C U V Â N T Î N A I N T E

Problemele mediului înconjur tor fac parte din problemele grave ale omenirii i practic, în orice domeniu de activitate, este necesar s se identifice aceste probleme i s se încerce prevenirea, ameliorarea sau chiar rezolvarea total a lor. Amenajarea resurselor de ap în diverse scopuri (hidroenergetic , aliment ri cu ap , iriga ii, piscicultur , agrement etc.) reprezint un domeniu cu largi implica ii în ceea ce prive te impactul i respectiv protec ia mediului. Lucrarea de fa se adreseaz în primul rând studen ilor de la Facultatea de Energetic , specializarea �Ingineria mediului în energetic �, dar poate fi util i altor studen i cu preocup ri în acest domeniu, precum i inginerilor interesa i de problemele amenaj rii resurselor de ap i impactul acestora asupra mediului. Ea este structurat pe 5 (cinci) capitole. Primul dintre acestea trece în revist situa ia resurselor de ap pe plan mondial i în ara noastr , schemele de amenajare hidroenergetic a resurselor de ap i exemplific câteva dintre aceste scheme pentru cursurile de ap din România. Capitolul al doilea trateaz problemele legate de aspectele polu rii apelor. Dup ce trece în revist propriet ile apei pure, se inventariaz interac iile care conduc la propriet ile apelor naturale, sursele de poluare a apelor, materiile poluante i indicatorii de calitate ai apelor. Capitolele 3 i 4 prezint primele uvraje componente ale schemelor de amenajare: barajele i desc rc torii de ape mari. Se face o descriere a principalelor tipuri de baraje, respectiv desc rc tori de ape mari, se arat rolul lor func ional, se prezint o serie de elemente constructive i principalele calcule hidraulice ale acestora. Celelalte uvraje urmeaz a fi prezentate în partea a doua a acestei lucr ri. În sfâr it, în capitolul 5 se arat în ce const impactul asupra mediului înconjur tor provocat de lucr rile de amenajare a resurselor de ap i ce m suri se pot lua pentru ameliorarea efectelor negative ale acestui

impact.

Autorii au dorit s întocmeasc o lucrare riguroas din punct de vedere tiin ific, iar nivelul cuno tin elor necesare este cel normal preg tirii unui inginer. Ea umple unele din golurile existente în ceea ce prive te materialul bibliografic necesar preg tirii studen ilor de la specializ rile �Hidroenergetic � i �Ingineria mediului în energetic �. În încheiere autorii in s mul umeasc în mod deosebit colectivului cu care lucreaz , format din ing. Cr ciun Anca, prep.ing. Corcodel Liana i prep.ing. Dumitran Gabriela, pentru colaborarea perfect i ajutorul nepre uit acordat la editarea pe calculator a lucr rii. De

asemenea colegilor din catedr i referen ilor tiin ifici pentru sugestiile privind forma final a lucr rii. Autorii

C a p i t o l u l 1

RESURSELE DE AP I UTILIZAREA LOR 1.1. Economia apelor i ramurile ei

1.1.1. Apa - factor de mediu i resurs regenerabil .

În procesele vitale de pe p mânt i în activitatea multilateral a omului apa are un rol deosebit, ea reprezentând practic o component esen ial a vie ii.

Aprovizionarea cu ap este vital pentru hr nirea popula iei crescânde a globului, pentru producerea bunurilor materiale i pentru men inerea integrit ii sistemelor naturale de care depinde via a pe p mânt. Considerat mult vreme ca ceva de la sine în eles, apa a devenit în multe zone ale lumii un factor de limitare a cre terii economice i a produc iei alimentare.

De i din punct de vedere cantitativ apa scurs prin fluvii i râuri reprezint doar 0,0002 % din volumul hidrosferei, aceast cantitate de ap a avut întotdeauna un rol imens în via a Terrei, constituind una din bog iile inestimabile ale planetei. Pentru a ilustra rolul pe care apa îl joac în via a Terrei, s amintim c totalitatea resurselor de ap formeaz hidrosfera, una din sferele care alc tuiesc înveli ul geografic.

Fiind una din cele mai comune substan e din natur , apa intr în compozi ia chimic a mineralelor din crusta planetei i din nucleul acesteia. În stare liber ea formeaz apele subterane i umezeala solului în litosfer , oceanele, m rile, lacurile, râurile, ghe arii de calote, pentru ca în atmosfer s o întâlnim sub form de vapori, pic turi de ap i cristale de ghea , iar în biosfer - atât în lumea plantelor, cât i a animalelor - ea s constituie elementul fundamental indispensabil vie ii.

Una din caracteristicile importante ale apei este mi carea, mobilitatea, care îi confer func ia de principal mijloc de leg tur i schimb de substan i energie între sferele planetei.Totalitatea c ilor i formelor de mi care a apei este cunoscut sub denumirea de circuitul apei în natur sau ciclul hidrologic. Acest circuit este general atunci când fenomenul cuprinde

întreaga planet i local când se produce la scar restrâns , un lac pe de-o parte i regiunea înconjur toare pe de alt parte. La baza acestui proces st conversia radia iei solare ca surs de energie, prin care se produce evaporarea apei de la suprafa a oceanului i a uscatului i trecerea ei din stare lichid în stare de vapori în atmosfer . Masele de vapori se deplaseaz la distan e apreciabile, iar în anumite condi ii se condenseaz i revin pe suprafa a Terrei sub form de precipita ii, unde mai mult de jum tate se evapor , iar restul se stocheaz în ghe ari, se infiltreaz în sol sau se scurge prin re eaua hidrografic .

În cadrul acestui fenomen, neuniform atât în spa iu cât i în timp, se pot schematiza dou circuite locale, unul deasupra oceanelor, iar cel lalt deasupra continentelor, precum i un circuit global, care le include i pe cele locale, reprezentat în figura 1.1.

Fig. 1.1. Circuitul apei în natur

Cantit ile medii anuale de ap care particip la aceste circuite sunt evaluate astfel:

- apa evaporat de la suprafa a m rilor i oceanelor Z0 = 449.400 km3/an;

- apa evaporat de la suprafa a continentelor

Zc = 61.500 km3/an; - precipita iile pe suprafa a oceanelor Xo = 411.600 km3/an; - precipita iile pe suprafa a continentelor

Xc = 99.300 km3/an; - cantitatea de ap revenit , prin cursurile de ap , de suprafa i subterane, de pe uscat, înapoi în m ri i oceane Y = 37.800 km3/an. Rela iile de bilan ale circuitului apei în natur sunt

urm toarele: - pentru circuitul oceanelor Z0 = X0 + Y (1.1) - pentru circuitul continental Zc = Xc - Y (1.2) - pentru circuitul global Z0 + Zc = X0 + Xc (1.3)

În virtutea acestui flux ciclic între mare, aer i p mânt, apa

dulce reprezint o surs regenerabil . În condi iile climatice existente pe planeta noastr ,se creeaz

în fiecare an un volum aproximativ de ap dulce, dar, de i pretutindeni ea este legat de existen a unui mare circuit global, variabilitatea i calitatea ei în rândul resurselor sunt determinate de disponibilitatea ei pe plan regional sau local i de modul în care este gospod rit .

În prezent, apele ca i întregul mediu înconjur tor sunt supuse unui impact agresiv generat de dezvoltarea societ ii pe baza unor tehnologii poluante, ca de altfel întreaga activitate uman . De aceea protec ia calit ii apelor a devenit ast zi una din preocup rile majore ale omenirii, de realizarea ei depinzând îns i via a pe planeta noastr . Apa este deci atât materie prim sau factor de produc ie în agricultur , industrie sau în activit ile gospod re ti, cât i mediu natural al unor nenum rate specii de pe ti i plante. Nevoia de a proteja aceste func ii naturale constituie un element de însemn tate esen ial în analiza modului în care o societate î i folose te resursele de ap .

1.1.2. Resursele de ap pe plan mondial i în România

La o prim vedere rezervele de ap de pe globul p mântesc sunt foarte mari. Astfel se apreciaz , 7 , c volumul total al apei existent pe glob este de circa 1.400.000.000 km3 (100%), din care:

- oceanul mondial reprezint 1.362.200.000 km3 (97,3%);

- apa dulce reprezint 37.800.000 km3 (2,7%); La rândul ei apa dulce (100%) este r spândit sub diverse

forme i anume: - apa con inut de ghe ari 29.182.000 km3 (77,2%); - ape subterane 8.467.000 km3 (22,4%); - apa din lacuri i mla tini 132.000 km3 (0,35%); - vapori de ap în atmosfer 15.120 km3 (0,04%); - apa râurilor i fluviilor 3.780 km3 (0,01%).

A a cum se observ , apa râurilor i fluviilor, care prezint cel

mai mare interes pentru economia diferitelor ri, reprezint abia 0,01% din volumul apei dulci de pe glob.

Dac se consider anual circa 10 circuite ale apei în natur , volumul mediu de ap scurs pe râuri i fluvii într-un an ajunge la 37.800 km3, apreciindu-se c în actualele condi ii tehnice i economice pot fi captate i valorificate aproximativ 20.000-30.000 km3/an.

Pentru România se apreciaz urm toarele resurse de ap dulce:

- râuri interioare 37 109 m3/an; - Dun rea la intrarea pe teritoriul României 170 109 m3/an; - ape subterane (4,5 5) 109 m3/an.

Aceste date arat clar c , atât pe plan mondial, cât i în ara noastr , resursele de ap dulce sunt limitate. Totodat trebuie remarcat c aceste resurse sunt repartizate teritorial foarte neuniform, regimul lor de scurgere este foarte variabil în timp, iar calitatea apei nu este satisf c toare.

La nivelul întregului glob, la nivelul fiec rui continent, ca i la cel al fiec rei ri, se pot exemplifica afirma iile de mai sus. Astfel, în tabelul 1.1. se prezint o estimare 1 a bilan ului hidrologic anual la scara continentelor, din care se poate observa diferen a de resurse între diferitele continente, atât în ceea ce prive te volumul precipita iilor, cât i cel al scurgerii totale. De asemenea se observ reparti ia inegal în timp, cu perioade de ape mari, reduse ca interval de timp, dar în care se scurge între 64% i 76% din volumul total. În tabelele 1.2 i 1.3 se arat , de asemenea, pentru diversele continente, care a fost consumul de ap pentru popula ie i respectiv pentru industrie, în anul 1980 i consumul prognozat pentru anul

2000. Din aceste tabele rezult de asemenea diferen e mari între consumurile din diversele regiuni ale globului.

Tabelul 1.4 prezint repartizarea pe diferitele bazine hidrografice din ara noastr a volumelor de ap disponibil în anul mediu. Se observ de asemenea reparti ia inegal a resurselor pe teritoriul României, multe zone fiind foarte s race din acest punct de vedere ( Dobrogea, Câmpia Român , sudul Moldovei).

1.1.3. Utilizarea ra ional a resurselor de ap

Ramura economiei unei ri care are ca obiect totalitatea

m surilor necesare pentru folosirea ra ional a resurselor de ap formeaz economia apelor.

Necesitatea utiliz rii ra ionale a resurselor de ap rezult , a a cum s-a putut deja vedea, dac se iau în considerare urm toarele elemente:

a) caracterul limitat (de i în continu reînnoire datorit circuitului apei în natur ) a resurselor de ap ;

b) distribu ia neuniform în spa iu i timp a acestora; c) posibilit ile relativ limitate pentru transportul apei (din

zone unde aceasta este în exces în zone cu deficit de ap ); d) faptul c regimul de curgere al apei în râuri i fluvii este

influen at cantitativ i calitativ de c tre activitatea omului; e) faptul c apa este o resurs refolosibil atât în lungul unui

curs de ap , cât i în cadrul aceleia i folosin e; f) faptul c apa a devenit în prezent unul din cei mai

importan i factori de mediu. Toate aceste elemente, dezvoltarea ascendent a societ ii,

condi ia necesar de cre tere a nivelului de via a popula iei, impun rezolvarea a tot mai numeroase i mai complexe probleme de gospod rire a apelor.

Gospod rirea apelor reprezint ansamblul de activit i desf urate pentru realizarea urm toarelor scopuri:

1. Satisfacerea necesit ilor de ap ale activit ilor umane în cantitatea i cu calitatea cerut de beneficiari; 2. Combaterea efectelor d un toare ale apelor (exces de umiditate, inunda ii, s r turarea solului, erodarea albiilor, etc.); 3. Protec ia resurselor de ap împotriva polu rii i a epuiz rii lor cantitative.

Aceste scopuri ne arat c gospod rirea apelor este strâns legat de dezvoltarea economic i social i totodat de problemele actuale ale omenirii. Astfel problema alimenta iei, una din cele mai acute probleme ale lumii contemporane, este strâns legat de dezvoltarea agriculturii, deci a iriga iilor i prin aceasta de o judicioas gospod rire a apelor. Problemele energetice, deosebit de actuale, impun utilizarea la maximum a poten ialului hidroenergetic al cursurilor de ap . În sfâr it, problemele polu rii mediului înconjur tor, care reprezint o preocupare major a societ ii contemporane, privesc direct gospod rirea apelor prin aceea c apa este unul din factorii de mediu cei mai amenin a i cu poluarea sau epuizarea. În gospod rirea apelor se denume te folosin de ap orice domeniu de utilizarea a unei surse de ap . În raport cu diferitele utiliz ri (folosin e) ale apei se structureaz i diferitele ramuri ale economiei apelor.

Economia apelor are mai multe ramuri, dintre care mai importante sunt:

- hidroenergetica, care se ocup cu amenajarea cursurilor de ap în scopul valorific rii poten ialului hidroenergetic al acestora;

- transporturile fluviale i maritime pentru oameni i m rfuri; - hidroameliora iile, care au ca scop irigarea i alimentarea cu

ap a terenurilor i centrelor agricole, precum i desecarea zonelor pe care apa este în exces;

- aliment rile cu ap i canalizarea centrelor populate i a zonelor industriale;

- combaterea ac iunii distructive a apelor provocat prin viituri, inunda ii, erodarea albiilor i a malurilor cursurilor de ap , sp larea i degradarea solului fertil;

- folosin e diverse: piscicultur , sport , agrement, sanitare, etc.

Mai trebuie men ionat faptul c , în interesul ob inerii unui randament maxim pentru economia na ional , un curs de ap poate i trebuie s fie folosit în acela i timp în mai multe scopuri, ceea ce este cunoscut sub denumirea de utilizare sau folosin complex . O astfel de utilizare a unui curs de ap presupune:

- s dea posibilitatea utiliz rii concomitente a cursului de ap în mai multe scopuri;

- s nu exclud o asemenea posibilitate pentru viitor;

- s respecte în m sura în care acest lucru este ra ional, folosin ele deja amenajate.

Respectarea acestor condi ii este destul de greu de realizat deoarece: unele folosin e (beneficiari) cer debite uniforme (exemplu aliment rile cu ap industrial sau potabil ), altele cer debite neuniforme (energetica) sau periodice (iriga ii, transporturile de ap ); anumite folosin e consum apa (aliment rile cu ap , iriga iile), iar altele o folosesc f r a-i mic ora cantitatea (energetica, piscicultura, porturile); anumite folosin e folosesc apa f r a-i afecta calit ile (energetica) iar altele o polueaz (industria, alimentarea cu ap a popula iei incluzând canaliz rile). De aceea, un plan de gospod rire complex trebuie s încerce satisfacerea ra ional a cerin elor mai multor beneficiari, iar când acest lucru nu este posibil, s limiteze sau s dea posibilitatea celor mai importante.

Concep ia schemelor de amenajare a resurselor de ap din ara noastr a încercat s in seama de aceste principii. Exemplificarea

modului în care au fost aplicate aceste principii se va face în paragraful 1.3. În lucrarea de fa sunt prezentate în special scheme de

amenaj ri hidroenergetice, cu precizarea c ele con in, ca elemente componente, uvraje care sunt folosite i la amenajarea resurselor de ap pentru alte folosin e (baraje, prize de ap , canale, conducte, etc).

1.2. Energia hidraulic i utilizarea ei

1.2.1. Sursele de energie primar i structura balan ei energetice

Sursele de energie se clasific astfel: - surse de energie conven ionale care cuprind energia

hidraulic , c rbunii, petrolul i gazele naturale; - surse de energie neconven ionale în care se includ lemnele

de foc i al i combustibili vegetali, energia animal i uman , energia eolian , energia solar , etc;

- energia nuclear , cu o foarte mare importan pentru dezvoltarea viitoare a societ ii umane.

În prezent, dezvoltarea societ ii moderne reclam resurse energetice din ce în ce mai bogate, necesitate îndeosebi de ritmul foarte rapid al dezvolt rii industriale.

Consumul de energie a crescut continuu i într-un ritm din ce în ce mai accentuat. Astfel în ultimii 250 de ani omenirea a consumat mai mult energie decât în primii 1750 de ani ai erei noastre, ultima sut de ani fiind caracterizat printr-o cre tere a consumului anual de energie primar de aproximativ 10,5 ori. Totodat în ace ti ultimi 100 de ani, datorit progresului tehnic, a crescut continuu cota resurselor conven ionale în consumul de energie primar , ajungând de la 27,4% la circa 85%, adic de 3,1 ori, consumul din aceste resurse crescând deci de 32,5 ori pe cap de locuitor al globului, consumul anual de resurse primare a crescut în ace ti ultimi 100 de ani de circa 4 ori, iar cel din resurse conven ionale de peste 8 ori.

Referindu-ne la cifre absolute consumul energetic al omenirii a evoluat a a cum se observ din tabelul 1.5. Pentru compararea diferitelor resurse energetice acestea se exprim în echivalent caloric al unui combustibil conven ional, a c rui putere caloric este de 7000 kcal/kg.

Tabelul 1.5.

Anul Consum energie primar 106 t.c.c.

1900 950 1925 1.500 1970 6.650 1975 8.000 1985 9.555 1992 11.485 2000 26.000*

*)prognoz

Se men ioneaz de asemenea c produc ia i consumul de energie primar difer de la ar la ar , fiind neuniform repartizate pe glob. Astfel în tabelul 1.6. se prezint produc ia i consumul de energie primar pe cap de locuitor , în diferite ri ale lumii, în anul 1992, precum i locul ocupat de aceste ri, într-un clasament întocmit din acest punct de vedere de organismele interna ionale de profil. Tabelul 1.6.

Energie primar pe cap locuitor

Kg. comb. conven ional Locul ocupat dup ara Produc ie Consum Produc ie Consum

Canada 14.641 10.965 12 7 Emiratele Arabe Unite

110.094 26.072 1 3

Fran a 2.652 5.434 40 30 Germania 2.837 5.890 39 28 Japonia 862 4.735 67 37 Norvegia 48.069 6.713 5 19 Qatar 93.954 39.576 3 1 România 2.121 2.790 45 66 SUA 8.985 10.737 18 8 Suedia 3.780 6.937 28 17

Tabelul 1.7.

Resursele de energie primar din România (1994)

Total energie din care primar Produc ie Import

Resurse 103t.c.c TJ 103t.c.c TJ 103t.c.c TJ C rbuni 16.476 482.747 11.117 325.728 3.868 113.332 Cocs import 132 3.868 - - 132 3.868 Gaze naturale 26.920 788.756 21.582 632.353 5.338 156.403

i ei 22.293 653.185 9.344 273.779 11.606 340.056 Produse petroliere din import

2.325 68.122 - - 2.325 68.122

Lemne de foc 1.346 39.438 1.328 38.910 - - Al i combustibili 22 645 19 557 3 88 Energie hidroelectric

4.788 140.288 4.788 140.288 - -

Energie electric din import

657 19.250 - - 657 19.250

Energie din surse neconven ionale

33 967 33 967 - -

TOTAL 74.992 2.197.266 48.211 1.412.582 23.929 701.120

La multe din ri se observ diferen a între produc ie i

consum, atât într-un sens, cât i în cel lalt.De asemenea se vede c România

ocup locuri modeste în clasamente, ceea ce reflect pe de o parte s r cia de resurse, iar pe de alta, nivelul de trai destul de sc zut înc al popula iei. De altfel, în ceea ce prive te ara noastr , resursele de energie primar erau evaluate în 1994 a a cum rezult din tabelul 1.7. Tabelul arat totodat i structura balan ei acestor resurse, precum i faptul c aproximativ o treime din resurse provin din import.

Studiul atent al consumului de energie în secolul nostru arat o deplasare important spre consumul de combustibili superiori (lichizi i gazo i), iar în domeniul formelor secundare de energie spre folosirea formei superioare care este energia electric i spre folosirea aburului i apei fierbin i ca purt tor de c ldur . Superioritatea energiei electrice este datorat urm toarelor avantaje, pe care aceast form de energie secundar le prezint fa de celelalte forme primare i secundare de energie:

a) este singura form de energie care poate fi convertit extrem de u or i cu randamente foarte ridicate în oricare din formele de energie necesare în procesele de produc ie i în activitatea casnic a popula iei (c ldur , energie mecanic , energie chimic , lumin ); b) este singura form de energie posibil de folosit într-o serie de utilaje i tehnologii moderne , precum i în procesele de telecomunica ii i ridicare a gradului de confort i cultural al popula iei; c) este, în afar de combustibilii superiori, singura form de energie care poate fi transportat la distan e mari i foarte mari, cu randamente foarte ridicate i care apoi poate fi distribuit la consumatori, spre a fi consumat în receptoare oricât de mari sau oricât de mici, permi ând în acest fel separarea locului de produc ie a energiei de locul de consum. Aceasta d posibilitatea, pe de o parte, a folosirii resurselor

energetice primare netransportabile (hidroenergetice), sau neeconomic transportabile (combustibili inferiori), situate în zonele dep rtate de zonele de consum i, pe de alt parte, a folosirii ei de c tre popula ie. Datorit acestor avantaje energia electric a devenit un factor indispensabil al dezvolt rii economiei tuturor statelor, procesul de electrificare stând la baza acestor dezvolt ri.

În intervalul 1900-1990, consumul mondial de energie electric a crescut de 260 ori, în timp ce consumul de energie primar a

crescut de numai 4,2 ori (iar consumul de energie primar din resurse conven ionale de 5,7 ori).

Tabelul 1.8. prezint produc ia de energie electric în câteva ri ale lumii, în anii 1985 i 1994. Cifrele din acest tabel indic i din acest

punct de vedere diferen ele mari care exist între diferitele regiuni ale globului.

În România produc ia de energie electric , total i pe cap de locuitor, a crescut continuu dup 1950, a a cum se poate vedea din tabelul 1.9. Se observ îns c dup 1990 produc ia de energie a început s scad , ceea ce se explic prin sc derea masiv a consumului în industrie. Tabelul 1.8.

Produc ia de energie electric

Produc ie total 109 kWh/an

Produc ie pe locuitor kWh/an

ARA

1985 1994 1994 SUA 2.568 3.474 13.326 Canada 459 534 18.252 Germania 520 453 5.570 Japonia 672 964 7.717 Federa ia Rus 962 867 5.860 R.P.Chinez 411 904 748 Brazilia 193 251 1.660 Fran a 326 476 8.225 India 170 351 382 Norvegia 103 113 26.270 Marea Britanie 294 332 5.710 Suedia 137 137 15.630

Tabelul 1.9.

Produc ia de energie electric în România

Total energie electric Pe cap locuitor ANUL 106 kWh/an kWh/an.loc.

1950 2.113 130 1960 7.650 416 1965 17.125 904 1970 35.088 1.732 1975 53.721 2.529 1980 67.486 3.040 1985 71.819 3.160 1990 64.309 2.833 1995 59.267 2.610 1997 55.693 2.470

Din cele de mai sus, rezult foarte limpede c problemele complexe pe care le ridic asigurarea necesarului de energie pentru cre terea economic se afl în centrul preocup rilor tuturor statelor lumii, precum i a numeroase organisme na ionale i interna ionale.

În ceea ce prive te resursele energetice primare ale lumii, în anul 1990 se estima c acestea au urm toarea structur : c rbune 27 %, petrol 36,5 %, gaze naturale 17,4 %, energie nuclear 8,7 %, energie hidraulic 10,4 %.

Aceste rezerve de energie sunt îns distribuite neuniform. O serie de ri ca Federa ia Rus , S.U.A., Canada, dispun de resurse însemnate i variate, aceste resurse fiind mai reduse în continentele slab dezvoltate

(America Central i de Sud, Africa, Asia), în care îns i studiile de inventariere sunt r mase în urm .

Estim rile privitoare la rezervele totale de energie, precum i la cererile viitoare, sunt îns destul de nesigure. Analizând durata de acoperire a consumului de c tre fiecare surs primar de energie în parte, se constat c rezervele la cei mai eficien i combustibili, petrolul i gazele naturale, sunt limitate. La nivelurile actuale ale consumatorilor, rezervele exploatabile de gaze naturale ar putea satisface nevoile pentru 45-50 ani,

iar cele de i ei, pentru numai 30-40 de ani. În acela i timp, la actualele tehnologii i cheltuieli de extrac ie, rezervele de c rbuni sunt suficiente pentru aproximativ 190 de ani, în cazul huilea i antracitului, i pentru circa 270 de ani, în cazul lignitului.

Din toate aceste motive, în prezent pe plan interna ional se fac eforturi pentru conservarea rezervelor de i ei i gaze i pentru orientarea consumului spre celelalte surse primare de energie.

În cele ar tate mai sus nu s-a inut seama de energia nuclear , care în prezent ocup o pondere redus în balan a energetic mondial , dar care în viitor va c p ta o pondere din ce în ce mai mare. Dup datele Agen iei Interna ionale pentru Energia Atomic (A.I.E.A.) puterea instalat a centralelor nucleare urmeaz s ating circa 1.300.000 MW în anul 2000, când energia nuclear ar urma s ating o pondere de circa 35 % din balan a energetic mondial .

1.2.2. Formele energiei hidraulice

Energia hidraulic , care constituie o surs de energie practic

inepuizabil , apare în natur sub diferite forme, între care deosebim: - energia poten ial i cinetic a cursurilor de ap ; - energia mareelor din oceane; - energia valurilor i a curen ilor marini; - energia apei ploilor; - energia apei ghe arilor; - energia chimic înmagazinat în ap ; - energia termic înmagazinat în ap .

În prezent exist utiliz ri practice ale energiei cursurilor de ap i a energiei mareelor.

Energia mareelor a fost folosit cu bune rezultate în Fran a i Rusia, unde func ioneaz câte o uzin mareemotric (la Rance, cu o putere instalat de 240 MW, respectiv în golful Kislaia Guba de la Marea Barents). Se inten ioneaz realizarea unor altor asemenea centrale atât în Fran a, cât i în Rusia, de i costul acestor centrale este deocamdat destul de ridicat. Pentru folosirea energiei termice a apei m rilor i oceanelor s-au f cut deocamdat

doar studii în diverse ri (Brazilia, S.U.A., etc.) De asemenea se folose te destul de restrâns for a valurilor sau a curen ilor marini (Japonia, .a.). Folosirea energiei curen ilor de ap a atins un înalt grad de dezvoltare tehnic i economic . Sursa energiei curen ilor de ap o reprezint sursa de energie general pentru globul p mântesc i anume energia solar . -înc lzirea atmosferei = 60 % Energia (din care energia eolian = 2,5 %) solar (100 %) -înc lzirea globului = 40 %

-înc lzirea uscatului = 14,5 % (0,12 % = vegeta ie) - înc lzirea apelor = 25,5 % (0,4 % = cursurile de ap )

A a cum se observ i din schema de mai sus , cota din energia

solar care revine cursurilor de ap este foarte mic , aproximativ 0,4 %. Din aceast energie o parte considerabil se mai pierde pentru:

- învingerea rezisten ei la înaintare (frec ri interne, ocuri interne, frecare cu albia râului);

- deformarea albiei râului; - transportul aluviunilor.

Din hidraulic se cunoa te c energia total specific (a unit ii de greutate) a unui lichid este dat de expresia lui Bernoulli:

E zpg2v2

(1.4.)

Rezult c energia brut disponibil pe un anumit sector 1-2 al unui curs de ap (fig.1.2a) va fi dat de: (1.5.) GE 12b12

Û

în care :

2121

22

21

12 zzppg2

vvÛ (1.6.)

Fig.1.2. Folosirea c derii brute: a) sectorul 1-2 al unui râu; b) cascad ; c) râuri denivelate

Dac se ine seama c la suprafa a liber a apei, în sec iunile 1

i 2, p1 = p2 = pat, iar pe de alt parte se define te c derea brut a sectorului 1-2 ca fiind m rimea:

g2

vvzzH22

21

21b12 (1.7)

atunci rezult : (1.8)

121212 bbb HVHGE La c deri mai mari de 50 m termenii cinetici din expresia (1.7) se pot neglija, îns la c deri mici (îndeosebi pe fluvii) ace ti termeni pot reprezenta o cot parte care nu mai este neglijabil .

Transformarea energiei hidraulice a unui curs de ap în energie electric se face în cadrul amenaj rilor hidroelectrice în dou etape succesive: transformarwea energiei hidraulice (EH) în energie mecanic (EM) prin intermediul turbinelor hidraulice; acestea antreneaz hidrogeneratorii (HG) care transform energia mecanic în energie electric (EE). T HG

EH t EM g EE

În consecin , prin amenajarea unui sector de râu, din cauza pierderilor hidraulice, mecanice i electrice, nu se ob ine întreaga energie disponibil . Astfel randamentul total al unei amenaj ri este:

treth (1.9) în care:

b

rb

b

nh H

hHHH

(1.10)

= c derea brut a sectorului amenajat; bH

rh = suma pierderilor de sarcin hidraulic în întreaga amenajare;

= c derea net a sectorului amenajat; nH = randamentul turbinei care este dat în curbe

caracteristice func ie de putere sau debit; t

e = randamentul generatorului electric dat de asemenea în diagrame func ie de putere i factorul de putere (cos );

= randamentul transformatorului electric. tr

A adar, energia real (net ) care se poate ob ine de pe un sector de râu, rezult a fi: HVEE

1212 bb12

i deci puterea respectiv :

HdtdV

dtdEP

12b12

12

adic W (1.11) HQP

12b12

Dac se ine seama c pentru ap

1CP m/skgf 102 = W 1000 =1kW

m/s;kgf 75 = W 736 = ;1000kgf/mN/m 9810 = 33

rezult imediat:

CP;HQ13,33= HQ75

1000P1212 bb12 (1.12)

kW;HQ9,81= HQ102

1000P1212 bb12 (1.13)

1.2.3. Schemele amenaj rilor hidroelectrice

Scopul amenaj rilor hidroelectrice este de a concentra c derile disponibile i debitele pe sectoare scurte. Exist cazuri când acest lucru este realizat, sau cel pu in favorizat, de anumite condi ii naturale, cum ar fi cazul cascadelor (fig.1.2b), sau cel al unor lacuri sau cursuri de ap învecinate, dar situate la cote diferite (fig.1.2c). În cele mai multe cazuri îns se recurge la mijloace artificiale i din acest punct de vedere exist urm toarele tipuri principale de scheme de amenajare ale unui râu:

a) prin ridicarea local a nivelului apei; acest lucru se realizeaz prin intermediul unui baraj care ridic nivelul apei i m re te sec iunea de scurgere pe o anumit distan în amonte (fig.1.3a.). O astfel de schem de amenajare, la care cl direa centralei este situat lâng baraj, se nume te uzin - baraj. Ea este specific cursurilor inferioare ale râurilor sau fluviilor (zona de es). C derea brut rezult ca diferen a între nivelul din bieful amonte i din bieful aval, dar în rela ia (1.7) termenii cinetici au o pondere important .

b)prin derivarea apei pe un canal de aduc iune cu pant redus , care s asigure condi ii de scurgere mai favorabile i s creeze astfel c derea necesar (fig.1.3b.). O astfel de amenajare se nume te amenajare de deriva ie i ea este specific cursurilor mijlocii ale râurilor, deci în zonele de deal. Din lacul de acumulare apa este deviat pe un canal de deriva ie , cu o pant (iD) mai

mic decât cea natural a râului (ir), traseul canalului fiind aproximativ paralel cu al râului. La cap tul aval al canalului deschis, apa este pus sub presiune într-o camer de înc rcare i apoi dus la cl direa centralei printr-o conduct cu pant foarte mare (for at ), numit conduct for at . Dup turbinare, apa este restituit râului printr-un canal deschis numit canal de fug . C derea brut rezult din rela ia:

DDrrb Li Li H (1.14) i deoarece Lr LD, c derea rezult în special din diferen a celor dou pante

ir>iD c)Printr-o solu ie mixt , cu ridicarea nivelului apei prin barare i

derivare printr-o tuba ie sub presiune (fig.1.4a i 1.4b.); aceste amenaj ri se numesc amenaj ri mixte,în fig.1.4a, fiind reprezentat o amenajare cu cl direa centralei la suprafa , iar în fig.1.4b, o amenajare cu centrala situat în subteran. În cazul acestor scheme, specifice zonelor muntoase, deci cursurilor superioare ale râurilor, barajele sunt mai înalte i realizeaz acumul ri mari. Fig.1.3. Scheme de amenajare hidroenergetic : a) uzina baraj; b) uzina de

deriva ie

Din aceste lacuri apa este prelevat printr-o priz de ap i derivat printr-o tuba ie sub presiune, realizat de obicei prin str pungerea masivului muntos (galerie de aduc iune ). La cap tul aval al acesteia se realizeaz un castel de echilibru , iar apoi apa este condus la cl direa centralei prin conducta for at sau pu ul for at . Dup turbinare apa este restituit râului printr-un canal de fug sau printr-o galerie de fug . C derea brut rezult din aceea i formul (1.14), în care îns ir > iD i de asemenea Lr > LD. În rela ia (1.7) termenii cinetici pot fi neglija i, ponderea important fiind dat de diferen a cotelor z1 i z2. În afara acestor tipuri fundamentale de scheme de amenajare exist i alte posibilit i rezultate din combinarea acestora.

O amenajare hidroelectric se realizeaz cu ajutorul urm toarelor obiecte hidrotehnice (sau uvraje):

- barajul de deriva ie sau acumulare, prev zut cu desc rc tor de ape mari i cu golire de fund;

- priza de ap situat în corpul barajului sau pe versan i; - aduc iunea, în care curgerea se poate face sub presiune (galerii

sau conducte) sau cu nivel liber (canale sau galerii); - castelul de echilibru (în cazul aduc iunilor sub presiune) sau

camera de înc rcare (în cazul canalelor); - casa vanelor; - conducta sau galeria for at ; - cl direa centralei; - canalul sau galeria de fug . Trebuie precizat c nu toate schemele de amenajare con in toate

uvrajele men ionate, în unele cazuri lipsind o parte a acestora. Astfel în cazul uzinelor - baraj lipsesc aduc iunea, castelul de echilibru, casa vanelor, canalul de fug , iar în cazul uzinelor fluviale, cl direa centralei joac i rolul barajului.

De asemenea trebuie men ionat c , în ultimii ani, tendin a general este de a realiza amenaj ri hidroelectrice în care s se prelucreze debite medii ce se ob in prin concentrarea debitelor din mai multe bazine învecinate într-un singur lac de acumulare. Aceasta face ca schema de amenajare s con in i alte uvraje: aduc iuni secundare, capt ri secundare, baraje pe râuri învecinate. Astfel de amenaj ri sunt i cele de la Arge -Vidraru, Lotru, Some , ale c ror scheme vor fi prezentate ulterior.

Instala iile hidromecanice i cele electrice au o importan deosebit în alegerea schemei amenaj rii. Turbinele hidraulice, generatoarele

electrice, vanele, instala iile anexe, sunt specifice fiec rei centrale, în timp ce sta iile de conexiune electric , camerele de comand , transformatoarele electrice sunt echipamente i instala ii care pot fi folosite la mai multe centrale.

Mai trebuie precizat c uvrajele componente ale unei amenaj ri hidroenergetice sunt de regul unicate. Exist tipuri de baraje, prize de ap , canale, galerii sau conducte, dar dimensiunile i caracteristicile lor constructive i func ionale nu se mai pot tipiza. Fiecare amenajare are alte valori ale

parametrilor de baz (c dere brut , debit instalat, tip de turbin etc), în plus fiecare uvraj component al schemei trebuie adaptat reliefului, condi iilor naturale, caracteristicilor geologice ale terenului, .a.m.d.

1.2.4. Alte scheme de amenajare a resurselor de ap

A a cum s-a ar tat, o surs de ap este necesar s fie folosit în beneficiul mai multor utilizatori, adic se impune o folosire complex a acesteia. În paragraful anterior s-au prezentat schemele amenaj rilor hidroenergetice care formeaz de fapt obiectul principal al acestei lucr ri. În bazinul hidrografic al unui râu exist îns i alte folosin e (aliment ri cu ap potabil i industrial , iriga ii, piscicultur , agrement etc), care presupun realizarea unor scheme care s permit prelevarea apei din surs , transportul ei de la surs la beneficiar, restitu ia apei folosite c tre surs i dac este cazul tratarea apei pentru a-i reda caracteristicile necesare din punct de vedere calitativ. Este necesar ca aceste lucr ri s fie realizate într-o gândire unitar pe întregul bazin hidrografic, gândire care s in seama de leg turile i interdependen a dintre lucr rile ce alc tuiesc schema i s asigure o concordan între cerin ele de ap i resursele disponibile.

