Scheme de amenajari hidrotehnice

Scheme de amenajari hidrotehnice

Orice cantitate de apa aflata deasupra unui anumit nivel. reprezinta o sursa de energie hidraulica. In natura diferenta de nivel poate exista intre doua sectiuni succesive ale unui curs de apa, la o cascada, intre doua rauri situate la cote diferite. Uneori diferenta de nivel se realizeaza pe cale artificiala, pompand o cantitate de apa de la un nivel inferior la un nivel superior (ex.: rau-lac).

In afara de acestea energia hidraulica mai este disponibila in natura si sub forma oscilatiilor periodice ale maree lor sau sub forma valurilor si curentilor marini. Resursele de energie hidraulica au fost utilizate inca din antichitate in scopul producerii energiei mecanice (mori, irigatii). La inceputul sec XX a fost initiata amenajarea in ritm sustinut a potentialului hidroenergetic.

Tipuri principale de amenajari hidrotehnice

Energia hidraulica naturala este distribuita neuniform da-a lungul unui curs de apa. Ea se

transforma in cea mai mare parte in energie termica pentru invingere rezistentelor pe care le opune patul neregulat al raurilor. Restul se consuma prin actiunea de erodare a versantilor. Scopul AH este de inlatura cat mai mult posibil pierderile de energie si concentrarea caderii disponibile pe sectoare scurte in vederea producerii de energie.

Realizare concentrarii unei caderi este posibila prin mai multe metode:

- prin construire unui baraj care ridica nivelul apei si mareste sectiunea de curgere pe o anumita distanta in amonte;

- prin derivarea apei din albia cursului de apa intr-o aductiune cu panta redusa;

- prin imbinarea metodelor precedente

Tinand seama de posibilitatile de concentrare a caderii se deosebesc trei tipuri principale de

amenajari hidrotehnice: - amenajarea uzina - baraj, cand centrala este dispusa in imediata vecinatate a barajului, caderea realizandu-se doar prin intermediul acestuia;

- amenajari de derivatie, cand centrala este dispusa la capatul aval al unei derivatii si foloseste caderea realizata prin reducerea pantei de curgere prin aceasta derivatie

- amenajari mixte cu baraj si derivatie, cand centrala foloseste caderea obtinuta prin construirea barajului cat si prin aceea a derivatiei. Aceasta schema poate fi realizata in doua variante, cu centrala la zi si cu centrala in subteran.

(Rem: Prin centrala hidroelectrica se intelege constructia care adaposteste vanele de admisie, turbinele, generatoarele, gospodarii anexe, camera de comanda iar prin uzina hidroelectrica se intelege totalitatea elementelor constructive si a echipamentelor care alcatuiesc o amenajare de la captare pana la punctul de restituire a apelor.)

Pentru amenajarile prin pompare se deosebesc trei tipuri principale:

- uzine de pompare pure la care acumularea se realizeaza prin pomparea apei intr-un rezervor superior fara aport natural de debit, - uzine de pompare mixte, la care acumularea prin pompare este combinata cu amenajarea hidroelectrica a unui curs de apa; - statii de pompare pentru captarea si introducerea in schema a debitelor unor cursuri de apa situate la un nivel inferior corespunzator captarii principale.

In orele de consum redus apa este pompata din lacul inferior in cel superior folosindu-se energia generata de centralele termo-elecrtrice; in orele de varf functioneaza ca o centrala obisnuita.

Disciplina care se ocupa cu studiul diferitelor amenajari ale resurselor de apa, al metodelor de combatere a efectelor ei distructive, al constructiilor, echipamentelor si al instalatiilor prin care se realizeaza aceste scopuri, poarta denumirea de hidrotehnica.

Constructiile ingineresti care fac parte integranta din amenajarile hidrotehnice, alaturi de alte

constructii, echipamente si instalatii cu caracter mecanic sau electric. poarta denumirea de constructii hidrotehnice, in raport cu celelalte tipuri de constructii, acestea sunt caracterizate de elementele aratate in continuare.

