aluviuni
depus n ntrevalul
2009 2011). Calarea modelului s-a realizat prin corecii
succesive ale curbelor
granulometrice definite n seciunile de calcul i de asemenea prin
modificarea
debitului de aluviuni transportat n suspensie.
- O dat modelul de transport de sedimente calat, s-a trecut la
estimarea volumului de
aluviuni ce se va depune n perioada 2011-2013. Acest volum va fi
validat prin
msurtorile batimetrice de punere n eviden a a noului volum de
aluviuni depus n
lacul Zigoneni.
5.4.4. Calarea modelului i rezultate obtinute
Rezultatele obinute n urma modelrii curgerii cu suprafa liber a
apei n regim
nepermanet se prezint sub form tabelar pentru cele trei
tronsoane de calcul (albia rului
Arge, canalul de fug de la Noape i lacul de acumulare Zigoneni),
la doi pasi de timp (1
aug 2009 i 7 mart 2010).
Figura 5.21. Nivelul apei n rul Arge (1 aug 2009)
4050.*
3850.*
3650.*
3450.*
3250.*
3050.*
2850.*
2650.*
2450.*
2250.*
model 2 Plan: Plan 01 11/5/2013
Legend
WS 07Mar2010 0100
Ground
Bank Sta
Ground
-
27
Figura 5.22. Nivelul apei n canalul de fug de la CHE Noapte (1
aug 2009)
Figura 5.23. Nivelul apei n lacul de acumulare Zigoneni (1 aug
2009)
Calarea modelului de transport al aluviunilor s-a realizat pe
baza datelor avute din
msurtorile batimetrice din anii 2009 i 2011, ce au pus n eviden
colmatarea lacului de
acumulare Zigoneni, realizate n 9 profile transversale, ce au
fost prezentate n capitolul 5.3.
Calarea s-a realizat n operaii succesive, modificnd curbele
granulometrice i debitul
solid transportat n suspensie, urmrind atingerea volumului total
colmatat n perioada 2009-
2011. n urma operaiunii de calare se poate constata c, n
profilele ridicate batimetric
volumul de aluviuni obinut din model nu a putut fi foarte
apropiat de cel obinut din
ridicrile batimetrice.
4114
3926.45*
3738.90*
3551.36*
3363.81*
3176.27*
2988.72*
2801.18*
2613.63*
2426.09*
2238.54*
model 2 Plan: Plan 01 11/5/2013
Legend
WS 07Mar2010 0100
Ground
Bank Sta
Ground
2050 2024 1964.*
1904.*
1845.*
1787.*
1729 1675.28*
1594.71*
1512.16*1454.5*
1396.83*1313.09*
1230.72*
1148.36*1093.45*
1036.13*976.4*
916.666*856.933*
797.2* 737.466*
677.733*
618 558.363*
498.727*439.090*
379.454*319.818*
232.*
145.*
58.*
model 2 Plan: Plan 01 11/5/2013
Legend
WS 07Mar2010 0100
Ground
Bank Sta
Ground
-
28
Tabel 5.16. Calarea modelului de transport
Profil
topo
Sctiune de
calcul
Lungime
(m)
Latime
(m)
Adancime
depunere (mm)
Volum colmatat
2009-2011(mc)
Volum colmatat
din model (mc)
P1 2024 646.15 75 -12.3 -646.14 -1716.80
P2 1874 1606.79 148 -15.5 -1606.78 56423.40
P3 1729 26900.21 175.5 215.65 26900.21 13308.40
P4 1514 23370.16 180.5 187.56 23370.15 23231.25
P4A 1368 12802.54 229 87.25 12802.54 15680.00
P5 1066 39869.34 375 128.25 35147.39 17495.87
P5A 618 37566.16 388 256.35 61518.36 -342.00
P6 290 22249.82 454 102.25 22249.82 53620.00
Volum total (mc) 179735,55 160505.30
Acest lucru se datoreaz mai multor cauze:
- acurateea datelor avute la dispoziie;
- complexitatea fenomenului de interaciune ntre curentul de ap i
faza solid;
- limitarea modelului de transport de aluviuni
unidimensional.
5.4.5. Aplicarea modelului pentru determinarea gradului de
colmatare
Dup calarea modelului de transport al aluviunilor s-a trecut la
realizarea unei
prognoze pentru perioada 2011-2013, utiliznd modelul de calcul.