Pentru realizarea constructiv a acestor scheme se folosesc mai multe tipuri de lucr ri, cum ar fi:

- construc ii pentru captarea apei (baraje, prize, chesoane, drenuri, foraje, pu uri);

- construc ii i instala ii pentru transportul apei (conducte cu nivel liber sau sub presiune, canale, galerii);

- construc ii de înmagazinare a apei (castele de ap , rezervoare); - construc ii i echipamente de pompare a apei (sta ii de pompare

de baz , de repompare i de distribu ie,pompe, vane, stavile,etc);

- construc ii i sta ii de corectare a calit ii apei (decantoare, sta ii de tratare, sta ii de epurare);

- construc ii pentru naviga ie (c i navigabile interioare, ecluze, porturi);

- lucr ri pentru prevenirea efectului distructiv al apelor (regularizarea i consolidarea albiilor, îndiguirilor, corectarea toren ilor, consolidarea pantelor i combaterea alunec rilor de teren, etc).

Lucr rile (uvrajele) care alc tuiesc toate aceste scheme sunt lucr ri de mare amploare,implic costuri mari i au un impact important (din toate punctele de vedere) asupra mediului. De aceea la toate aceste lucr ri trebuie analizat atent impactul acestora asupra mediului, având în vedere transformarea morfologic a ecosistemelor pe care o induc aceste lucr ri. Aspectele acestei analize vor fi reliefate într-un capitol ulterior. Men ion m îns c în aceast lucrare se vor descrie din punct de vedere constructiv, func ional, al calculului hidraulic i par ial static, al impactului asupra mediului înconjur tor, doar uvrajele componente ale schemelor de amenajare hidroenergetic : baraje, desc rc tori de ape mari, prize de ap , deriva ii (conducte, galerii, canale), castele de echilibru, conducte for ate, cl direa centralei. Multe din acestea sunt i elemente componente ale schemelor de gospod rire complex a apelor. Nu vor face obiectul acestei lucr ri uvrajele specifice altor discipline cum ar fi: sta ii de pompare, sta ii de tratare, c i navigabile, ecluze, regularizarea albiilor i toren ilor, vane, stavile etc.

1.3. Poten ialul hidroenergetic al cursurilor de ap

1.3.1.Poten ialul hidroenergetic teoretic, tehnic i economic

Cre terea rapid a consumului de energie i implicit a gradului de utilizare a resurselor hidroenergetice, a pus problema valorific rii optime a resurselor energetice. În acest scop este îns necesar s se cunoasc m rimea i caracteristicile resurselor hidroenergetice disponibile în raport cu celelalte categorii de resurse energetice. Prin inventarierea resurselor hidroenergetice se urm re te determinarea cantit ii de energie care poate fi ob inut , varia ia ei în timp i localizarea ei geografic . Inventarierea resurselor hidroenergetice se efectueaz prin studii pe fiecare curs de ap în parte, pe baza datelor fizico-geografice, tehnice i economice, inând seama de condi iile specifice ale regiunii sau rii respective. Poten ialul hidroenergetic teoretic (sau brut) reprezint totalitatea resurselor de energie natural ale unui bazin, f r s in seama de posibilit ile tehnice i economice de amenajare. El corespunde unei utiliz ri integrale a c derii i a disponibilului de ap al bazinului i unui randament total de 100%. Acest poten ial teoretic include atât poten ialul de suprafa , cât i poten ialul liniar. Poten ialul teoretic de suprafa se refer la apele de la suprafa a p mântului i anume la cele de precipita ii i la cele de scurgere. Poten ialul teoretic de precipita ii Ep, reprezint echivalentul energetic al întregului volum de ap rezultat din precipita iile ce cad pe o anumit suprafa : Ep = 2,725 h S H0 kWh/an unde:

h- reprezint în l imea medie a precipita iilor, în mm/an; S- m rimea suprafe ei, în km2; H0- altitudinea medie a suprafe ei, fa de nivelul m rii, sau

fa de alt reper, în m.

Dac se ine seama c numai o parte din precipita ii se scurg la suprafa a bazinului, restul pierzându-se prin infiltra ii, evapora ie, evapotranspira ie, se ob ine poten ialul teoretic al apelor de scurgere: kWh/an (1.15) 0sc HhS2,725Eîn care - coeficient de scurgere. Poten ialul teoretic (brut) liniar al cursurilor de ap reprezint energia (sau puterea) maxim care se poate ob ine pe râul respectiv (sau pe un anumit sector al s u). Pentru un anumit sector al cursului de ap se ob ine: kW (1.16.) ijml H9,81QP

ijij

kWh/an (1.17) ijml HQ86.000E

ijij

Poten ialul teoretic (brut) este o m rime bine precizat care rezult din anumite opera ii de calcul ce nu pot fi altfel interpretate. Din acest punct de vedere el reprezint o m rime inveriabil în timp i independent de condi iile tehnice sau economice. De aceea, de i prezint dezavantajul de a nu fi o m rime fizic real , poten ialul hidroenergetic teoretic este folosit pentru studii comparative. Poten ialul hidroenergetic tehnic reprezint acea parte din poten ialul brut care ar putea fi ob inut prin amenajarea cursului de ap , inând seama de condi iile tehnice ale momentului respectiv. Acest poten ial

se poate determina pe baza elabor rii schemelor de amenajare ale fiec rui curs de ap i se calculeaz inând seama de pierderile care apar în instala iile unei amenaj ri i care se datoreaz urm toarelor cauze principale:

-neutilizarea întregii c deri brute a râului din cauza remuului, varia iei nivelului în lacurile de acumulare, neamenaj rii zonei de izvoare a râului i a altor zone, etc;

-neutilizarea energetic a întregului stoc de ap a râului din cauza devers rilor, pierderilor de ap prin infiltra ii i evapora ie, consumului de ap pentru alte folosin e, a pierderilor de ap de pe suprafa a de bazin cuprins între baraj i central ;

- pierderilor din turbine i generatoare, ca urmare a ciclului de transformare energie hidraulic energie mecanic

energie electric .

Poten ialul tehnic reprezint o m rime mai apropiat de realitate. Deoarece în calcularea lui se ine seama de posibilit ile tehnice, prezint îns dezavantajul de a fi variabil în timp (în func ie de gradul de dezvoltare al tehnicii) i de a putea fi interpretat în mod diferit (în sensul c alegerea schemelor de amenajare, cotelor, distan elor, parametrilor de baz , prezint o mare doz de subiectivitate). Poten ialul hidroenergetic economic amenajabil reprezint acea parte a poten ialului hidroenergetic tehnic amenajabil, care se poate ob ine în condi ii economice. Aceast m rime este cea mai susceptibil de modific ri, fiind influen at de progresul tehnic, restul altor categorii de centrale, dinamica acestora, amplasarea teritorial a surselor de energie primar , condi ii economice ale rii sau regiunii respective. De aceea valoarea acestui poten ial trebuie raportat la o anumit dat , iar evaluarea trebuie reluat periodic.

1.3.2. Metode de calcul i de reprezentare a poten ialului hidroenergetic teoretic brut

Poten ialul hidroenergetic teoretic se calculeaz pe sectoare caracteristice ale fiec rui curs de ap . Pe cursurile de ape mici, sectorizarea se face luând drept limite punctele de confluen cu afluen i, zonele de schimbare a pantei râului, amplasamentele probabile ale uvrajelor amenaj rii. Pe fluviile importante, unde aportul diferi ilor afluen i este neînsemnat, poten ialul teoretic se poate calcula pe sectoare de lungime egal , cuprins între 10 i 100 km.

Pentru un anumit sector de râu, puterea i energia sunt date de rela iile (1.16), respectiv (1.17). De regul , în calcul se folosesc mai multe valori caracteristice ale debitelor: debitul mediu multianual Qm, debitele cu asigurarea de 50% i de 95%, debitele medii ale semestrelor de iarn , respectiv var . Poten ialul calculat pe baza debitului mediu multianual indic valoarea maxim a produc iei de energie care poate fi ob inut pe sectorul de râu respectiv. Deoarece aceast valoare este influen at de valorile extreme ale debitelor, se consider c debitul cu asigurare 50%

permite aprecierea func ion rii normale a uzinei hidroelectrice. Debitul cu asigurarea de 95% d indica ii asupra energiei garantate care poate fi ob inut prin amenajarea sectorului de râu. Poten ialul calculat pe baza debitului mediu de iarn sau de var permite s se aprecieze repartizarea în timpul anului a produc iei de energie hidroelectric .

Rela ia (1.16) se mai poate scrie sub forma:

jiji

l zz2

QQ9,81P

ij kW (1.18.)

în care Qi i Qj sunt valorile debitelor din punctele i i j, capetele sectorului considerat, iar zi i zj sunt cotele fa de un acela i plan de referin (de exemplu nivelul m rii) ale acelora i puncte. Gradul de concentrare al poten ialului teoretic liniar se poate exprima prin poten ialul specific, ob inut prin raportarea poten ialului liniar la lungimea sectorului de referin :

ij

jiji

ij

lij l

zz2

QQ9,81

l

Pp ij

medji

ij i2

QQ9,81p kW/km (1.19)

sau medji

ij i2

QQ86.000e kWh/an.km (1.20)

rela ii în care s-a notat cu imed panta medie a sectorului respectiv. Pe baza rela iilor (1.16) i (1.19), respectiv (1.17) i (1.20), se calculeaz numeric m rimile c utate. Metoda este simpl , dar necesit în unele cazuri un volum mare de calcule. De multe ori se prefer metode grafice de calcul. Dintre acestea mai r spândite sunt urm toarele:

A. Se reprezint pe un grafic, în care în abscis se pune debitul Q, iar în ordonat cota z, punctele i i j care delimiteaz sectorul a c rui poten ial dorim s -l calcul m (fig.1.5) Suprafa a ha urat , cuprins

între dreapta ij i proiec ia ei pe axa ordonatelor, reprezint la o anumit scar chiar poten ialul teoretic c utat, c ci este dat de rela ia:

ijlji

ji Pzz2

QQcS

Acest mod de calcul prezint avantaje deosebite mai ales pentru calculul poten ialului hidroenergetic brut al bazinului unui curs de ap . Spre exemplificare, se consider bazinul de recep ie al unui curs de ap , ca în figura 1.6 i se cere s se calculeze poten ialul teoretic liniar al râului principal i al tuturor afluen ilor s i. Într-o diagram Q - z se reprezint valorile z1, z2.........z8, precum i valorile debitelor Q1, Q2av, Q2am, Q3av, Q3am, Q5am, iar Q4 = 0, Q7 = 0, Q8 = 0 (fig.1.7). Suprafa a închis de axa ordonatelor, linia frânt 1, 2 av, 2 am, 3 av, 3 am, 4 i de orizontala corespunz toare cotei z1, reprezint poten ialul liniar brut al cursului de ap principal. Pentru a determina poten ialul afluen ilor se mut axele z - Q în punctele 2, 3 sau 5, ale diagramei.

Fig.1.5. Calculul grafic al poten ialului hidroenergetic liniar brut

Fig. 1.6. Bazinul de recep ie al unui curs de ap

Metoda prezint urm toarele avantaje:

-permite determinarea poten ialului hidroenergetic brut al întregii re ele a unui bazin;

-permite determinarea rapid a poten ialului unui singur râu; -permite aflarea poten ialului întregii re ele sau a unui anumit

râu, pentru zona situat între dou cote oarecare zn i zn+1 (suprafa a dubl ha urat pe figura 1.7)

B. O alt metod grafic , folosit pentru calculul

poten ialului teoretic de suprafa , este aceea care se bazeaz pe curbele de nivel i pe izoliniile debitelor specifice. Se exemplific aceast metod în figura 1.8. Pe harta bazinului aferent râului se v d trasate atât liniile de nivel (z = constant), cât i liniile de egal debit specific q (l/s km2). Pe o diagram z = z(Q) se traseaz succesiv curbele q = q(z), S = S (z), iar din acestea se deduce curba Q = Q(z), având în vedere c Q = c1 S q, c1 fiind o constant ce ine seama de sc rile diagramelor. Odat trasat curba Q = Q (z), se observ c împreun cu axele de coordonate ea închide o suprafa , care reprezint , la o anumit scar , chiar poten ialul c utat. În adev r aceast suprafa este dat de:

P = z d Qc 2

În afara acestor dou metode, exist numeroase alte metode grafice sau numerice pentru calculul poten ialului hidroenergetic, precum i formule de calcul aproximativ.

Dup ce s-a calculat, poten ialul hidroenergetic teoretic (brut) trebuie reprezentat pe h r i i grafice. Exist mai multe sisteme de reprezentare grafic , care încearc fiecare s fie cât mai sugestive:

a) reprezentarea prin linii paralele. Pe harta bazinului se traseaz o serie de linii, paralele cu sectoarele de râu, care potrivit unei legende stabilite, indic valoarea poten ialului hidroenergetic teoretic liniar specific (figura 1.9);

Fig. 1.9. Reprezentarea poten ialului hidroenergetic prin linii paralele

b) reprezentarea prin benzi, se face prin trasaarea în

lungul cursului de ap , a unor benzi ha urate, a c ror l ime este

propor ional , la o anumit scar , cu valoarea poten ialului liniar specific pe sectorul respectiv (figura 1.10);

Fig.1.10.Reprezentarea poten ialului hidroenergetic prin benzi ha urate

c) reprezentarea poten ialului teoretic de suprafa prin izolinii de egal valoare a poten ialului specific (figura 1.11);

d) în anumite publica ii documentare (apar inând de

regul unor organiza ii interna ionale sau de specialitate), pentru studii de perspectiv sau studii comparative, se obi nuie te s se reprezinte valoarea

Fig. 1.11. Reprezentarea poten ialului hidroenergetic de suprafa prin izolinii p= constant

poten ialului brut prin figuri geometrice, a c ror suprafa este propor ional cu valoarea poten ialului. Se folosesc foarte des p trate sau cercuri. Pe figura respectiv se poate ha ura o suprafa care reprezint de exemplu poten ialul hidroenergetic tehnic amenajabil (figura 1.12)

Fig. 1.12. Reprezentarea poten ialului hidroenergetic prin figuri geometrice

e) cea mai complex reprezentare grafic o formeaz îns cea

f cut în a a numita caracteristic cadastral sau cadastrul hidroenergetic. Aceast reprezentare grafic (exemplificat în fig.1.13) con ine urm toarele curbe, care caracterizeazx bazinul râului respectiv:

- profilul în lung al râului z = z(L); - suprafa a bazinului func ie de lungimea râului S = S(L); - varia ia debitului total în lungul râului Q = Q(L); - varia ia debitului specific q = q(L); - varia ia poten ialului specific p = p(L).

De asemenea pe grafic se mai indic lungimea în kilometri, panta medie a fiec rui sector al râului i (�) i cotele z (în mdM) ale punctelor care delimiteaz fiecare sector. Printr-un cerc, ha urat sau înegrit pe jum tate, se indic punctele în care râul prime te afluen i i de pe care parte a sa vin ace tia (dreapta sau stânga).

ïòíòíò Poten ialul hidroenergetic al rii noastre i al altor ri

Evaluarea resurselor hidroenergetice se poate face destul de greu, din cauza diversit ii metodelor de calcul i a gradului diferit de cunoa tere a datelor hidrologice de baz . Pe baza unor date mai exacte asupra debitelor i c derilor cursurilor de ap , se apreciaz în ultimul timp 7 , c poten ialul teoretic liniar mondial este repartizat conform datelor din

tabelul 1.10. Tabelul 1.10

Continentul Suprafa a Poten ialul teoretic 106km2 MW % kW/km2

Africa 30,4 720.000 19 23,7 America de Nord 20,4 700.000 18,5 34,3 America de Sud 18,2 620.000 16 34,1 Asia 44,7 1.330.000 35 29,8 Australia 7,6 170.000 4,5 22,4 Europa 9,8 240.000 6,5 24,5 Regiunile polare 12,4 (20.000) (0,5) - Total mondial 143,5 3.800.000 100 26,2

Se observ c se consider valoarea poten ialului teoretic

liniar mondial ca fiind de aproximativ 3.800.000 MW, la care corespunde o produc ie anual de energie electric de circa 36.000 TWh/an, aceste cifre reprezentând ni te limite superioare. Poten ialul teoretic amenajabil, este evaluat la circa 15.000 TWh/an, deci la aproximativ 45% din poten ialul teoretic liniar. Poten ialul economic amenajabil (sau echipabil) se apreciaz la 9.800 TWh/an, adic la 27%. Din poten ialul tehnic amenajabil, în anul 1990 era exploatat numai 14%, în curs de amenajare 3,2%, iar în curs de proiectare 7,4% 47 .

Men ion m c în timp exist o tendin de cre tere a valorii poten ialului hidroenergetic teoretic i amenajabil. Aceasta pe de o parte datorit preciz rii datelor de baz , hidrologice i topografice, iar pe de alt parte progreselor tehnicii în general i în domeniul amenaj rii uzinelor hidroelectrice în special, ceea ce a creat condi ii pentru folosirea unui poten ial considerat înainte ca neeconomic sau de neutilizat. Un astfel de exemplu îl constituie Federa ia Rus (fosta URSS) al c rui poten ial teoretic era evaluat în 1916 la 170 TWh/an, în 1934 la 2.452 TWh/an (647 râuri), în 1960 la 3.000 TWh/an (1.477 râuri), iar în 1961 la 3.300 TWh/an (4.500 râuri), din care tehnic amenajabil 2.100 TWh/an, iar economic amenajabil 1.100 TWh/an. În prezent poten ialul hidroenergetic teoretic al acestei ri este apreciat la 4.000 TWh/an. Cazuri asem n toare prezint Canada, Japonia, Argentina. În alte cazuri, datorit conjuncturii economice la un moment dat, m rimea poten ialului hidroenergetic economic amenajabil se poate reduce. Astfel în Elve ia în 1964, poten ialul economic amenajabil era apreciat la 38-40 TWh/an. Scumpirea lucr rilor hidrotehnice i ieftinirea costului centralelor termoelectrice i nucleare, a f cut ca în 1965 poten ialul economic amenajabil s fie apreciat doar la 32-33 TWh/an.

În ceea ce prive te reparti ia teritorial se observ c Africa, considerat mult timp drept continentul cel mai bogat în resurse hidroenergetice, nu de ine întâietatea, Asia având un poten ial de aproape dou ori mai mare, iar în ceea ce prive te poten ialul specific (kWh/km2) Africa prezint o valoare mai redus chiar decât media mondial . În tabelul 1.11. sunt date valorile poten ialului teoretic al apelor de scurgere i al celui economic amenajabil în câteva ri europene, calculat fa de nivelul m rii. A a cum se observ din acest tabel, se poate aprecia c poten ialul economic amenajabil reprezint cam 15 - 40 % din poten ialul teoretic al apelor de scurgere. În ceea ce prive te poten ialul hidroenergetic al rii noastre, trebuie spus c în trecut n-au existat decât preocup ri sporadice pentru inventarierea i amenajarea acestuia, ca urmare a eforturilor unor speciali ti entuzia ti printre care D.Leonida, D. Pavel, C.Mateescu, G. Vasilescu, C. Dinculescu, I.Vladimirescu. Într-o lucrare publicat în 1933 43 , poten ialul României era evaluat la 6.000 MW, cu o produc ie anual de energie de 36 TWh, ce urma a fi ob inut prin realizarea a 567 de uzine hidroelectrice.

Tabelul 1.11

Poten ialul teoretic Poten ialul economic amenajat

ara

TWh/an GWh/km2 TWh/an %din cel teoretic

Austria 152,5 1,820 44,0 28,9 Cehoslovacia 39,3 0,308 7,0 17,8 Elve ia 179,0 4,500 33,0 18,4 Finlanda 46,0 0,138 18,5 40,0 Fran a 314,0 0,571 68,0 21,6 Italia 340,9 1,130 50,0 14,7 Norvegia 556,0 1,715 104,5 18,8 Polonia 31,9 0,103 6,0 18,8 România 90,0 0,379 24,0 26,7 Suedia 196,1 0,436 100,0 51,0 Federa ia Rus 4000,0 0,219 1.100,0 28,0

Dup 1945-50 s-a realizat o inventariere i apoi amenajare

sistematic a poten ialului hidroenergetic al cursurilor de ap din ara

noastr . În acest scop s-au înfiin at sute de sta iuni hidrometrice, s-au efectuat nivelmente i profile în lung pe circa 25.000 km de râuri, s-au elaborat scheme de amenajare pentru toate sectoarele cu un poten ial liniar specific mai mare de 300 kW/km, s-au efectuat numeroase studii de teren geologice, topografice i hidrologice.

A a cum s-a mai men ionat, resursele de ap datorate râurilor interioare sunt evaluate la aproximativ 37 miliarde m3/an, dar în regim neamenajat se poate conta numai pe aproximativ 19 milioane m3/an, din cauza fluctua iilor de debite ale râurilor. Aportul anual al Dun rii, la intrarea în ara noastr , este în medie de 170 miliarde m3/an (de peste 4 ori mai mult decât toate râurile interioare), dar România poate beneficia numai de o cot parte din acest stoc.

Resursele de ap din interiorul rii se caracterizeaz printr-o mare variabilitate, atât în spa iu, cât i în timp. Astfel, zone mari i importante, cum ar fi Câmpia Român , podi ul Moldovei i Dobrogea, sunt s race în ap . De asemenea apar varia ii mari în timp a debitelor, atât în cursul unui an, cât i de la an la an. În lunile de prim var (martie-iunie) se scurge peste 50% din stocul anual, atingându-se debite maxime de sute de ori mai mari decât cele minime. Toate acestea impun concluzia necesit ii realiz rii compens rii debitelor cu ajutorul acumul rilor artificiale.

În ceea ce prive te poten ialul hidroenergetic al rii noastre se apreciaz c poten ialul teoretic al precipita iilor este de circa 230 TWh/an, poten ialul teoretic al apelor de scurgere de aproximativ 90 TWh/an, iar poten ialul teoretic liniar al cursurilor de ap este de 70 TWh/an. În tabelul 1.12 se indic valorile poten ialului hidroenergetic de precipita ii Ep, de scurgere, teoretic liniar considerat la debitul mediu i tehnic amenajabil, pentru câteva din bazinele cursurilor de ap mai importante din ara noastr 10 .

Se observ c poten ialul teoretic liniar mediu al râurilor rii, inclusiv partea ce revine României din poten ialul Dun rii,se ridic la

70 TWh/an, din care poten ialul tehnic amenajabil reprezint 36 TWh/an (2/3 dat de râurile interioare i 1/3 de Dun re).

Tabelul 1.12 Poten ial hidroenergetic

De precipit.

De scurgere Teoretic Tehnic Bazinul

Suprafa a

km2

GWh/an GWh/an % Ep TWh/an TWh/an

Some 18.740 23.000 9.000 39 4,20 2,20 Cri uri 13.085 10.500 4.500 43 2,50 0,90 Mure 27.842 41.000 17.100 42 9,50 4,30 Jiu 10.544 13.000 6.300 48 3,15 0,90 Olt 24.507 34.500 13.300 38 8,25 5,00 Arge 12.424 12.500 5.000 40 3,10 1,60 Ialomi a 10.817 8.500 3.300 39 2,20 0,75 Siret 44.993 44.500 16.700 37 11,10 5,50 Total râuri interioare

237.500

230.000

90.000

39

51,50

24,00

Dun re - - - - 18,50 12,00 Total România

237.500

230.000

90.000

39

70,00

36,00

Evalu ri de ultim moment, 17 , arat un poten ial tehnic

amenajabil de circa 40 TWh/an, din care: - cursuri de ap interioare 25 TWh/an; - Dun rea, cota României 11,5 TWh/an; - micropoten ial 3,5 TWh/an. Valorile caracteristice ale diferitelor categorii de poten ial

hidroenergetic arat c o serie de bazine hidrografice, cum ar fi Siretul (care include i râul Bistri a), Oltul, Arge ul, Mure ul, prezint un poten ial însemnat, condi ii favorabile de amenajare întâlnindu-se pe mai multe râuri, cum ar fi Bistri a, Arge ul, Lotru, Sebe ul, Some ul, Râul Mare, Oltul, Siretul, .a.

Mai trebuie men ionat c regimul hidrologic al râurilor interioare variaz în limite destul de largi, lucru reflectat în varia ia însemnat a poten ialului hidroenergetic la debitul cu asigurarea 95 % (între 0,13 TWh/an pe Jiu i 0,38 TWh/an pe Dun re), ceea ce impune concluzia c este necesar s se realizeze lacuri de acumulare importante, în dorin a uniformiz rii debitelor.

1.3.4. Dezvoltarea energeticii i hidroenergeticii în România

Înainte de 1950, utilizarea poten ialului hidroenergetic a fost cu totul insuficient i oarecum sporadic . Printre primele amenaj ri se pot cita U.H.E. Bucure ti, construit în 1890 pe Dâmbovi a, sau U.H.E. Sadu I, construit în 1896 pe râul Sadu Sibiu. A a cum se observ din tabelul 1.13, în care sunt ar tate câteva din uzinele mai importante construite înainte de 1944, cea mai mare putere instalat o avea U.H.E. Dobre ti, construit pe râul Ialomi a între 1928 - 1930. Tabelul 1.13

Uzina Puterea kW

Anii construc iei

Bucure ti 530 1890 Sadu-Sibiu I 1.050 1895-1896 Sinaia 1.000 1898-1900 Grebla 6.150 1901-1904 Some ul Rece 2.000 1904-1906 Sadu-Sibiu II 1.950 1905-1907 Timi oara 1.155 1908-1910 Târgu Mure 1.200 1913-1914 Dobre ti 16.000 1928-1930 Sadu-Gorj 1.620 1938-1940

La nivelul anului 1944 puterea total instalat în uzinele hidroelectrice era de circa 55.000 kW, divizat în nu mai pu in de 128 de uzine. Nici una din aceste uzine nu dispunea de un lac de acumulare mai important, toate fiind concepute s func ioneze pe firul apei sau, cel mult, cu regularizare zilnic -s pt mânal , concepute s alimenteze centre mici de consum, izolate. În anul 1938 puterea total instalat în ar era de 500.000 kW, cu o produc ie de energie de 1,13 TWh/an, ceea ce revenea la 72 kWh/an locuitor.

Dezvoltarea economiei na ionale dup 1950, a impus o puternic campanie de electrificare a rii. Astfel în perioada 1950-1985

produc ia de energie electric a crescut foarte rapid, ritmul ei de cre tere fiind unul din cele mai ridicate pe plan mondial (tabelul 1.14 i 1.15). La nivelul anului 1990 puterea total instalat a atins 22.479 MW, cu o produc ie de energie de 64.309 GWh/an, adic de circa 30 de ori mai mult ca în 1950.

Trebuie remarcat aten ia deosebit acordat gospod ririi ra ionale i valorific rii maxime a surselor de energie primar ale rii. S-a urm rit utilizarea combustibililor inferiori (lignit) pentru producerea de energie electric . De asemenea s-a dezvoltat intens producerea combinat de energie electric i c ldur , în centrale mari de termoficare industrial i urban , pentru a economisi combustibilul. Ritmul rapid de dezvoltare a produc iei de energie electric a impus realizarea de centrale termoelectrice cu putere din ce în ce mai mare, echipate cu agregate tot mai puternice, cu parametrii aburului ridica i.

În paralel s-a dezvoltat i construc ia liniilor electrice de înalt tensiune. Sistemele energetice locale s-au interconectat treptat, astfel c în 1959 s-a putut constitui sistemul energetic na ional. În 1963, prin construc ia liniei de 400 kV Ludu -Mukacevo, sistemul energetic al României s-a interconectat cu sistemele energetice ale rilor învecinate, ceea ce a condus la o cre tere continu a schimburilor de energie. În domeniul hidroenergetic plecând de la o situa ie de loc roz privind utilizarea poten ialului hidroenergetic (în 1950 produc ia de energie electric în hidrocentrale era de 169 milioane kWh/an, ceea ce reprezint 0,46 % din poten ialul tehnic amenajabil) s-a ajuns ca în 1995 s se produc în centrale hidroelectrice 16.694 milioane kWh/an, adic 43,9 % din poten ialul amintit. Evolu ia gradului de valorificare este prezentat sugestiv în tabelul 1.13 i în figura 1.14

Trebuie men ionat c aceast dezvoltare nu s-a f cut haotic, ci urm rind o serie de criterii tiin ific fundamentate,care au permis totodat o îmbun t ire i a altor parametri ai amenaj rilor hidroelectrice. Astfel,în aceea i perioad , a crescut continuu puterea instalat în centralele hidroelectrice, a a cum rezult din tabelul 1.14 i totodat ponderea ei fa de puterea total instalat în sistemul energetic. Fa de 60 MW instala i în uzine hidroelectrice în 1950 (8,1% pondere),în 1970 erau instala i peste 1200 MW (16,3%), 1985 deja 4421 MW (22,6%) i 6011 MW (27%) la sfâr itul anului 1995. Odat cu dinamica remarcabil a acestei dezvolt ri (în 1995 puterea instalat în CHE a crescut de 100 ori fa de 1950) se

remarc îmbun t irea calitativ a acestor realiz ri în sensul cre terii puterii instalate în fiecare central i pe fiecare grup în parte, grupurile cu puteri mari având randamente mai ridicate. În prezent cca 85% din puterea instalat în uzine hidroelectrice este cuprins în centrale cu puteri mai mari de 50 MW. Puterea unitar a agregatelor a crescut i ea continuu. Fa de puterea celui mai mare agregat existent în ar la începutul anului 1950 de 4 MW, s-au instalat ulterior agregate de 8 MW la UHE Moroieni i Sadu V, de 27,5 MW i 50 MW la UHE Stejaru- Bicaz, 56,5 MW la UHE Arge , 170 MW la UHE Lotru, etc. Grupurile instalate la UHE Por ile de Fier I au o putere unitar de 175 MW i ele erau în 1970 cele mai mari valori ale puterii unei turbine Kaplan realizate pe plan mondial. În ceea ce prive te produc ia de energie electric se poate de asemenea observa u or (tabelul 1.15) ponderea crescând a produc iei uzinelor hidroelectrice care a ajuns s fie în 1995 de 28%. În anul 1997 centralele hidroelectrice au produs 17.422 GWh/an, adic 31,3% din produc ia total a RENEL de 55.693 GWh/an. Valoarea produc iei de energie a centralelor hidroelectrice a crescut deci în 1997 de 103 ori fa de 1950, ponderea din produc ia total de energie electric crescând continuu pân la 31%. În ceea ce prive te produc ia de energie zilnic , în multe situa ii centralele hidorelectrice au acoperit peste 30-35% din consum. Un indice la fel de sugestiv îl reprezint produc ia de energie electric pe cap de locuitor care a crescut continuu pân în 1985. Totu i valoarea atins de acest indicator, chiar pentru întreg sistemul energetic, este înc sub valorile atinse de rile industriale dezvoltate. Cifrele prezentate mai sus sunt sensibil mai mari decât cifrele corespunz toare întregului sistem energetic, indicând ponderea crescând a centralelor hidroelectrice. În concluzie se poate afirma c utilizarea resurselor hidroenergetice a cunoscut în aceast perioad , ritmuri din ce în ce mai înalte, paralel cu cre terea poten ialului economic al rii. În prima perioad de dup 1950, datorit faptului c investi iile necesare pentru realizarea amenaj rilor hidroenergetice, precum i durata de realizare a acestora erau mari, au fost dezvoltate cu prioritate centralele termoelectrice, care au permis acoperirea necesarului de putere i de energie electric , cerute de dezvoltarea economic a rii. Pe m sur ce puterea economiei na ionale a crescut, a devenit posibil realizarea unor importante amenaj ri hidroenergetice, crescând ponderea puterii instalate i a produc iei de energie electric în hidrocentrale a a cum s-a ar tat mai sus.

Intensificarea ritmului de amenajare hidroenergetic a cursurilor de ap a f cut ca pân în prezent s se utilizeze mai mult de o treime din poten ialul hidroenergetic tehnic amenajabil (circa 40%). Cu toate acestea r mâne înc nevalorificat o cot mare din acest poten ial, utilizarea acesteia urmând s se fac în viitor. În încheiere trebuie ar tat c în proiectarea i realizarea acestor amenaj ri hidroenergetice s-au aplicat o serie de concep ii moderne i anume:

- concentrarea debitelor, prin derivarea unor afluen i i cursuri de ap învecinate, în acumul ri mari i concentrarea c derii prin amplasarea centralei în subteran (UHE Arge , Lotru, M ri elu);

- cre terea continu a puterii unitare a agregatelor, ceea ce conduce la ob inerea unor randamente mai ridicate i la reducerea costului lor, cre tere exemplificat mai înainte;

- caracterul complex al amenaj rilor hidroenergetice, acestea deservind un num r mare de consumatori de diverse categorii. Astfel amenaj rile UHE Bicaz i UHE Arge , pe lâng importan a lor energetic , permit i irigarea unor mari suprafe e de teren agricol, alimentarea cu ap a unor importante centre industriale i urbane i protejarea contra viiturilor a unor importante suprafe e arabile. Realizarea UHE Por ile de Fier a permis i îmbun t irea substan ial a naviga iei în zona Dun rii inferioare i

mijlocii. Traficul anual maxim a crescut de la 12 milioane tone la peste 45 milioane tone, în condi ii de naviga ie mult îmbun t ite (adâncimi de peste 3,5 m, au disp rut zonele cu viteze mari sau enal îngust, naviga ie concomitent în ambele sensuri, atât ziua cât i noaptea, mic orarea cheltuielilor de transport, reducerea duratei de trecere prin sector de la 120 ore la 35 ore). În alte situa ii,în care folosin a preponderent este neenergetic , s-a c utat s se utilizeze c derea disponibil prin realizarea unor centrale hidroelectrice de mic putere (Cr inicel - Bârzava, Firiza - baia mare, etc );

- realizarea unor acumul ri importante pe cursul superior sau mijlociu al râurilor interioare a creat condi ii favorabile pentru amenajarea integral a cursurilor de ap în aval, prin construirea de hidrocentrale de c dere mic i mijlocie în cascad , care beneficiaz de debitele regularizate în lacurile de acumulare din amonte (amenajarea integral a râului Bistri a între Bicaz i Bac u, sau a Arge ului între Oie ti i Pite ti).

1.3.5. Exemple de amenaj ri hidroelectrice realizate în ara noastr .

În tabelul 1.16 se prezint o parte din caracteristicile centralelor hidroelectrice realizate în ara noastr în perioada de dup 1944. Tabelul este alc tuit func ie de tipul turbinei utilizate. În tabel puterea este dat pe un agregat, iar debitul instalat este cel total al uzinei. Sunt prezentate i date ale unor uzine care sunt înc în diferite faze de execu ie.

Câteva dintre acestea sunt prezentate mai în detaliu în cele ce urmeaz 10 , 48 . 1.3.5.1. UHE Cr inicel. S-a realizat pe râul Bârzava, în scopul satisfacerii nevoilor de energie electric i ap industrial ale Re i ei. Schema amenaj rii, reprezentat în figura 1.15, este alc tuit dintr-un baraj de anrocamente realizat la Gozna (V liug), care creaz un lac cu un volum util de 10,2 milioane m3, o serie de canale colectoare, pentru derivarea apelor din bazinele Nera i Timi i o conduct metalic cu diametrul de 1,5 m i lungimea de 2.178 m. Utilizarea la maxim a poten ialului hidroenergetic s-a realizat prin amenajarea a trei c deri:

- c derea de 77 m, realizat de barajul Gozna i de deriva ia metalic amintit , prin dou turbine Francis de 1.450 kW fiecare;

- c derea de 475 m realizat de colectorul Semenic (Timi ); - c derea de 345 m dat de colectorul Gozna (Nera).

Aceste dou c deri s-au folosit la o singur turbin Pelton, cu dou rotoare diferite (2,9 MW fiecare), unul pentru c derea Semenic (cu un injector) i cel lalt pentru c derea Gozna (cu dou injectoare). 1.3.5.2. UHE Moroieni (schema din fig.1.16). S-a amenajat pe cursul superior al râului Ialomi a, în aval de UHE Dobre ti, în perioada 1949-1954. Schema const dintr-o captare pe firul apei, care realizeaz un lac de compensare orar de circa 40.000 m3, o galerie de deriva ie sub presiune, lung de 4.763 m i cu diametrul interior de 2 m, dou capt ri secundare pe traseul deriva iei, pentru captarea debitelor afluen ilor Raciul i R teiul, castel de echilibru i conducta for at metalic aerian . Centrala este echpat cu dou turbine Pelton cu ax orizontal, de 8 MW fiecare, prev zut cu câte dou rotoare i dou injectoare. Debitul instalat în uzin este de 8,5 m3/s, iar c derea brut 233 m.

1.3.5.3.UHE Sadu V a fost construit pe râul Sadu în perioada 1950-1955. Cu un baraj în arc (Negovanu), înalt de 62 m, s-a realizat o acumulare cu un volum util de 4,6 milioane m3. Galeria de aduc iune, lung de 5.400 m, cu diametrul de 1,80 m, permite ob inerea unei c deri de 396 m. Pentru cre terea debitelor utilizate sunt realizate o serie de capt ri secundare. Centrala este echipat cu dou turbine Pelton de 7,7 MW fiecare. Ulterior centrala a mai fost dotat cu o turbin Francis, puterea instalat ajungând la 22,5 MW. Schema acestei amenaj ri este prezentat în figura 1.17. 1.3.5.4.UHE Stejaru- Bicaz, a c rui schem de amenajare este dat în figura 1.18, are o putere de 210 MW i o produc ie de energie în anul mediu de 490 milioane kWh, ob inut cu 4 turbine Francis de 27,5 MW i 2 turbine de 50 MW. C derea brut maxim de 149 m este realizat de baraj (94 m) i de deriva ia sub presiune (55m). Barajul, de greutate din beton, având o în l ime maxim constructiv de 127 m, realizeaz un lac de acumulare cu un volum total de 1.230 milioane m3, iar volumul de protec ie contra viiturilor este de 100 milioane m3.