Actiunea apei asupra constructiilor hidrotehnice

Constructiile hidrotehnice se deosebesc de celelalte constructii ingineresti prin faptul ca sunt

supuse, pe langa actiunile si solicitarile obisnuite, la actiunea apei. Aceasta se manifesta sub forma mecanica, fizico chimica si biologica.

Actiunea mecanica a apei se manifesta sub forma de presiune hidrostatica si de presiune hidro

dinamica. Presiunea hidrostatica este exercitata asupra corpurilor cu care se gaseste in contact apa in repaus. Ea reprezinta in cele mai multe cazuri principala solicitare, marimea ei determinand forma, dimensiunile si alcatuirea unei constructii. Presiunea hidro dinamica este exercitata de apa in miscare asupra elementelor cu care se gaseste in contact. Evaluarea ei este mai dificila, iar efectele ei, mai ales in cazurile in care ea are caracter variabil, mai greu de prevazut si de stapanit. Actiuni dinamice se intalnesc la functionarea stavilelor mobile, a descarcatorilor de ape de diverse tipuri, a disipatorilor de energie, a prizelor de apa, a aductiunilor de diverse tipuri, a camerelor de echilibru, a conductelor si galeriilor fortate, a centralelor, a canalelor si galeriilor de fuga. Apele care se infiltreaza prin corpul si terenul de fundatie al barajelor, valurile, ca si suprapresiunile provocate de undele seismice, exercita de asemenea actiuni dinamice.

Actiunea fizica a apei, mai ales a celei in miscare, se manifesta prin erodarea suprafetelor cu care

vine in contact, prin spalarea si degradarea betoanelor, prin antrenarea particulelor componente ale materialelor necoezive, prin degradarea terenurilor de fundatie. O serie de masuri constructive, uneori destul de costisitoare, vin in intampinarea acestor fenomene, prin marirea durabilitatii betoanelor, prin consolidarea terenurilor sau prin drenarea lor.

Actiunea chimica este exercitata de apele agresive acumulate in lacuri, care parcurg apoi intreaga

schema de amenajare, pana la punctul de restitutie, sau de apele exterioare care isi croiesc drum spre elementele constructive ale ansamblului unei uzine hidroelectrice. Degradarea betonului ca urmare a fenomenelor de coroziune poate fi provocata de diverse substante cum ar fi: apa cu duritate redusa, apa cu bioxid de carbon, saruri de amoniu, saruri de magneziu, solutii de sulfati solubili, solutii de acizi organici, grasimi, uleiuri etc.

Actiunea biologica a apei asupra betonului si asupra altor materiale de constructie, cum ar fi

metalul si lemnul, este exercitata prin intermediul algelor, bacteriilor, ciupercilor si al muschilor. Coroziunea se produce fie din cauza secretiilor lor cu caracter acid, fie din cauza produselor lor de descompunere.

Conditiile de executie

Amenajarile hidrotehnice comporta de obicei cantitati mari de lucrari. Volumele de terasamente si

excavatii se ridica la sute de mii sau milioane de metri cubi, cele de betoane turnate in corpul barajelor de asemenea. Excavatiile si betonarile in subteran pentru galerii si puturi, sau pentru cavernele centralelor, se extind pe zeci de kilometri si comporta sute de mii de metri cubi. in aceeasi masura de extinse sunt lucrarile de terasamente si de captusire cu placi de beton ale canalelor de aductiune si de fuga.

Lucrarile de forare si de injectare a terenurilor de fundatie cu suspensii de ciment, in vederea

consolidarii si impermeabilizarii lor, totalizeaza la o amenajare zeci de mii de metri liniari.

In cazul uzinelor hidroelectrice, echipamentele hidromecanice, mecanice si electrice se ridica la mii sau zeci de mii de tone.