Rezultatele obinute sunt
prezentate n tabelul urmtor:
Tabel 5.17. Prognoza volumului de lac colmatat
Profil
topo
Sectiune
de calcul
Lungime
(m)
Latime
(m)
Adancime
depunere (mm)
Volum colmatat
2009-2011 (mc)
Volum colmatat
prognozat 2011-
2013 (mc)
P1 2024 646.15 75 -11.35 -646.14 -596.24
P2 1874 1606.79 148 -16.5 -1606.78 -1710.45
P3 1729 26900.21 175.5 186.78 26900.21 23298.96
P4 1514 23370.16 180.5 123.56 23370.15 15395.69
P4A 1368 12802.54 229 102.11 12802.54 14983.01
P5 1066 39869.34 375 89.05 35147.39 24404.49
P5A 618 37566.16 388 100.24 61518.36 24055.39
P6 290 22249.82 454 103.56 22249.82 22534.88
Volum total (mc) 179735,55 122365,74
Pentru validarea modelului de prognoz a colmatrii lacului
Zigoneni se vor utiliza
viitoarele ridicri batimetrice ale lacului. Dac rezultatele
msurtorilor nu vor confirma un
model de prognoz valid se va recala modelul de calcul.
6. CALCULUL ECONOMIC PENTRU DECOLMATARE FOLOSIND
METODA DRAGRII
Dup apariia fenomenului de colmatare a acumulrii Zigoneni,
regimul de exploatare
al amenajrii hidroenergetice s-a modificat, efectul unui astfel
de regim de exploatare va
conduce la nfundarea golirii de fund i blocarea prizei de
ap.
Prin lucrrile propuse se vor asigura urmtoarele:
-
29
- refacerea volumelor din lacul Zigoneni;
- asigurarea exploatrii prizei energetice n condiii normale de
funcionare;
- funcionarea turbinelor n condiii normale prin reducerea
abraziunilor datorate
particulelor solide n suspensie din debitul de ap turbinat.
6.1.1. Consideraii teoretice
Soluia tehnic propus const n realizarea lucrrilor de excavare cu
utilaj de dragaj.
innd cont de condiiile locale, lucrarea propune tehnologia de
excavare sub nivelul apei cu
drag electric absorbant-refulant, cu transportul materialului
excavat prin conduct, n
depozit temporar.
6.1.2. Tehnologia de depunere n depozite de suprafa.
6.1.3. Utilajul de dragare i conducta de refulare
Pentru realizarea decolmatrii lacului Zigoneni, lucrarea propune
o minidrag, care
datorit dimensiunilor i a productivitii orare permite realizarea
volumului de sptur n
cca. 4 luni.
Q =640 mc/h ; =63%
Productivitate medie teoretic : 640 mc/h x 0.63 403,2 mc
material excavat.
Pentru lacul Zigoneni , rezult :
T= 177.700,020 / 403 mc/h 441 ore / 8ore / zi = 55,1 zile
n realitate, aa cum se poate vedea i din tehnologia de execuie,
randamentul real
este mai sczut, i este influenat de mai muli factori, dintre
care cel mai semnificativ l
reprezint natura materialului dragat.n calcul se va dubla numrul
orelor de funcionare.
6.2. Legislaie folosit
Pentru ntocmirea calcului tehnico-economic privind realizarea
decolmatri prin
metoda dragrii, s-a luat n considerare legislaia actual i anume
:
Hotrrea nr. 28 din 9 ianuarie 2008 privind aprobarea
coninutului-cadru al
documentaiei tehnico-economice aferente investiiilorpublice,
precum i a
structurii i metodologiei de elaborare a devizului general
pentruobiective de
investiii i lucrri de interveniipublicat n Monitorul Oficial nr.
48 din 22
ianuarie 2008 [64]
Ordinul nr. 863 din 02/07/2008 pentru aprobarea "Instruciunilor
de aplicare a
unor prevederi din Hotrrea Guvernului nr. 28/2008, privind
aprobarea
coninutului-cadrual documentaieitehnico-economice aferente
investiiilor
publice, precum i a structurii i metodologiei de elaborare a
devizului general
pentru obiective de investiii i lucrri de intervenii. [65]
Cantitile de lucrri necesare realizrii calculului sunt
prezentate n lista anex nr.1.
Aa cum rezult din devizul general, costul decolmatrii este de
1.036.402,98 lei .Acesta nu
conine i valoarea energiei electrice necesare funcionrii
motorului pompei.
Rezultatele calcului tehnic-o economic sunt prezentate n listele
anexe nr. 2
-
30
n lucrare se propune ca energia electric necesar funcionrii
motorul pompei s fie
furnizat din Centrala Zigoneni printr-un post de transformare
6/0.4 kV, fr a se lua n
calcul pierderile de energie prin acesta.