Fig.1.16. Schema de amenajare a râului Ialomi a

Fig. 1.17. Schema de amenajare a UHE Sadu V

Fig.1.18. Schema de amenajare a UHE Stejaru - Bicaz

Fig.1.20. Schema de amenajare a UHE Arge

ïò Ô¿½ Ê·¼®¿®«îò Ю·¦¿ ¼» ¿°¡ íò Þ¿®¿¶«´

Ê·¼®¿®«ìò Ù¿´»®·¿ ¼»

¿¼«½¡·«²»ëò Ý¿­¬»´ ¼»

»½¸·´·¾®«êò Ы¡«´ º±®¿¬ éò Ý»²¬®¿´¿

­«¾¬»®¿²¡è Ы¡«®· ¼»

Cursul râului, între baraj i central , în lungime de 15 km, formeaz o bucl care este t iat printr-o galerie sub presiune de 4.800 m lungime, cu diametrul interior de 7,0 m. Realizarea lacului de la Bicaz a creat condi ii favorabile pentru amenajarea râului Bistri a în aval, pe o lungime de 84 km, pân la Bac u, zon în care s-au construit 12 hidrocentrale (schema din figura 1.19) cu o putere total de 250 MW i o produc ie de energie electric de circa 850 milioane kWh în anul hidrologic mediu. Cascada de 12 hidrocentrale cuprinde apte lacuri compensatoare cu volume utile cuprinse între 5 i 11 milioane m3, care au permis ca ase hidrocentrale s fie amenajate drept centrale de vârf. Din aceste 12 hidrocentrale, dou sunt de tipul baraj (Pâng ra i i Bâtca Doamnei), iar zece sunt prev zute cu canale de deriva ie în lungime total de 66 km. Uzinele Vaduri, Racova, Gârleni, Bac u I i Bac u II au lacuri i deriva ii independente, iar uzinele Roznov I, Roznov II, Z rne ti, Costi a i Buhu i sunt a ezate în cascad pe un singur canal de deriva ie între Piatra Neam i Buhu i. 1.3.5.5.Uzina hidroelectric Arge construit pe râul Arge , în zona Vidraru - C p âneni, are o putere de 220 MW i o produc ie de energie de 400 milioane kWh/an, realizat cu patru turbine Francis de 56,5 MW fiecare. Debitul mediu captat este format din debitul mediu al Arge ului (7,5 m3/s) i din debitele derivate (12,2 m3/s) din bazinele învecinate (Topolog, Vâlsan, Cernat, Râul Doamnei) ob inându-se un debit mediu total utilizabil de 19,7 m3/s. Schema de amenajare a acestei lucr ri (figura 1.20) cuprinde un baraj de beton în arc (Vidraru), înalt de 166 m (volum de beton de 480.000 m3), care creaz o acumulare cu un volum total de 465 milioane m3 (util 320 milioane m3), o galerie de aduc iune lung de 2.130 m i cu diametrul interior de 5,15 m, castel de echilibru cu diafragm , pu for at i cl direa centralei amplasat în subteran. Apa este evacuat printr-o galerie de fug de sec iune circular , cu diametrul de 5,15 m i lungimea 11.900 m. Captarea debitelor din bazinele învecinate s-a f cut cu ajutorul unor prize de suprafa i baraje de mic în l ime, urmate de galerii de aduc iune secundare în lungime total de 28 km. Pentru utilizarea c derilor disponibile (80-100 m) între bazinele Topolog, respectiv Vâlsan i lacul Vidraru, s-au realizat dou centrale mici (Vâlsan i Cump ni a) echipate cu câte un grup de 5 MW. În acela i mod ca la Bicaz, în aval de aceast uzin , pe sectorul Oie ti-Curtea de Arge - Pite ti, s-au realizat 14 hidrocentrale de mic putere (de tip baraj sau cu canale de aduc iune),însumând în total înc

Fig.1.21. Schema de amenajare a râului Arge

175 MW i o produc ie anual de energie de 350 milioane kWh. Schema acestei amenaj ri este redat în figura 1.21. 1.3.5.6.Sistemul hidroenergetic i de naviga ie Por ile de Fier. Aceast amenajare de tip fluvial, realizat în comun de constructorii români i iugoslavi, reprezint prin parametrii s i energetici (putere instalat 2.100 MW, produc ie medie anual de peste 10 TWh) i prin solu iile constructive adoptate, unul din cele mai remarcabile obiective hidroenergetice pe plan mondial. Debitul instalat de 8.610 m3/s, la o c dere de 27,16 m, este turbinat, în fiecare din cele dou centrale de pe fiecare mal,prin câte 6 turbine Kaplan cu ax vertical de 175 MW fiecare. Diametrul rotorului de 9,5 m arat c acestea sunt cele mai mari turbine Kaplan realizate în lume, fiind urmate de turbinele de la UHE John Day pe Colorado (156 MW) i cele de la Volvograd pe Volga (125 MW). Proiectul turbinelor i construc ia a 6 din ele le-au realizat uzinele LMZ Leningrad, 3 turbine au fost construite de c tre uzinele din Re i a, iar 3 de c tre uzinele iugoslave Litostroi. Barajul, de tipul deversor, are o în l ime constructiv de 60 m, o deschidere total de 441 m, realizat în 14 câmpuri deversante cu o l ime de 25 m, separate cu pile de 7 m grosime. Deschiderile deversoare sunt închise de vane plane duble - cârlig (de 25 x 14,3 m2), care ofer posibilit i multiple de manevrare. La o în l ime a lamei deversante de 7,8 m, debitul total evacuat peste baraj este de 13.000 m3/s, restul debitului trecând prin turbine i golirile de fund.

Trebuie ar tat c pa baza observa iilor hidrologice, f cute în zon înc din 1838, care au indicat un debit maxim de 15.900 m3/s i un debit minim de 1.330 m3/s, s-au calculat urm toarele valori caracteristice ale debitelor Dun rii la Por ile de Fier: debit mediu multianual de 5.520 m3/s, debit cu asigurarea 1% de 16.220 m3/s, debit cu asigurarea de 1 � de 18.880 m3/s, iar cel cu asigurarea 0,5 � (o dat la 2.000 de ani) de 21.240 m3/s. Debitul cu asigurarea 1 � poate fi evacuat în condi iile în care dou câmpuri deversoare r mân blocate i func ioneaz 80 % din turbine.

Pe ambele maluri, a a cum se vede din schema prezentat în figura 1.22, se g se te câte o ecluz în dou trepte, fiecare sas având o lungime de 310 m, o l ime de 34 m i o adâncime util de 4,5 m. În amonte i aval se g sesc porturi de a teptare pentru vase, cu lungimea de 600 m i l imea de 100 m. La cap tul amonte al ecluzelor sunt instalate dou por i coborâtoare (una de lucru i alta de revizie) cu dimensiunile 34 x 12,4 m2, la cap tul intermediar o poart coborâtoare de 34 x 15,75 m2, iar

la capul aval câte dou por i buscate cu dimensiunile 34 x 22 m2 (cea de serviciu) i 34 x 12,15 m2 (cea de revizie). Dimensiunile în plan ale sasurilor permit ecluzarea unor convoaie de 9 vase de câte 1.200 t plus remorcherul. Construc ia a început în 1964 i s-a încheiat cu darea total în func iune în 1971.

1.3.5.7.Amenajarea râului Lotru. Râul Lotru, afluent de dreapta al Oltului, are un curs lung de 76 km, bazinul s u versant având o suprafa de 1.024 km2. Schema sa de amenajare urm re te ideea concentr rii debitelor i c derii într-o acumulare principal . În acumularea principal Vidra se concentreaz debitele din bazinul propriu, precum i cele ale unor cursuri de ap din bazinele limitrofe. UHE Lotru, cu o putere de 510 MW i o produc ie de energie de circa 900 milioane kWh/an, reprezint cea mai mare uzin de pe râurile interioare ale rii. Centrala utilizeaz poten ialul hidraulic al râului Lotru i al râurilor învecinate, pe o diferen de nivel de 809 m. Schema de amenajare, reprezentat în figura 1.23, cuprinde:

-firul principal, care amenajeaz c derea sectorului de cataracte al Lotrului între Vidra i Malaia;

-sistemul de capt ri i aduc iuni secundare, care suplimenteaz debitul captat cu 11 m3/s, fa de cei 4,5 m3/s ai cursului principal i asigur 73% din stocul de ap necesar produc iei de energie.

Firul principal cuprinde barajul din anrocamente i argil Vidra, înalt de 121 m, care realizeaz o acumulare total de 340 milioane m3, priza de ap , galeria de aduc iune sub presiune de 13.470 m, castelul de echlibru, casa vanelor, galeria for at lung de 1.320 m, centrala subteran echipat cu trei grupuri Pelton de 170 MW fiecare, galeria de fug lung de 6.500 m i instala iile anexe. Sistemul aduc iunilor secundare cuprinde re eaua gravita ional , prin care se aduc în lacul principal debitele captate la cote superioare nivelului maxim în lac, precum i re eaua de pompaj, deservit de trei sta ii de pompare (Jidoaia, Balindru, Petrimanu), care trimit în lac debitele captate la cote inferioare. Sistemul este format din 86 capt ri de fund, 135 km de galerii (din care 60 km galerii betonate), 70 de apeducte, patru baraje arcuite (Jidoaia, Balindru, Petrimanu, Galbenu), care creeaz acumul rile pentru sta iile de pompare i cele trei sta ii de pompare amintite, cu o putere total de 52,4 MW.

Primul grup al uzinei de la Ciunget a intrat în func iune în anul1972, capacitatea total fiind dat în folosin în 1976.

Schema de amenajare a râului Lotru mai con ine în aval

centrala de tip baraj M laia cu Pi = 18 MW i Em = 34 GWh/an i centrala subteran Br di or (cu baraj în arc) având Pi = 115 MW i Em = 228 GWh/an.

1.3.5.8.Amenajarea hidroelectric Some utilizeaz poten ialul hidraulic al râului Some Cald, pe sectorul cuprins între confluen a cu râul Beli i Cheile Tarni a, cu o c dere de 550 m. Schema de amenajare, redat în figura 1.24, cuprinde dou trepte:

- treapta superioar , reprezentat de UHE M ri elu, cu o putere de 220 MW i o produc ie de energie de 390 milioane kWh/an, cuprinde barajul de anrocamente cu masc de beton armat Fântinele, înalt de 105 m, care realizeaz o acumulare de 200 milioane m3, aduc iunea principal cu o lungime de 8.130 m, galeria for at de 740 m, centrala subteran i galerie de fug lung de 3.650 m. C derea maxim a uzinei este de 470 m, iar centrala este echipat cu 3 turbine Francis de 75 MW fiecare;

- treapta inferioar , reprezentat de uzina baraj Tarni a, cu o putere de 45 MW (dou turbine Francis), o c dere de 97 m, un lac de acumulare de 70 milioane de m3 i cu o produc ie de energie de 80 milioane kWh/an.

Uniformizarea debitelor uzinate este asigurat de Lacul Gil u cu un volum de circa 4 milioane m3. Schema mai cuprinde i o re ea de aduc iuni secundare (9 capt ri i dou galerii în lungime de 24,5 km) , care prin derivarea unor debite suplimentare din bazinele superioare ale râurilor Iara i Some ul Rece, spore te stocul mediu anual cu 44%. Treapta aval (UHE Tarni a) a intrat în func iune în cursul anului 1973, iar treapta amonte în cursul anului 1977.

1.3.5.9. Amenajarea râului Olt a fost conceput ca o cascad de hidrocentrale de tip baraj.

Oltul, unul din principalele râuri ale rii, cu o lungime de 670 km, î i colecteaz apele dintr-un bazin de 24.507 km2. Poten ialul hidroenergetic al bazinului s u este evaluat la 1.867 MW, cu o energie de 4,44 TWh/an, adic aproximativ 17% din poten ialul râurilor interioare. Acest poten ial este concentrat pe Olt de la F g ra la Islaz i pe afluen ii s i Lotru i Sadu-Cibin. C derea total a sectorului F g ra - Islaz este de 413m. În afara centralelor baraj fiecare treapt mai cuprinde diguri

longitudinale ce contureaz lacul de acumulare, limitând inundarea unor suprafe e agricole, iar pe sectorul aval de Slatina, câte o ecluz navigabil , amplasat în frontul de reten ie, care permit realizarea unei c i navigabile de 86 km lungime.

La nivelul anului 1998 cascada Olt cuprinde 30 hidrocentrale pe sectorul Hoghiz - Dun re, din care 22 hidrocentrale sunt în func iune, iar 8 hidrocentrale sunt în diverse faze de execu ie. Prin finalizarea amenaj rii se prevede ob inerea urm toarelor folosin e:

-la o putere instalat de 1095 MW, o porduc ie de energie electric de 2.778 GWh/an;

-realizarea unor însemnate rezerve de ap pentru irigarea unor mari suprafe e agricole;

- protec ia teritoriului limitrof împotriva inunda iilor; - naviga ie pe sectorul Slatina-Dun re.

Amenajarea râului Olt cuprinde 4 mari tronsoane (figura 1.25): 1.Oltul Superior divizat în:

- Sectorul F g ra � Hoghiz, care include centrala baraj F g ra , diguri i lacul de acumulare Vene ia;

- Sectorul Avrig - F g ra care include cinci centrale baraj: Voila,Vi tea, Arpa u, Scoreiu, Avrig. Debitul instalat al centralelor de pe acest tronson este de 180 m3/s.

2.Defileul Oltului (Sectorul Avrig - Cornetu) care include cinci centrale - baraj: Racovi a, Lotrioara, Câineni, Robe ti, Cornetu. Aceste dou tronsoane vor cuprinde în final 12 hidrocentrale situate între Hoghiz i Gura Lotrului, care vor totaliza o putere instalat de 267,7 MW i o produc ie de energie electric de 559,10 GWh/an. În prezent sunt în func iune 5 hidrocentrale, restul fiind în diferite faze de execu ie.

3.Oltul Mijlociu (Sectorul Gura Lotrului -Râmnicu Vâlcea -Slatina) care include acumul rile (centrale - baraj ): Gura Lotrului, Turnu, C lim ne ti, D e ti, Râmnicu-Vâlcea, Râureni, Govora, B beni, Ione ti, Z videni, Dr g ani, Streje ti, Arce ti, Slatina. Acest tronson de râu cuprins între Brezoi i Slatina, cu 14 hidrocentrale complet amenajate, dispune de o putere instalat de 556 MW i o produc ie de energie electric de 1.699 GWh/an. Debitul instalat al centralelor din zona Racovi a - Slatina este de 330 m3/s.

Ú·¹«®¿ ïòîëæ ͽ¸»³¿ ¼» ¿³»²¿¶¿®» ¿ ®>«´«· Ñ´¬

4.Oltul Inferior (Slatina - Dun re) care include acumul rile (centrale-baraj): Ipote ti, Dr g ani, Frunzaru, Rus ne ti, Izbiceni i Islaz. Cele 6 hidrocentrale de pe acest tronson - din care 5 sunt în exploatare, iar Islaz este înc în faz de proiect - totalizeaz o putere instalat de 265 MW i o produc ie de energie electric de 512 GWh/an. Toate hidrocentralele

sunt de tip central -baraj cu lac de acumulare, echipate cu câte 2 turbine Kaplan pe sectorul în amonte de Slatina i cu câte 4 turbine bulb reversibil pe sectorul dintre Slatina i Dun re, cu excep ia CHE Slatina care are 2 turbine bulb reversibil. Debitul instalat pe acest tronson este de 500 m3/s.

Lucr ri importante s-au realizat de asemenea pe multe alte

râuri interioare, cum ar fi Sebe ul, Râul Mare, Dr gan, Cerna - Motru, Siret, Prut, Buz u - Siriu, precum i pe Dun re pentru realizarea UHE Por ile de Fier II.

1.3.6. Situa ia folosirii poten ialului hidroenergetic pe plan mondial

Începând cu ultimul deceniu al secolului trecut, când s-au construit primele uzine hidroelectrice, gradul de folosire a poten ialului hidroenergetic a crescut continuu. În 1984, din produc ia mondial de energie electric de circa 12.000 TWh/an, uzinele hidroelectrice acopereau 2200 TWh/an, adic aproximativ 18,4%, folosindu-se îns mai pu in de 10% din poten ialul economic amenajabil mondial.

În 1990 produc ia uzinelor hidroelectrice în raport cu produc ia total de energie reprezenta 100% în Norvegia, peste 75 % în ri ca Irlanda, Noua Zeeland , între 30-75% în ri ca Suedia, Elve ia, Canada, Zair, Brazilia, Iugoslavia, Turcia, Mexic, Australia, Portugalia, în timp ce în ri ca Marea Britanie, Belgia, Germania, Ungaria, Polonia, Olanda, Grecia, care dispun de resurse hidroenergetice limitate,aceasta reprezint sub 5%.

În ce prive te gradul de utilizare al poten ialului hidroenergetic amenajabil într-o serie de ri ca Elve ia, Italia, Fran a, Suedia, Japonia, Finlanda, acesta a dep it 50 %, iar în alte ri, se constat un ritm rapid de valorificare al acestui poten ial. În tabelul 1.17. se prezint câteva din cele mai mari uzine hidroelectrice din lume i din Europa, ca produc ie de energie i ca putere instalat .

Se observ resurse uria e de care dispun o serie de ri cum

ar fi: Canada, Brazilia, Rusia, SUA, .a. De asemenea se vede c din punct de vedere al produc iei de energie, în Europa pe primul loc se situeaz uzina hidroelectric Por ile de Fier I.

În Europa cele mai mari uzine hidroelectrice în exploatare sunt Por ile de Fier I (2050 MW), Grande Maison (1800MW) din Fran a, Aldeadavilla (1138/1558 MW) din Spania, Kvilldal (1240 MW) i Sima (1120MW) din Norvegia, Grande Dixance (869/1700 MW) din Elve ia, Karakaya (1800 MW) i Keban (1330 MW) din Turcia, Alto Gesso (1183 MW) din Italia, Vianden (1160 MW) din Luxemburg, Volgograd (2530 MW), Kuibâ ev (2300 MW) i Saratov (1290 MW) toate din Rusia.

Ca perspective, se prev d în numeroase ri posibilit i de a construi uzine hidroelectrice de puteri i mai mari. Astfel,pe fluviul Congo se prevede construirea unor uzine cu o putere total de peste 25.000 MW, în Rusia pe fluviul Lena o uzin de peste 20.000 MW, în R.P.Chinez pe pe fluviul Yang -Tze - Kiang o uzin de peste 13.000 MW i multe altele.

C a p i t o l u l 3

BARAJELE AMENAJ RILOR HIDROELECTRICE

3.1. Clasificarea barajelor, rol func ional, amplasamentul

barajelor

Barajele sunt construc ii hidrotehnice, situate transversal cursului de ap , care au rolul de a ridica i controla nivelul apei în bieful amonte sau de a realiza acumularea unui anumit volum de ap în acest bief.

3.1.1. Clasificarea i rolul func ional al barajelor

Barajele se pot clasifica din mai multe puncte de vedere:

a). dup scopul urm rit exist : - baraje de acumulare, de mare în l ime, care creeaz lacuri

de acumulare de mare capacitate cu scopul de a realiza regularizarea debitelor, atenuarea viiturilor, satisfacerea nevoilor de ap ale consumatorilor industriali i a agricoli (Bicaz, Vidraru-Arge , M ri elu-Some , Vidra-Lotru, etc.);

- baraje de reten ie (de deriva ie), de mic în l ime, care realizeaz ridicarea nivelului apei în m sura necesar pentru ca apa s poat fi derivat pe o aduc iune (Oie ti, Vaduri, Piatra Neam , etc.). Volumele de ap acumulate în lacurile create de aceste baraje sunt mici i nu permit regulariz ri de durat .

Între aceste dou categorii nu exist îns o delimitare strict , existând baraje care realizeaz în bun m sur ambele efecte. În tabelul 3.1, în care se prezint o serie de baraje din ara noastr i din str in tate, se observ diferen ierea din punct de vedere al volumului de ap acumulat între barajele de mic i de mare în l ime.

Fig.3.1. Elementele fixe i mobile ale unui baraj

b). dup structura barajului exist : - baraje fixe i - baraje mobile. În l imea de reten ie Hr = h1 + h2 , se poate realiza cu

elemente fixe (h1) i elemente mobile (h2), a a cum se vede din figura 3.1. În cazul barajelor fixe h1> h2, pe când în cazul barajelor mobile h1 h2. Barajele mobile au o în l ime relativ redus (20 - 25 m) limitat de în l imea elementelor mobile.

c) dup materialul din care sunt executate exist : - baraje din lemn, de în l ime redus , folosite în general în

silvicultur i pentru plut rit; - baraje din p mânt; - baraje din anrocamente i din zid rie uscat (piatr f r

lian i ); - baraje din zid rie de piatr ( cu lian i); - baraje din beton sau beton armat; - baraje metalice fixe sau mobile ( st vilare).

Barajele executate din p mânt sau din anrocamente mai sunt cunoscute i sub denumirea de baraje din materiale locale.

Situa ia pe plan mondial la nivelul anului 1975 28

Baraje cu în l imi peste 75 m Tabelul 3.1a

Tipul barajului Greutate (G) 157 71 228 Greutate în arc (AG) 30 9 39 Arcuite (A) 122 48 170 Evidate i cu contrafor i (E) 38 12 50 Anrocamente (An) 47 29 76 P mânt (P) 34 28 62 Alte tipuri 15 40 55 TOTAL 443 237 680

TotalRealizate În proiect

d).dup modul în care barajele preiau diversele solicit ri i le transmit terenului de funda ie exist : - baraje de greutate; - baraje arcuite; - baraje evidate i cu contrafor i; - baraje descompuse (pile i pl ci, pile i cupole, arce

multiple etc.).

e). dup modul de desc rcare a apelor mari, din bieful amonte în cel aval, exist : - baraje deversoare (barajele din beton, de diferite tipuri) la

care evacuarea apelor mari se face peste corpul barajului; - baraje nedeversoare (în general barajele din materiale

locale) la care evacuarea apelor mari se face prin construc ii speciale ce ocolesc corpul barajului.

Indiferent de tipul barajului acesta trebuie s r spund în condi ii optime unor necesit i func ionale i anume:

- s realizeze cu minimum de cheltuieli condi iile de nivel i volum de ap dorite de beneficiar;

- s permit transmiterea din amonte în aval, în condi ii de siguran , a debitelor maxime din perioadele de ape mari; aceasta se realizeaz cu ajutorul unor construc ii special prev zute în acest scop i denumite desc rc tori de ape mari sau deversoare;

- s preia i s transmit terenului de funda ie sarcinile permanente i accidentale, în condi ii de siguran a stabilit ii construc iei;

- s asigure golirea, într-un timp relativ scurt, a lacului de acumulare pentru necesit i de revizie sau repara ii;

- s asigure stabilitatea construc iei în cele mai defavorabile ipoteze de func ionare;

- s asigure impermeabilizarea cât mai bun a terenului de funda ie i a chiuvetei lacului, pentru a nu se produce pierderi de ap din lac;

- s asigure func ionarea normal , în orice moment, a tuturor echipamentelor hidromecanice cu care este dotat barajul. Realizarea acestor condi ii func ionale se are în vedere la alegerea solu iilor constructive ale barajului i în primul rând la alegerea amplasamentului acestuia.

3.1.2. Alegerea amplasamentului barajelor Alegerea zonei de amplasare a unui baraj se face inând seama de o serie de condi ii i anume:

A. Condi ii topografice i morfologice Alegerea amplasamentului se face, pe h r i topografice cu curbe de nivel, astfel încât capacitatea acumul rii realizate s fie cât mai mare posibil la o în l ime dat a barajului. De regul , din acest punct de vedere, se aleg acele amplasamente unde liniile de nivel arat o îngustare a albiei râului (sec iunea A-A în figura 3.2.), ceea ce permite ca la un volum cât mai mic al lucr rilor necesare realiz rii barajului s se ob in un volum cât mai mare al acumul rii. Exist i posibilitatea caracteriz rii calitative a amplasamentului prin indici, cum ar fi de exemplu raportul între volumul acumul rii i volumul barajului (m3 ap / m3 material). Cu cât acest indice este mai ridicat, cu atât amplasamentul este mai avantajos. Astfel valoarea acestui indice este 67 m3 ap / m3 beton la barajul Grande-Dixance (Elve ia), 10600 la barajul Hoover-Boulder (SUA), 800 la barajul Izvorul Muntelui Bicaz (Bistri a), 1000 la barajul Vidraru (Arge ) etc., (tabelul 3.1).

Fig.3.2. Alegerea amplasamentului unui baraj pe h r ile topografice

B. Condi ii geologice

Aceste condi ii joac un rol deosebit în alegerea

amplasamentului barajului, având în vedere, c din punct de vedere statistic, cele mai multe avarii s-au produs datorit cunoa terii insuficiente a datelor geologice de baz . Condi iile geologice se refer la rezisten a mecanic a rocii de funda ie, omogenitatea i permeabilitatea redus a acesteia.

Rezisten a mecanic a rocii pe care se fundeaz barajul trebuie s fie cu atât mai mare cu cât barajul este mai înalt. Barajele înalte din beton se construiesc pe terenuri stâncoase. Pe terenurile nestâncoase (nisipuri, pietri uri, argile) se pot construi baraje din beton cu în l imi mai mici (40-50m), precum i baraje din materiale locale. Din punct de vedere al rezisten ei mecanice, orice teren (roc ) de funda ie este caracterizat printr-un efort admisibil la înc rcare ad, exprimat în daN/cm2 i printr-un modul de elasticitate Er, exprimat în acelea i unit i de m sur , m rimi ce se determin pe teren i în laborator în condi ii standardizate.

Cu cât efortul admisibil este mai mare, în amplasamentul respectiv se pot realiza baraje care transmit eforturi mai mari terenului de

funda ie. Astfel, în mod orientativ, pe terenuri cu ad 50 daN/cm2 se pot funda baraje de greutate, evidate i cu rosturi l rgite din beton, precum i baraje înalte din materiale locale. Dac ad 10-15 daN/cm2, amplasamentul permite realizarea unor baraje de mic în l ime din materiale locale, sau a unor baraje mobile. Dac ad 50 daN/cm2, cu valori ce pot atinge i 80-90 daN/cm2, în amplasamentul respectiv se pot realiza baraje arcuite i baraje din beton de în l imi foarte mari. În func ie de natura terenului de funda ie valoarea modulului de elasticitate Er poate varia între 20000 i 300000 daN/cm2. Omogenitatea terenului de funda ie se refer la faptul c , pentru o siguran cât mai bun în exploatare, barajele trebuie realizate în amplasamente care s prezinte acelea i propriet i ( rezisten mecanic , impermeabilitate, elasticitate) în toat zona. Aceasta permite tas ri uniforme i un control mai exact al infiltra iilor i a modului cum se transmit

eforturile terenului de funda ie. Sunt de asemenea de preferat terenuri f r cr p turi sau falii deosebite, cu o înclina ie spre amonte a stratifica iei, ceea ce spore te stabilitatea barajului. Permeabilitatea redus a terenului de funda ie avantajeaz construirea unui baraj deoarece permite realizarea unui volum redus de injec ii, deci un cost mai redus. De asemenea aceasta avantajeaz stabilitatea barajului. Nu este indicat realizarea barajelor în amplasamente cu roci care î i schimb propriet ile sub ac iunea apei sau sunt solubile în ap , cum sunt zonele cu goluri carstice. Atât pentru determinarea permeabilit ii rocilor, cât i a celorlalte caracteristici ale ei, se realizeaz studii de teren i de laborator, pentru zona amplasamentului barajului i pentru o zon adiacent de cel pu in 500 m amonte i aval de axa barajului i 30-40 m deasupra cotei de reten ie a apei în lac. Aceste studii constau în foraje de adâncime i galerii de cercetare, suficient de apropiate, din care se iau probe de materiale i în care se injecteaz ap sub presiune, lichide colorate sau chiar izotopi

radioactivi. Se determin astfel, atât propriet ile de rezisten mecanic , c ile de infiltra ie ale apei, cât i valoarea debitului de ap ce se infiltreaz . Valoarea debitului de infiltra ie se m soar în lugeoni (Lu). Un lugeon reprezint debitul de un litru pe secund , infiltrat pe metru liniar de foraj, sub presiunea de o atmosfer tehnic (1 l/s.m.at.). Se accept pentru fundare amplasamente la care debitul infiltrat nu dep e te 1 Lu. Dac este necesar s se realizeze baraje pe terenuri a c ror permeabilitate este mai mare, se iau m suri pentru impermeabilizare prin injec ii cu lapte de ciment (amestec de ciment fin cu ap ) sau cu amestec de argil i ciment.

C. Condi ii hidrologice

Amplasamentul pentru realizarea unui baraj se alege astfel încât el s fie favorabil din punct de vedere al debitului de ap i al debitului solid. Cu cât debitul de ap captat în lac este mai mare i cel solid este mai mic, cu atât amplasamentul este mai favorabil. În ultimul timp exist tendin a de a realiza lacuri în care, în afara debitului mediu al râului pe care se g se te amplasamentul barajului, se deviaz prin aduc iuni secundare debitele râurilor cu bazine învecinate, ceea ce m re te debitul de ap afluent în lacul respectiv. Astfel de solu ii s-au ales i la multe amenaj ri hidroenergetice din ara noastr . De exemplu în lacul Vidraru de pe Arge debitele derivate din bazinele învecinate reprezint 120 % fa de debitul mediu modul al Arge ului în sec iunea barajului Vidraru (12,2 m3/s fa de 7,5 m3/s, total 19,7 m3/s), iar în lacul Vidra-Lotru 250% (11 m3/s fa de 4,5 m3/s). Debitul solid, care se determin prin m sur ri directe, condi ioneaz m rimea volumului mort al lacului i deci în l imea necesar a barajului. Uzual volumul mort al lacului, care se prevede pentru înmagazinarea aluviunilor aduse odat cu debitul de ap , se ia suficient de mare, astfel încât s permit func ionarea normal , f r necesit i de cur are, pe o perioad de 50-100 de ani. De exemplu la barajul Izvorul Muntelui- Bicaz, volumul mort este de 200 milioane m3, fa de un volum total de 1230 milioane m3 , ceea ce permite o func ionare normal din acest punct de vedere de peste 150 ani.

D. Condi ii geografice Realizarea unui baraj i a lacului de acumulare aferent presupune inundarea în amonte a unor importante suprafe e de teren agricol, a ez ri omene ti, zone industriale, drumuri, osele, c i ferate, etc. Aceasta impune alegerea în anumite limite a nivelului reten iei normale i nivelului maxim excep ional, realizat la debite maxime. Atunci când este cazul, trebuie luate în calcul eventualele str mut ri de c i de comunica ie, a ez ri omene ti, poduri, viaducte, dar i realizarea unor diguri de protec ie atunci când acest lucru este indicat.

3.2. For ele care ac ioneaz asupra barajelor

În dimensionarea barajelor de diferite tipuri se ine seama de un num r mai mare sau mai mic de for e. Acestea se pot clasifica din diverse puncte de vedere:

a) dup natura lor exist : - for e masice, care sunt direct propor ionale cu masa i se

datoreaz unor câmpuri exterioare de for e (greutatea proprie, for ele seismice);

- for e hidrostatice, datorate împingerii apei din bieful amonte i din bieful aval asupra construc iei;

- for e de subpresiune, date de presiunea apei ce se infiltreaz pe sub talpa de funda ie a barajului;

- for e hidrodinamice, care sunt date de apele ce sunt deversate peste baraj, îndeosebi în perioadele de ape mari;

- for e datorate varia iilor de temperatur ; - for e date de împingerea ghe ii în regim static sau în

regim dinamic; - for e date de împingerea aluviunilor depuse la piciorul

amonte al barajului; - for e datorate vântului; - for e speciale, care se refer la înc rc rile date de diferite

echipamente, de mijloacele de transport care trec peste corpul barajului, de ridicarea nivelului apei peste cotele normale;

- for e datorate valurilor; b) dup durata for elor exist : - for e cu caracter permanent (for ele de greutate proprie,

for e hidrostatice, suprapresiune, etc.); - for e cu caracter nepermanent (for ele seismice, datorate

ghe ii, valurilor, vântului, etc.); La proiectarea construc iilor hidrotehnice se iau în calcul diferite combina ii de for e, avându-se în vedere combina iile cele mai defavorabile (dar reale ) dintre cele posibile. În cele ce urmeaz se prezint modalitatea de calcul a principalelor for e amintite mai sus, luând pentru baraj ca profil teoretic un

triunghi de în l ime Hc (în l imea de calcul a construc iei), înclinarea parametrului amonte 1 : 1 i a celui aval 1 : , sec iunea funda iei fiind un dreptunghi cu laturile ( + 1) Hc i 1 m perpendicular pe desen (figura 3.3)

Fig.3.3. For ele care se exercit asupra unui baraj

3.2.1. For ele de greutate proprie

Deoarece rezult imediat VF bG

2c1bG H

21F (3.1)

valoarea for ei exprimându-se pe metru-liniar din l imea barajului. Greutatea specific a betonului b are valori cuprinse între 2200 i 2500daN/m3. For a se aplic în centrul de greutate al barajului, care se g se te, în cazul profilului admis , la intersec ia medianelor. In cazul barajelor din materiale locale, se admite un profil de form trapezoidal , ca în figura 3.4 i în acest caz

c1cpG Hmm21bH

21F (3.2)

luând p = 1800 - 2200 daN/m3

Fig.3.4. Profilul transversal al unui baraj din materiale locale

3.2.2. For ele date de presiunea hidrostatic

Asupra parametrului amonte, conform legii de reparti ie a presiunii într-un lichid în repaus, se exercit o for orizontal i una vertical (figura 3.3). Valorile acestor for e sunt date de formulele

amHF

amVF

2c

amH H

21F (3.3)

care se aplic în centrul de greutate al diagramei de reparti ie a presiunii,

deci la cH31 , respectiv

2c1

amV H

21F (3.4)

care se aplic la distan a cH31

1 de piciorul amonte al profilului.

Dac în bieful aval exist ap , nivelul acesteia fiind hav, asupra parametrului aval se exercit dou for e analoge:

2av

avH h

21F (3.5)

2av

avv h

21F (3.6)

care se aplic de asemenea în centrele de greutate ale diagramelor respective.

3.2.3. For a datorat subpresiunii For a de subpresiune este o for care ac ioneaz de sus în jos pe talpa de funda ie a barajului i se datoreaz presiunii apei care se infiltreaz prin fisurile rocii de funda ie i prin spa iile existente între beton i roc . Dac se admite c pierderea de sarcin a apei infiltrate este uniform

distribuit , se ob ine o reparti ie teoretic liniar a diagramei subpresiunilor (figura 3.3.) între valorile maxime ale presiunii din amonte ( Hc) i din aval ( hav). In realitate pierderile de sarcin nefiind uniform distribuite, diagrama de subpresiuni are o alt lege de reparti ie (ca de exemplu cea din figura 3.5a). In scopul mic or rii for ei de subpresiune se realizeaz drenaje, care rup linia de infiltra ie (figura 3.5b) sau chiar voaluri de injec ii în profunzime.

Fig. 3.5. Ipoteze privind diagrama de varia ie a subpresiunilor

d c

a

Pentru a simplifica calculele, în multe ri din Europa, printre care i România, se admite diagrama trapezoidal (figura 3.5 c) în cazul existen ei unui nivel de ap în aval, sau triunghiular (figura 3.5 d) dac nu exist ap în aval. Coeficientul m poart numele de coeficient de reducere a subpresiunii, el inând seama de pierderile de sarcin produse pe drumul urmat de apa de infiltra ie, pierderi datorate structurii rocii i m surilor constructive adoptate, precum i de faptul c apa ac ioneaz numai asupra unei p r i a sec iunii de funda ie. Normele din ara noastr prev d pentru m valori cuprinse între 0,50 i 0,75. Pentru diagramele admise în figurile 3.5 c i 3.5 d, for ele de subpresiune rezult :

c1avcavs HhHm21hF (3.7)

respectiv

21S Hm

21F C (3.8)

i ele se aplic în centrele de greutate ale diagramelor.

3.2.4. For ele seismice For ele seismice sunt for e care solicit barajele în cazul oscila iilor elastice ale scoar ei p mântului produse de cutremur, ac ioneaz asupra masei barajelor i asupra masei apei din lac i sunt direct propor ionale cu acestea. Oscila iile produse de cutremur se caracterizeaz prin perioada de oscila ie T, care se ia de obicei egal cu o secund , i prin accelera ia mi c rii seismice c. Pentru caracterizarea cutremurelor se folosesc sc ri de intensitate, bazate pe aprecieri asupra efectelor lor (scara Rossi-Forel, scara Mercalli) sau pe înregistr ri (scara magnitudinilor Gutenberg-Richter). In tabelul 3.2 sunt prezentate caracteristicile mi c rilor seismice conform sc rilor Mercalli i respectiv Richter.