Durata de executie a acestor lucrari fiind in general scurta, de ordinul a citiva ani, ele necesita o mecanizare intensa a lucrarilor de masa si o complexa organizare de santier. O categorie importanta de constructii hidrotehnice se executa in albiile riurilor, in incinte inchise de batardouri. Lucrarile de punere la uscat sunt costisitoare, iar executia fundatiilor cu epuismente este dificila si pretentioasa. Cand debitul riulul depaseste debitul de constructie, admis conventional, apare pericolul inundarii santierului, in aceste conditii lucrarile executate pot fi distruse partial sau total, ca si instalatiile si utilajele care se gasesc in interiorul incintei.

Influenta constructiilor hidrotehnice asupra regiunilor invecinate

In afara de asigurarea folosintelor pentru care au fost executate, constructiile si amenajarile hidrotehnice exercita de multe ori o influenta importanta asupra regiunilor invecinate; astfel, prin constructia barajelor se creeaza lacuri de acumulare care inunda mari suprafete, in afara de faptul ca se pierd intinse terenuri agricole, pasuni, paduri sau alte exploatari, sunt uneori necesare stramutari de sate si orase, de instalatii industriale, de drumuri si cai ferate cu anexele lor.

Remuul provocat prin barare se extinde pe multi kilometri in amonte. Pentru evitarea pagubelor provocate de revarsari se construiesc lucrari de indiguire, sau se exploateaza astfel evacuatorii incit acest pericol sa fie inlaturat. Cel mai edificator exemplu din acest punct de vedere il constituie amenajarea de la Portile de Fier a carei influenta se resimte la o distanta de peste 100 km in amonte.

Odata cu ridicarea nivelului in lacul de acumulare sau de derivatie si in canalele de aductiune sau

de fuga, se modifica regimul apelor subterane din regiune. Acest fenomen are repercusiuni importante asupra aglomerarilor umane si industriale asupra instalatiilor de captare de apa si canalizare, precum si asupra faunei si florei-locale.

O experienta regretabila, care ilustreaza aceasta caracteristica, este catastrofa de la Vaiont -

Italia, produsa in ziua de 9 octombrie 1963. Prin intrarea in functiune in anul 1960 a barajului Vaiont, inalt de 262 m, versantii lacului de acumulare au fost supusi actiunii apei si variatiilor ei de nivel. Mai sensibile la acest fenomen au fost depozitele de pamant si argila care imbracau muntele Toc, situat pe versantul stang. in urina unor ploi puternice, aceste mase, evaluate la peste 200 mii. m3, au alunecat de-a lungul unei intinse suprafete stancoase in lacul de acumulare. Apa din lac a fost impinsa spre versantul drept, deversand apoi peste coronamentul barajului, cu o lama de 200 m inaltime maxima. Unda provocata pe torentul Vaiont si apoi pe valea raului Piave a provocat imense pierderi materiale si umane.

Avariile constructiilor hidrotehnice

Marile baraje retin in lacurile de acumulare cantitati considerabile de apa, de ordinul milioanelor

sau miliardelor de metri cubi. in cazul cedarii partiale sau totale a unui baraj, aceste cantitati se scurg spre aval cu viteze si adancimi mari, distrugand totul in calea lor. Pe langa pagubele materiale se produc de cele mai multe ori si pierderi de vieti omenesti. Refacerea lucrarilor si a bunurilor distruse dureaza multi ani, iar pagubele totalizeaza de cele mai multe ori sume cu mult mai mari decat valoarea constructiei care a cedat.

Prabusirea barajului Malpasset (H = 66 m), construit in sudul Frantei in perioada 1952-1954,

ilustreaza cu prisosinta cele aratate mai sus. Catastrofa s-a produs in seara zilei de 2 decembrie 1959, ca urmare a cresterii bruste a nivelului apei, dupa o perioada de ploi intense. Imediat dupa rupere, ale carei cauze se vor vedea mai departe, a aparut pe vale un val de apa de mica inaltime, urmat de altul mult mai inalt si mai rapid. Pagubele materiale au fost considerabile, iar numarul de morti a depasit cifra de 400.