Tabel 6.2. Producia lunar CHE Zigoneni 2009 - 2011 n MWh
CHE Anul Luna
Total
an Ian. Feb. Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Sept. Oct.
Nov. Dec.
Zigoneni
2009 2261 1597 2452 1282 3221 2077 1652 3665 2616 2250 2252 3170
28495
2010 2027 2606 2933 2573 2818 3680 4171 3423 3246 5757 3030 2831
39095
2011 3050 3520 3354 2586 3047 2173 2067 2482 1779 1059 1440 1206
27763
Figura 6.1. Producia lunar de energie electric CHE Zigoneni
Figura 6.2. Producia anual de energie electric CHE Zigoneni
Rezult faptul c energia electric necesar dragrii reprezint 0,29
% din energia produs de
CHE Zigoneni, n cazul n care se ia n calcul, mediei energiei
produse n perioada 2009-
2011.
-
31
7. CONCLUZII, CONTRIBUII I PERSPECTIVE
7.1. Concluzii generale
Teza de doctorat abordeaz probleme legate de fenomenul colmatrii
i decolmatrii
lacurilor de acumulare.
Problema colmatrii lacurilor de acumulare trebuie abordat astfel
nct s rezolve
principalele efecte negative provocate de apariia acestui
fenomen.
Principalul inconvenient al colmatrii unui lac de acumulare l
constitue pierderea
volumului util. Aportul de aluviuni influeneaz n mod direct
durata de utilizare a unui lac de
acumulare, astfel, cu ct acesta depeste mai repede capacitatea
proiectat, cu att mai
repede ii scade capacitatea util.
Blocarea prizelor sau golirilor lacurilor de acumulare reprezint
o consecin direct
a colmatrilor. Asemenea situaii pot s apar mai ales la barajele
situate n vi nguste, cu
versani abrupi, unde nlimea depozitelor crete cu rapiditate. De
exemplu, la acumularea
Vlsan, au fost necesare lucrri de decolmatare n faa prizei
energetice i golirii de fund,
aceasta din urm fiind blocat de material aluvionar.
Supranlrile de niveluri aprute n amonte de lac, n special n
coada lacului, se
datoreaz remuului. Datorit supranlrilor de niveluri care apar n
amonte de lacuri, crete
riscul de inundabilitate a zonei limitrofe i pot fi afectate
ndiguirile din amonte.
Un alt efect negativ l reprezint apariia deformrilor albiilor n
aval de lacuri,
datorate fenomenului de afluire, ce se produce imediat n aval de
baraj, ce conduce la
coborrea nivelului albiei i la o cretere a acestuia pe sectorul
urmtor, datorit aluviunilor
depuse.
Alterarea calitii apei reprezint consecin indirect a colmatrii
aluviunile depuse
n lacul de acumulare, putnd conduce la consecine din cele mai
grave asupra mediului
nconjurtor.
Tranzitarea, prin echipamentele hidromecanice aferente unei
amenajri energetice, a
apei cu turbiditate ridicat datorat colmatarii acumulrilor,
poate conduce la apariia
abraziunilor. De asemenea poate conduce i la nfundarea
filtrelor, conductelor etc.
O consecin negativ este lipsirea terenurilor agricole afectate
de inundaii de
substane fertilizatoare coninute n aceste revrsri periodice de
ap.
Creterea treptat a depunerilor de aluviuni la coada lacului
conduce la un alt rezultat
defavorabil fenomenului colmatrii, i anume la dezvoltarea
zonelor deltaice.
-
32
Un impact negativ este i apariia prafului, produs prin eroziunea
eolian a
aluviunilor depuse sau supranlate la coada lacului, zon supus
supus secrii n timpul
scderii nivelului apei n acumulare.
Datorit colmatrii, la coada lacului, poate aprea ngreunarea
condiiilor de navigaie
i formarea zpoarelor.
n ceea ce privete decolmatarea lacurilor de acumulare, problema
este foarte complex
necesitnd studii elaborate n acest sens. Studiile trebuie s
cuprind att msurile preventive,
care s nlture cauzele, ct i msurile curative, care sa elimine
efectele colmatrii.