Solicit rile produse de cutremur în corpul unui baraj au un caracter dinamic, îns în mod curent se utilizeaz metode de calcul în care efectul cutremurului se consider static, ceea ce simplific calculele i d rezultate acoperitoare. Se consider barajul legat rigid de funda ie, cutremurul producând în masa lui for e de iner ie de sens contrar sensului accelera iei seismice. Mi c rile seismice neavând o direc ie precis , pentru aceste for e se accept direc ia cea mai defavorabil . Asupra masei barajului rezult o for :

GcGgcmcF SCG (3.9)

gccS fiind coeficientul de seismicitate dat în tabelul 3.2

Tabelul 3.2

Gradul i efectele cutremurului c

(cm/s2) cs=c/g Magni-

tudine Energie

(ergi) 1-3 Slab nu este sim it decât in interior 2 - 6 0,005 3,5 1016 4 Obiectele atârnate oscileaz 10 0,01 4 1017 5 Este sim it în exterior 20 0,02 4,5 1018 6 Este sim it de to i 50 0,05 5 1019 7 Este greu de stat în picioare 100 0,10 5,5 1020 8 Conducerea auto este afectat 200 0,20 6 1021 9 Produce panic general 500 0,50 6,5 1022

10 Structurile de zid rie sunt afectate 1000 1,00 7-7,5 1023 11 inele sunt puternic îndoite 2000 2,00 8 1024 12 Distrugeri totale 4000 4,00 8,5 1025

For a se aplic în centrul de greutate al barajului, direc ia cea mai defavorabil fiind cea dinspre amonte spre aval (figura 3.3.). Valorile coeficientului de seismicitate cs in seama de importan a construc iei, de seismicitatea local etc. In general se admite cs = 0,1, valori mai ridicate folosindu-se numai în zonele cu activitate seismic foarte puternic .

Uneori se recomand , ca în formula for ei seismice s se introduc un factor

2c1bssCG Hc

21GcF (3.9�)

care ine seama de natura terenului de funda ie i are valori de la 0,5 pentru terenuri stâncoase, pân la 2 pentru terenuri necoezive i slabe (argile, nisipuri, etc.).

Fig.3.6. For a seismic asupra masei apei din lac

Iner ia masei apei din lacul de acumulare d na tere, în timpul cutremurului, unei suprapresiuni pc care are o distribu ie parabolic (fig.3.6.). Se poate aprecia c for a total Fcw dat de aceast suprapresiune este:

2cScw Hc

21F (3.10)

i c ea ac ioneaz dinspre lac spre baraj, la o distan de 0,425 Hc fa de

talpa de funda ie (centrul de greutate al unei diagrame parabolice se g se te

la distan a cc H0,425H3

4 ).

3.2.5. For e datorate împingerii ghe ii

În zonele cu temperaturi sc zute podul de ghea format la suprafa a apei din lac exercit solicit ri statice i dinamice asupra barajului. For a static se exercit de c tre stratul de ghea datorit dilat rii sale în timpul ridic rii temperaturii. Se poate folosi de exemplu formula stabilit experimental de c tre Royen :

3 2g

gggg 1t

nt

1th0,9F (tf/m) (3.11)

în care hg este grosimea stratului de ghea , în m, tg cre terea maxim a temperaturii ghe ii (0,35 din cre terea maxim a temperaturii aerului ta) în timp de n ore.

Cum valorile tg, ta, n, trebuie ob inute din observa ii meteorologice, în lipsa acestora, în ara noastr se admite Fg = 5......10 tf/m. For a dinamic se datoreaz ocului produs asupra barajului de blocurile de ghea în mi care i depinde de compactitatea ghe ii, de viteza de mi care, de dimensiunile blocului etc. Exist diverse formule care apreciaz aceast for , dintre acestea putându-se folosi cu suficient aproxima ie formula:

1bhvkF g'g (tf) (3.12)

în care b x 1 x hg, sunt dimensiunile în m ale blocului de ghea , k = 4 ....6 tf s/m3, un coeficient care ine seama de starea blocului de ghea , iar v este viteza de scurgere în m/s.

3.2.6. For e de împingere a aluviunilor

Aluviunile, formate din nisip i pietri , care se depun la piciorul amonte al barajului, exercit asupra barajului o presiune suplimentar (figura 3.7), care se poate calcula cu formulele date de teoria general a împingerii aluviunilor i anume:

245tgzp 2'

alalz (3.13)

Fig. 3.7. Împingerea aluviunilor

În formula (3.13), reprezint unghiul de frecare intern a materialului aluvionar (la limit = 0) , iar �

al este greutatea specific a aluviunilor în stare imersat , deci:

n1al'al (3.14)

n fiind porozitatea materialului aluvionar. For a de împingere a aluviunilor rezult :

245tgh

21F 022

al'alal (3.15)

3.2.7. For e provenite din varia iile de temperatur

Construc iile din beton armat sunt supuse varia iilor diurne, lunare sau anuale de temperatur ale mediului; acestea produc varia ii ale volumului construc iei, care dac sunt împiedicate pot da na tere la eforturi destul de mari. Dac se consider o grind încastrat , deforma ia total t =

+ E, care este format din deforma ia din temperatur i din cea plastic E, trebuie s fie nul t = 0. Rezult deci = E. Dar:

EE ,

deci

E (3.16)

În cazul o elului = 1,2 10-5 grad-1 i E = 2,1 106 daN/cm2, iar în cazul betonului = 1,2 10-5 grad-1 i E = 2,1 105 daN/cm2 . Rezult c în o el apar eforturi suplimentare :

(3.1625 �) iar în beton:

2,5 (3.16��) adic 25 daN/cm2 în o el i 2,5 daN/cm2 în beton, pentru fiecare grad varia ie de temperatur .

3.3. Baraje de greutate

Barajele de greutate sunt construc ii masive din beton armat care transmit terenului de funda ie sarcinile preluate din diversele înc rc ri cu ajutorul greut ii proprii. Stabilitatea acestor baraje la r sturnare i alunecare se asigur prin masa lor i prin for ele de frecare care iau na tere între baraj i terenul de funda ie, for e care sunt direct propor ionale cu greutatea barajului.

Barajele de greutate se execut de multe sute de ani, fiind primele construc ii folosite la crearea unor acumul ri pentru aliment rile cu ap . Înc în perioada imperiului roman în Spania s-au construit barajele Proserpina (H=12 m) i Cornalvo (H= 19,5 m), care exist înc i ast zi. Folosind la început zid ria de piatr , s-a trecut treptat la zid ria din beton, ceea ce permitea realizarea unor profiluri mai economice. Cele mai vechi baraje de greutate propriu-zise s-au construit tot în Spania: Almonacid (1220), Almansa (1395), Alicante (1579). În ara noastr s-au realizat dou asemenea baraje înc din 1909, pe râurile Ri ca Mic (H= 21 m) i pe râul Sadu-Sibiu (H= 13 m).

În prezent din totalul de peste 7500 de baraje existente în lume peste un sfert sunt baraje de greutate. De i la un volum maxim de beton prezint minim de siguran , barajele de greutate au atins în ultimul timp în l imi considerabile, în special datorit experien ei ob inute în construc ia acestora. Cel mai înalt baraj de greutate din lume este în prezent barajul Grande-Dixance din Elve ia, de 283 m, realizat în 1962.

3.3.1. Elementele componente ale unui baraj

Sec ionarea unui baraj de greutate cu un plan vertical, în zona de în l ime maxim , permite reliefarea profilului barajului în sec iunea maestr . La primele baraje executate acest profil avea forma unui triunghi curbiliniu. La barajele moderne profilul este triunghiular, ceea ce permite simplificarea calculelor, realizarea mai u oar a construc iei i o exploatare mai comod .

Un baraj de greutate este alc tuit din urm toarele elemente componente (figura 3.8): 1 - corpul barajului; 2 - talpa funda iei; 3 - paramentul amonte; 4 - paramentul aval; 5 - piciorul amonte; 6 - piciorul aval; 7 - coronamentul barajului.

Fig. 3.8. Elemente componente ale unui baraj de greutate

Pentru a evita fisurarea betonului, provocat în principal de fenomenele de contrac ie i de deformarea terenului de funda ie, corpul unui baraj de greutate se fragmenteaz în blocuri sau ploturi (8), prin suprafe e verticale care merg pân la funda ie, denumite rosturi transversale (9) sau de dilata ie. L imea unui plot este cuprins între 12 i 20 m. Linia orizontal , situat la mijlocul coronamentului, care leag cei doi versan i opu i, reprezint axa barajului. Dup forma în plan a barajului, axa barajului poate fi o linie dreapt , frânt sau curbilinie.

3.3.2. Dimensionarea barajelor de greutate 3.3.2.1. Determinarea în l imii de calcul a barajului Admi ând ca în paragraful 3.2, un profil triunghiular al barajului, cu înclinarea paramen ilor 1 : 1 i 1 : , în l imea Hc a profilului este determinat de urm toarele elemente componente ( figura 3.9):

- în l imea de reten ie Hr (cuprins între talveg i NRN); - grosimea hal a stratului de aluviuni i hs.a a stratului de roc

alterat , care trebuie excavate; - în l imea maxim hv a valurilor ce pot apare în lac (la baraje i

lacuri mici aceast în l ime se neglijeaz ); - o gard hg = 1 - 2 m, pentru a avea siguran a c barajul se

fundeaz pe roc s n toas ; - în cazul în care volumul de protec ie al lacului asigur o

atenuare eficient a undei de viitur ( 0,85) barajul se supraînal cu valoarea în l imii maxime hd a lamei deversante. În consecin se pot admite urm toarele rela ii pentru calculul în l imii Hc :

> 0,85 Hc = Hr + hal + hs.a + hv + hg (3.17) 0,85 Hc = Hr + hd + hal + hs.a + hv + hg (3.18)

3.3.2.2. Determinarea profilului barajului În acest scop este necesar s se determine valorile i 1, care dau înclinarea paramen ilor. Se folosesc dou condi ii:

- efortul total la piciorul amonte al barajului, egal cu suma eforturilor date de fiecare solicitare, trebuie s fie mai mare sau la limit egal cu zero; aceasta înseamn c nu se admit eforturi de întindere, deci ridicarea piciorului amonte de pe funda ie. Condi ia se scrie sub forma:

(3.19) totam

i=1

n

iam 0

s

- coeficientul de stabilitate la alunecare s fie mai mare sau la limit egal cu un coeficient admisibil

k k (3.20) sad

Efortul pe talpa de funda ie se calculeaz cu formula cunoscut :

(3.21) avam

NA

MW

în care se admite semnul plus pentru eforturile de compresiune i semnul minus pentru cele de trac iune, în punctul în care se calculeaz efortul N este

Tabelul 3.3.

FOR A am av FG

WeF

AF 1GG

WeF

AF 1GG

amHF

WeF 2

amH

WeF 2

amH

amVF

WeF

AF 3

amV

amV

WeF

AF 3

amV

amV

avHF

WeF 4

avH

WeF 4

avH

avVF

WeF

AF 5

avV

avV

WeF

AF 5

avV

avV

SF W

eFAF 6SS

WeF

AF 6SS

CGF W

eF 7CG W

eF 7CG

CWF W

eF 8CW W

eF 8CW

gF W

eF 9g W

eF 9g

alF W

eF 10al W

eF 10al

for a care solicit normal sec iunea t lpii de funda ie, de arie A, M este momentul acestei for e, fa de centrul sec iunii t lpii de funda ie, iar W este modulul de rezisten al sec iunii sus amintite.

Pentru calcul se admite profilul din figura 3.3 i sec iunea t lpii de funda ie de form dreptunghiular cu l imea de 1 m i în l imea ( + 1) Hc.

În acest caz: A = + H1 c 1 m2 (3.22)

W = b h + H2

1 c2

6 6

2

m3 (3.23)

Cu aceste nota ii i rela ii se calculeaz efortul amonte i respectiv aval, dat de fiecare for care solicit barajul. În tabelul 3.3 se dau rela iile de calcul a acestor eforturi.

Pe baza expresiilor (3.1)......... (3.15) a for elor, inând seama de (3.22), (3.23), de rela iile din tabelul 3.3 i calculând pentru fiecare for bra ul ei (distan a dintre punctul în care ac ioneaz for a i centrul O al sec iunii de calcul) ( figura 3.3), se calculeaz eforturile la piciorul amonte i cel aval. În tabelul 3.4. se prezint , spre exemplificare, rezultatele ce se ob in pentru principalele for e ce solicit un baraj, în cazul în care hav = 0

Prin înlocuirea în rela ia (3.19) rezult o ecua ie de forma: A B C D E F =1

21

21 0 (3.19�)

în care A, B, .....F sunt constante. Stabilitatea unui baraj poate fi periclitat în urm toarele cazuri:

- la alunecarea spre aval, pe terenul de funda ie; - la ridicarea datorit subpresiunilor, situa ie în care construc ia plute te; - la r sturnarea în jurul piciorului aval.

În general un baraj stabil la alunecare este stabil i la plutire i la r sturnare. Condi ia de stabilitate la alunecare (3.20) se exprim sub forma:

kf N

Hks

ads (3.20�)

adic suma for elor de frecare ce ac ioneaz între talpa barajului i terenul de funda ie (egale cu produsul dintre coeficientul de frecare f i suma for elor normale pe talpa barajului) s fie mai mare decât suma for elor orizontale orientate spre aval. Coeficientul de siguran are valori cuprinse între 1 i 1,5 func ie de natura terenului (stâncos sau nestâncos).

k sad

Rela ia (3.20�) se mai scrie sub forma : av

HgCWCGamHs

avv

amvG FFFFFFFFF f (3.20��)

ceea ce în final conduce la o ecua ie de forma: (3.20M + N P = 01

���) Coeficientul de frecare f dintre beton i roc se admite, func ie de natura terenului, conform datelor din tabelul 3.5, valorile lui determinându-se prin încerc ri de laborator i pe teren.

Ecua iile (3.19�) i (3.20���) formeaz un sistem a c rui rezolvare permite determinarea lui i 1 Dup rezolvare se mai fac o serie de verific ri care, în afara condi iilor (3.19) i (3.20) ce trebuie satisf cute în cele mai dezavantajoase situa ii, mai impun i satisfacerea

condi iilor

(3.24) totav

avav

ad

am am

ad fiind efortul admisibil al rocii de funda ie. Tabelul 3.5.

Natura terenului Valoarea f pietri -bolov ni 0.50-0.60 p mânt nisipos 0.40-0.50 nisipuri argiloase 0.35-0.40 argil nisipoas 0.25-0.35

Terenuri necoezive

argil 0.20-0.25 roci eruptive 0.65-0.70 roci sedimentare 0.50-0.65

Terenuri stâncoase

roci sedimentare (marne, isturi)

0,25-0,40

3.3.2.3.Determinarea volumului de beton al barajului Deoarece paramen ii amonte i aval sunt suprafe e plane, la o adâncime z, aria

profilului barajului este A +z 121

2z i rezult , pe metru liniar din l imea barajului,

un volum de beton 21 z+

21

bV m3 . Dac se ine seama c funda ia, în urma

excava iilor, este de asemenea format din suprafe e plane, se poate admite c varia ia atât a adâncimii, cât i a volumului corespunz tor acesteia, pe metru liniar de l ime, se face liniar.

Fig.3.10. Determinarea volumului de beton al barajului

În consecin volumul de beton al barajului se poate u or determina analitic cu ajutorul formulei:

V V l + zb z i 1 i2

ii=1

m-1

i

12 1

1

i

m

l (3.25)

rezultatul fiind cu atât mai corect, cu cât se iau un num r m mai mare de sec iuni de calcul.

Volumul de beton se poate determina i grafic, dac pe profilul transversal al v ii se pune la scar , în dreptul fiec rei adâncimi zi, valoarea Vi, corespunz toare; suprafa a ha urat pe figura 3.10 reprezint la o anumit scar chiar volumul total Vb de beton al barajului.

3.3.3 Elemente constructive ale barajelor de greutate 3.3.3.1. Betonul i propriet ile sale Betonul (respectiv betonul armat) este în prezent materialul cel mai r spândit pentru executarea barajelor de greutate, îndeosebi datorit propriet ilor sale. Betonul este o mixtur mineral format din agregate (nisip, pietri ), care formeaz scheletul de rezisten , ciment i ap , care reprezint liantul hidraulic. Se ob ine un conglomerat care are la început propriet i plastice, putând fi turnat în forme (cofraje) diferite, iar apoi se înt re te c p tând rezisten mecanic . Betonul folosit la baraje trebuie s aib calit i suplimentare fa de betoanele utilizate la construc iile nehidrotehnice, datorit ac iunii unor factori ca: infiltra ia apei, varia iile de temperatur i umiditate, înghe ul i dezghe ul repetat, ac iunea coroziv a apei etc. Ca urmare betonul hidrotehnic trebuie s prezinte propriet i de rezisten mecanic , impermeabilitate, rezisten a la înghe - dezghe i la ac iuni corozive, degajare de c ldur , rezisten la ac iunile de cavita ie i abrazive ale apei i debitului solid transportat de aceasta. Propriet ile men ionate se ob in prin alegerea corespunz toare a materialelor componente, folosirea unei tehnologii de confec ionare adecvate i printr-un control riguros al calit ilor betonului. Agregatele componente ale betonului (nisip i pietri ) trebuie s provin din roci stabile, dure, dense i nealterate. Ele nu trebuie s reac ioneze cu cimentul sau s fie solubile în contact cu apa. Dimensiunile agregatelor trebuie s respecte condi iile prev zute de standarde, respectând propor ii corespunz toare între diferitele frac iuni de dimensiuni. Cimentul este un amestec de silica i bazici de calciu (componenta principal fiind silicatul tricalcic 3CaO SiO2), aluminat de calciu i ferit de calciu. Func ie de propriet ile cerute el con ine în diferite propor ii i alte elemente cum ar fi: oxizi de magneziu, sodiu i potasiu, trioxizi de sulf, fier i aluminiu etc. Cimentul se ob ine prin calcinarea unui amestec de piatr de var i argil , în propor iile cerute de compozi ia final dorit , în cuptoare rotative la temperaturi de 1400 - 15000C. Produsul astfel rezultat (clincher) se macin apoi în mori cu bile pân la ob inerea fine ii necesare.

Betonul prezint o serie de propriet i, care trebuie avute în vedere, dintre care cele mai importante sunt:

a) c ldura de hidratare : reac ia care are loc la amestecarea cimentului cu ap este o reac ie exoterm , la 1 kg de ciment degajându-se în timp de 7 zile circa 60 - 120 kcal. Aceast cantitate de c ldur , numit de hidratare, înc lze te betonul, a c rui temperatur poate ajunge, func ie de cea ini ial , la 500 - 600C. Sub ac iunea acestei varia ii de temperatur betonul se dilat , iar în timpul r cirii care urmeaz se contract ; dac aceste deforma ii sunt împiedicate, în beton iau na tere eforturi care pot duce la fisurarea sa. În consecin este necesar s se ia m suri pentru a mic ora pe cât posibil c ldura de hidratare, cum ar fi de exemplu: un dozaj de ciment cât mai redus posibil, folosirea pentru amestec a apei cu

temperaturi cât mai sc zute, chiar a cuburilor de ghea , prevederea în blocurile de beton a unor evi prin care s circule ap de r cire, r cirea agregatelor înainte de formarea amestecului, turnarea betonului în faze diferite, ceea ce permite r cirea acestuia prin radia ie pe suprafe ele libere ale blocurilor etc.

b) marca betonului reprezint rezisten a mecanic de rupere la compresiune a unei epruvete din beton la 28 de zile de la turnare, când se consider c s-a terminat înt rirea betonului (priza). Exist betoane cu m rci diferite, mergând de la B 100, la care rezisten a la rupere din compresiune este , pân la B 500 ( ) . r

c daN / cm100 2rc 2daN / cm500

Rezisten ele la rupere la întindere ale betonului sunt îns mult mai mici, de ordinul (1/12 -1/14) în cazul întinderii pure i de ordinul r

c

(1/5 - 1/6) în cazul întinderii provenite din încovoiere. De exemplu, pentru un beton B 300 (cu marca 300) valorile de mai sus sunt: , ,

. A a cum se observ deci, betonul este un material care rezist mult mai bine la solicit ri de compresiune, decât la cele de întindere.

rc

60rc 2daN / cm300 r

tp 2daN / cm20 26

rti 2daN / cm50

c) factorul ap - ciment : cantitatea de ap necesar form rii betonului se poate exprima prin însumarea cantit ii ah necesar procesului de hidratare i a celei necesare realiz rii amestecului aam (care în acela i timp d fluiditatea i plasticitatea betonului în prima sa faz ):

a = ah + aam Dac c este cantitatea de ciment folosit , atunci raportul

ac

ac

ac

ac

h am a0 24, m (3.26)

poart denumirea de �factor ap -ciment�. Acesta este cu atât mai mare, cu cât dozajul de ciment este mai mic. Valorile uzuale pentru un beton hidrotehnic sunt cuprinse în limitele ac

0 5 1, i depind în primul rând de dozajul de ciment (kg/m3).

Apa de amestec este un element care influen eaz negativ propriet ile betoanelor, deoarece prin evaporarea ei în timp rezult o porozitate mai mare a betoanelor (rezisten e mai mici, permeabilitate mai mare, rezisten la înghe - dezghe mai mic ) i varia ii de volum, în special contrac ie din uscare. De aceea se urm re te s se reduc cât mai mult aceast cantitate, deci s se mic oreze factorul a/c. Deoarece îns realizarea amestecului necesit ap , se încearc mic orarea acesteia prin introducerea unor substan e de aditivare, numite plastifian i, care mic oreaz frec rile i favorizeaz realizarea amestecului.

d) gelivitatea betonului reprezint rezisten a acestuia la ac iunea repetat de înghe - dezghe . Aceast rezisten este influen at de o serie de factori cum ar fi : calitatea agregatelor utilizate, a cimentului i a adaosurilor, porozitatea betonului. O ac iune favorabil o au aditivii plastifian i, prin reducerea raportului a/c, a m ririi lucrabilit ii i prin antrenarea de bule de aer în masa betonului. Pentru baraje gelivitatea betonului trebuie s fie de circa 100-150 cicluri succesive de înghe - dezghe . 3.3.3.2. Rosturile barajelor Rostul reprezint suprafa a de contact între dou blocuri de beton, sau între beton i roc . La un baraj din beton exist trei tipuri diferite de rosturi:

a) rosturi de funda ie; b) rosturi de lucru;

c) rosturi de dilata ie.

a. Rostul de funda ie reprezint suprafa a de contact a barajului de beton cu roca de funda ie s n toas (dup ce s-a excavat stratul de roc alterat ). Aceast suprafa se trateaz astfel încât s favorizeze un contact cât mai intim între beton i roc i s realizeze o stabilitate la alunecare cât mai bun .

În acest scop, pentru a înl tura stratul de oxizi ce se formeaz la suprafa a rocii datorit contractului cu aerul i agen ii atmosferici, aceasta se spal cu jeturi puternice de ap sub presiune, se cur pe por iuni i se usuc cu jeturi de aer. Pentru a favoriza stabilitatea la alunecare se pot crea la piciorul amonte, la cel aval sau pe toat talpa de funda ie, adâncituri sub form de pinteni i redane,sau se înclin suprafa a spre amonte (figura 3.8. i 3.11.b). În sec iune longitudinal funda ia se poate executa în trepte, dar i ca o suprafa continu , pentru avantajele de ordin static i eliminarea concentr rii de eforturi (figura 3.8. i 3.11.a).

Dac terenul de funda ie prezint fisuri importante, în scopul consolid rii se realizeaz injec ii cu lapte de ciment pe o adâncime de 5 - 10 m, la presiuni de 2 - 4 at. Pentru impermeabilizarea terenului de funda ie se realizeaz perdele sau voaluri de etan are. Acestea se execut prin foraje de mare adâncime, dintr-o galerie special de injec ii situat la piciorul amonte al barajului (figura 3.11.c). Dup forare se injecteaz lapte de ciment cu pompe speciale cu presiuni pân la 100 at.

b. Rostul de lucru reprezint suprafa a de separa ie dintre dou lamele de beton turnate în corpul barajului la un anumit interval de timp. Turnarea betonului în corpul barajului nu se poate face în mod continuu deoarece tehnologic instala iile de preparare a betonului i de transport a

a.Sec iune longitudinal : 1. în trepte; 2 continu .

c. Etan area în profunzime prin injec ii: 1. voal frontal; 2. voallateral; 3. foraj pentru injec ii; 4. galerii de injec ii. b. M suri privind sporirea stabilit ii la alunecare: 1. cu pintenamonte; 2. cu redane; 3. cu trepte înclinate.

a1 a2

b3 b2

3

4 2

1

b1

acestuia pân la locul de turnare au o capacitate limitat , iar pe de alt parte este necesar s existe un anumit interval de timp în care c ldura din procesul de hidratare s poat fi degajat în exterior.

Din aceste motive turnarea betonului se face în etape succesive pe blocuri (ploturi) i lamele. Grosimea unei lamele este de cca 2-3 m (figura 3.12). În intervalul de timp care trece de la realizarea lamelei precedente, pân la turnarea celei urm toare, betonul se înt re te i în contact cu agen ii atmosferici formeaz o suprafa acoperit cu oxizi care nu favorizeaz contactul intim între cele dou straturi succesive de beton. În consecin înainte de turnarea unei noi lamele rostul de lucru se freac bine cu perii aspre de sârm , eventual se buceardeaz (se sparge crusta de la suprafa , creându-se o suprafa neregulat ), se spal cu jet de ap sub presiune i se usuc cu jet de aer comprimat.

Fig.3.12. Realizarea barajului în etape succesive

c) Rosturile de dilata ie (transversale), care segmenteaz barajul pe toat în l imea sa, sunt suprafe e special prev zute în corpul barajului, cu scopul de a permite varia iile de volum ale blocurilor de beton adiacente i deforma ii inegale ale funda iei. Aceste rosturi trebuie s fie impermeabile, s realizeze o monolitizare a construc iei, dar în acela i timp s permit deplas rile relative ale ploturilor dup toate cele 3 direc ii. De aceea, func ie de tipul rosturilor, m rimea i direc ia deforma iilor posibile, se prev d diverse sisteme de etan are a rosturilor de dilata ie, a a cum se vede din figura 3.13. În general la un asemenea rost, din amonte spre aval, se prevede: o pan de beton de diferite forme, o tol metalic sau band cauciucat pentru etan are, un pu de vizitare i zona curent a rostului. În

spa iul dintre pana amonte i pu ul de vizitare, rostul se umple cu un material izolant: mastic bituminos sau asfaltic, carton bitumat, pânz de iut bitumat , panouri de plut sau azbest. De la pu ul de vizitare spre aval se recomand ca rostul s fie l sat liber, pentru a permite circula ia apelor de infiltra ie spre aval. Etan area propriu-zis a rostului o realizeaz tola plasat la 1 - 1,5 m de paramentul amonte. Ea poate fi metalic (cupru, o el inoxidabil, fier zincat), din cauciuc sintetic sau din PVC. 3.3.3.3. Galeriile barajelor Barajele din beton nu sunt masive, ele fiind str b tute pe vertical , orizontal i în sens transversal de un num r mare de galerii. Acestea sunt de mai multe tipuri: de

injec ii, de drenaj, de vizitare. Galeriile de injec ii sunt galerii situate pe talpa de funda ie, din care cu ajutorul unor instala ii i echipamente speciale se execut voalurile i perdelele de injec ii pentru impermeabilizarea terenului de funda ie (figura 3.11.c).

Pentru a evita ac iunea d un toare a apelor de infiltra ie, asupra betonului, în apropierea paramentului amonte de prev d re ele de tuburi care s dreneze debitul de ap infiltrat. Aceste tuburi conduc apele drenate în galerii orizontale de drenaj sau spre pu urile de vizitare a rosturilor de dilata ie. Din acestea apele drenate sunt evacuate spre aval prin alte galerii transversale.

Galeriile i pu urile de vizitare se folosesc pentru supravegherea re elelor de drenaj i evacuare a apelor de infiltra ie, supravegherea i între inerea dispozitivelor de etan are a rosturilor, supravegherea comport rii betoanelor i a gradului lor de fisurare, instalarea aparatelor de m sur pentru supravegherea comport rii barajelor. Aceste galerii se prev d în special în zona amonte a barajului, la 5 - 6 m de parament i la distan e de 20-30 m pe vertical , dar i în corpul barajului când este cazul (figura 3.14.a). Ele pot avea forme diferite (figura 3.14.b), iar dimensiunile minime sunt de 1,20 x 2,0 m i pot cre te pân la 2,00 x 3,00 m.

d

a

3

e

3

Fig.3.13. Diverse tipuri de rosturi de dilata ie i modul lor de etan are a. drepte joantive; b. poligonale joantive; c. duble, l rgite; d,e. cu contur

poligonal; 1. tol de cupru; 2.mastic bituminos; 3. pan de beton armat; 4. pu de vizitare; 5.

scar ; 6. pânz de iut bitumat ; 7. plac de asfalt cu azbest.

3.3.4. Calculul eforturilor în corpul unui baraj din beton

Calculul static al unui baraj din beton, care presupune determinarea st rii de eforturi în orice punct din corpul barajului, se face în mai multe ipoteze i anume: 10 Ipoteza de construc ie, în care se presupune c barajul este gata construit, lacul este gol, deci barajul este solicitat doar de for a de greutate proprie FG i de for a seismic FCG. 20 Ipoteza de exploatare, cu dou variante:

a. nivel maxim în bieful amonte i nivel minim în cel aval (diferen maxim între amonte i aval);

b. nivel maxim atât în bieful amonte, cât i în cel aval (situa ia din perioada de viitur , când datorit cre terii subpresiunii barajul este mai pu in stabil).

Fig. 3.14. Galeriile de vizitare i drenaj

7 6 7

6 6 66

b

a

a. amplasare în corpul barajului; b. forme ale galeriilor. 1. pu uri de drenaj; 2 galerii de vizitare; 3. galeria de injec ii 4. voal de etan are; 5. rost transversal; 6. rigol ; 7. umplutur .

Deoarece corpul barajelor de greutate este împ r it în ploturi independente, fiind

omogen din punct de vedere al materialului, starea de eforturi poate fi considerat plan , deci determinarea acestora este suficient s se fac luând o fâ ie cu l imea de 1 m dup axul longitudinal al barajului.

Calculul eforturilor se poate realiza în dou moduri diferite: folosind metoda elementar sau plecând de la teoria elasticit ii.

3.3.4.1. Metoda elementar

Prin aceast metod se determin eforturile pe cei doi paramen i ai barajului, în orice sec iune situat la adâncimea z fa de vârful profilului triunghiular. Într-un punct P(x,z) din interiorul acestei sec iuni, efortul vertical se determin apoi presupunând c între cei doi paramen i aceste eforturi variaz liniar. Dup aspectul acestei diagrame de reparti ie a eforturilor verticale metoda elementar mai este cunoscut i sub denumirea de metoda trapezelor. Eforturile pe cei doi paramen i, în sec iunea aflat la adâncimea z, se calculeaz cu formula solicit rii compuse:

z

z

z

zz

avam W

MA

N (3.27)

unde:

zN - este suma for elor normale (verticale) care ac ioneaz barajul în sec iunea situat la adâncimea z;

zM - este suma momentelor încovoietoare date de aceste for e fa de centrul de greutate al sec iunii sus men ionate;

Az = ( + 1) z - este aria acestei sec iuni; 22

1z z61W - este modulul de rezisten al sec iunii.

x 1: 1 1: P(x,z)

Pentru un profil triunghiular ( , 1 0) al barajului, dac admitem c acesta este solicitat numai de for ele de greutate i cele datorate apei (FG, , , Fam

HF amVF S) i se presupune

c hav = 0, se ob ine:

- pentru for a de greutate proprie 21bG z

21F cu bra ul de pârghie

z21

1 ;

- pentru for a orizontal dat de presiunea hidrostatic 2amH z

21F cu bra ul de

pârghie z31 ;

- pentru for a vertical dat de presiunea hidrostatic 21

amv z

21

F cu bra ul de

pârghie z361

1 ;

- pentru for a de suprapresiune 21s zm

21F cu bra ul de pârghie

z61

1 .

Rezult : 2

11bSamvGz zm

21FFFN

32111

21

2bz z2m3

121M

i prin urmare, înlocuind în formula de mai sus, se ob ine:

z2m3

m2

12

11121

2b

112

1b2

1

z

avam (3.28)

În ipoteza lacului gol ( = 0) se ob ine:

zb1

zam zb

1

1av (3.28�) Din

rela iile (3.28) i (3.28�) se poate constata: - în cele dou ipoteze eforturile verticale sunt propor ionale cu adâncimea z sub

planul de ap ; - eforturile verticale maxime vor ac iona pe talpa de funda ie, unde z = Hc. În cazul barajului cu parament amonte vertical ( 1 = 0) eforturile respective devin:

- la lac plin: zm 2bzam ; z2

zav (3.28��);

- la lac gol ; (3.28���) zbzam 0z

av

constat rile de mai sus r mânând valabile. În final, în conformitate cu legea de distribu ie men ionat mai sus, efortul unitar normal în punctul P(x,z) poate fi calculat cu rela ia:

zav

zam

1

zav

zx

xz (3.29)

3.3.4.2. Calculul eforturilor pe baza teoriei elasticit ii Calculul eforturilor pe baza teoriei elasticit ii este un calcul mai riguros i permite determinarea eforturilor nu numai pe paramen i, ci în orice punct din interiorul profilului.

În teoria elasticit ii se fac urm toarele ipoteze simplificatoare: - materialul este omogen i izotrop (propriet ile sunt acelea i în orice punct); - în tot volumul barajului materialul este continuu (caracterul de monolit); - în limitele eforturilor i ale deforma iilor posibile în corpul barajului este valabil

legea lui Hooke. În cele ce urmeaz se analizeaz starea plan de eforturi (din planul sec iunii

transversale) i nu se ine seama de varia ia eforturilor pe direc ia perpendicular pe acest plan (axa Oy).

Analizând un profil triunghiular cu paramentul amonte înclinat (ca în figura de mai jos) se constat urm toarele:

- în lungul paramentului amonte presiunea hidrostatic variaz propor ional cu distan a z de la vârful O;

- eforturile normale pe parament, egale i de sens contrar cu presiunea, vor fi i ele propor ionale cu z;

x

1:1:

1 P(x,z

- în lungul paramentului aval, eforturile normale pe parament sunt nule, reprezentând deci un caz particular de propor ionalitate cu z;

z

- eforturile provenite din greutatea proprie variaz de asemenea propor ional cu z.

Rezult c atât presiunile exterioare, cât i eforturile din corpul barajului sunt func ii liniare de distan a la vârful O al profilului, respectiv de coordonatele curente ale punctului P(x,z). În consecin , dac x i z sunt eforturile normale orizontale i verticale, iar este efortul tangen ial în punctul P(x,z), ele se pot exprima sub forma:

zbxa 11x zbxa 22z (3.30) zbxa 33

Pentru determinarea coeficien ilor a1,........b3 se folosesc urm toarele condi ii: - ecua iile de echilibru (Cauchy) ale unui element plan infinitezimal din corpul

barajului

Xzx

x

Zxz

z (3.31)

în care X i Z sunt componentele for ei masice pe unitatea de volum; - condi iile de echilibru la limit (adic pe cei doi paramen i) ale unui element infinit

mic de volum. Dac cele dou elemente infinit mici (aferente paramentului amonte i respectiv aval) au forma triunghiular ca în figura de mai jos, considerând ariile A1C1 = 1 i AC = 1, ca fiind egale cu unitatea, se ob in imediat ariile celorlalte fe e A1B1 = sin 1, B1C1 = cos 1, AB = sin , BC = cos . Ecua iile de echilibru, pe orizontal i pe vertical , ale acestor elemente, sub ac iunea eforturilor de pe figur vor fi: Amonte - orizontal p 1 sin 1 = xsin 1 + cos 1 - vertical p 1 cos 1 = zcos 1 + sin 1 Dac se împart cele dou ecua ii cu sin 1 i se ine seama c pe paramentul amonte

11

1

sincos se ob ine:

x = p - 1 = (p - z) 1 (3.32) Aval - orizontal xsin - cos = 0

- vertical sin - zcos = 0

De unde în acela i mod, deoarece sincos , se g se te

x = = z (3.33)

Dac în (3.31) se ine seama c for a masic este chiar greutatea proprie, deci X = 0 i Z = b, i se folosesc rela iile (3.30), ob inem: a1 + b3 = 0 deci b3 = - a1 b2 + a3 = b a3 = b � b2 (3.34) Din (3.32), (3.33) i (3.34), folosind (3.30), se g se te urm torul sistem de ecua ii:

amonte 12233

13311

zbxapzbxazbxapzbxa

zbxazbxazbxazbxa

2233

3311 aval

b3 = - a1 a3 = b � b2

Împ r im primele patru ecua ii de mai sus cu z i inem seama c zp , pe paramentul

amonte 11gcotzx , iar pe cel aval gcot

zx .