Distrugeri de baraje pot fi provocate si in timp de razboi, asa cum s-a intamplat cu barajele

Moehne (H = 40 m) si Eder (H = 48 m) din Germania. Atacurile aeriene din 17 mai 1943 au provocat in corpul lor rupturi importante, prin care au deversat apele acumulate cu un debit maxim initial de peste 8500 mc/s. Undele de viitura si stricaciunile s-au manifestat in aval pe distante de zeci de kilometri, in primul caz, pe langa distrugerile de localitati, industrii, drumuri, cai ferate, poduri, instalatii de alimentari cu apa etc., si-au pierdut viata peste 1200 persoane.

Pentru a evita consecintele grave ale avariilor care se produc independent de vointa oamenilor,

sunt necesare masuri care se refera la toate etapele care concura la realizarea unui baraj. Cu atentie

maxima trebuie urmarite si interpretate conditiile geologice, hidrologice si morfologice ale amplasamentelor, dupa cum cu rigurozitate si precizie trebuie conduse calculele si munca de proiectare.

De adaptarile proiectului la teren precum si de calitatea si acurateta executiei depinde comportarea

ulterioara a lucrarii in exploatare si deci siguranta ei. Supravegherea principalilor parametri in exploatare, prin aparate de masura si control, furnizeaza elementele care confirma functionarea normala sau care semnaleaza fenomenele care reclama starea de alarma.

Masuri corespunzatoare trebuie luate si pentru cazul avariilor provocate in mod intentionat, cum

ar fi cele care se produc in timp de razboi, in aceste situatii, studiile de inundabilitate ale teritoriilor din aval, in diverse ipoteze, ca si evaluarea pagubelor care s-ar putea produce, determina in cele din urma amplasamentele diverselor aglomerari sociale si industriale, ca si masurile de protectie ale celor existente.

Avertizarea populatiei si instruirea ei pentru asemenea situatii joaca un rol important in actiunea

de aparare impotriva viiturilor provocate prin distrugerea barajelor.

De avarii mai mult sau mai putin grave nu sunt scutite nici celelalte obiecte componente ale unei

amenajari hidroelectrice. Practica consemneaza numeroase accidente la aductiuni de diverse tipuri, la camere de incarcare, la conducte fortate sau la centrale aeriene si subterane, in afara de pagubele produse direct, numai iesirea din functiune a amenajarii totalizeaza pierderi de energie al caror echivalent eco-nomic este de cele mai multe ori considerabil.

Caracterul original al constructiilor hidrotehnice

In toate etapele de realizare ale unei amenajari hidrotehnice si in special ale unei uzine hidroelectrice, se urmareste inscrierea in conditii optime a amenajarii in cadrul natural.

Studiul conditiilor naturale, geologice, hidrologice si topografice intalneste in permanenta situatii

noi care reclama, pe langa aparatura si utilajele mereu imbunatatite, o metodologie adecvata si o capacitate de interpretare bazata pe o larga experienta.

In activitatea de conceptie si proiectare, elementele fundamentale mereu schimbate ale amplasamentelor conduc la examinarea unor solutii noi, care se impun a fi mai sigure si mai economice decat cele adoptate in trecut. Alegerea solutiei finale se face luand in considerare toate aspectele, printre care, in afara de cel pur economic, un rol important il joaca posibilitatile de executie si de etapizare ale lucrarilor, cheltuielile privind intretinerea si reparatiile, continuitatea si siguranta in exploatare.

Desi intr-un stadiu avansat, metodele de calcul nu reusesc sa rezolve cu rigurozitate toate

problemele care apar. Un aport deosebit in acest domeniu este adus de metodele numerice, care, folosind masini electronice de calcul, au creat noi posibilitati de investigare. Parte integranta din procesul de proiectare fac incercarile pe modele hidraulice si structurale, care completeaza si verifica cu succes rezultatele obtinute prin calcul.

Supravegherea comportarii in exploatare a constructiilor hidrotehnice, prin observatii si

masuratori sistematice, furnizeaza elemente interesante privind starea de efort si deformatie a lucrarilor care uneori nu puteau fi prevazute de la inceput.