Decolmatarea acumulrilor de ap este foarte costisitoare, dar
lipsa unor msuri n
vederea mririi duratei lor de funcionare va conduce, ntr-un
final, la scoaterea acestora din
folosin.
n continuare, sunt analizate succint principalele cercetri i
rezultate obinute de
autor, pe capitole din prezenta lucrare.
n capitolul 1 s-a justificat oportunitatea lucrrii,
subliniindu-se problematica
fenomenului colmatarii, precum i principalele direcii de
abordare a subiectului pe plan
naional i internaional.
Capitolul 2, destinat noiunilor teoretice privind transportul
aluvionar i colmatarea
lacurilor de acumulare, a prezentat, pe lng noiunile generale
ale acestora, i aspecte privind
evoluia i dinamica procesului de colmatare. Pentru nelegerea
acestui proces trebuie plecat
de la sursele aluviunilor depuse ntr-un lac (bazinul de recepie
aferent lacului i reeaua
hidrografic) i trebuie s se in seama de cele dou forme de aport
solid i anume: debitul
solid trt i debitul solid n suspensie. De asemenea, au fost
expui i indicatorii sistemici ai
procesului colmatrii.
n capitolul 3 au fost descrise metode pentru prevenirea
colmatrii lacurilor de
acumulare i msuri privind decolmatarea acestora, fiind detaliate
mijloacele de combatere,
msurile preventive care acioneaz asupra cauzelor colmatrii
perecum i msurile curative
ce vizeaz efectele colmatrii acumulrilor de ap. n legatur cu
mijlocele preventive, au
fost evideniate msurile ce se iau asupra locului de provenien,
ce au ca scop prevenirea
i/sau reducerea procesului de eroziune a solului de pe ntregul
bazin de recepie, att ca
eroziune de suprafa, ct i ca eroziune de adncime, dar i msurile
luate asupra zonei de
transport, prin lucrri de protejare a albiilor, n special a
malurilor; precum i cele asupra
locului de depunere, prin asigurarea unui volum suficient pentru
sedimentare sau prin
tranzitarea prin acumulri a unui procent ct mai mare de
aluviuni. n continuare s-au descris
msurile curative aplicate pentru decolmatare.
n capitolul 4 s-a prezentat metodologia privind prognoza
colmatrii, cuprinznd
noiuni despre exploatarea lacurilor de acumulare, tehnici de
msurare a adncimii apei ce
utilizeaz echipamente de msur mecanice i electronice. De
asemenea au fost redate
-
33
metodele de determinare a coordonatelor geografice necesare
calcului volumului de aluviuni
dintr-o acumulare.
Capitolul 5 a fost destinat prezentrii unui studiu de caz care a
vizat evaluarea
colmatrii lacului de acumulare. Au fost descrise
caracteristicile constructive ale amenajrii
Zigoneni, regimurile de funcionare ale acumulrii, modalitatea de
determinare a volumului
colmatat, fiind prezentate rezultatele msurtorilor
topo-batrimetrice efectuate ntre anii 1996
i 2011, precum i calculul volumului colmatrii pentru fiecare an
n care aceste msurtori
au fost efectuate. De asemenea, s-a precizat modelul de calcul
utilizat pentru prognoza
colmatrii, etapele evalurii gradului de colmatare, datele de
baza utilizate, calarea modelului
i aplicarea modelului pentru determinarea gradului de
colmatare
Capitolul 6 completeaz teza printr-un calculul economic pentru
decolmatare
folosind metoda dragrii. Aici s-au artat ipotezele de lucru,
legislaia specific n domeniu,
precum i rularea ntr-un soft specializat, a lucrrilor necesare n
vederea evidenierii
cheltuililor necesare decolmatrii.
Capitolul 7 prezint concluzii, contribuii i perspective. De
asemenea, se fac
propuneri privind dezvoltrile ulterioare ale unor elemente ale
tezei.
Modelarea transportului de sedimente este un proces dificil,
datorit faptului c datele
utilizate pentru prognoza transportului de sedimente i a
schimbrilor n patul albiei unui ru
sau a unui lac de acumulare sunt extrem de sensibile la o gam
foarte larg de parametri
fizici.
Lucrarea a ncearcat s dea un rspuns problemelor legate de
colmatarea i
decolmatarea lacurilor de acumulare. Studiul de caz prezentat
reprezint un model de calcul
(prognoza) privind colmatarea lacurilor de acumulare, precum i
evidenierea costurilor
necesare decolmatrii acumulrii studiate prin utilizarea unei
metode aleas de autor.
7.2. Contribuii originale
Contribuiile originale privind problematica abordat n cadrul
lucrrii Cercetri
privind colmatarea i decolmatarea lacurilor de
acumularesunt:
- Analiza critic a principalelor metode de determinare a
volumului lacurilor de
acumulare.