Se ob ine sistemul urm tor de ase ecua ii în care necunoscutele sunt cei ase coeficien i din rela iile (3.30) a1, b1, .......b3: a1 1 + b1 = - 1 (a3 1 + b3)

a3 1 + b3 = ( � a2 1- b2) 1 a1 + b1 = (a3 + b3) (3.35) a3 + b3 = (a2 + b2) b3 = - a1 a3 = b � b2

Rezolvând acest sistem de ecua ii se ob in primii doi termeni din rela iile (3.36), care reprezint contribu ia for ei de greutate proprie (primul termen) i a celei de presiune hidrostatic (al doilea termen). Deoarece for a de subpresiune nu este o for masic , ea nu a putut fi luat în considerare în teoria elasticit ii. De influen a subpresiunii asupra eforturilor respective s-a calculat prin metoda elementar , folosind varia ia liniar a eforturilor între cei doi paramen i, fiind reprezentat de cel de al treilea termen al rela iilor (3.36)

1

21

31

211

21

11b1 m

2a

1

21

31

21

21

2

21

21

2

b1 m232

b

13

1

211

21

1b2

1m32

a (3.36)

13

1

12

12

1

21

2

b2 m2

b

1

12b3

mba

1

113

mab

Valorile coeficien ilor a1, a2, ......b3 se pot particulariza: - lac gol, ambii paramen i înclina i ( = 0; , 1 0)

21

11b1a 2

1

21

2

b12

b

21

1b2a 2

1

21

2

b2b (3.36�)

21

1b3

2a 2

1

11b3b

- lac plin, parament amonte vertical ( 1 = 0)

a1 = 0; m21a b22 ; 23a (3.36��)

b1 = 2b2 mb ; b3 = 0

- lac gol ( ), parament amonte vertical ( 1 = 0)

a1 = 0; b2a ; a3 = 0

b1 = 0; b2 = b; b3 = 0 (3.36���) 3.3.4.3. Eforturi principale

Eforturile x, z i , calculate mai sus, nu reprezint valorile maxime care ac ioneaz într-un punct din corpul barajului.

Eforturile maxime sau minime, denumite eforturi principale, ac ioneaz dup direc ii diferite de ale axelor, numite direc ii principale. Direc iile principale ale eforturilor normale sunt ortogonale între ele, iar de-a lungul lor eforturile de alunecare sunt nule. Eforturile maxime de alunecare sunt orientate la 450 fa de direc iile principale. Într-un punct P(x,y), pe lâng eforturile x, z i , exist i eforturile principale 1, 2 i m, ale c ror expresii se cunosc de la rezisten a materialelor:

22zxzx2,1 4

21

21

22zxm 4

21 (3.37)

Cu ajutorul rela iilor (3.30), (3.36) i (3.37) se pot astfel calcula în orice punct P(x,z)

atât eforturile normale x, z, , cât i eforturile principale 1, 2 i m. La un baraj de greutate se constat c direc iile celor doi paramen i, respectiv cele normale pe acestea, sunt direc ii principale, deoarece de-a lungul lor eforturile de alunecare sunt nule. Valorile eforturilor principale pe paramen i se pot determina scriind echilibrul pe orizontal i pe vertical a dou elemente infinitezimale luate pe cei doi paramen i, ca în figur .

1: 1

1:B B1

C1 A1

x

z

1

1:

C

1:

3.3.4. Avantajele i dezavantajele barajelor de greutate Barajele de greutate prezint o serie de avantaje, în raport cu alte tipuri de baraje, printre care: - se pot construi în v i având sec iuni transversale foarte variate ca form ; - pot fi realizate în condi ii geologice mai pu in bune; - execu ia lor este simpl , nu necesit o manoper costisitoare i se poate folosi intens mecanizarea; - pot fi executate i în zone cu condi ii climatice grele; - pot fi executate atât ca baraje deversoare, cât i ca baraje nedeversoare; - exploatarea barajelor de greutate este relativ simpl . Barajele de greutate au îns i o serie de dezavantaje, cum ar fi: - necesit volume mari de beton, f r a utiliza în suficient m sur capacitatea de rezisten a betonului; - coeficien i de siguran redu i; - consumuri mari de ciment i agregate, precum i o durat de execu ie mare; - posibilitatea pierderii caracterului de monolit în cazul unei fisura ii avansate. A a cum s-a ar tat la începutul acestui paragraf în ara noastr s-au realizat înc din 1909 dou baraje de greutate pe râurile Ri ca Mic i Sadu-Sibiu. Ulterior s-au mai realizat numeroase asemenea baraje, printre acestea remarcând barajele: - V liug, pe râul Bîrzava, construit tot în perioada 1909-1910, cu în l imea de 27 m, permi ând o acumulare de 1,2 milioane m3 i realizat din zid rie de piatr brut cu mortar de ciment; - Scropoasa, construit în perioada 1929-1933 în Cheile Orzei pe râul Ialomi a; barajul înalt de 26 m, cu un volum de beton de 3000 m3, realizeaz acumularea Scropoasa, cu un volum de 550.000 m3, al uzinei hidroelectrice Dobre ti; - Izvorul Muntelui - Bicaz, construit în perioada 1955 - 1960 pe râul Bistri a, având o în l ime de 127 m, un volum de beton de 1.625.000 m3, lungimea la coronament de 435 m i realizând o acumulare de 1.230.000.000 m3, lacul având o lungime de 35 km, i o suprafa de circa 35 hectare. În figura 3.15. se prezint o vedere în plan i o sec iune

transversal prin acest baraj.

Fig.3.16. Barajul UHE Por ile de Fier I. Sec iune transversal .

Astfel de baraje s-au mai realizat în amenaj rile Bistri a - aval, Arge - aval, Olt, Dun re, etc. Barajul Uzinei Por ile de Fier I este de asemenea un baraj de greutate de tip fluvial, a c rui sec iune transversal este redat în figura 3.16.

3.4. Barajele cu rosturi l rgite, baraje evidate i barajele descompuse În cazul barajelor de greutate, care sunt baraje masive din beton, eforturile ce apar au valori situate mult sub capacitatea de rezisten a betonului. De exemplu, valoarea maxim a efortului ce se poate ob ine pe talpa de funda ie a unui baraj de greutate înalt de 100 m poate fi în jurul valorii de 25 daN/cm2. Mai mult , zonele centrale ale profilului barajului sunt mai pu in solicitate decât cele exterioare. În acest fel a ap rut ideea de a se realiza goluri în corpul barajelor, ceea ce reduce sec iunea activ i conduce la eforturi mai mari. S-au realizat astfel baraje în care rosturile au c p tat dimensiuni mai mari (baraje cu rosturi l rgite), baraje evidate la care golurile sunt dispuse în zona central i prelungite pân la suprafa a de funda ie i în sfâr it baraje descompuse (cu pile i pl ci, cu pile i bol i etc).

3.4.1. Barajele cu rosturi l rgite Sunt baraje care constau din ploturi triunghiulare în ale c ror fe e laterale se prev d goluri (figura 3.17). L imea unui rost l rgit poate atinge 3-5 m. aceste baraje reprezint o form intermediar între barajele de greutate i cele evidate. Raportul dintre l imea unui rost i l imea total L1 a plotului se noteaz cu i se nume te coeficient de evidare. La barajele cu rosturi l rgite = 0,1 - 0,3 . La aceste baraje se ob in economii de beton ce merg pân la 10 - 15 % fa de un baraj de greutate. Aceste baraje prezint i o serie de alte avantaje cum ar fi: reducerea subpresiunilor, men inerea uscat a betonului, r cirea mai u oar , supraveghere i între inere mai bun .

3.4.2. Barajele evidate Barajele evidate sunt barajele la care golurile provenite din l rgirea rosturilor devin mult mai mari. Coeficientul de evidare are valori mai mari, cuprinse între 0,3 i 0,7. Înclinarea paramen ilor difer fa de cele de la barajele de greutate, în sensul c paramentul amonte este mai înclinat, iar cel aval mai pu in înclinat. De obicei: 1 = 0,40 - 0,50, iar = 0,45 - 0,60. Forma plotului poate fi diferit , a a cum se vede din figura 3.18, existând: ploturi simetrice (dublu T) închise aval (figura 3.18 a), ploturi semideschise aval (jum tate din gol este închis i jum tate deschis spre aval, figura 3.18 b), sau ploturi simplu T deschise aval (figura 3.18 c). În practic , pentru a nu realiza puncte de concentrare a eforturilor, se rotunjesc sau se te esc muchiile ascu ite, rezultând ploturi de forma celui prezentat în figura 3.18.d. Barajele evidate realizeaz fa de cele de greutate economii de beton care depind de valoarea coeficientului de evidare i pot merge pân la 40 - 45 %. Dimensionarea barajelor evidate se face punând acelea i condi ii ca i la barajele de greutate: - efort total la piciorul amonte s fie mai mare sau la limit egal cu zero

(3.19) totam

jam

j=1

n

0

s

- coeficientul de stabilitate la alunecare s fie mai mare, sau la limit egal, cu un coeficient admisibil

K K (3.20) sad

Deosebirea este c acum, în calculul for elor, a ariei, momentelor de iner ie i modulului de rezisten , trebuie s se in seama de existen a golului.

Fig. 3.17. Baraj cu rosturi l rgite

Dac se noteaz cu raportul între l imea total a pl cilor laterale i baza plotului, în cazul plotului din figura 3.18.a., rezult imediat: A = + H L 1-1 c 1 1

IL H

1-y1 1 c

333

121

(3.27)

WI

xI

+ HL + H

1-yy

max

y

1 c

1 1 c22

61

23

Sistemul de ecua ii, ce se ob ine folosind condi iile (3.19) i (3.20), permite s

se determine i 1. Se men ioneaz urm toarele:

- înclinarea paramentului amonte 1 este influen at de valoarea coeficientului de frecare f i a celui de evidare , crescând odat cu reducerea lui f i m rirea lui ; - eforturile la piciorul aval sunt cu atât mai mari cu cât este mai mare.

În figura 3.19 este ar tat , pentru exemplificare, vederea în plan i sec iunile caracteristice ale barajului evidat de la Pontano d�Avio, din Italia, construit în 1956, situat la o altitudine foarte ridicat (2370 mdM)

Fig. 3.18. Forme posibile ale ploturilor la un baraj evidat

Barajele evidate au urm toarele avantaje fa de barajele de greutate: - reducerea subpresiunilor pe talpa de funda ie, datorit ac iunii drenante a golurilor; - m rirea stabilit ii la alunecare, datorit reducerii efortului de subpresiune i a rezisten ei suplimentare date de roca cuprins în interiorul golurilor; - evacuarea mai u oar a c ldurii ce se degaj în procesul de hidratare i în timpul prizei betonului; - supravegherea mai u oar în timpul exploat rii i executarea mai comod a lucr rilor de între inere i repara ii prin golul central al barajului; - folosirea mai eficient a capacit ii de rezisten a betonului; - economia de beton, care poate merge pân la 40-45%.

În acela i timp exist îns i o serie de dezavantaje cum ar fi: - înc rc ri mai mari transmise terenului de funda ie; - volumul mare de cofraje i manoper mai preten ioas , care m resc costul lucr rii; - dozaj mai mare de ciment i utilizarea unor cantit i sporite de arm tur ; - imposibilitatea folosirii unui grad de mecanizare similar celui de la barajele de greutate.

3.4.3. Barajele descompuse (cu contrafor i) Barajele descompuse sunt baraje alc tuite din elemente de reten ie de diferite forme (pl ci, bol i, cupole, etc), care preiau presiunea apei i din contrafor i, pe care se reazem elementele de reten ie i care transmit sarcina terenului de funda ie (figura 3.20)

Pentru a împiedica flambarea elementelor verticale i a se asigura stabilitatea general a construc iei, se folosesc grinzi de rigidizare care leag contrafor ii între ei.

1. pil 2. plac plan 3. arc 4. cupol 5. elemente de rigidizare

FIG. 3.20. BARAJE DESCOMPUSE Distan a dintre contrafor i se stabile te astfel încât înc rcarea transmis pe terenul de funda ie s nu dep easc rezisten ele admisibile ale acestuia. Paramentul amonte este mult înclinat, pentru a m ri componenta vertical a împingerii apei. Aceste baraje s-au dezvoltat odat cu utilizarea betonului armat, prin armarea elementelor de reten ie i a contrafor ilor. Din categoria aceasta de baraje fac parte: - barajele cu contrafor i ciuperc ; - barajele cu elemente de reten ie sub form de pl ci plane (baraje în pile i pl ci);

- barajele cu elemente de reten ie sub form de arce (baraje cu arce multiple); - barajele cu elemente de reten ie din bol i sau cupole. Barajele descompuse se execut în general în v i al c ror raport între deschidere i în l ime este mai mare de 3,5 - 4,0. Eforturile transmise terenului de funda ie cresc i ajung s fie de dou sau trei ori mai mari decât cele de la barajele de greutate. Un avantaj deosebit al acestor baraje este acela c pot prelua deforma ii i tas ri diferite fiind

alc tuite din elemente independente. Ele pot fi, în consecin , construite în zonele seismice, fiind mai indicate decât alte tipuri de baraje. În figura 3.21 sunt prezentate spre exemplificare, câteva sec iuni tip ale unor baraje descompuse, iar în figura 3.22. o vedere în plan i sec iuni tip ale barajului cu contrafor i Roselend. i în ara noastr s-au realizat o serie de baraje de acest tip. Astfel primul baraj cu contrafor i - ciuperc construit în România este barajul Secul, pe râul Bârzava, terminat în 1963. El are o în l ime maxim de 38 m i o lungime la coronament de 136 m, fiind alc tuit din 14 ploturi cu l imea L = 10 m i un coeficient de evidare = 0,65 m. Grosimea pl cii amonte variaz de la 6,5 m la baz , pân la 3 m la coronament. În perioada 1960 - 1964 s-a executat barajul Strîmtori, pe râul Firiza, având în l imea maxim de 49,5 m i 200 m lungime la coronament. Este format din 15 ploturi deschise aval. În anul 1972 a fost dat în exploatare barajul cu contrafor i - ciuperc , deschi i aval,de la Poiana Uzului, cu în l imea maxim de 80,4 m, lungimea la coronament de 500 m, realizat prin 33 de ploturi de 15 m l ime.

e

a b

c d

FIG.3.21. SEC IUNI TIP ALE UNOR BARAJE DESCOMPUSE a,d. cu contrafor i ciuperc ; b. în pile i pl ci; c. cu arce multiple;

e. în pile i cupole.

3.5. Barajele arcuite

3.5.1. Defini ii, clasificare Barajele arcuite (în arc) sunt barajele la care presiunea hidrostatic a apei (principala înc rcare) este preluat de c tre o membran din beton, de grosime variabil , curbat atât în plan orizontal, cât i în plan vertical, i care lucreaz ca o structur complex în spa iu. Transmiterea eforturilor c tre versan i i terenului de funda ie se face în plan orizontal prin intermediul arcelor, iar în plan vertical prin cel al consolelor. Barajele în arc sunt din ce în ce mai r spândite datorit avantajelor pe care le prezint , dintre care amintim: volume de beton mult mai reduse decât la barajele de greutate, o utilizare mai eficient a propriet ilor de rezisten a betonului, o durat mai mic de execu ie, o degajare mai bun a c ldurii etc. Ast zi în lume sunt peste 300 de baraje în arc, dintre care peste 150 cu în l imi mai mari de 75 m (câteva asemenea baraje i caracteristicile lor sunt redate în tabelul 3.1.). La noi în ar exist în func iune mai multe asemenea baraje, altele fiind în construc ie sau în faz de proiectare. Cel mai important este barajul Vidraru de pe Arge , înalt de 167 m, care este în acela i timp unul din cele mai mari i mai bine realizat baraj de acest fel din lume. Alte baraje în func iune sunt : Negovanu - Sadu (H = 62 m), Teliuc - Cerna (H = 48 m), Baciu - Doamnei (H = 34 m), Vâlsan (H = 24 m), Cump ni a (H =33 m), Paltinul - Doftana (H = 108 m), Tarni a - Some (H = 97 m), Galbenu -Lotru (H = 60 m), T u - Sebe (H = 78 m), pe Râul Mare, Dîmbovi a, Dr gan, Cerna, Br di or, etc. Barajele în arc se pot clasifica din mai multe puncte de vedere. Dup modul de transmitere a eforturilor, provenite din diverse înc rc ri, c tre terenul de funda ie, exist : - baraje de greutate în arc, construite în v i mai deschise, la care sarcinile sunt preluate în cea mai mare parte de console (care sunt elemente mai rigide); la aceste tipuri de baraje, raportul dintre deschiderea v ii la cota coronamentului L i în l imea barajului H, este cuprins între L/H = 1,5.........3,5; - barajele în arc pur (L/H < 2), realizate de obicei în v i înguste i adânci (chei), la care sarcinile sunt preluate în cea mai mare parte de c tre arce (elemente mai rigide decât consolele).

Fig.3.23. Re eaua de arce i console la un baraj arcuit

3.5.2. Condi ii geologice Deoarece barajele arcuite transmit terenului eforturi mai mari, calit ile geologice necesare funda iei sunt mult mai preten ioase. Rocile din amplasamentul barajului trebuie s fie rezistente, monolite, nedeformabile, etan e i nedegradabile în contact cu apa. Astfel de calit i au rocile de natur eruptiv i metamorfic , precum i cele sedimentare de bun calitate. Propriet ile fizico - mecanice ale rocilor pot fi îmbun t ite prin lucr ri de consolidare (injec ii, voaluri de etan are). Calit ile de rezisten mecanic , impermeabilitate, omogenitate a rocii de funda ie, se determin prin studii foarte am nun ite în zona amplasamentului barajului, zona cuvetei lacului i a zonelor adiacente. Insuficien a studiilor geologice i geotehnice poate duce la accidente grave. În mod uzual valorile eforturilor admisibile ale rocii de funda ie trebuie s dep easc 40 - 50 daN/cm2, iar modulul de elasticitate s dep easc 100.000 daN/cm2.

3.5.3. Condi ii morfologice În cazul barajelor arcuite forma v ii are o influen mare asupra modului în care se traseaz barajul, asupra formei i dimensiunilor acestuia. O modalitate de a caracteriza aceast form este raportul = L/H definit mai sus, care îns nu caracterizeaz foarte bine aceast form . Un alt mod de a caracteriza forma v ii a fost propus de F.Tölke, cu ajutorul expresiei

HzH L = (z) S

în care este un �coeficient de form � a v ii, a a cum se observ în figura 3.24. Se observ

c : ,HzL = (z)x

dzdS(z) 1-

iar pentru z = H, rezult x = L.

Cele mai convenabile sunt albiile de form simetric . V ile asimetrice pot fi îns simetrizate prin excava ii sau cu ajutorul unor reazeme speciale (culee). Aici se include i solu ia unei rezem ri continue pe întreg conturul (baraje cu rost perimetral) Tendin a actual este de a adapta structura barajului la morfologia oricât de divers a v ii. În ceea ce prive te orientarea liniilor de nivel, situa ia cea mai favorabil este aceea în care ele prezint o divergen spre amonte. Cu cât arcele componente atac terenul sub unghiuri mai apropiate de 90%, cu atât mai avantajoas va fi comportarea barajului.

Fig.3.24. Caracterizarea formei albiei, solu ii de simetrizare

3.5.4. Profile caracteristice Pentru un baraj arcuit este caracteristic sec iunea transversal ob inut prin planul vertical în care în l imea barajului este maxim . Aceast sec iune, care serve te la trasarea în plan i la definirea formei geometrice a barajului, poart denumirea de sec iune maestr .

HC

Fig.3.25. Sec iunea maestr i caracteristicile ei

La proiectarea unui baraj în arc este util s se cunoasc sec iunile maestre ale unor baraje deja executate în condi ii geologice i morfologice similare. Prin analogie cu acestea se poate admite o sec iune maestr cu ajutorul c reia se efectueaz o prim trasare a

Fig.3.26. Sec iuni maestre ale unor baraje în arc din România

noului baraj. Prin încerc ri de înscriere în teren i verific ri statice succesive se ajunge apoi la o form optim . Pentru u urin a tras rii i a calculelor statice este recomandabil ca sec iunea aleas s aib o form continu , cu grosimea variind, func ie de în l ime, dup o lege analitic . Orice sec iune maestr are urm toarele elemente caracteristice ( figura 3.25): - în l imea Hc, care este în l imea constructiv a barajului; - l imea sec iunii la coronament b; - l imea sec iunii la talpa de funda ie B; - razele rj ale fiec rui arc i linia centrelor acestora; - grosimea arcelor ej; - unghiul la centru 2 j al fiec rui arc. La un arc zonele încastr rii în cei doi versan i se numesc �na teri�, iar zona median a arcului se nume te �cheie�. Fiecare sec iune maestr poate fi caracterizat prin raportul între l imea la baz B i în l imea Hc, numit �coeficient de zvelte �. Progresele înregistrate în domeniul construc iei barajelor arcuite au permis construirea unor baraje din ce în ce mai zvelte. Recordul îl de ine barajul Tolla din Corsica, înalt de 88 m, având B = 2,43 m i b = 1,50 m, cu un volum de beton de numai 12.500 m3. În figura 3.26.sunt prezentate sec iunile maestre ale unor baraje în arc din ara noastr , iar în figura 3.27. este prezentat vederea în plan i o sec iune transversal a barajului Vidraru de pe râul Arge . Pentru determinarea preliminar a dimensiunilor unei sec iuni maestre se pot folosi i multe formule rezultate din prelucrarea statistic a datelor privind baraje deja executate. De exemplu: grosimea la coronament se poate estima cu una din rela iile: b = 0,02 Ld; b = 0,012 (Ld + Lc); b = 0,03 R; b = 0,01 (2 R + Hc), în care Ld este lungimea desf urat a coronamentului, iar R raza medie a coronamentului. Pentru grosimea B la baz se pot folosi formulele : B = 0,1 L; B = (0,075.......0,100) Ld

3.5.5. Barajele cu rost perimetral Eforturile transmise terenului de funda ie sunt mai mici, iar calculele statice sunt mai simple, în situa ia în care profilul v ii este simetric. În plus continuitatea elementelor geometrice i a funda iilor evit concentr rile de eforturi i apari ia fisurilor. De asemenea, modul de rezemare pe roca de funda ie este considerat mai avantajos dac se realizeaz sub forma unei rezem ri simple, decât sub forma unei încastr ri perfecte. De aceea constructorii italieni au propus ca rezemarea unui baraj arcuit s se fac pe întreg perimetrul v ii, prin intermediul unui soclu separat de corpul barajului printr-un rost perimetral (figura 3.28) Soclul simetrizeaz valea, realizeaz continuitatea geometric i modereaz eforturile transmise terenului, iar rostul, etan at în amonte, asigur rezemarea simpl a structurii. Soclurile pot fi de 3 tipuri: normal, cu pinten aval i cu contrasoclu. Primul baraj de acest tip a fost realizat la Osiglia între 1937 - 1939 (Hc = 76 m, L/Hc = 2,43), iar cel mai înalt baraj de acest tip este cel de la Vaiont (Fran a) care are 262 m. La noi în ar a intrat în exploatare în 1971 barajul de la Paltinul, pe râul Doftana, care are o în l ime Hc = 108 m, lungimea pe coronament Lc= 460 m, l imea la coronament b = 6 m i cea la baz B = 16 m.

3.5.6. Elemente de ordin constructiv ale barajelor arcuite 3.5.6.1. Amenajarea funda iilor La executarea excava iilor unui baraj arcuit se urm re te realizarea unei continuit i în profil longitudinal i o eventual simetrizare a v ii. În construc ia barajelor moderne s-a renun at la realizarea funda iilor în trepte, care fac ca barajul s fie expus fisur rii

provocate de proeminen ele de pe contur. Când forma v ii prezint neregularit i sau o u oar asimetrie este avantajos ca, prin excava ii suplimentare ra ionale, acestea s fie înl turate.

În cazul în care versan ii fac unghiuri mai mari decât 300 - 400 cu orizontala i deci ploturile componente au tendin a s alunece, funda ia se p streaz continu . Stabilitatea se asigur fie începând construc ia din vale spre versan i i sprijinind ploturile unele pe altele

(când rosturile sunt joantive), fie prev zând butoni de rezemare între ploturi (când rosturile sunt duble), a a cum se vede din figura 3.29 a. La versan i foarte abrup i pentru a evita intersectarea suprafe elor rosturilor sub un unghi foarte ascu it cu funda ia, se obi nuie te ca rosturile s fie orientate în partea lor inferioar normal pe funda ie. În sec iune transversal , suprafa a de funda ie a ploturilor poate fi u or înclinat spre amonte i prev zut eventual cu o adâncitur pentru pintenul barajului. Când exist galerii de injec ii de consolidare i impermeabilizare, talpa de funda ie este orizontal . (figura 3.29 b).

soclu normal soclu cu pinten aval soclu cu contrasoclu 1.soclu; 2. rostul perimetral; 3. plombe; 4. contrasoclu; 5. ancore; 6. galerie de injec ie

FIG.3.28. BARAJE ARCUITE CU ROST PERIMETRAL

Pe versan i funda iile na terilor se orienteaz radial, astfel încât arcele s atace terenul la 900 (figura 3.29 c). Se admite ca unghiul de atac cu versantul s se reduc , dar funda ia trebuie s r mân radial . O regul empiric cere ca rezultanta for elor s fac un unghi mai mare de 300 cu linia terenului din aval. Pentru a evita volume mari de excava ii se pot adopta funda ii în trepte ale na terilor. 3.5.6.2. Rosturile de contrac ie ale barajelor arcuite Pentru a evita fisurarea betonului barajele în arc se construiesc din ploturi cu l imea de 10-15 m, separate prin rosturi verticale radiale (figura 3.30). Acestea pot fi rosturi l rgite, cu l imea de 1-1,5 m, cu proeminen e i adâncituri, sau rosturi joantive de l ime redus , cu contur poligonal.

Pentru asigurarea caracterului monolit al barajului arcuit, rosturile se injecteaz cu lapte de ciment. Rosturile l rgite se închid dup ce s-a degajat cea mai mare parte a c ldurii de hidratare i s-au produs fenomenele de contrac ie.

c

b

a

Fig. 3.29. Amenajarea funda ilor: a) în sec iune longitudinal ; b) în sec iune transversal ; c)fundarea nasterilor

Fig.3.30. Rosturi de contrac ie la un baraj arcuit

De aceea injectarea rosturilor începe dup 6-8 luni de la turnarea ploturilor. Rosturile joantive se execut mai u or, dar necesit r cirea artificial a betonului, în care scop se introduc re ele de evi prin care circul ap de r cire. De exemplu la barajul Vidraru exist peste 100 km de eav pentru apa de r cire.

Rosturile sunt prev zute în amonte i în aval cu dispozitive de etan are. Etan area amonte se poate face cu tol de cupru de 1,5.....2 mm grosime, sudat cap la cap, sau cu tol de cupru combinat cu un prism de material bituminos. În aval se prev d tole de cupru sau zinc de acelea i dimensiuni. La barajele moderne se realizeaz etan area prin benzi din material plastic (PVC, de exemplu band tip SIKA).

Deoarece barajele în arc au grosimi mai mici i sunt realizate din beton cu

calit i superioare, mai pu in permeabile, la aceste baraje nu este necesar o re ea de drenaj. La barajele de greutate în arc, care sunt mai groase, se prevede o re ea de drenaj la circa 2 m de paramentul amonte, format din tuburi poroase cu diametrul de 20-30 cm. Galeriile i pu urile de vizitare au acelea i func iuni ca i la barajele de greutate, fiind îns de dimensiuni minime i puternic armate, deoarece ele mic oreaz sec iunea activ a barajului. 3.5.7. Calculul barajelor arcuite La calculul static al barajelor în arc se iau în considerare doar solicit rile care au rol determinant în alegerea formei i solu iei lucr rii. Acestea sunt: presiunea hidrostatic (principala solicitare) , înc rc rile provenind din varia iile de temperatur (în special la barajele mai sub iri), for ele seismice i greutatea proprie (în special în cazul barajelor de greutate în arc). Alte for e, cum ar fi subpresiunea, împingerea ghe ii .a., sunt neglijabile. Metodele de calcul static al barajelor în arc sunt diverse i au evoluat în timp. La începutul secolului XX metoda de calcul utilizat era aceea a arcului pur, care consider barajul ca fiind format din inele circulare (arce) suprapuse i care ac ioneaz independent unele de altele. Admi ându-se ipoteza c aceste inele sunt sub iri i închise, ele se dimensionau cu formula

cazanelor, e =pre

ad, luând în calcul un efort de compresiune egal cu jum tate din cel

admisibil. Deoarece îns arcele componente ale unui baraj real sunt încastrate în versan i,

ele nu se pot deforma liber, ca pere ii unui cazan. Reac iunile din încastrare produc eforturi de tensiune mari. În consecin au ap rut metode care au permis calculul arcelor rigid încastrate în versan i (Ritter 1913, Cain 1921), ca i luare în considera ie a influen ei deformabilit ii rocii de funda ie (Vogt -1925). De asemenea s-au dezvoltat metode de calcul a arcelor de grosime variabil , la diverse solicit ri. Odat cu acceptarea ideii c solicit rile se transmit prin corpul barajului atât în planuri orizontale, prin intermediul arcelor încastrate în versan i, cât i în planuri verticale, prin intermediul consolelor încastrate în funda ie, a fost necesar apari ia altor metode de calcul. Dificultatea acestor metode const în determinarea modului în care se repartizeaz presiunea hidrostatic i celelalte solicit ri, între arce i console. Exist dou procedee:

a. pe baza condi iei ca deplas rile arcelor i consolelor, exprimate func ie de sarcinile necunoscute, s fie identice în nodurile re elei. Procedeul se aplic în sec iunea maestr (metoda egal rii deforma iilor în sec iunea maestr , Woogard 1904, Ritter 1913) sau pe toat re eaua (Stucky 1922).

b. admiterea unor reparti ii arbitrare a sarcinilor între arce i console i corectarea acestei reparti ii în mod succesiv, pân când deplas rile din noduri devin identice. Metoda numit a sarcinilor de prob a fost propus de Noetzli în 1921 i dezvoltat ulterior de inginerii americani.

Ulterior un baraj arcuit s-a considerat ca fiind o plac curb în spa iu, de grosime variabil , rezemat elastic pe contur. Exist îns dificult i în formularea i rezolvarea ecua iilor diferen iale ale comport rii unei astfel de structuri. Mul i autori au simplificat ecua iile neglijând termenii cu importan mai mic i au propus unele integr ri analitice (Westergaard 1928, Tölke 1938, Lombardi 1955). Utilizarea calculatoarelor a permis în continuare s se ob in solu ii numerice din ce în ce mai exacte. Dup 1960 s-a dezvoltat o metod de calcul bazat pe elemente finite, care permite rezolvarea mai rapid i mai exact . În încheiere trebuie men ionat c în acest domeniu o contribu ie important i-au adus i oamenii de tiin i inginerii români, atât în dezvoltarea metodelor de calcul (R.Pri cu, M. Constantinescu, A. Popovici, D. Stamatiu), cât i în conceperea, proiectarea i execu ia unor baraje arcuite cu parametri performan i în Europa i pe plan mondial (ISPH, Hidroconstruc ia SA, Energoconstruc ia SA).

3.6. Baraje din materiale locale

Materialele locale, care se preteaz la construc ia barajelor i care se g sesc de obicei în vecin tatea amplasamentului barajului, sunt diferite p mânturi (nisip, argil , etc) i materiale din piatr (pietri , bolov ni , piatr de diferite dimensiuni). Barajele din materiale locale se caracterizeaz prin simplitatea construc iei i prin costul relativ redus. Aceste baraje elimin transporturi i tehnologii costisitoare, nu folosesc materiale deficitare i reprezint în general solu ii optime din punct de vedere tehnic i economic. Ele trebuie s îndeplineasc dou condi ii esen iale: s fie construc ii stabile i s fie cât mai pu in permeabile. Datorit dezvolt rii i perfec ion rii cuno tin elor din domeniul mecanicii p mânturilor, a mijloacelor i metodelor de execu ie a volumelor mari de lucr ri de terasamente, în ultima perioad de timp s-au realizat un num r din ce în ce mai mare de asemenea baraje. În prezent peste 2/3 din barajele ce se execut sunt baraje din materiale locale. De asemenea s-a ajuns la performan e deosebite în privin a în l imii barajelor i a volumelor acestora. Astfel, cel mai înalt baraj din lume este în prezent barajul din materiale locale de la Nourek, pe râul Vash (Tadjikistan), de 317 m i care are un volum de 58 106 m3 ca volum, cele mai mari sunt barajele de la Tarbela (H = 148 m) pe Indus în Pakistan, care are 142 106 m3, urmat de barajele Fort Peck (H = 76 m) cu 96,03 106 m3 i Oroville (H = 236 m) cu 59,64 106 m3, ambele din SUA. În ara noastr s-au realizat în ultimii ani importante lucr ri de p mânt, atât în domeniul hidroameliorativ, cât i în domeniul hidroenergetic. Astfel lungimea digurilor de ap rare construite în lunca Dun rii dep e te 500 km, totalizând un volum de terasamente de peste 25 106 m3. Amenajarea hidroenergetic a râului Bistri a a necesitat, pentru cele 8 lacuri dintre Bicaz i Bac u, diguri cu în l imi între 5 i 15 m, însumând peste 30 km lungime i un volum de 2,1 106 m3. Ulterior asemenea amenaj ri, cu performan e superioare, s-au realizat pe Arge , Olt i alte râuri interioare. În prezent în ara noastr exist realizate de asemenea peste 20 de baraje mari din materiale locale. Dintre acestea se remarc barajul Vidra pe Lotru ( H = 124 m, Vb = 3,8 106 m3), M ri elu pe Some (H = 102 m), Siriu pe Buz u (H = 115 m), Oa a pe Sebe (H = 106 m) i altele. Clasificarea barajelor din materiale locale se face din mai multe puncte de vedere. În func ie de materialul principal utilizat exist : baraje de p mânt, baraje din anrocamente i baraje mixte (p mânt i piatr ).

3.6.1. Caracteristicile p mânturilor P mântul este alc tuit din trei faze: solid , lichid i gazoas . Faza solid este alc tuit din particule de diferite m rimi. Particulele de diametre apropiate formeaz frac iuni granulometrice. În golurile dintre particulele fazei solide se g sesc ap i aer. Materialele locale care se folosesc la construc ia barajelor trebuie s aib o serie de calit i, care rezult din propriet ile acestora. Principalele caracteristici ale unui material sunt urm toarele:

a. curba granulometric a p mântului este reprezentarea grafic a cantit ii de p mânt (în procente din greutate) dintr-o anumit prob , func ie de diametrul particulelor care alc tuiesc proba (figura 3.31). Ea se determin prin cernerea probei succesiv prin site cu dimensiunile ochiurilor din ce în ce mai mici i cânt rindu-se greutatea materialului care nu a trecut prin ochiurile sitei.

Func ie de dimensiunile particulelor componente, materialele se împart în: - piatr , dac d = 20 - 200 mm; - pietri d = 2 - 20 mm; - nisip foarte mare d = 1 - 2 mm; - nisip mare d = 0,5 - 1 mm; - nisip mijlociu d = 0,2 - 0,5 mm; - nisip fin d = 0,1 - 0,2 mm; - nisip foarte fin d = 0,05 - 0,1 mm; - prafuri d = 0,005 - 0,05 mm; - argile d < 0,005 mm.

Fig. 3.31. Curba granulometric a unui material

Alura curbei granulometrice ne d indica ii asupra gradului de uniformitate a materialului. Materialele trebuie s con in frac iuni din toate diametrele: prea mult material fin nu este indicat, deoarece este u or sp lat de ap , iar o cantitate prea mare de material grosier m re te gradul de permeabilitate. Se define te chiar un indice de uniformitate a materialului:

u = dd

60%

10% (3.28)

în func ie de ale c rui valori materiale pot fi: - uniforme dac u < 5; - cu uniformitate mijlocie pentru 5 < u < 15; - neuniforme pentru u > 15.

Ideal ar fi ca materialul s aib particule din toate frac iunile: materialul grosier ar constitui scheletul de rezisten , asigurând stabilitatea, iar materialul mai fin, împ nat în golurile celui grosier, ar asigura impermeabilizarea barajului.

b. porozitatea materialului reprezint raportul dintre volumul golurilor Vg i cel total Vt al unei probe de p mânt:

n = VV

g

t (3.29)

De regul volumul golurilor este umplut cu un anumit volum de ap Vw i cu un volum de aer Va, Vg = Vw + Va. Diferen a dintre volumul total i volumul golurilor reprezint volumul fazei solide Vs sau volumul plinului Vp = Vs.

c. cifra porilor reprezint raportul dintre volumul golurilor Vg i volumul plinului (fazei solide) Vp al unei probe de p mânt:

= VV

n1- n

g

p (3.30)

d. greutatea specific a fazei solide s este raportul

ss

s

GV

(3.31)

iar greutatea volumetric a p mântului este

vt

GV

(3.32)

în care G = Gw + Gs (3.33) Gw fiind greutatea apei i Gs a fazei solide.

e. umiditatea p mântului este raportul dintre greutatea apei din pori i greutatea

p r ii solide: w = GG

w

s (3.34)

Cu aceasta rezult imediat expresia greut ii specifice volumetrice a unui p mânt:

vt

w s

t

s s

ts

s

ts

GV

G GV

w G GV

wVV

w1 1 n1

w

(3.32�)

Mai men ion m c în cazul unui material putem vorbi deci de trei valori ale greut ii sale specifice:

- în stare uscat (3.35) u s n1- în stare umed (normal ) (3.32�) v s n1 1- în stare imersat (3.36) " = ns 1

Dac întreg volumul golurilor este umplut cu ap (Vg = Vw) se spune c p mântul este saturat cu ap , iar umiditatea W se nume te umiditate de satura ie (sau maxim ) Ws:

WGG

nns

a

s s 1 s (3.37)

f. gradul de satura ie este raportul dintre umiditatea p mântului în stare natural

i umiditate de satura ie s = (3.38) ww s

Func ie de gradul de satura ie cu ap p mânturile pot fi: - uscate dac s 0,4; - umede pentru 0,4 < s 0,8; - foarte umede 0,8 < s < 1; - saturate s = 1; g. gradul de compactarea (îndesare) P mânturile necoezive se caracterizeaz

prin a ezarea mai afânat sau mai îndesat a fazei solide. Gradul de îndesare sau de compactare a

unui p mânt se define te prin raportul: D = max

max min(3.39) cu cifra porilor .

Func ie de valoarea lui D p mânturile necoezive pot fi: - afânate pentru 0 < D < 0,33 - cu compactare mijlocie dac 0,33 < D < 0,66 - compacte dac 0,66 < D 1

1 1-n

n

Vp

Vg

Vt

Mai trebuie ar tat c p mânturile se caracterizeaz prin plasticitate, adic prin proprietatea de a putea fi modelate în anumite limite de umiditate.

h. rezisten a la forfecare a p mântului este efortul unitar maxim care se dezvolt într-un plan de alunecare în momentul ruperii. El se determin prin încerc ri de laborator (figura 3.32) i poate fi exprimat prin rela ia: (3.40)

= tg + c

în care este efortul unitar normal în sec iunea considerat , unghiul de frecare interioar al p mântului i c coeziunea p mântului. În cazul p mânturilor necoezive c = 0 i se mai nume te unghiul taluzului natural.

i. permeabilitatea p mânturilor este proprietatea acestora de a l sa apa s curgprin porii s i. inând seama c apa curge prin spa iile dintre particulele solide, mi carea acesteia este deosebit de complicat . Pentru a o putea studia se folose te un model simplu (propus de Darcy), considerând c debitul de fluid ce str bate p mântul (mediu poros) folose te întreaga sec iune A a probei (figura 3.33), f r a ine seama deci de existen a particulelor solide. Evident,

Fig.3.32.Determinarea rezisten ei la forfecare

în acest caz, viteza de mi care a apei prin mediul poros (viteza de infiltra ie) va va fi mai micdecât cea real

va = n vr (3.41)

Fig.3.33. Modelul curgerii prin medii poroase (Darcy) i determinarea coeficientului de permeabilitate

Darcy a propus ca aceast vitez s fie determinat prin rela ia va = k i (3.42) în care i reprezint panta hidraulic a curgerii (panta liniei piezometrice), iar k o m rime caracteristic a p mântului, constant în anumite limite ale pantei i având dimensiunile unei viteze. Aceast m rime se nume te coeficient de permeabilitate i poate fi u or determinat, în mod experimental, ca în figura 3.33. P mânturile au diverse valori medii ale acestui coeficient, ca de exemplu:

- argila k = 10-7 cm/s; - nisip argilos k = 10-3 - 10-5 cm/s; - nisip fin k = 10-3 - 10-4 cm/s; - nisip mediu k = 10-2 - 10-3 cm/s; - nisip mare k = 10-1 - 10-2 cm/s; - pietri , prundi k = 10 - 10-1 cm/s.

3.6.2. Infiltra ia prin corpul barajelor de p mânt

A a cum s-a men ionat deja barajele de p mânt trebuie s fie cât mai pu in permeabile. Din punct de vedere al infiltra iei barajelor de p mânt se împart în:

- baraje omogene, al c rui corp este alc tuit dintr-un singur fel de material (aceea i valoare a lui k);

- baraje neomogene, în corpul c rora se folosesc materiale diverse (nisip, pietri , argil ), cu valori diferite ale coeficientului de permeabilitate, în special cu scopul de a mic ora debitul de infiltra ie.

3.6.2.1. Calculul infiltra iei prin baraje omogene de p mânt Infiltra ia se face pe baza legii lui Darcy (3.42). Mi carea are caracterul unei mi c ri poten iale plane putându-se trasa chiar i un spectru hidrodinamic al ei (figura 3.34). Dac suprafa a liber a curgerii este o curb de forma ABC, exist trei zone caracteristice i anume: (1) zona prismului amonte, (2) zona central i (3) zona prismului aval.

Zona (1) Se face ipoteza c tuburile de curent sunt cilindrice i orizontale, de grosime infinit mic dz. Debitul elementar prin o sec iune a tubului de curent este: dq = v dA = ki dz lz

Curgerea fiind plan , calculul se face pe unitatea de l ime (metru liniar) perpendicular pe figur .

Panta hidraulic în aceast zon , cu nota iile de pe figur , este i =a

m z1 i deci dq =

k am z

dz1

q =ka

m zdz

1do+a

Hb

Cum a + se ob ine d H ho b q =k H h - d

mH

H hb o

1

b

bln

(3.43)

Zona (2)

În acela i mod, cu nota iile de pe figur , se observ c i = -dydx

;

v = - kdydx

; dq = v dA = - kdydx

l y

Separând variabilele se poate scrie:

i deci q dx k y dyo

s

h

h aav o

q k2s

h h a2av o

2 (3.44)

Forma curbei suprafe ei libere (BC) În aceast zon rezult dac se integreaz între limite variabile:

q dx k y dyo

x

h

y

x =k

2 qh y2 2 (3.45)

ecua ia care ne permite trasarea curbei BC prin puncte.

Zona (3)

Fig.3.34. Infiltra ia printr-un baraj omogen

Debitul în aceast zon se calculeaz prin însumarea q = q� + q�� Pentru sub zona (3�) se ob ine

D

C

hav

a0

dz

z

oa

o 2

o

22z m

ka= dzmk = q' dz;

zmzk=dA v= dq'

iar pentru sub zona (3��)

avo

o

ha

a o

avo

2

o

2

o

2

oz a

halnmka=

zdz

mka = 'q' dz;

zmak=dA v= 'dq'

Rezult

q = q' + q' ' = k am

a ha

o

2

o av

o1 ln (3.46)

În acest mod s-a ob inut urm torul sistem de ecua ii:

q = k H h - d

mH

H hb o

1

b

bln (3.43)

q = k

2 sh h a2

av o2

(3.44)

q = k am

a ha

o

2

av

o( ln1 o ) (3.46)

la care se adaug rela ia geometric s = b + m2 (Hb - hav - ao) (3.47) Sistemul de 4 ecua ii, în care necunoscute sunt m rimile ao, s, h i q, se poate rezolva destul de comod numeric sau pe cale grafo-analitic . De exemplu, din (3.44) i (3.46) se ob ine:

k

2 sh h a

k am

lna h

a2

av oo

2

o av

o

21

de unde

h =2 s a

ma h

ah a F ao

2

o av

oav o 1 o1

2ln

în care s-a folosit i (3.47). Dac în continuare se egaleaz rela iile (3.43) i (3.46) se g se te:

k H F a dm

lnH

H F akam

a ha

b 1 o o

1

b

b 1 o

o

2

o av

o1 ln

adic o egalitate de forma

A (a B (ao o) )

Func iile A (a0) i respectiv B (ao) se pot calcula tabelar i reprezenta grafic, intersec ia lor permi ând g sirea solu iei ao. Se pot apoi determina succesiv m rimile s, h i q. S-a determinat astfel atât valoarea debitului ce se infiltreaz prin corpul barajului, cât i forma suprafe ei libere a apei (linia de infiltra ie ABC).

A

B

ao ao

A B

3.6.2.2.Calculul infiltra iei prin baraje neomogene Se consider cazul simplificat al unui baraj cu nucleu din argil , având coeficientul de permeabilitate ko diferit de coeficientul k1 al materialului din prismele laterale (figura 3.35). Admi ând nota iile din figur se pot considera 5 zone, dintre care zonele (1�) i (5�) sunt analoge zonelor (1) i (3) de la cazul precedent, iar zonele (2�), (3�) i (4�) sunt analoge zonei (2) din cazul precedent . Pe baza celor stabilite în paragraful precedent, debitele care str bat fiecare zon sunt date de rela iile:

3.6.3. Elemente constructive ale barajelor din p mânt

zona (1�) q =k H h - d

mH

H h1 b o

1

b

bln (3.48)

zona (2�) q = k2s

h h1

2

212 (3.49)

zona (3�) q = k2

h ho12

22 (3.50)

zona (4�) q =k

2 sh h a1

422

av o2

(3.51)

zona (5�) q = k am

a ha

1 o

2

o av

o1 ln (3.52)

la care se adaug rela iile geometrice

sb -

22 (3.53)

sb -

2m H h a4 2 b av o (3.54)

Sistemul de ecua ii (3.48)...........(3.54) permite determinarea succesiv a m rimilor ao, s2, h2, h1, h, q deci cunoa terea debitului infiltrat i trasarea liniei de infiltra ie.

A. Sec iunea transversal a unui baraj de p mânt este de form trapezoidal cu paramen i având una sau mai multe înclin ri. Pantele rezult în func ie de în l imea barajului, de caracteristicile p mântului, de natura terenului de funda ie, precum i de rezultatul calculului infiltra iilor i de stabilitate.

Pentru baraje cu în l imi pân în 20 m, rezult pante ale taluzului amonte de 1:2 ......1:3, iar ale celui aval de 1:1,5 .....1:2,5. Pentru în l imi mai mari se poate ajunge în amonte la 1:3 .....1:4, în aval la 1:2 .....1:3,5, realizându-se chiar taluzuri frânte cu înclinare mai mic la partea inferioar (figura 3.36a). În punctele de schimbare a pantei, sau la distan e pe vertical de 25-40 m, se prev d adesea, în special pe taluzul aval, berme orizontale, cu l imea de 2-3 m i prev zute cu rigole pentru colectarea apelor de ploaie ce se scurg pe taluz (figura 3.36c). Pentru a proteja taluzul aval împotriva iroirii apelor de ploaie (care ar degrada acest taluz), în afara bermelor, se prevede înierbarea acestuia. Nu este îns permis plantarea pe taluz a unor arbu ti sau ierburi cu r d cini adânci. Înierbarea favorizeaz totodat stabilitatea taluzului.

Practica a dovedit c pierderea stabilit ii taluzelor se face prin alunecarea p mântului dup ni te suprafe e aproximativ cilindrice (figura 3.36d). Cum coeficientul de stabilitate la alunecare reprezint raportul între momentul for elor care dau stabilitate Ms i cel al for elor de alunecare Ma

KMMs

s

a1 3 1 5, ..... , (3.55)

trebuie luate m suri care s m reasc Ms i s mic oreze Ma. Una din aceste m suri se refer la îndep rtarea liniei de infiltra ie de taluzul aval. Aceasta se poate face în mai multe moduri, a a cum se vede în figura 3.36e i f , prin realizarea unor elemente drenante, sub form de filtru invers, situate la piciorul aval al barajului sau chiar în zona central . Tubul de drenaj central, de i reduce mult zona influen at de infiltra ie, are dezavantajul c se poate înfunda i repara iile nu se

mai pot realiza. Pentru a proteja taluzul aval, în special în zona piciorului aval, împotriva fenomenelor de înghe -dezghe se utilizeaz

a

c

e d

f

b

Fig.3.36. Detalii constructive la barajele de p mânt: a. sec iunea transversal ; b. sparge val i coronamentul; c. detaliuberm ; d. suprafa a de alunecare; e. element drenant aval; f. tubdrenant central; g. protejarea taluzului la piciorul aval.

placaje cu bolovani sub form de filtru invers (figura 3.36g). În zona superioar a taluzului amonte se realizeaz un element din beton armat, care are rolul de a sparge valurile i de a opri deferlarea lor peste coronament (figura 3.36b). Dac coronamentul este circulabil, se realizeaz un drum cu trotuare i rigole, care se sprijin pe o funda ie din beton.

B.Etan area corpului barajului Barajele omogene sunt realizate dintr-un amestec natural (acela i în tot corpul barajului) format dintr-o parte de rezisten (pietri , nisip mare) i una de etan are (nisip argilos, argil ).În cazul barajelor neomogene corpul acestora este format dintr-o parte de rezisten

(materiale necoezive i permeabile) i un element de etan are. Etan area se realizeaz printr-un nucleu de argil sau printr-o diafragm de beton (sau mai rar metalic ) situate în centrul sec iunii transversale, sau prin masc , ecran de argil , de beton armat sau din asfalt, situate pe taluzul amonte sau în apropierea acestuia (figura 3.37b,c). Uneori se simte nevoia ca etan area s se fac i în zona funda iei. Aceasta se poate face cu: pinteni sau diafragme din argil sau beton, voaluri de injec ii duse pân la roca impermeabil , palplan e metalice, avantradier din argil (cu o lungime de aproximativ 10 ori în l imea barajului ( figura 3.36 e,f).

C. Realizarea corpului barajelor de p mânt se poate face prin dou metode: - depunerea materialului în stare uscat , adus cu mijloace auto sau mecanizate, în

straturi succesive (cu grosimea de 30-50 cm) i compactarea artificial prin mai multe treceri (cel pu in 6-7) a diferitelor utilaje de compactat (cilindri de o el de 10-20 t, cilindri picior de oaie, compactoare cu pneuri);

- sedimentarea materialului extras din cariere i adus în amplasament prin mijloace hidraulice.

8

Fig. 3.37. Sisteme de etan are a corpului barajului i funda iei barajelor de p mânt

1) nucleu; 2) diafragm ; 3) ecran amonte; 4) masc amonte; 5) pinten; 6) palplan a; 7) voal de injec ii; 8) strat permeabil; 9) avantradier.

3.6.4. Elemente constructive ale barajelor din anrocamente Dup modul de realizare al corpului barajului exist : baraje din anrocamente aruncate, din zid rie uscat (blocuri de piatr aranjat , f r mortar) i baraje mixte.

Fig. 3.39. M tile din beton ale barajelor de anrocamente: a � vatr amonte de sprijin a ecranului; b � detaliu masc rigid din beton armat; c �detaliu masc elastic din beton armat.1 � masca din beton armat; 2 � strat de beton

de egalizare; 3 � anrocamente; 4 � vatr amonte; 5 � arm turi metalice; 6 � rost de dilata ie; 7 � pan de beton.

Fig. 3.38. Clasificarea barajelor de anrocamente: a � cu ecran exterior (1) sau interior (2); b � cu nucleu central; c � cu diafragm ; d �

n zid rie uscat ; e � mixt (zid rie i anrocamente). 1 � ecran; 2 � nucleu; 3 � diafragm ; 4 � zid rie uscat ; 5 � anrocamente;

6 � p mânt.

di1

Forma sec iunii transversale este de asemenea un trapez, înclinarea taluzelor rezultând din calculul de stabilitate i depinzând de un num r mare de elemente: în l imea barajului, modul de realizarea al acestuia, modul de etan are .a.. Aceste înclin ri sunt cuprinse între 1:0,5 ;1:2. L imea coronamentului se alege func ie de existen a c ilor de acces peste baraj, fiind cel pu in de 3 m la barajele de în l ime mic i 5-7 m la cele înalte. În cazul barajelor înalte

taluzurile barajelor de anrocamente se întrerup la circa 10-15 m diferen de nivel, realizându-se berme cu l imea de 1-2 m. Forma sec iunii transversale poate suferi deform ri datorit tas rilor generale (în toat masa barajului) sau locale (în anumite puncte ale barajului). Aceste tas ri se produc sub ac iunea greut ii proprii (mai ales în perioada de construc ie ) i a presiunii apei (în special dup umplerea lacului). Ordinul de m rime al tas rilor este de 0,2 ....3% din în l imea barajului i de obicei se realizeaz în primul an dup umplerea lacului de acumulare. Cunoa terea exact a tas rilor este necesar deoarece în func ie de valorile acestora se alege sistemul de etan are al barajului. De asemenea se alege tehnologia de execu ie care s reduc la maxim tas rile corpului barajului. Execu ia barajului din anrocamente se face în dou moduri:

- prin a ezarea anrocamentelor în straturi cu grosimi între 1 i 2 m i compactarea lor cu utilaje de cilindrare;

-prin aruncarea anrocamentelor de la în l ime, de pe o platform numit estacad , formând straturi de 10-12 m în l ime, compactarea realizându-se prin stropirea cu cantit i mari de ap cu ajutorul unor hidromonitoare speciale. Anrocamentele folosite la realizarea barajelor trebuie s aib anumite caracteristici de rezisten printre care: rezisten e mecanice i la gelivitate mari, rezisten la oc, s nu fie casante, s fie rezistente la ac iunile chimice ale apelor agresive. Important este ca anrocamentele s aib anumite dimensiuni i o anumit form ; aceste elemente influen eaz volumul de goluri, tasarea corpului barajului i a paramen ilor. Nu sunt indicate formele alungite, care conduc la suprafe e mici de contact între blocuri i deci la eforturi mari, ceea ce implic strivirea materialului. De asemenea este necesar s existe frac iuni diferite ale dimensiunilor anrocamentelor, cele cu dimensiuni mici umplând golurile dintre cele cu dimensiuni mari. Anrocamentele i zid ria de piatr uscat au goluri mari între ele i natural sunt permeabile. Impermeabilizarea barajelor se asigur de aceea cu ajutorul unor ecrane sau m ti prev zute pe paramentul amonte sau a unor diafragme sau nuclee în interiorul corpului barajului (figura 3.38). Dup materialul din care se execut , m tile pot fi din beton, beton armat, lemn, metal, mastic bituminos, asfalt. Dup modul în care pot prelua tas rile i deplas rile relative m tilor pot fi: rigide, semielastice i elastice. M tilor din lemn i metal se aplic la baraje de mic în l ime. De i prezint avantaje cum ar fi o etan are satisf c toare i o adaptare bun la deforma ii, aceste m ti se folosesc azi din ce în ce mai pu in, metalul i lemnul devenind materiale deficitare. În plus m tile metalice corodeaz în timp, iar cele din lemn putrezesc sau sunt inflamabile. În prezent cele mai utilizate sunt m tile din beton armat (figura 3.39). acestea trebuie s reziste la solicit rile din presiunea apei i a ghe ii, s fie impermeabile i s urm reasc deforma iile taluzului amonte. Pentru a rezista solicit rilor m tile din beton se armeaz , pe dou rânduri la adâncime i pe un rând în apropierea coronamentului. Grosimea pl cii de beton este la baz de aproximativ 1% din în l imea barajului, sub iindu-se în zona coronamentului unde ajunge la 0,2......0,3 m. Masca este format din pl ci cu dimensiuni variind între 8 i 15 m. Între pl ci se prev d rosturi etan ate cu tol de cupru sau cu benzi de cauciuc. La baza paramentului amonte placa reazem pe un pinten (vatr ) de beton, încastrat în terenul de funda ie i din care se poate realiza i voalul de injec ii. Dac betonul este turnat direct pe stratul de anrocamente, f când corp comun cu acestea , masca este rigid , ea preluând deforma iile paramentului i deci putând fisura. Dac placa din beton armat se a eaz pe un strat de beton de egalizare, ceea ce permite deformarea independent a anrocamentelor fa de ecran, masca este elastic , fiind deci mai bun în exploatare, dar în acela i timp mai costisitoare.

M tile executate din beton bituminos au avantajul c urm resc, f r s se deterioreze, toate deforma iile paramentului. Ele se toarn sub forma unui covor continuu (nu exist rosturi) pe întreg paramentul amonte i se pot executa în întregime dup terminarea umplerii corpului barajului. De asemenea sunt mai u or de controlat i între inut . Exist îns dezavantajul major c , sub ac iunea factorilor externi, î i pierde o parte din calit i, materialul îmb trâne te, devine casant i chiar permeabil. de asemenea la temperaturi ridicate poate deveni fluent, curge i deci exist riscul de a nu mai asigura impermeabilizarea dorit . De aceea folosirea acestor tipuri de m ti trebuie f cut cu mult discern mânt i trebuie g sit un asfalt bituminos care s - i p streze calit ile (rezisten mecanic , plasticitate, etan eitate, stabilitate la temperaturi ridicate) într-un interval mare de varia ie posibil a temperaturilor. A a cum s-a ar tat la începutul acestui paragraf în ara noastr s-au executat i sunt în continuare în curs de execu ie importante lucr ri i baraje din materiale locale. În figura 3.40 este prezentat un plan de situa ie (3.40a) i o sec iune transversal (3.40b) a barajului Vidra executat pe Lotru. Este un baraj alc tuit din anrocamente, cu nucleu central de argil . Are în l imea maxim de 124 m, l imea coronamentului de 10 m, i lungimea de 380 m, iar l imea maxim la baz a barajului este de 487 m. Barajul are un volum total de 3.800.000 m3 i realizeaz o acumulare de 340.000.000 m3, ceea ce înseamn un coeficient de acumulare =

89,5 m3 ap / m3 baraj.

Fig.3.40. b. Barajul Vidra-Lotru: 1 � miez de etan are; 1,a � argil de contact; 2 � filtrul F I 0�7 mm sortat; 3 �filtrul F II 0-40 mm sortat; 4 � zon de trecere F III 0-300 balast natural; 5 �anrocamente A I max. 2000 mm în straturi de 2 m; 6 � anrocamente AI max.2000 mm în straturi de 2 m; 7 � anrocamente AII max. 1000 mm în straturi de1 m; 8 � anrocamente AIg max. 2000 mm în zona nivelului variabil; 9 � anrocamente AIIg max. 1000 mm în zona nivelului variabil; 10 �anrocamente AIIIg 500-2000 mm pe paramentul amonte în zona niveluluivariabil; 11 � anrocamente A III 500-2000 mm pe paramentul aval uscat iparamentul amonte sub nivel minim; 12 � galeria de injec ii; 13 � injec ii desuprafa de umplere � leg tur ; 14 � voalul de etan are; 15 � foraje dedrenaj; 16 � batardoul amonte; 17 � steril de umplutur ; 18 � pereu deumplutur

3.7. Baraje mobile Barajele mobile sunt baraje de mic în l ime, formate din elemente fixe i mobile, care se construiesc în zonele de es ale râurilor, cu scopul de a realiza în l imea necesar devierii apelor pe aduc iunile ce duc apa la folosin e (central hidroelectric , alimentarea cu ap a unei zone industriale sau a unei a ez ri omene ti, iriga ii etc.).

Acumul rile realizate cu astfel de baraje au o capacitate mic . In zonele de es râurile au o serie de caracteristici printre care: valori mari ale debitelor medii i maxime cu diferite asigur ri, v ile râurilor sunt dens populate, cu multe

suprafe e agricole i traversate de numeroase c i de comunica ie, valori mari ale debitului solid etc.

In consecin , barajele mobile trebuie s asigure îndeplinirea urm toarelor func iuni: - s permit evacuarea debitelor maxime în condi ii de siguran , în limita

albiilor existente sau cu îndiguiri reduse pe conturul lacului creat de baraj; - s permit evacuarea corpurilor plutitoare i ghe urilor în condi iile

p str rii nivelurilor stabilite;

- s permit evacuarea debitului solid transportat de râu, mai ales în perioadele de viituri, pentru a nu se colmata lacurile de acumulare, f r îns a pierde cantit i prea mari de ap .

inând seama de necesit ile de mai sus un baraj mobil este format dintr-o parte fix , construit din beton sau zid rie i o serie de elemente mobile, denumite stavile, care se reazem pe partea fix . Partea fix este alc tuit din culee, pile i radier. Prin manevrarea stavilelor sec iunea barat se poate elibera total sau par ial permi ând evacuarea apelor mari, aluviunilor, plutitorilor sau ghe urilor, în condi iile respect rii anumitor nivele maxime i f r a inunda anumite puncte din bieful amonte. Problema evacu rii ghe urilor este deosebit de important , în special pe râurile mari i fluvii, influen ând solu ia adoptat . In unele cazuri barajul mobil ocup doar o parte din sec iunea barat a râului, restul fiind ocupat de construc ii de alt gen: diguri de p mânt, cl direa centralei hidroelectrice, ecluze, sc ri de pe ti.

In figura 3.41 se prezint vederea în plan a unui baraj mobil, iar în figura 3.42 o sec iune longitudinal prin barajul mobil Racova, pe râul Bistri a, prev zut cu stavile segment.

3.7.1. Elemente privind partea mobil Partea mobil , alc tuit din stavile, constituie partea cea mai important a unui baraj mobil, reprezentând uneori peste 75 % din deschiderea total a barajului (frontul deversant). Stavilele sunt elemente mobile care permit închiderea sau deschiderea, par ial sau total , a câmpurilor deversante, cu scopul de a regla nivelurile i debitele în bieful amonte i în cel aval. Stavilele se clasific dup mai multe criterii.

Dup forma lor exist : - stavile plane; - stavile segment; - stavile clapete; - stavile ferme hidraulice etc. Dup modul de transmitere a împingerii apei c tre construc ia fix se

deosebesc: - stavile care transmit împingerea apei pilelor i culeelor (plane, segment,

cilindrice, batardouri); - stavile care transmit presiunea apei radierului (sector, clapete, ferme

hidraulice); - stavile care transmit presiunea apei atât pilelor, cât i radierului (plane,

clapete rotative, stavile plutitoare). Dup sensul mi c rii lor, stavilele pot fi: - ridic toare (plane, segment, cilindrice); - coborâtoare (sector, clapete, ferme hidraulice); - mixte, la care exist dou elemente mobile, cel superior coborâtor i cel inferior ridic tor (plane duble, segment prev zute cu clapete, etc.).

Dup modul de ac ionare stavilele pot fi: - ac ionate manual (plane de dimensiuni mici); - ac ionate mecanic (toate tipurile); - ac ionate hidraulic (sector, clapete, ferme hidraulice) Dup materialul din care sunt construite, exist : - stavile metalice (cele mai r spândite); - stavile din lemn (deschideri i în l imi reduse); - stavile din beton armat (foarte rare).

In figura 3.43 se prezint schematic tipurile de stavile men ionate în

clasificarea de mai sus. Stavilele trebuie s aib o func ionare perfect atât în condi ii normale de

exploatare, cât i în condi ii speciale. Reglarea nivelului apei, ca i desc rcarea apelor mari, se face prin deschideri de diferite grade ale stavilelor. Pentru a r spunde mai bine cerin elor se folosesc stavile compuse din dou elemente, care se pot mi ca independent. Astfel exist stavile duble, plane sau segment, la care apa poate curge peste stavil , pe sub stavil , sau concomitent peste i pe sub aceasta. La stavilele ridic toare s-au aplicat clapete care permit o reglare fin a nivelului i evacuarea plutitorilor.

Evacuarea ghe urilor i plutitorilor se realizeaz mai comod la stavilele coborâtoare. La stavilele ridic toare, fiind necesar ridicarea complet a acesteia, se produc pierderi mari de ap .

Fig.3.43.Tipuri de stavile a. stavil plan ; b. stavil plan dubl -cârlig; c. stavil plan cu clapet ; d. stavil segment; e. stavil segment cu clapet ; f. stavil segment dubl ; g. stavil cilindric ; h. stavil cilindric mixt ; i. stavil cilindric cu clapet ; j. stavil sector plutitoare; l. stavil sector înecat ; m. stavil tambur; n. stavil clapet ; o. stavil clapet -burt de pe te; p. stavil clapet casetat ; r. stavil acoperi ; s. stavil capcan de urs

Evacuarea aluviunilor i a corpurilor târâte pe fund se face mai u or la stavilele

ridic toare, care în acest scop pot fi deschise par ial. Manevrarea i închiderea stavilelor coborâtoare poate fi îngreunat de p trunderea aluviunilor sau a unor flotori în ni ele din radier sau pile. de aceea astfel de stavile trebuie folosite în special la barajele cu praguri înalte.

Stavilele trebuie s asigure o bun etan are pe întreg conturul (contactul cu radierul i pilele sau culeele), ceea ce se realizeaz prin alegerea unui sistem de etan are simplu, rezistent, u or de înlocuit, care s nu fie afectat de varia iile de temperatur i umiditate. În exploatare stavilele trebuie controlate periodic i reparate atunci când este cazul. În timpul reviziilor sau repara iilor se asigur protejarea, atât spre bieful amonte, cât i spre cel aval, cu ajutorul unor batardouri (stavile de repara ii, formate de regul din mai multe elemente, care nu pot fi utilizate în regim dinamic). Elementele de batardou, în general metalice, sunt depozitate pe coronamentul barajului i sunt lansate în ni ele de batardou cu ajutorul unor macarale special prev zute. Manevrarea stavilelor se face de regul prin ac ionarea cu motoare electrice. Pentru situa iile în care alimentarea cu energie electric este întrerupt se recomand s se prevad un al doilea sistem de manevrare: manual, mai lent i deci mai pu in prompt în cazul unor baraje mai mici, sau o surs de energie termic , cu sistemul corespunz tor de ac ionare, la barajele mai importante. In cazul barajelor situate în zone izolate, f r personal de exploatare, este recomandabil folosirea stavilelor rapide, cu func ionare automat .

Pentru func ionarea pe timp de iarn , în scopul înl tur rii pericolului de blocare a stavilelor prin înghe are, se iau m suri speciale cum ar fi înc lzirea stavilelor, spargerea ghe ii, agitarea apei cu aer comprimat în amonte de stavil i altele.

In timpul exploat rii echipamentul mecanic al barajelor mobile sufer o serie de deterior ri: ruginirea elementelor metalice, degradarea datorat uzurii produse de aluviuni i ghe uri, coroziunea datorat vacuumului, sl birea îmbin rilor datorate vibra iilor etc. De

aceea func ionarea stavilelor trebuie verificat periodic, iar defec iunile constatate trebuie înl turate de urgen . De asemenea se înlocuiesc piesele uzate, se vopsesc p r ile metalice, se cur i se ung periodic elementele rotitoare ale mecanismelor. Personalul de exploatare trebuie s cunoasc schema de func ionare a stavilelor i trebuie instruit pentru a ti ce manevre sunt necesare la diferite valori ale debitelor ce apar

în timpul exploat rii. Neinstruirea corespunz toare a personalului i necunoa terea perfect a instala iei pot conduce la manevre gre ite care s aib consecin e nedorite.

3.7.2. Partea fix a barajelor mobile

Partea fix a unui baraj mobil este realizat din beton, beton armat sau zid rie de piatr cu mortar de ciment, se compune din culee, pile i radier i trebuie s r spund urm toarelor sarcini func ionale: - s asigure rezemarea stavilelor i amplasarea mecanismelor de ac ionare a acestora; - s asigure etan area la partea inferioar i spre maluri; - s asigure disiparea energiei apei evacuat prin câmpurile deversante; - permite circula ia peste baraj între cele dou maluri.

Radierul barajelor mobile realizeaz etan area zonei inferioare i constituie elementul de baz pe care se reazem stavilele. In cazul unui teren stâncos radierul se toarn direct pe stânc (figura 3.44 a), iar dac stratul impermeabil se g se te sub cota de fundare se mai folosesc o serie de elemente de etan are în profunzime, cum ar fi: pinteni de beton amonte i aval, chesoane, palplan e metalice sau din beton armat (figura 3.44.b,c,d), perdele sau voaluri de injec ii. Radierul se dimensioneaz astfel încât s fie stabil la alunecare. De multe ori pentru a

m ri stabilitatea radierului este necesar s se majoreze for a normal , ceea ce se ob ine prin prelungirea în amonte a radierului, adic prin m rirea greut ii apei ce încarc radierul. L imea radierului, transversal albiei, rezult din condi iile impuse de l imea necesar a frontului deversant astfel încât debitul specific pe metru liniar s nu fie foarte mare. Deoarece debitul evacuat posed o energie mare, radierul se racordeaz cu un bazin disipator de energie.

Fig.3.44. Partea fix a barajelor mobile: a � radier fundat pe stânc ; b � radier cu pinteni amonte i aval; c �

radier cu palplan e; d � radier cu perdele de etan are; e � forma hidrodinamic a unei pile (1. pila; 2. baza pilei; 3. ni pentru

batardou); f � sistemul radier general; g � sistemul cu pile independente; h � sistemul cuve.

Disipatorul de energie se dimensioneaz (vezi capitolul 4) pe baza debitului specific i se verific prin încerc ri pe modele în laborator. Pentru leg tura barajului cu patul râului, de multe ori se folose te o rizberm realizat din blocuri de piatr i beton, pe o lungime care poate atinge 10 - 20 m (figura 3.42.). În situa iile în care viteza apei peste radier este mai

Fig.3.44. Partea fix a barajelor mobile: a � radier fundat pe stânc ; b � radier cu pinteni amonte i aval; c �

radier cu palplan e; d � radier cu perdele de etan are; e � forma hidrodinamic a unei pile (1. pila; 2. baza pilei; 3. ni pentru

batardou); f � sistemul radier general; g � sistemul cu pile independente; h � sistemul cuve.

mare (peste 4 - 5 m/s) i apa transport aluviuni cu o mare putere de eroziune, se iau m suri de protejare prin turnarea unui strat de beton de uzur (cu dozaj de ciment mai ridicat i cu agregate mai rezistente) de 0,30 - 0,50 m. Forma radierului se determin pe model astfel încât el s urm reasc cât mai bine forma liniilor de curent.

Pilele sunt elemente verticale care separ deschiderile deversoare. Pilele de margine, care fac leg tura cu versan ii sau cu digurile laterale de p mânt, se numesc culee. Pilele i culeele au rolul de a sus ine stavilele, de a prelua sarcinile transmise de acestea, de a sus ine mecanismele de manevrare a stavilelor i podul care traverseaz barajul. Sec iunea transversal i în l imea pilelor se determin pe considerente func ionale i constructive. Forma pilelor în sec iune transversal trebuie foarte atent studiat (figura 3.44.e). O form nehidraulic creeaz desprinderi ale firelor de curent de suprafa a pilei, producând contrac ie mai mare i vârtejuri, ceea ce mic oreaz coeficientul de debit al deversorului. De asemenea trebuie prev zute ni e, pentru batardouri. De aceea pentru a ob ine o form hidrodinamic a pilei aceasta se studiaz prin încerc ri de laborator. Grosimea pilelor variaz func ie de tipul de stavil ales între 6 - 7 m la stavile plane i 3 - 4 m la cele segment. Se mai ine seama de gabaritele i greutatea mecanismelor de ridicare a stavilelor, precum i de greutatea drumului de acces care traverseaz barajul. Ansamblul pile-radier trebuie astfel realizat încât s nu permit tas ri inegale care pot conduce la fisurarea betonului i la blocarea stavilelor. Func ie de natura terenului de funda ie (stâncos, aluvionar), tipul de stavile i de m rimea deschiderii deversorului, se poate alege una din solu iile:

-sistemul radier general (figura 3.44f), în care radierul este alc tuit dintr-o plac continu de-a lungul întregului front de reten ie, în care sunt încastrate pilele;

-sistemul cu pile independente (figura 3.44g), în care pilele sunt separate de radier prin rosturi permanente, având i o funda ie corespunz toare;

- sistemul cuve (figura 3.44.h), în care pilele sunt sec ionate de rosturi în lungul lor; fiecare deschidere lucreaz independent, radierul i cele dou semipile adiacente formând un sistem monolit. In ara noastr s-au executat, în special dup 1950, un num r mare de baraje mobile pe râurile Bistri a (Pâng ra i, Vaduri, Piatra Neam , Racova, Gârleni, Bac u I, Bac u II), Arge , (Oie ti, Cerbureni, Curtea de Arge , Valea Ia ului, Zigoneni, Vâlcele, Bascov, Pite ti), Jiu (I alni a, Paro eni), Olt (Râureni, D ie ti, Rm.Vâlcea, Govora, B beni etc.) i altele. 3.8. Urm rirea comport rii în exploatare a barajelor In afara îndeplinirii rolului lor func ional barajele produc efecte importante asupra regiunilor în care sunt amplasate. Prin crearea lacurilor de acumulare se modific aspectul regiunii respective, regimul biologic i climatic al acesteia, regimul apelor freatice din versan ii ce m rginesc lacul i pe care se sprijin barajele. Cunoa terea insuficient a acestor elemente conduce la catastrofe grave: ruperi de baraje, pierderea stabilit ii i r sturnarea acestora, alunec ri de teren i rev rsarea apei în aval, toate acestea periclitând existen a localit ilor, a zonelor agricole i industriale din aval. De aceea, în scopul evit rii acestor consecin e deosebit de grave, odat cu construirea barajelor se instaleaz i o serie de dispozitive pentru observarea comport rii acestora i a versan ilor în perioada de construc ie, în timpul punerii sub sarcin (umplerii lacului) i al exploat rii. În general se urm resc dou obiective: siguran a în exploatare a barajelor i studiul fenomenelor ce se produc în corpul barajelor i în versan i în vederea verific rii ipotezelor admise în calcul, precum i a propriet ilor materialelor folosite. Se execut urm toarele tipuri de m sur tori: -nivelul apei în lac, temperatura acesteia i a aerului;

-deplas rile absolute ale barajului i versan ilor fa de puncte fixe; -deplas rile relative ale diferitelor puncte din baraj; -rota ia planurilor orizontale sau verticale din baraj; -mi c rile rosturilor dintre blocurile din care este format barajul; -valoarea subpresiunilor i a debitelor de infiltra ie prin funda ie, versan i i corpul barajelor; -presiunea intersti ial în cazul barajelor din materiale locale; -temperatura betonului în diferite puncte din corpul barajului; -deforma iile specifice în beton; -eforturile de compresiune în beton, roca de funda ie i pe talpa de funda ie.