- Analiza critic a principalelor msuri privind prevenirea
colmatrii lacurilor de
acumulare i a msurilor de decolmatrare a acestora.
- Propunerea i realizarea unei metodologii de prognoz a
fenomenului colmatrii
lacurilor de acumulare, n baza datelor de proiectare i
exploatare a amenajrii, i a
rezultatelor msurtorile topo-batimetrice efectuate periodic.
Modelul de prognoz
propus, privind colmatarea, poate fi folosit de autoritile
competente n domeniu, ca
instrument de decizie i planificare. Modelul de prognoz poate
furniza pe termen
lung tendine regionale.
- Analiza i interpretarea rezultatelor msurtorile
topo-batimetrice efectuate n anii
2009 i 2011 la acumularea Zigoneni, date necesare pentru
realizarea modelului
propus.
-
34
- Realizarea unui studiu de caz pentru problematica abordat n
teza de doctorat, care
prezint modalitatea de evaluare a colmatrii unui lac de
acumulare. Acest studiu de
caz se refer la acumularea Zigoneni de pe rul Arge.
- Elaborarea unui calcul tehnico-economic, privind decolmatarea
parial a lacului de
acumulare Zigoneni, realizat n conformitate cu legislaia actual,
al crui rezultat
poate conduce deasemenea la luarea unor decizii, cu privire la
exploatarea durabil a
amenajrii.
- Alegerea metodei dragrii, n vederea decolmatrii pariale a
acumularii. Punerea n
aplicare a acestei metode, presupune durat redus petru obinerea
obiectivului
propus, costuri mici, fr afectarea principalei folosine a
lacului de acumulare i
anume producerea de energie electric.
7.3. Direcii de cercetare pentru viitor
Domeniul n care a fost elaborat lucrarea de doctorat este de
mare actualitate i
reprezint o problem major n domeniul gospodriilor de ap, astfel
nct ofer multe
posibiliti cercetrilor ulterioare.
Direciile de cercetare pentru viitor legate de colmatarea i
decolmatarea lacurilor de
acumulare se pot grupa astfel:
- elaboararea de planuri i msuri preventive apariiei
colmatrii;
- stabilirea unor msuri de atenuare a fenomenului colmatrii;
- gsirea unor metode de prognoz a colmatrii, necesare att n
proiectare ct i n
exploatarea lacurilor de acumulare
- ntocmirea unor metodologii de evaluare a consecinelor negative
produse de
colmatare
- realizarea unei baze de date privind stadiul actual al
fenomenului colmatrii;
- dezvoltarea de metode de msurare a volumelor colmatate;
- evaluarea metodelor curative n vederea stabilirii soluiei
optime pentru decolmatare;
- realizarea de studii privind impactul asupra mediului;
- dezvoltarea continu a cooperrii autoritilor implicate n
gestiunea amenajrilor de
ap.
BIBLIOGRAFIE SELECTIV
[1] Aman, I. D. Efectul colmatrii lacurilor de acumulare asupra
tranzitrii viiturilor,
Tez de doctorat, Facultatea de Hidrotehnic, UTCB, Bucureti,
2007
[4] Constantinescu, A., Grigorescu, S.D., Constantinescu D.C.,
Ionescu I., Msurarea
adncimii apei n bazinele de acumulare, utiliznd metode
batimetrice, U.P.B.,
Workshop: Tehnici decizionale inteligente, Editura Nou, 2006
[5] Constantinescu, A., Constantinescu, D.P., Constantinescu,
D.C., Analiza erorilor i
interpolarea datelor n batimetria lacurilor de baraj,
Tehnologiile Energiei nr. 2/2007
-
35
[10] Dumitru, A., Constantinescu, A., Constantinescu, D.C.,
Tehnici de msurare a
adncimii apei, Buletinul tehnico-tiinific al Icemenerg, Editura
ICEMENERG, 2006
[14] Giurma, I. Colmatarea lacurilor de acumulare, Editura
*H*G*A*, Bucureti,1997
[17] Grudnicky, F., Ciornei, I,. Amenajarea bazinelor
hidrografice toreniale prin
lucrri specifice, partea a III-a Lucrri hidrotehnice de
amenajare a bazinelor
hidrografice toreniale, suport de curs Universitatea tefan cel
Mare-Facultatea de