Pentru realizarea m sur torilor se folose te o gam larg de metode, mijloace i aparate de m sur : metode topo-geodezice (nivelment, aliniament, microtriangula ie) pentru

deplas rile absolute, pendule i clinometre (pentru deplas ri relative i rota ia planurilor), deformetre sau cleme dilatometrice (deplas rile rosturilor), dispozitive hidrometrice (subpresiuni), teletermetre (temperatura), extensometre cu coard vibrant sau rezistive (deforma ii specifice), telepresmetre i doze pentru presiuni totale (eforturile de compresiune). Multe din aceste aparate trebuie s permit m surarea la distan (în puncte inaccesibile). Se folosesc aparate de telem sur , care transform anumite m rimi neelectrice în m rimi electrice, a c ror valoare poate fi m surat prin cablu la distan . Ele se bazeaz fie pe varia ia rezisten ei ohmice (aparate rezistive), fie pe varia ia frecven ei de oscila ie a unei corzi înglobate în aparat (aparate electroacustice). Aparatele de m sur se amplaseaz func ie de tipul de baraj i de scopul urm rit, dar se acord o aten ie sporit zonei de funda ie i zonelor marginale, unde se folose te un num r mai mare de aparate fa de zona central i din apropierea coronamentului. M sur torile se fac dup un program bine stabilit de un personal calificat. De exemplu m sur torile de temperatur a betonului se fac la interval de câteva ore timp de 3-4 zile dup turnarea betonului, odat pe zi în urm toarele dou s pt mâni, de dou ori pe s pt mân în urm toarele 2-3 luni, iar în continuare o dat pe s pt mân . M sur torile privind deplas rile i deforma iile se fac o dat pe lun cele privind subpresiunile, infiltra iile i deplas rile relative (la pendule) se fac s pt mânal. Programul i frecven a m sur torilor se

stabilesc îns de la caz la caz. Ele pot fi i trebuie s fie modificate în cazul în care apar condi ii exterioare sau fenomene neprev zute. De asemenea, periodic i uneori de câte ori este nevoie, se fac m sur tori i observa ii i asupra altor elemente, care pot influen a exploatarea în condi ii de siguran a barajului, cum ar fi: -starea versan ilor pe perimetrul lacului de acumulare, a albiei râului în amonte i aval de baraj; -starea construc iilor adiacente i de protec ie din zona lacului; -capacitatea de evacuare apelor mari; starea normal de func ionare a evacuatorilor de ape mari, a stavilelor i a disipatoarelor de energie aferente; -garda suficient a construc iei deasupra nivelurilor maxime admise în lac. Efectuarea observa iilor i m sur torilor trebuie urmat i de prelucrarea rezultatelor lor, aceasta fiind sarcina unor grupe speciale de urm rire a comport rii în exploatare a barajelor, organizate la centralele hidroelectrice sau la organiza ii specializate.

C a p i t o l u l 4

EVACUATORII DE APE MARI Evacuatorii de ape mari sunt uvraje special realizate în corpul barajelor sau adiacente acestora, cu scopul de a permite tranzitarea, din bieful amonte în bieful aval, a debitelor maxime ce apar pe cursurile de ap în perioadele de ape mari, precum i desc rcarea apei din lac în caz de revizii sau avarii ale barajului sau chiuvetei lacului de acumulare. Ansamblul uvrajelor care formeaz evacuatorii de ape mari este format din: deversoare de diferite tipuri, goliri intermediare sau de fund i disipatori de energie. Desc rcarea apelor mari, a ghe urilor i plutitorilor, precum i reglarea nivelului apei din lacurile de acumulare se face fie cu scurgere liber , prin dispozitive amplasate la partea superioar a barajelor, numite desc rc toare de suprafa sau deversoare, fie sub presiune, prin dispozitive amplasate la adâncime, numite goliri intermediare sau de fund. 4.1. Deversoare de suprafa

4.1.1. Clasificarea deversoarelor Deversoarele pot fi considerate ca fiind orificii mari, deschise la partea superioar , practicate într-un perete vertical prin care curge un lichid cu suprafa liber . Un deversor este caracterizat prin urm toarele elemente geometrice (figura 4.1): profilul transversal ABCD, flancurile AB i CD, profilul longitudinal EFG, creasta deversorului BC, grosimea pragului c, în l imea pragului P, l imea deversorului b. Elementele hidraulice care caracterizeaz curgerea peste un deversor sunt: în l imea lamei deversante H, care se m soar la o distan a = (3-4)H în amonte de creasta deversorului, viteza de apropiere (acces) v0 , adic viteza medie a lichidului în dreptul sec iunii transversale unde se m soar H, sarcina deversorului

2gV

HH20

0

FIGURA 4.2. adic energia specific total a curentului de lichid fa de creasta deversorului, c derea deversorului z (diferen a între nivelul apei în amonte i aval), în l imea de înecare hn = H - Z.

Deversoarele se clasific din mai multe puncte de vedere . Dup grosimea i profilul pragului deversorului exist ( figura 4.2a):

- deversoare cu muchie ascu it a1; - deversoare cu profil practic a2; - deversoare cu prag lat a3.

Dup gradul de aerare a lamei deversante deversoarele pot fi : - cu lam aerat (dac p1 = pat) - cu lam neaerat (p1 pat) .

Din punct de vedere al formei sec iunii transversale exist deversoare:

- dreptunghiulare, - triunghiulare, - trapezoidale, - poligonale, - parabolice, - hiperbolice (figura 4.2b).

Dup pozi ia crestei deversorului fa de direc ia vitezei de acces (figura 4.2c) exist :

- deversoare frontale (10), - oblice (20), - laterale (30), - poligonale (40), - curbe (50), - inelare (60).

In raport cu pozi ia nivelului aval al lichidului fa de creasta deversorului exist :

- deversoare libere (neînecate), dac nivelul aval al lichidului este sub creasta deversorului (hav P)

- deversoare înecate, dac nivelul aval al lichidului dep e te creasta deversorului (hav P), (figura 4.1).

În sfâr it dup condi iile de acces ale apei (figura 4.2d) exist :

- deversoare f r contrac ie lateral , la care l imea B a canalului de acces este egal cu l imea b a frontului deversant (figura 4.2d1)

- deversoare cu contrac ie lateral (b B), la care liniile de curent sunt deviate în plan orizontal i formeaz zone de desprinderi. Contrac ia lateral apare i în cazul frac ion rii frontului deversant prin prezen a pilelor. Contrac ia

lateral poate fi de asemenea par ial (figura 4.2d2) sau total (figura 4.2d3).

4.1.2. Calculul debitului evacuat de un deversor Structura formulei de calcul a debitului deversat se determin prin considera ii teoretice, iar coeficientul de debit se determin experimental. Dac se consider lama deversant ca o sum de lame elementare de în l ime dz i l ime b(z), debitul teoretic elementar evacuat va fi:

dzb(z)2gzdAvdQ

z

z 2gzvDebitul elementar real se calculeaz deci cu rela ia

dzb(z)2gzµdQµdQdQ vcr

iar debitul total

dzb(z) z2gµQH

0r (4.1)

Dac se cunoa te forma sec iunii transversale se poate stabili forma concret , finit , a rela iei (4.1.). Astfel:

a) în cazul unui deversor dreptunghiular, deoarece b = constant, se ob ine imediat

3/23/2r H2gbmH2gbµ

32Q (4.2)

sau dac viteza de apropiere v0 nu este neglijabil rezult

3/22

0

3/220

r 2gv

2gv

H2gbmQ (4.2�)

Coeficientul m poart numele de coeficient de debit al deversorului i variaz în limite destul de largi (m = 0,30...0,55) în func ie de caracteristicile geometrice i hidraulice ale deversorului. Ele se calculeaz cu o formul de tipul m = m0 k ... (4.3) în care , , k ... sunt coeficien i de corec ie, egali cu unitatea când deversorul se afl în condi ii normale i diferi i de unitate când exist abateri de la aceste condi ii. Principalele abateri sunt:

- înecarea deversorului, a c rei influen se introduce prin coeficientul de înecare ;

- contrac ia lateral , introdus prin coeficientul de contrac ie ; - oblicitatea deversorului, introdus prin coeficientul k.

Deversorul f r înecare, f r contrac ie lateral , a ezat perpendicular pe albie, se consider ca având condi ii normale i deci = 1, = 1, k = 1. De asemenea se consider condi ie normal curgerea în albie de sec iune dreptunghiular , ceea ce determin structura rela iei (4.2) i care se schimb pentru alte forme ale sec iunii.

În condi ii normale m = m0 , coeficientul µ32m o numindu-se coeficient de

form i depinzând de profilul transversal. Acest coeficient s-a determinat pe cale experimental i exist un num r mare de formule care dau valorile acestuia, cu rezultate ce difer de la autor la autor cu pân la 5 %.

Pentru deversoarele cu muchie ascu it , f r contrac ie lateral , se pot folosi formulele propuse de :

- Bazin (în 1898)

2

o PHH0,551

H0,00270,405m

Al doilea termen din prima parantez reprezint corec ia pentru influen a tensiunii superficiale, iar paranteza mare reprezint corec ia pentru viteza de apropiere (acces) v0 .

- Rehbock (în 1929), (erori sub 1 %)

23

H0,00111

P0,00009

PH0,08130,6035µ

Pentru deversoarele cu contrac ie lateral , studiate prima oar de Frese, se poate utiliza formula propus de S.I.A.S. (Societatea inginerilor i arhitec ilor din Elve ia) în anul 1947:

24

2

2

PHH

Bb0,51

1,6H1000Bb33,615

Bb0,0370,578µ

valabil în limitele P 0,3 m; 0,025 H 0,8 m; H P; b 0,3 B.

b) în cazul unui deversor triunghiular se ob ine

HzH

bb(z)

zdzzHHb2gµQ

H

or

i dup integrare

25

25

r H2g2

tgµ158H2g

Hbµ

154Q (4.4)

Acest deversor este foarte indicat pentru m surarea debitelor mici, dat fiind sensibilitatea mai mare a acestui deversor în raport cu H. Pentru calculul lui se indic formulele: - Barr = 0,565 + 0,0868 H-0,05 - Cone = 0,6222 H-0,02

În practic se obi nuie te s se lucreze cu = 900 i s-a determinat experimental = 0,60. Se ob ine formula lui Thompson: Qr = 1,42 H5/2 (4.4�) Foarte des se folose te formula lui Gourley

2,47r H

2tg1,32Q (4.4��)

c) în cazul unui deversor de sec iune trapezoidal , debitul poate fi calculat ca suma debitelor printr-un deversor dreptunghiular de l ime b i printr-un deversor triunghiular cu unghiul la vârf (triunghi egal cu suma triunghiurilor marginale, cu unghiul la vârf 2 ). Se ob ine:

25

23

H2

tg2g'µ'158Hb2gµ'

32Q (4.5)

În mod analog se pot ob ine formule i pentru alte forme ale sec iunii transversale.

4.1.3. Deversoarele cu profil practic

A. Descriere i rol func ional Deversoarele cu profil practic sunt deversoare la care profilul EFG este realizat cu elemente curbe (figura 4.2a2) i care sunt folosite la realizarea practic a por iunii deversante a barajelor din beton. Forma profilului longitudinal a rezultat din necesitatea de a ghida lama deversant i a evita fenomenul de neaerare a lamei. Aceste deversoare pot fi de dou feluri: cu profil f r vacuum i cu profil cu vacuum. Deversoarele cu profil practic (curb) f r vacuum sunt astfel construite încât suprafa a de contact a lamei deversante cu paramentul deversorului s nu apar vacuum. În ipoteza unui fluid perfect profilul care satisface aceast condi ie este cel realizat dup forma pânzei inferioare a lamei aerate la un deversor cu muchie ascu it (figura 4.3.). Este evident c o asemenea condi ie se poate satisface doar pentru o singur valoare a sarcinii deversorului, la care se calculeaz coinciden a formelor, sarcin numit de calcul Hc . Profilul construit în acest mod se nume te profil Bazin. La un astfel de profil se asigur o scurgere lini tit a apei, f r spa ii depresionare i cu coeficien i de debit mari. Când conturul profilului deversorului este plasat sub intradosul lamei, la deversare apar zone depresionare, profilul se nume te vacuumat i are coeficient de debit m rit. Datorit scurgerii instabile, produs de spa iile depresionare, apar îns vibra ii care pot pune în pericol barajele zvelte, ceea ce conduce la o limitare a domeniului de utilizare a deversoarelor vacuumate. Revenind la deversoarele f r vacuum trebuie men ionat c profilul Bazin nu îndepline te bine condi ia enun at , deoarece lichidul real difer de cel perfect (prin vâscozitate). Cu scopul de a g si forma optim a profilului deversorului, care s satisfac condi iile de presiune, s-au efectuat studii numeroase i ca urmare au ap rut un num r mare de profile, printre care cele propuse de Marchi, Creager, Ofi erov, Smetana, sau mai recent profilele WES (Waterways Experiment Station, Vicksburg). Unul din profilele cel mai des utilizate la barajele din beton (de greutate, evidate etc.) este profilul Creager - Ofi erov. În tabelul 4.1 i în figura 4.4. se dau coordonatele a dou asemenea profile: profilul A cu parament amonte vertical (m0 = 0,49) i profilul B cu paramentul amonte înclinat la 450 (m0 = 0,48). Coordonatele (xx, yx) se dau pentru sarcina Hx = 1 m.

Fig. 4.3. Forma lamei aerate la deversorul cu muchie ascu it

A

Coordonatele profilului deversor Creager � Ofi erov pentru H = 1 m

Figura 4.4. Profilele Creager � Ofi erov de tip A i B pentru sarcina H* = 1m.

Tabelul nr.4.1.

PROFILUL A PROFILUL B y y

Pânz teoretic Pânz teoretic

x

Sup. Inf.

x

Sup. Inf.

0,0 0,126 -0,831 0,126 0,0 0,043 -0,781 0,043 0,1 0,036 -0,803 0,036 0,1 0,010 -0,756 0,010 0,2 0,007 -0,772 0,007 0,2 0,000 -0,724 0,000 0,3 0,000 -0,740 0,000 0,3 0,005 -0,689 0,005 0,4 0,007 -0,702 0,007 0,4 0,023 -0,648 0,023 0,6 0,060 -0,620 0,063 0,6 0,090 -0,552 0,090 0,8 0,142 -0,510 0,153 0,8 0,189 -0,435 0,193 1,0 0,257 -0,380 0,267 1,0 0,321 -0,293 0,333 1,2 0,397 -0,219 0,410 1,2 0,480 -0,120 0,500 1,4 0,565 -0,030 0,590 1,4 0,665 0,075 0,700

1,7 0,870 0,305 0,920 1,7 0,992 0,438 1,050 2,0 1,220 0,693 1,310 2,0 1,377 0,860 1,470 2,5 1,960 1,500 2,100 2,5 2,140 1,710 2,340 3,0 2,820 2,500 3,110 3,0 3,060 2,760 3,390 3,5 3,820 3,660 4,260 3,5 4,080 4,000 4,610 4,0 4,930 3,000 3,610 4,0 5,240 5,420 6,040 4,5 6,220 6,540 7,150 4,5 6,580 7,070 7,610

Pentru o sarcin Hc 1 m, coordonatele profilului curbiliniu se deduc prin multiplicare cu Hc , adic x = xx Hc ; y = yx Hc ; (4.6) Cele dou tipuri diferite A i B ale acestui profil rezult din necesitatea racord rii profilului curbiliniu al deversorului la cei doi paramen i (amonte i aval) ai barajului. Având în vedere c înclin rile i 1 ale celor doi paramen i sunt determinate, ca i Hc , profilul curbiliniu trebuie încadrat într-un spa iu bine precizat MNPR, tangent la parametrul aval, a a cum se vede din figura 4.5. Dac profilul deversorului î i are originea în afara cadrului MNPR (ca în figura 4.5a) racordarea cu parametrul amonte al barajului se face cu o vertical , rezultând tipul de deversor A, iar dac origina r mâne în interiorul cadrului MNPR (ca în figura 4.5b) racordarea cu parametrul amonte se face cu o dreapt la 450 , rezultând tipul de deversor B.

a b.

Fig. 4.5. Încadrarea profilului Creager-Ofi erov la un baraj debeton

Cercet ri mai recente efectuate de W.E.S. au condus la recomandarea unor profile deversante definite prin rela ii de tipul

(4.7.) zHkx 1nc

n

în care k i n sunt parametri care depind de panta parametrului amonte. În figura 4.6. sunt prezentate câteva tipuri de asemenea profile. Coeficientul lor de debit are valori cuprinse între 0,48 i 0,50.

x

Fig.4.6. Deversoare cu profile tip W.E.S.

B. Calculul debitului evacuat de un deversor cu profil practic

Debitul evacuat de un deversor cu profil practic se determin cu o formul de forma

23

H2gbmQ (4.8.) în care pentru m se folose te rela ia (4.3.). Valorile coeficientului de debit m0 se corecteaz , dup caz, pentru diferite abateri: de la sarcina de calcul Hc, influen a vitezei de acces, contrac ie, înecare etc. În cazul în care grosimea lamei deversante H devine mai mare decât cea pentru care a fost calculat deversorul, Hc , încep s apar depresiuni care m resc coeficientul de debit; în acest mod debitul evacuat poate cre te cu pân la 10 % f r a se produce vibra ii periculoase. La o sc dere a lui H, sub valoarea lui Hc , coeficientul de debit se înr ut e te. De regul func ionarea deversorului se face la sarcini H Hc . În acest caz pentru calculul coeficientului de debit pot fi folosite urm toarele formule datorate lui N.N.Pavlovski i valabile pentru P 5 m Profilul A

co H

H0,250,7850,49m când 0,8HH

c

;

c

o HH0,120,88o,49m când 0,8

HH

c

;

Profilul B:

co H

H0,3100,850,48m când 0,5HH

c

;

20

co H

H0,48m când 0,5H c

H ;

În cazul deversoarelor cu contrac ie lateral , sau cu pile intermediare, trebuie introdus, conform formulei (4.3), coeficientul . Dup Creager se poate folosi formula

b

Hn0,11 c (4.9)

iar lungimea contractat bc rezult (4.10) cc Hn0,1bbb În aceste formule n reprezint num rul contrac iilor laterale (n = 2 pentru un deversor cu o singur deschidere, n = 4 pentru un deversor cu dou deschideri etc.), iar un coeficient care ine seama de forma pilelor, având valorile date în figura 4.7 a. Valorile coeficientului scad

când pila avanseaz în amonte de creasta deversorului (figura 4.7 b). În tabelul 4.2 se prezint aceste valori pentru diferite m rimi ale avansului pilei �a� fa de creasta deversorului. Tabelul 4.2

Valori Forma pilei în amonte a = 0 a = 0,5 H a = H

Dreptunghiular 1,00 0,50 0,25 Circular 0,70 0,47 0,23 Triunghiular ( = 900) 0,70 0,47 0,23 Ogival ( = 300) 0,40 0,24 0,16

a

Fig. 4.7. Coeficientul de form al pilelor

În situa iile în care nivelul apei din aval dep e te cota crestei deversorului (Z < H), curgerea este înecat i capacitatea de evacuare scade, ceea ce se ia în considerare prin coeficientul de

înecare . Experien ele au ar tat c dac raportul PZ este mai mare decât o anumit valoare

critic crP

Z lama deversorului este liber , iar racordarea cu nivelul aval se face cu salt

îndep rtat. În aceast situa ie, scurgerea peste deversor nu mai depinde de în l imea apei în

bieful aval, = 1. Dac raportul PZ < crP

Z se produce înecarea lamei.

Pentru deversorul cu muchie ascu it valoarea coeficientului de înecare se poate calcula cu rela ia:

HZ

Ph

0,211,053

n , hn = H - Z, (4.11)

Pentru deversorul cu profil practic, valorile coeficientului de înecare se dau

tabelar în func ie de raportul Hh n (tabelul 4.3)

Tabelul 4.3

Hh n

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95

0,99 0,981

0,970

0,960

0,937

0,907

0,856

0778 0,621

0,439

C. Determinarea adâncimii contractate

Sec iunea minim a lamei deversante se realizeaz la piciorul aval al deversorului (figura 4.8), fie ea C -C. Adâncimea apei în aceast sec iune se nume te adâncime contractat i se noteaz cu hc. Calculul acesteia se poate face scriind rela ia lui Bernoulli pentru dou puncte de pe suprafa a liber a apei în amonte i în sec iunea contractat :

g2

vz

gp

g2v

zg

pg2v 2

cc

C2cc

AA

2AA

cum pA = pC = pat , zA = P + H , zC= hc ; vA = v0 , CA

i notând g2v

HH2o

o

se ob ine covC hHPg2v (4.12)

în care 90,97...0,91v

Deoarece debitul specific este

cocvcC hHPg2hhvbQq

se ob ine cov

c hHPg2qh (4.13)

din care se determin hc prin aproxima ii succesive.

D. Elemente constructive Deversoarele cu profil practic se utilizeaz în mod curent la barajele masive din beton (de greutate, greutate în arc, evidate), la care centrala nu se g se te la piciorul barajului. Profilul deversorului se racordeaz cu parametrul aval al barajului, a a cum s-a ar tat în figura 4.5, dup care racordarea se face cu disipatorul de energie. Cu scopul de a evita volume mari de excava ii i lucr ri suplimentare, amplasarea deversorului în profilul transversal al v ii se face în zona albiei minore, iar l imea deversorului este condi ionat de l imea acesteia (figura 4.9). Pentru ca apa deversat s nu se r spândeasc pe paramentul aval, lama este ghidat de dou ziduri marginale pân în disipatorul de energie. Astfel de deversoare s-au realizat în ara noastr la barajele Izvorul Muntelui-Bicaz (patru câmpuri deversoare având fiecare b = 11,50 m i putând evacua un debit maxim de 2400 m3/s), Por ile de Fier I (14 câmpuri de câte 25 m, desp r ite prin pile de 7 m grosime, 15000 m3/s), Strâmtori, Poiana Uzului etc. În unele cazuri, când configura ia terenului permite acest lucru, deversorul frontal se amplaseaz pe unul din versan i, sau chiar pe ambele, la racordul cu malul (barajul Tarni a pe Some ), fiind urmat de un canal cu pant rapid , care conduce apa ,în albia râului (vezi paragraful 4.1.5.). La barajele evidate sau cu contrafor i, în zona deversorului, paramentul aval se realizeaz sub forma unei pl ci deversante tip trambulin sau racordat la disipator (de exemplu barajul Firiza). La barajele descompuse amplasarea deversorului în corpul barajului se face prin amenajarea unuia dintre câmpuri ca bloc deversor.

Disipator de

Goliri de fund

Creasta Ziduri marginale

coroname

Fig. 4.9. Vedere aval a unui baraj deversor din beton

Fig. 4.10. Deversoare cu profil practic i nas la baraje arcuite

În cazul barajelor arcuite, la cele cu bol i multiple i la cele în pile i pl ci, profilul practic al deversorului se racordeaz cu un arunc tor-nas, lama de ap fiind l sat s cad liber în aval de baraj (figura 4.10), la distan suficient de mare de piciorul aval al barajului (de exemplu în cazul barajelor Vidraru - Arge , Negovanu - Sadu, Galbenu - Lotru, Teliuc .a.). În multe cazuri deversoarele sunt echipate cu stavile plane, segment sau clapet , (exemplu barajul Izvorul Muntelui - Bicaz, barajul Por ile de Fier I etc.). Aceste deversoare evacueaz debite importante, cu în l imi mari ale lamei deversante, f r a coborî nivelul de reten ie. Aceasta constituie un avantaj, c ci se evit o pierdere de c dere.

Este indicat ca punctul de sprijin al stavilei s nu se g seasc chiar pe creasta deversorului, ci la o oarecare distan în aval, pentru a evita situa ia în care la ridicarea stavilei jetul de ap s fie orientat pe orizontal . Acest punct de sprijin se stabile te prin studii pe model astfel încât jetul s â neasc pe o direc ie paralel cu paramentul aval. De asemenea prin studii pe model se stabile te modalitatea de deschidere a stavilelor (ordinea de deschidere, gradul de ridicare a fiec rei stavile în fiecare etap ), astfel încât s nu se produc în aval (disipator i albia râului) fenomene periculoase. Aceste indica ii trebuie respectate cu stricte e de personalul ce exploateaz barajele.

4.1.4. Deversoarele de tip sifon În situa ia în care, datorit condi iilor locale, lungimea disponibil a frontului

deversant este insuficient pentru evacuarea prin deversare liber a debitelor maxime, se pot utiliza deversoare sifon.

A1

z

Fig.4.11. Elementele componente ale unui deversor sifon 1. crest deversant ; 2.capot ; 3.gr tar rar; 4.orificiu de dezamorsare; 5. nas arunc tor; 6. ie ire.

Reducerea frontului de desc rcare se datoreaz debitelor specifice mai mari, curgerea f cându-se sub presiune. Solu ia cu desc rc tor de tip sifon poate fi folosit i la barajele din materiale locale, pentru a mic ora lungimea zonei de beton, având avantajul unei construc ii de evacuare compacte. De asemenea, deoarece asigur men inerea practic constant a nivelului, ele pot fi utilizate ca descresc toare de preaplin la camerele de înc rcare ale canalelor de aduc iune ale centralelor hidroelectrice. Deversoarele sifon (figura 4.11) constau dintr-un deversor frontal dreptunghiular 1 acoperit cu o capot etan din beton armat sau metal 2 i mai con in : gr tarul rar 3, orificiul de dezamorsare 4, nasul arunc tor 5 i zona de ie ire 6. Când nivelul amonte cre te, orificiile de dezamorsare nu mai sunt în contact cu atmosfera, apa începe s deverseze, iar în spa iul închis prin lama de ap dirijat de nasul arunc tor i intradosul capotei se formeaz vid par ial, care face ca sifonul s se umple complet cu ap (s se amorseze), func ionând în plin sarcin ca o conduct sub presiune. Când nivelul scade datorit evacu rii sub cota crestei deversorului, aerul p trunde prin orificiile de dezamorsare, coloana de ap se rupe i se produce dezamorsarea sifonului. În acest fel evacuarea debitelor excedentare este asigurat printr-o func ionare intermitent a sifonului, iar nivelul amonte se men ine aproximativ constant în jurul nivelului crestei deversante. Închiderea spa iului de aer pentru amorsare se mai poate face prin curbarea spre amonte a zonei mijlocii a sifonului. Calculul hidraulic al unui deversor sifon urm re te determinarea debitului evacuat, precum i a vitezelor i presiunilor în fiecare sec iune a sifonului, cu scopul de a evita apari ia cavita iei. Se scrie rela ia lui Bernoulli între un punct de pe suprafa a amonte i unul pe cea aval (figura 4.11), inând seama de pierderile de sarcin liniar i locale. Se ob ine viteza în sec iunea de ie ire sub forma

h)(zg2

dl1

hzg2v v

j

1 (4.14)

i debitul evacuat

hzg2AmQ 1 (4.15)

A1 fiind sec iunea de curgere la ie ire, h ridicarea nivelului amonte peste nivelul crestei deversorului, iar z diferen a între nivelul crestei i nivelul aval. Coeficientul de debit m are valori cuprinse între 0,65...0,85, func ie de o serie de elemente constructive ale sifonului. Fig. 4.12. Sec iune transversal printr-un deversor sifon:

1. conduct de golire; 2. conduct de aerare; 3. creasta deversorului; 4. muchia (buza) de intrare în sifon; 5. conducta de aspira ie (corpul) sifonului;

6. sec iunea critic (gâtul) sifonului; 7. platform superioar ; 8. muchia inferioar a capotei; 9. nasul de amorsare; 10. nivelul de amorsare; 11. perete posterior (capot ); 12. priza de aer; 13. gura de vizitare.

Fa de un deversor obi nuit, deversorul sifon are avantajul unei eficien e hidraulice mai ridicate, deoarece debitele specifice evacuate sunt func ie de c derea z i nu de în l imea lamei deversante h, care se men ine foarte mic . Astfel, în mod curent debitele specifice sunt de ordinul a 5 - 10 m3/s m, dar putând ajunge i la 20 - 30 m3/s.m. C derea z, sub care lucreaz sifonul, este îns limitat de depresiunea maxim admisibil , pentru a evita apari ia cavita iei. Uzual aceast c dere nu trebuie s dep easc 8,5���9 m. Când este absolut necesar ca aceast valoare s fie mai mare, se adopt m suri speciale ca introducerea unor rezisten e hidraulice în lungul sifonului, prevederea unor strangul ri la ie ire sau a unei îngust ri continue pentru a asigura umplerea complet a sec iunii i a evita dezamorsarea din aval. De asemenea deversoarele sifon prezint avantajul c nu utilizeaz p r i mobile, ceea ce permite o func ionare automat din punct de vedere hidraulic. Func ionarea lor este foarte sensibil la varia iile nivelului amonte.

Câteva elemente constructive ale deversorului sifon: sec iunea de intrare în sifon trebuie s fie de 2 -3 ori mai mare decât cea din dreptul crestei deversorului i trebuie bine profilat hidraulic pentru a reduce pierderile de sarcin la intrare. Forma sec iunii de intrare este recomandabil s fie apropiat de un p trat. În amonte capota se prelunge te sub cota crestei pentru a nu permite accesul plutitorilor sau p trunderea aerului în sifon. În cele mai multe cazuri debu area se face sub nivelul aval, adoptând solu ii constructive pentru ridicarea acestui nivel. Alte elemente constructive ale unui deversor sifon se pot observa în figura 4.12. Deversoarele sifon prezint i o serie de dezavantaje. Astfel, repetatele amors ri i dezamors ri care se produc în timpul unei devers ri provoac vibra ii i ocuri d un toare construc iei. De asemenea deversorul sifon poate înghe a în timpul iernii, când debitele sunt mici i deci sifonul nu func ioneaz perioade mai lungi, sau se poate bloca cu plutitori. Un alt dezavantaj este acela c sifonul evacueaz debite aproximativ constante cu valori mari, ceea ce d uneaz albiei aval, unde se produc eroziuni însemnate. Aceasta impune construc ii costisitoare de disipare a energiei. În acela i timp evacuarea nu poate urm ri cre terea i descre terea continu a debitului viiturii sau a undei de umplere la camerele de înc rcare. Inconvenientul se elimin par ial prin fragmentarea desc rc torului într-o baterie de sifoane de capacitate mai mic , e alonate pe în l ime, care s se amorseze la cote diferite (figura 4.13). În plus, amorsarea fiec rui sifon este mai rapid , iar la blocarea unuia, celelalte nu sunt afectate. În ara noastr primul deversor sifon a fost realizat în parcul Her str u din Bucure ti, care evacueaz Q = 40 m3/s, la o c dere de z = 4 m. În amenajarea Bistri a aval func ioneaz patru sifoane, ca desc rc tori laterali pe deriva ia în cascad (la UHE Roznov I, Roznov II, Z ne ti i Costi a). Fiecare evacueaz Q = 50 m3/s la z = 6,8 m. La barajul Sadu func ioneaz patru baterii de sifoane evacuând în total Q = 205 m3/s , cu q = 12 m3/s i z = 9,2 m.

Fig.4.13. E alonarea pe vertical a sifoanelor unei baterii

4.1.5 Deversoarele frontale canal Deversoarele frontale canal sunt deversoare situate în afara corpului barajului i au creasta normal pe axa canalului de evacuare. Ele se folosesc la baraje la care nu este

posibil evacuarea debitelor peste corpul barajului, în mod frecvent la barajele din materiale

locale. Amplasarea se face la racordul barajului cu malul sau pe unul din versan i, în func ie de configura ia terenului. Uneori se prev d deversoare pe ambele maluri, dac executarea unui singur desc rc tor de dimensiuni mai mari necesit volume prea mari de lucr ri. Folosirea unui deversor canal este uneori indicat i în

cazul barajelor de beton. Dac la piciorul aval al barajului este centrala (de exemplu Tarni a pe Some ), deversarea peste baraj nu este indicat i se folose te un deversor frontal canal la leg tura barajului cu unul din versan i. Deversoarele frontale canal (figura 4.14) sunt alc tuite din urm toarele elemente: zona de acces 4, pragul deversant 2, canalul de evacuare 5-6, debu area sau racordul cu râul 7. Accesul const dintr-o excava ie protejat cu beton, cu rolul de a colecta apa i a o dirija c tre pragul deversant. Pragul poate fi un deversor cu prag lat sau un deversor cu profil practic. În plan, pragul poate fi rectiliniu sau curbiliniu. Creasta deversant este

prev zut uneori cu stavile. Canalul de evacuare este un canal din beton având un tronson ini ial 5, lung de 15 -20 m, cu pant mic i sec iune variabil , în care se realizeaz accelerarea scurgerii, i un al doilea tronson 6, cu pant foarte mare (5-12 % i mai mari) în care curgerea se face în regim rapid, de sec iune dreptunghiular constant . Racordul cu râul se realizeaz , fie printr-un disipator de energie care îneac saltul hidraulic, fie cu ajutorul unei trambuline arunc toare, dac patul râului este stâncos, iar debu area se face suficient de departe de piciorul aval al barajului. Dimensionarea pragului deversor se face ca pentru un deversor cu profil practic sau cu prag lat. Canalul de evacuare se dimensioneaz presupunând curgerea în regim uniform, utilizând deci rela ia lui Chezy. Traseul canalului se alege astfel încât s se foloseasc depresiunile terenului sau por iunile cu pante uniforme. inând seama c în canal scurgerea se face în regim rapid (v > vcr), apa atinge viteze foarte mari de 20 - 40 m/s i în consecin este bine ca traseul s fie rectiliniu i s evite por iunile curbe. De asemenea, pere ii de beton trebuie executa i cu mult îngrijire, f r macrorugozit i, pentru a nu favoriza desprinderi, vârtejuri, supraîn l ri importante ale nivelului. În ara noastr s-au realizat deversoare frontale canal la barajul de anrocamente Le u pe râul Iad (290 m3/s, i = 44,7 %), la barajul în arc Tarni a pe Some (500 m3/s, i = 60 %) i la barajul Vidra pe Lotru, care îns folose te în locul canalului de evacuare o galerie cu nivel liber cu pant rapid .

4.1.6. Deversoarele cu canal lateral Deversoarele cu canal lateral sunt deversoare izolate de baraj, la care creasta deversorului este paralel cu axa canalului sau galeriei de

Fig.4.15. Deversor cu canal lateral 1. Lac; 2.Coronamentul barajului; 3.Paramentul aval;

4. Cresta deversorului; 5. Canal colector;6. Canal cu panta rapid ; 7. Deflectori; 8. Bazin disipator; 9. Prag icanat;

10. Dig lateral; 11. Pasarel .

Fig. 4.16. Vedere în plan i sec iuni caracteristice printr-un deversor cu canal lateral.

C-C

B-B

A-

evacuare. Astfel de evacuatori se folosesc în cazul barajelor din materiale locale atunci când configura ia terenului nu permite realizarea unui deversor frontal canal. Acest lucru se întâmpl în general dac barajele respective sunt situate în v i cu versan i abrup i mult peste cota coronamentului. În figura 4.15 sunt prezentate dispunerea în plan i elementele componente ale unui astfel de deversor, iar în figura 4.16 vederea în plan i mai multe sec iuni caracteristice. La un deversor cu canal lateral se disting trei principale elemente componente: pragul deversor, canalul colector i canalul sau galeria de evacuare. Pragul deversant este un prag din beton masiv, fundat foarte atent pe roca s n toas , care are forma unui deversor cu profil practic i este a ezat paralel cu curbele de nivel. Frontul de deversare se dispune la racordul barajului cu versantul, spre amonte pe o lungime corespunz toare debitelor evacuate. La lungimi mari, frontul poate fi fragmentat prin pile intermediare. Când este cazul poate fi echipat cu stavile, ceea ce permite evacuarea debitelor maxime f r supraîn l ri importante ale nivelului apei în lac.

Canalul colector are o sec iune trapezoidal , este a ezat paralel cu creasta deversorului i are debit variabil. În general l imea la fund este constant i are o pant pozitiv spre aval, existând îns solu ii în care l imea este variabil . Deoarece dup deversare peste prag, în canalul colector apa î i schimb direc ia de curgere cu 900, este necesar ca s se asigure accelerarea apei, pentru a nu se ajunge la înecarea deversorului. Se adopt unele solu ii în care canalul colector are, în acest scop, o pant mare care dep e te panta critic , regimul de curgere este foarte mare, diferen a de nivel între apa din lac i cea din colector produce de asemenea viteze mari ale lamei deversante, iar amestecul celor doi curen i se face turbulent, cu vârtejuri, valuri i vibra ii, ceea ce mic oreaz capacitatea canalului colector. Din aceast cauz se prefer men inerea unui regim lent de curgere în colector. Acest lucru se poate realiza fie printr-un prag în sec iunea aval (figura 4.16), fie printr-o îngustare în aceea i sec iune. Aceast sec iune, de leg tur cu canalul de evacuare, în care se realizeaz în l imea critic de curgere, este folosit ca o sec iune de control. Cota fundului canalului colector se determin din condi ia ca la debitul maxim deversorul s r mân neînecat. Pentru a realiza o sec iune corespunz toare unui debit variabil se poate impune la proiectarea canalului colector ca viteza într-o sec iune dat (figura 4.16) s fie de forma vx = a xn , a i n fiind doi coeficien i numerici ce se pot determina din condi ia de optimizare ca

y + hx = minim. Canalul sau galeria de evacuare are rolul de a conduce apa din canalul colector în bieful aval. Canalul de evacuare este un canal cu pant mai mare decât cea critic , in care curgerea se face în regim rapid, cu viteze foarte mari. Sec iunea transversal este dreptunghiular . Racordul cu albia se face fie cu un disipator de energie clasic (cu salt hidraulic), fie cu o trambulin arunc toare. În general, în zona de ie ire în albia aval, canalul se evazeaz în plan, cu scopul de a mic ora debitul specific. Se recomand ca atât trambulina, cât i pragul disipatorului s fie prev zute cu deflectori, care împr tie lama de ap desc rcat . Ca i la deversorul frontal canal, canalul de evacuare cu pant mare trebuie foarte îngrijit executat, pentru c orice macrorugozitate ar produce desprinderi, vârtejuri, cavita ie i deci erodarea c ptu elii canalului. Alegerea solu iei cu galerie de evacuare este indicat când înscrierea în plan a canalului nu este economic (volume mari de excava ii i beton) i când se poate utiliza par ial fosta galerie de deviere a apelor. Dup terminarea execu iei barajului zona amonte a galeriei de deviere se betoneaz , iar zona de debu are se amenajeaz corespunz tor noii utiliz ri. Scurgerea în galerie se poate face cu nivel liber (având i avantajul evacu rii f r dificult i a plutitorilor) sau sub presiune. În figura 4.17 sunt prezentate câteva sec iuni caracteristice printr-un deversor cu canal lateral.