Silvicultur,2007
[20] Ichim, I., Radoane, M., Efectul barajelor n dinamica
reliefului. Editura Academiei,
Bucureti, 1986
[21] Ilina C., Popovici A. Documentantaie documentaie privind
regulamentul de
exploatare al acumulrii Zigoneni pe rul Arge, n vederea obinerii
autorizaiei de
gospodrirea apelor, Bucureti, 2011
[22] Ionescu, I, Grigorescu, S. D., Constantinescu, D.,
Constantinescu, A., Racovian, I.,
Dumitru, A., Constantinescu, M. Metode telematice pentru
determinarea rezervei
strategice de ap din lacurile de acumulare, Editura Icemenerg,
2005
[23] Ionescu I.,Racovian, I., Determinarea rezervei strategice
de ap din lacurile de
acumulare prin metode telematice i analiza gradului de
colmatare, contract
Icemenerg nr.5546/2005
[28] Luca, B. A., Luca, V. O., Haegan, L. V. - Hidraulic
special. Noiuni teoretice i
aplicaii, Editura Printech,Bucureti, 2008
[30] Luca, O.,Tatu, G., Petrescu V. Hidrodinamica cursurilor de
ap, Editura.UTCB,
1998
[31] Luca, O., B. A. Luca Hidraulica Construciilor, Editura
Orizonturi Universitare,
Timisoara, 2002
[32] Lungu, A. - Curgeri bifazice n sisteme hidraulice cu
suprafa liber, Tez de
doctorat, Facultatea de Hidrotehnic, UTCB, Bucureti, 2007
[47] Predescu Teodora C. Cercetari asupra proceselor aluvionare
in albii naturale i
amenajate Teza de doctorat, UTCB, Bucuresti 1998
[50] Rdoane, M Tendine n dinamica actual a albiilor minore ale
rurilor din
Romania -Raport de cercetare Grant A448, Revista de Politica
tiinei i
Scientometrie, Numr special, Bucureti 2005
[51] Rdoane, M., Rdoane, N., Impactul construciilor hidrotehnice
asupra dinamicii
reliefului, Riscuri i catastrofe, Cluj, 2003
-
36
[53] Popovici, G., Codreanu, M.,Dnu, M., Taus, M., Amenajarea
hidrotehnic a
formaiunilor toreniale, Editura Bren, Bucureti, 2008
[57] Stematiu, D., Amenajri hidroenergetice, Editura Conspres,
Bucureti, 2008
[59] Tatu, G. Sisteme hidraulice n regim tranzitoriu, Editura
Conspress,UTCB,
Bucureti, 1995
[60] Vanoni, V, A., Sedimentation Engineering, Editura ASCE,USA
2006
[61] *** I.T.I Istruciuni Tehnice interne S.H Curtea de Arge CHE
Zigoneni, partea
de constructii i echipament hidromecanice, 2012.
[62] *** I.T.I Istruciuni Tehnice interne S.H Curtea de Arge
CHEMP Sinaia 0,
Instalaii i construcii hidrotehnice, 2013
[63] *** Hotrrea nr. 28 din 9 ianuarie 2008 privind aprobarea
coninutului-cadru al
documentaiei tehnico-economice aferente investiiilor publice,
precum i a structurii
i metodologiei de elaborare a devizului general pentru obiective
de investiii i
lucrri de intervenii publicat n Monitorul Oficial nr. 48 din 22
ianuarie 2008
[64] *** Ordinul nr. 863 din 02/07/2008 pentru aprobarea
"Instruciunilor de aplicare a
unor prevederi din Hotrrea Guvernului nr. 28/2008, privind
aprobarea
coninutului-cadrual documentaiei tehnico-economice aferente
investiiilor publice,
precum i a structurii i metodologiei de elaborare a devizului
general pentru
obiective de investiii i lucrri de intervenii.
[65] *** Raport de exploatare S.H. Curtea de Arge, 2012
[66] *** Situaia gradului de colmatare a acumulrilor
administrate de S.C
Hidroelectrica S.A, 2008
[67] *** Studiu privind debitul solid i granulometria
aluviunilor rului Arge amonte
Oieti pn la Vidraru Laboratorul de cercetri Stejaru, Suceva,
contract 178/1992
[68] Studiu privind condiiile de explatare n siguran a
amenajrilor hidroenergetice,
funcie de gradul de colmatare al acumulrilor Institutul de
studii i proiectri
hidroenegetice, contract 4966/4820/2001
[69] *** US army corps of engineers - HEC-RAS, River analysis
system users manual,
2009
[70] www.widocdeviz.ro
http://www.widocdeviz.ro/