4.1.7. Deversoarele pu (pâlnie, inelare)

Deversoarele pu (sau pâlnie, sau inelare) sunt deversoare amplasate în afara corpului barajului, frontul lor deversant fiind realizat sub forma unei pâlnii circulare. Debitul evacuat este condus spre aval printr-un pu vertical sau înclinat, racordat cu o galerie orizontal . Acest tip de deversor se adopt când deversarea peste corpul barajului nu este admis , fiind uneori chiar periculoas (barajele din materiale locale), iar morfologia amplasamentului face dificil înscrierea unui desc rc tor canal. Deversorul pu este format din: pâlnia deversorului, zona de racordare, pu ul i galeria de evacuare (figura 4.18 i 4.19). Pâlnia deversorului este circular cu raza R = 8 - 12 m, sec iunea transversal putând fi sub forma unui profil practic sau a unui prag lat, (figura 4.18). În primul caz raza este mai mic cu pân la 25 %, dar coeficientul de debit este mai mare, iar în al doilea caz în l imea este cu 30 - 40 % mai mic . Profilul practic se adopt de obicei în cazul în care

pâlnia se realizeaz ca o construc ie aerian (chiar sub form de turn). Solu ia cu prag lat este mai indicat atunci când pâlnia este îngropat în teren (mai ales când în amplasament exist o teras favorabil ) i în cazul în care deversorul este prev zut cu stavile (pot fi realizate pile mai lungi i amplasate mecanismele de manevrare a stavilelor). La accesul apei în pâlnie, componenta tangen ial a vitezei produce o mi care elicoidal , care reduce capacitatea de evacuare. Pentru uniformizarea debitului specific i diminuarea mi c rii elicoidale se prev d în pâlnie nervuri, iar în exterior ziduri de ghidaj sau de leg tur cu versan ii.

Zona de racord face trecerea de la diametrul sec iunii finale a pâlniei la diametrul curent al pu ului. Forma sa este tronconic , lungimea stabilindu-se func ie de valorile celor dou diametre, evitându-se desprinderea curentului de c m uial . Pu ul i galeria de evacuare au o sec iune circular cu diametrul D, curgerea în ele f cându-se sub presiune. Raza cotului trebuie s fie , pentru a preveni contrac ia curentului i blocarea cu plutitori. Pentru a elimina vibra iile i ocurile provocate de accelerarea vitezelor (care provoac vid par ial i d uneaz c m uielii pu ului i

cR D( )3 5

construc iei în ansamblu) este necesar aerarea zonelor depresionare prin tuba ii de aeraj. Galeria de evacuare utilizeaz în foarte multe cazuri fosta galerie de deviere a apelor din perioada construc iei barajului i numai în situa ii speciale se realizeaz o galerie proprie desc rc torului. Calculul hidraulic al unui deversor pu urm re te în primul rând determinarea debitului evacuat. Se folose te formula

23

Hg2bmQ , în care (4.16) R2biar m = 0,36 pentru deversoare cu profil practic (creast normal ) i m = 0,46 pentru cele cu prag lat (creast lat ). Din formula (4.16) se pot deduce Q, R sau H când se cunosc celelalte dou elemente. În al doilea rând se traseaz profilul transversal al pâlniei, care urm re te intradosul lamei în c dere liber de la un deversor cu muchie ascu it . În sfâr it, este necesar s se calculeze i diametrul pu ului i galeriei de evacuare. Curgerea în acestea f cându-se sub presiune, din aplicarea rela iei lui Bernoulli pe suprafe ele libere amonte i aval se ob ine condi ia

locr

linr

* hhH (4.17)

Fig.4.19. Deversor pu : profil în lung i elemente componente 1.Stavil inelar ; 2. Pâlnie; 3. Pu ; 4. Fosta galerie de deviere a apelor; 5. Galeria de evacuare; 6. Portal de debu are; 7. Excava ie de profilare; 8. Perete de beton.

în care H* este sarcina galeriei, pierderea de sarcin liniar , iar suma

pierderilor de sarcin locale (zona de racord tronconic , cot, debu area în aval). Folosind pentru acestea formulele cunoscute

locrhlin

rh

Fig. 4.20. Deversor pu : amplasament i profil în lung. 1. cursul de ap ; 2. batardou provizoriu; 3. baraj de p mânt; 4. pâlnia

deversorului; 5 . zid de ghidaj; 6. galeria de deviere a apelor în perioada construc iei barajului; 7. galerie de evacuare.

55

22linr D

AlDQ0,0826

Dl

g2vh

4j4

22

jlocr D

BDQ0,0826

g2vh

(A, B constante) se ob ine ecua ia

45 DB

DAH* (4.18)

care permite determinarea diametrului D.

4.2. Desc rc toare de adâncime În cadrul unei amenaj ri hidroelectrice, desc rc toarele de adâncime îndeplinesc urm toarele roluri func ionale:

- permit evacuarea par ial sau total a apei din lacul de acumulare pentru a se putea realiza revizii i repara ii ale barajului, prizei de ap sau ale chiuvetei lacului;

- realizeaz sp larea depunerilor de aluviuni din lac din zona amonte de piciorul barajului;

- evacueaz o cot parte a debitelor maxime din perioadele de viitur . Din punct de vedere constructiv desc rc toarele de adâncime se împart în:

-desc rc toare amplasate în corpul barajelor, denumite goliri de fund sau intermediare;

-desc rc toare realizate în versan i sub form de galerii de golire.

4.2.1. Golirile de fund ale barajelor

Golirile de fund sunt tuba ii metalice care str bat corpul barajelor de la paramentul amonte la cel aval, la câ iva metri deasupra talvegului (figura 4.21).

A

guler de etan are

Fig. 4.21. Golire de fund la un baraj de greutate 1 � gr tar rar; 2 � tromp de acces; 3 � vane plane ochelar; 4 � casa de vane;

5 � tuba ii de aerisire; 6 � conduct de golire; 7 � disipator; 8 - stavil

Ele au în general o sec iune de form circular cu diametrul D. În por iunea de intrare exist o zon care se abate de la forma circular , fiind profilat hidrodinamic cu scopul de a mic ora pierderile de sarcin i a evita desprinderea firelor de curent, ceea ce ar favoriza apari ia cavita iei. De asemenea, la ie irea pe paramentul aval, sec iunea circular se aplatizeaz devenind eliptic , ceea ce face ca jetul de ap s fie cât mai uniform r spândit pe parament. În acela i timp conducta se curbeaz spre talveg, astfel încât jetul de ap s loveasc în disipatorul de energie situat la piciorul aval al barajului. Pentru a împiedica p trunderea pe golirea de fund a corpurilor str ine de dimensiuni mari, care ar putea obtura sec iunea sau bloca vanele, la intrare pe paramentul amonte este prev zut un gr tar rar din bare metalice. În zona de intrare blindajul metalic al golirii de fund are un guler ce se încastreaz în beton cu scopul de a împiedica infiltrarea apei între beton i conducta metalic (vezi detaliul de la figura 4.21). Închiderea golirilor se face de obicei prin dou vane, de preferin de tip diferit (fluture, ochelari etc.).Vana aval este van de lucru, iar vana amonte este van de rezerv . Vana amonte joac i rol de van de revizie pentru vana de lucru i de aceea, în anumite cazuri, se admite ca ea s fie de un tip mai simplu i mai pu in preten ios. Vanele, împreun cu mecanismele de ac ionare, sistemele de automatizare i semnalizare, sunt amplasate într-o înc pere special prev zut în corpul barajului. Casa vanelor se amplaseaz în partea amonte, ceea ce evit punerea sub presiune în permanen a golirilor. În aval de vane, ca i la muchia superioar a ie irii pe paramentul aval, din cauza vitezelor foarte mari, presiunile scad foarte mult i exist pericolul apari iei fenomenului de cavita ie. De aceea în aceste zone, cu ajutorul unor tuba ii speciale, se realizeaz aerarea necesar . Goliri de genul celei prezentate în figura 4.21 sunt specifice barajelor de greutate din beton. În cazul barajelor în arc, în special la cele cu profiluri sub iri i puternic solicitate, nu se recomand goliri de fund în corpul barajului. Se realizeaz totu i asemenea goliri, cu luarea unor m suri speciale, care s înl ture sl birea sec iunii maestre (figura 4.22): conducta s aib un diametru cât mai mic, golul creat în baraj se armeaz puternic, casa vanelor se amplaseaz la cap tul aval.

4

5

3 2

Fig. 4.22. Golire de fund la un baraj în arc. 1. tuba ie metalic ; 2. van fluture; 3. van conic ;

4. plac de protec ie; 5. îngro are

În cazul barajelor evidate i cu contrafor i, golirile de fund se execut sub forma unor conducte de o el a ezate sub deschiderile dintre contrafor i. La barajele din materiale locale nu este recomandat folosirea golirilor de fund prin corpul barajelor: se sl be te sec iunea transversal , exist pericolul unor tas ri neuniforme, cre te infiltra ia pe lâng conduct etc. Uneori totu i, în special la barajele de mic în l ime, s-au realizat asemenea goliri, a ezând conductele de golire în galerii de beton armat amenajate în corpul barajului. Calculul debitului evacuat printr-o golire se face cu formula

Hg24DmQ

2

(4.19)

în care coeficientul de debit m se calculeaz cu formula

Dl1

1m

j

(4.20)

cu H, D, l, sarcina, diametrul i lungimea conductei de golire, iar i j , coeficientul Darcy al pierderii liniare i suma coeficien ilor pierderilor locale (gr tar, varia iile de sec iune, vane etc.)de sarcin .

Fig. 4.23. Goliri intermediare (etajate).

Debitul de calcul al unei goliri de fund se stabile te socotind c la un nivel minim în lac prin goliri trebuie s se evacueze debitul afluent din perioadele în care se efectueaz revizii sau repara ii. Se impune de asemenea ca prin golirea de fund s se poat goli lacul într-

un timp cât mai scurt. F r a exista norme în acest sens în România, la lucr rile mai importante, se accept o durat de golire de circa 2 - 4 s pt mâni. În orice caz, debitul maxim al golirii nu trebuie s dep easc debitul viiturii medii din aval, ceea ce ar produce inunda ii i pagube în aval. Debitul golirii nu se ia în considerare la evacuarea viiturii ce calcul, dar se

conteaz pe aportul lui în cazul debitului de verificare. Pe baza rela iilor (4.19) i (4.20) se poate dimensiona conducta de golire. Dac rezult dimensiuni prea mari se pot realiza dou sau mai multe conducte mai mici a ezate simetric în raport cu disipatorul de energie. În anumite cazuri, în aceea i sec iune transversal se prev d golirii etajate (intermediare), amplasate deci la cote diferite (figura 4.23). Aceast dispunere a golirilor prezint urm toarele avantaje: reducerea l imii disipatorului datorit debu rii grupate a golirilor, dimensiuni mai mici ale conductei i vanelor, se pot folosi i vane de presiune mai mic , cu un cost mai redus i care se manevreaz i se între in mai u or.

4.2.2. Galerii de golire

b.

a.

Fig.4.24. Galerie de golire prin versant:

a.vedere în plan; b.sec iune longitudinal 1. barajul; 2. batardou provizoriu; 3. tronson amonte galerie;

4. casa vanelor; 5. tronson aval galerie; 6. pu de acces la casa vanelor; 7. tuba ie de aerisire

La barajele la care construc ia golirii de fund prin corpul lor este neindicat (baraje din materiale locale, baraje în arc sub iri) se adopt pentru goliri solu ia unei galerii de golire

s pat în versan i. De obicei dac în amplasamentul barajului albia râului este foarte îngust , iar debitele ce trebuie evacuate în perioada de construc ie sunt mari, devierea apelor se face prin galerii ce str bat versan ii. În aceste cazuri este ra ional ca aceste galerii s se foloseasc ca desc rc tori de adâncime. Galeriile de golire (figura 4.24) sunt prev zute la cap tul amonte cu o priz având forma unei pâlnii închis cu un gr tar rar. În dreptul casei vanelor se face o strangulare a sec iunii pentru a se ob ine vane de dimensiuni mai reduse. Por iunile amonte i aval de vane se protejeaz cu un blindaj metalic, restul galeriei fiind prev zut cu o c m uial din beton simplu. În aval se prev d conducte de aerare pentru a împiedica apari ia fenomenului de cavita ie. Accesul la casa vanelor se face de pe versant printr-o galerie orizontal , iar uneori printr-un pu vertical. Închiderea galeriilor de golire se face totdeauna cu dou vane, cea din amonte de siguran , iar cea din aval ca van de lucru.

Uneori se prev d prize de acces la diferite nivele (figura 4.25), ceea ce reduce sarcina la vane i m re te siguran a în exploatare în eventualitatea c depunerile de aluviuni ar obtura intr rile de la cotele inferioare.

Fig. 4.25. Galerie de golire cu accese la nivele diferite. 1 � gr tar rar; 2 � van fluture; 3 � galerii de admisie; 4 � galerie colectoare

În ara noastr s-au realizat goliri la un num r foarte mare de baraje din beton printre care: Bicaz (4 goliri, fiecare având D = 2,5 m, dou vane tip ochelari, debitul evacuat Q = 4 x 140 m3/s), Cump ni a, Baciu, Firiza, Secul, Tarni a etc. Solu ii cu galerii de golire s-au adoptat la mai multe baraje din beton în arc sau din materiale locale ca de exemplu : Vidraru ( dou galerii de 4 m i respectiv 5 m diametru, dou vane plane, respectiv una plan i una tip Johnson, debit total evacuat Q = 200 m3/s ), Negovanu ( D = 3,5 m, Q = 60 m3/s), Le u, Vidra-Lotru i altele. 4.3. Disipatoare de energie

Disipatoarele de energie sunt construc ii speciale, adiacente desc rc torilor de ape mari, care au rolul de a reduce o parte cât mai mare din energia apei deversate. Necesitatea acestor construc ii rezult imediat dac se are în vedere puterea mare cu care apa deversat ajunge în bieful aval. Astfel, de exemplu la barajul Bicaz, debitul desc rcat în timpul unei viituri de circa Q = 2000 m3/s , pe o diferen de nivel H= 100m, are o

putere de circa 2000 MW, iar la barajul Por ile de Fier I (Q max = 17.000m3/s, H= 30m) puterea curentului de ap desc rcat atinge 5100 MW. Tendin a de îngustare a frontului de desc rcare, bazat pe considerente economice, topografice sau geologice, conduce la apari ia unor debite specifice foarte mari (50�150 m3/sm) i deci la puteri concentrate în aval cu valori de asemenea foarte mari ( 30 � 350 MW/m ). Energia cinetic a debitului desc rcat dep e te deci cu mult pe cea necesar între inerii mi c rii apei în bieful aval. Acest excedent de energie provoac în aval erodarea puternic a albiei, care poate avea efecte deosebit de grave i nepl cute asupra construc iei îns i. În consecin , pentru a nu se produce asemenea accidente, se realizeaz construc ii speciale, care au scopul s disipeze, într-o m sur cât mai mare posibil , energia pe care o posed volumele de ap desc rcate. Construc iile de disipare au un rol important în asigurarea stabilit ii albiei din aval i în protejarea funda iei barajului. O solu ie defectuoas pentru disipatori poate avea consecin e nedorite. De altfel mai mult de o treime din accidentele cunoscute ale unor baraje se datoreaz alegerii sau calculului gre it a disipatoarelor de energie aferente. Din punct de vedere hidraulic fenomenul care se produce într-un disipator de energie este saltul hidraulic.

4.3.1 Saltul hidraulic

A. Regimurile de curgere ale curen ilor cu suprafa liber

A a cum este cunoscut, la curgerea apei într-o albie oarecare, energia specific ( pe unitatea de greutate) a curentului fa de planul care trece prin talveg (0-0), este dat de rela ia:

E hh2gA

Q h 2g

v2

22m (4.21)

Fig.4.26. Energia specific în sec iune

Emin E

45h1x

h2x

hcr

h

E

( vm - viteza medie a apei în sec iunea transversal ; h - în l imea de curgere; A- aria sec iunii vii; Q- debitul ). M rimea E, care se nume te energie specific în sec iune, se poate reprezenta grafic func ie de h, ca în figura 4.26 . Curba E(h), care are ca asimptote axa absciselor i

bisectoarea dus la 45 , prezint un minim. Regimul de curgere la care energia specific în sec iune este minim se nume te regim critic, iar în l imea normal (în regim uniform) corespunz toare de curgere a apei se nume te în l ime critic (hcr). De asemenea, a a cum se observ din diagram , curentul de ap poate curge, având aceea i energie, cu dou în l imi diferite h1x i h2x, în care h1x hcr , iar h2x hcr. Regimul uniform de curgere în care în l imea este mai mic decât cea critic , h hcr, se nume te regim rapid (sau toren ial) de curgere, iar cel în care în l imea este mai mare decât cea critic , h hcr, se nume te regim lent (sau fluvial) de curgere. Dac se pune condi ia de minim pentru energia specific , se poate ob ine o rela ie din care se determin în l imea critic . În adev r, folosind (4.21), se g se te:

E h = 01hA

A1

gQh

Ag2Q

h 3

2

2

2

i inând seama c dA = B dh (B- l imea albiei la suprafa a liber ), condi ia de minim devine:

gQ

BA 2

cr

3

(4.22)

Pentru o sec iune de form oarecare, rela ia (4.22)se rezolv prin încerc ri sau pe cale grafo-analitic ( ca în figura al turat ).

hcr

gQ 2

B

A3

h

Pentru o sec iune dreptunghiular a albiei, deoarece A= B h, rezult

q BQcu i

gQ

BhB 23

cr3

se g se te

3

2

cr gqh (4.23)

Rela ia (4.22) se mai poate scrie succesiv sub forma:

1 Fr hgv

sau 1, AB

AQ

g m

2m

2

2

Deci, condi ia de E = minim se realizeaz atunci când num rul Froude al curgerii este egal cu 1. În regim lent, unde vitezele sunt mai mici, va exista un num r Fr 1, iar în regim rapid Fr 1. În sfâr it, dac curgerea este uniform (suprafa a liber paralel cu fundul albiei), panta i a fundului albiei pentru care curgerea uniform se face în regim critic se nume te pant critic , icr. Dac i icr curgerea uniform se va face în regim rapid, iar dac i

icr în regim lent. Cu acestea rezult urm toarea clasificare a regimurilor de curgere a unui curent

cu suprafa liber : - regim rapid (toren ial), dac h hcr, sau Fr 1, sau i icr; - regim critic, dac h = hcr, sau Fr =1, sau i = icr; - regim lent (fluvial), dac h hcr, sau Fr 1 , sau i icr. Evacuarea debitelor prin deversoare i prin golirile de fund se face în condi iile

unui regim rapid. Trecerea de la acest regim rapid de curgere la cel lent, din aval, se face printr-un fenomen numit salt hidraulic.

B. Saltul hidraulic

În exploatarea construc iilor hidrotehnice se întâlnesc diferite regimuri de curgere. Racordarea între dou regimuri de curgere se face în mod diferit, a a cum se vede din figura 4.27. Dac trecerea se face de la un regim lent la un regim rapid de curgere (a a cum s-a v zut la evacuatorii de ape mari tip deversor frontal canal sau deversor cu canal lateral) racordarea se face cu o suprafa liber ce trece neap rat prin în l imea critic (figura 4.27a). Dac trecerea se face de la un regim rapid la unul lent de curgere( a a cum se întâmpl în cazul disipatorilor de energie) racordarea se face prin salt hidraulic (figura 4.27b).

Deci saltul hidraulic reprezint fenomenul de racordare a unui regim rapid (în amonte) cu un regim lent (în aval). El const dintr-o mi care puternic turbulent sub forma unui turbion cu ax orizontal. Saltul hidraulic se caracterizeaz prin cele dou în l imi h1 i h2, numite în l imi conjugate i prin lungimea saltului ls.

Trecerea brusc de la regimul rapid la cel lent se face printr-o transformare a unei p r i din energia cinetic a curentului în energie poten ial , înso it i de o pierdere de energie, E = E1 � E2, a a cum se vede i din figura 4.28. a i b.

Dup aspect exist dou tipuri de salt

i icr

i icr

h1 hcr

h=hcr a

h2 hcr

i icr

h2 hcr

i icr

h1 hcr

b.

Fig.4.27. Racordarea a dou regimuri de curgere - saltul simplu, care se produce pentru rapoarte h2 /h1 suficient de mari, are aspectul unei ridic ri rapide a nivelului, ca o und sta ionar .

Fig.4.28. Saltul hidraulic: a. saltul simplu;b.disiparea energiei însalt;c.distribu ia vitezelor la un salt simplu; d. saltul ondulat.

E2

E1 d

1

v3 v3

v2

v1

c.

E

EE2

E2

b.

E

E2 E1 a.

Partea superioar a acestei unde este format dintr-un vârtej cu ax orizontal, în care

particulele de fluid au o mi care circulatorie între sec iunile 1 i 2, cu viteze mici în raport cu cele ale curentului principal. Distribu ia vitezelor în diferite sec iuni, a a cum se vede din figura 4.28c, arat i viteze de sens contrar curentului, în zona superioar a vârtejului, în sec iunile 1 i 3 viteza având distribu ia normal unui curent uniform.

Între curentul principal i vârtej exist i un oarecare schimb de particule, datorit pulsa iilor vitezei, în acela i timp antrenându-se o cantitate însemnat de aer. Pierderea de sarcin se produce în special în zona AC, la contactul între vârtej i curentul principal, datorit diferen elor mari de viteze ale particulelor; - saltul ondulat se produce pentru h2 h1 i const în o serie de unde sta ionare la suprafa a apei cu amplitudini descrescânde spre aval (figura 4.28d). Nu exist un vârtej, iar mi c rile de agita ie sunt mai reduse ca la saltul simplu, pierderile de energie fiind în consecin i ele mai mici.

Cele dou în l imi ale curentului h1 i h2, între care se formeaz saltul, se numesc în l imi conjugate, diferen a lor d = h2 � h1 reprezint în l imea saltului, iar distan a ls dintre sec iunile 1 i 2, se define te ca lungimea saltului.

Pentru a putea determina ecua ia care caracterizeaz acest fenomen se consider o mas de fluid delimitat de o suprafa închis de control, ca în figura 4.29 (pentru simplificare curgerea se consider orizontal ) i se aplic asupra acesteia teorema impulsului. Se g se te:

ext12 FII

adic : pp12 FGFFvvQ21

h2 h1

G

Fp2

v2

ls

v1 F 1

F

Fig.4.29. Saltul hidraulic

Dac se neglijeaz for a F datorat vâscozit ii, deoarece distan a ls este mic , iar pe de alt parte se proiecteaz rela ia vectorial pe direc ia de curgere, se g se te:

21 pp12 FFvvQ Dac se exprim for ele de presiune cu expresia unei for e hidrostatice pe o suprafa plan

(A, aria sec iunii, hAhgF Gp G, adâncimea centrului de greutate al sec iunii) i viteza v = Q A, se ob ine ecua ia care caracterizeaz saltul hidraulic:

2G2

2

1G1

2

AhAgQAh

AgQ

21 (4.24)

Expresia

hAhhAg

QhF G

2

s (4.25)

se nume te func ia saltului i conform rela iei (4.24), la fenomenul de salt hidraulic aceast func ie are aceea i valoare în cele dou sec iuni racordate

21 ss FF . Ecua ia (4.24) permite determinarea în l imii h2, dac se cunoa te h1 i invers. De regul se cunoa te h1 (vezi paragraful 4.1.3c, rela ia 4.13) i din ecua ia (4.24) se g se te h2.

De exemplu în cazul albiei dreptunghiulare, deoarece A = B h, iar 2h

Gh , ecua ia (4.24)

devine

22

2

221

1

2

hB21

hBgQhB

21

hBgQ (4.24�)

de unde împ r ind cu B i notând qBQ se ob ine ecua ia:

2121

2

hhhhg

q2 (4.26)

sau

0g

q2hhhh2

221

221 (4.26�)

i rezolvând ecua ia de gradul doi în h2 se g se te

1hgq81

2h

h 31

21

2 (4.27)

Cu nota iile din figura 4.30a, se g se te

10v1

1 hHPg2q

vqh (4.13)

Prin itera ie simpl , luând ini ial h1 = 0 sub radicalul din (4.13), se determin h1, iar apoi h2 din (4.27).

Dac se noteaz cu E0 energia specific a curentului în sec iunea 0-0, situat în amonte de evacuator i cu E 2 pe cea din sec iunea 2-2 (figurile 4.28 i 4.30a), diferen a de energie E = E0 � E2 se disipeaz între cele dou sec iuni pe dou c i: prin frecare în lungul curentului i în salt hidraulic. Dac se reprezint într-un acela i grafic ambele func ii E (h) i Fs(h), a a ca în figura 4.30b, deoarece pentru cele dou în l imi conjugate, h1 i h2, Fs (h1) = Fs (h2), din graficul respectiv se poate determina valoarea energiei specifice E = E0 � E2 disipat în salt. Expresia acesteia se poate calcula plecând de la rela ia

general

E = E0 � E2 = 2

22

1

21 h

g2v

hg2v

i inând seama c v = q / h rezult

E = 1222

21

12122

2122

21

2

211

2hh

hhhhhh

gqhh

hhgq

Dac acum se înlocuie te 21

2

hhgq din (4.26) cu 21 hh

21 se ob ine imediat

E = 21

312

hh4hh

(4.28)

Se men ioneaz c aceast disipare, care se poate calcula cu rela ia (4.28), sau cu forme analoage ale acesteia, este cu atât mai mare cu cât regimul în amonte este mai rapid (num rul Froude al regimului în amonte, Fr1, este mai mare), a a cum rezult din urm toarele date:

2gv 2

0

Fs

E

ls

h1

h2

h

450

E2 E1

E

Fs,E

2

2

1

1

h2

h1

O

O

P

H0 H

Fig. 4.30. În l imile conjugate ale saltului i disiparea energiei în salt

Fr1 3 20 100

E E1

% 5 44 73

Aceasta arat c saltul hidraulic este cu atât mai eficient cu cât num rul Fr1

este mai mare.

C. Tipuri de salt hidraulic

Saltul hidraulic se poate produce în dou moduri: în regim de fund sau în regim de suprafa .

Regimul de fund apare în cele mai multe cazuri, el producându-se în situa ia în care lama deversant este dirijat de paramentul aval spre fund, vitezele fiind mai mari în zona inferioar a curentului decât la suprafa . În raport cu valoarea în l imii apei în aval hav, conform cu cheia limnimetric a albiei aval, saltul hidraulic poate fi: înecat (dac h2 hav), apropiat sau critic (h2 hav) sau îndep rtat (h2 hav), a a cum se vede din figura 4.31.

Din punct de vedere al disip rii energiei, eficien a maxim se ob ine în cazul saltului înecat. De asemenea deoarece, în special la saltul îndep rtat, curentul de ap p streaz înc suficient energie i deci are o vitez mare, aceasta erodeaz puternic albia aval, fiind necesar protejarea ei pe o lungime apreciabil . De aceea, pentru a reduce la maxim lungimea por iunii protejate, se realizeaz disipatoare de energie în care se prefer ob inerea unui salt înecat.

D. Lungimea saltului hidraulic

Pentru determinarea lungimii saltului hidraulic exist un num r foarte mare de

rela ii determinate pe cale experimental . Structura acestor rela ii, bazat pe considerente teoretice, ine seama de elementele caracteristice ale saltului (h1, h2, Fr1) i difer de la autor la autor. În cele ce urmeaz se prezint , ca exemplu, câteva tipuri de asemenea rela ii 9 ; 20 ; 27 ; 29 :

Fig. 4.31. Tipuri de salt hidraulic în regim de fund

hav

hav

hav

h2

h2

h2

h2 hav (salt îndep rtat)

h2 hav (salt apropiat)

h2 hav (salt înecat)

- rela ia lui Safranez ls = 4,5 h2 (4.29)

- rela ia lui Bradley i Peterka ls = 6,15 h2 (4.30)

- rela ia lui N.N. Pavlovschi ls = 2,5 ( 1,9 h2 � h1) (4.31) valabil în limitele Fr1 = 50 �160,

- rela ii de tipul ls = m (h2 � h1) (4.32)

cu valori diverse pentru m = 5�..7,

- rela ia lui V.A. Saumian

2

2

1

2

12s h

h1hh1h3,6l (4.33)

- rela ia lui Aivazian

FrFr108

l1

1s E (4.34)

- rela ia lui Certousov 0,81

11s 1Frh10,3l (4.35) valabil pentru Fr1 10,

- rela ia lui C. Iamandi 0,43

112s logFrhh6,52l (4.36) valabil pentru Fr1 4 i stabilit pe baza unor date experimentale i prin analiza comparativ a celor mai bune rela ii existente. Aceast multitudine de rela ii, pune problema folosirii lor. Rela iile (4.29), (4.30) dau rezultate acoperitoare, rela ii de genul (4.31), (4.32) se folosesc pentru calcule preliminare, iar rela ii de genul celor (4.33);�.(4.36) dau rezultate care corespund mult mai bine rezultatelor experimentale. Practic este bine s se foloseasc mai multe rela ii, iar valorile adoptate s se verifice prin încerc ri pe modele.

4.3.2. Elemente constructive ale disipatoarelor de energie Solu iile de disipare pentru evacuatorii de suprafa difer dup modul în care lama deversant ajunge în aval. Când lama este condus în aval de paramentul barajului se utilizeaz radiere, bazine disipatoare, praguri la piciorul barajului, rezisten e locale pe parament. Dac lama ajunge în aval prin deversare liber (de exemplu la barajele în arc) se prevede în aval un contrabaraj care s asigure o saltea suficient de groas cu ap . Solu ia clasic o constituie bazinele de disipare. Disipatorul de energie este format, de obicei, din dou elemente componente: bazinul disipator i rizberma. Bazinul disipator are de regul o sec iune dreptunghiular . În limitele bazinului se disipeaz cea mai mare parte a energiei suplimentare a curentului. Bazinul disipator se poate realiza în trei moduri (figura 4.32) i anume : prin amplasarea la cote coborâte a radierului de la piciorul

c b

a

Fig. 4.32. Moduri de realizare constructiv a bazinului disipator. 1 � baraj deversor; 2 � rost transversal; 3 � placa bazinului disipator;

4 � prag transversal

evacuatorului (figura 4.32a), cu ajutorul unui prag încastrat în radier, transversal pe direc ia curentului (figura 4.32 b) sau prin combinarea ambelor solu ii anterioare (figura4.32c). Rolul principal al bazinului disipator este de a asigura în bieful aval o racordare cu salt apropiat; în plus, în bazin formându-se o saltea de ap , aceasta preia ocul dat de lama deversant , ceea ce reduce eroziunea albiei. Din punct de vedere constructiv, bazinul disipator este o plac groas din beton, separat de corpul barajului printr-un rost transversal (figurile 4.32 i 4.33), care permite tasarea lor independent . Grosimea pl cii se determin din condi ia ca aceasta s fie stabil la plutire i alunecare, sub ac iunea greut ii proprii, a subpresiunilor i a greut ii apei, ajungând la valori destul de mari. De exemplu la barajele de pe Bistri a i Arge aval, grosimea pl cilor este în jur de 2 m. Adâncimea bazinului disipator se determin din condi ia ca saltul hidraulic s fie înecat în bazin, ceea ce revine la : (4.37) zhdh,101,05.....1 av2

în care 2avv

2

hg2qz , este c derea suprafe ei libere la ie irea din bazin. Rezult :

(4.38) zhh,101,05.....1d av2

iar pentru un calcul acoperitor se poate lua z = 0 Lungimea bazinului disipator, L, se determin în func ie de lungimea saltului hidraulic ls i se verific prin încerc ri pe model. Exist de asemenea multe rela ii i diagrame care dau aceast lungime. De obicei se admite

L = l1 + l2 (4.39) în care l1 rezult din condi ii de racordare între desc rc tor i bazin, iar l2 din rela ia l2 = (4.40) 12 hh4....5De asemenea se recomand ca lungimea total de disipare Lt, care cuprinde i rizberma, s se ia Lt = (6�.7) h2 (4.41)

Bazinele simple, f r elemente suplimentare de disipare, se recomand a fi folosite în situa iile la care Fr1 30. Pentru valori Fr1 mai mari, bazinele simple încep s devin neeconomice, dimensiunile saltului i ale bazinului crescând rapid . În practic , la bazinul disipator cu prag se introduc din i i de asemenea icane, cu scopul de a diviza curentul i a m ri gradul de turbulen al curgerii, ceea ce

conduce la cre terea gradului de disipare a energiei i implicit la reducerea dimensiunilor bazinului cu (25�.40%). Pentru stabilizarea regimului de curgere se recomand ca la piciorul barajului, la intrarea în bazin, s se prevad blocuri deflectoare masive (figura 4.33 i 4.34), care au rolul de a realiza o distribu ie cât mai uniform a debitelor în bazin. Dimensiunile acestor deflectoare rezult pe baz experimental i sunt date în figura 4.34.

Forma i amplasarea din ilor se aleg în urma studiilor pe model, în laborator. Pentru a se ob ine o eficien sporit , din ii trebuie plasa i cât mai aproape de sec iunea contractat (h1), la o distan aproximativ de 1,2 h2.

Fig. 4.33. Elementele constructive ale bazinului disipator.

Din ii cu suprafa a amonte vertical , p tra i sau trapezoidali în sec iune, se

a eaz pe un singur rând, fiind suficien i de eficien i. Dac se prev d din i cu suprafa a amonte înclinat , este necesar s se prevad i un al doilea rând de din i, amplasa i la mic distan în aval i cu raportul plin /gol alternant. Pentru a împiedica uzura rapid a din ilor sub ac iunea cavita iei i a apei amestecate cu aluviuni, ace tia se execut dintr-un beton cu dozaj ridicat de ciment (500��600 kg/m3), muchiile lor fiind protejate cu profiluri metalice. De asemenea betonul trebuie s fie foarte îngrijit executat, f r bavuri sau macrorugozit i, care pot amplifica pulsa iile de vitez i de presiune. În ultimul timp se folose te protejarea superficial a betonului cu o serie de materiale sintetice (r ini epoxidice, .a.), ca de exemplu la disipatorul deversorului barajului de la Por ile de Fier I.

12

11

r21

1r

hh

h1,5h

dbbhd

Fig. 4.34. Elementele constructive ale blocurilor deflectoare

Pragul aval al bazinului are rol dublu: modific reparti ia vitezei pe vertical (m re te viteza în straturile superioare i reduce viteza de fund, deci mic oreaz ac iunea eroziv a curentului) i contribuie la împr tierea în plan a debitului deversat neuniform. Pragurile pot fi continue sau icante (figura 4.35). Pragurile continue sunt de obicei trapezoidale în sec iune transversal , iar în plan au o form rectilinie în mod curent, curbilinie sau poligonal mai rar. Pragurile icanate divid curentul, atât în plan, cât i pe vertical , producând vârtejuri i ocuri, ceea ce conduce la mic orarea lungimii bazinului.

În figura 4.35 se prezint mai multe variante de bazine disipatoare cu i f r din i, având praguri continue sau icanate. Rizberma este o construc ie care protejeaz zona aval a bazinului disipator, zon în care are loc difuzarea curentului de ap . Energia rezidual a curentului la cap tul aval al bazinului disipator este înc mare i, ca urmare, apar pulsa ii i oscila ii de nivel, iar capacitatea de erodare este înc ridicat . Rizbermele reduc intensitatea de macroturbulen i debitele specifice pân la valori apropiate de cele din regim neamenajat. Rizbermele trebuie s aib o suprafa cât mai rugoas , s fie deformabile (pentru a se adapta u or tas rii terenurilor aluvionare) i permeabile (pentru a permite ie irea în aval a debitului infiltrat din amonte pe sub baraj i disipatorul de energie).

La barajele de în l ime mic se utilizeaz în mod curent rizberme realizate din anrocamente cu dimensiuni mari, a ezate pe mai multe straturi. Rândurile superioare se execut din piatr mare (cel pu in 30 cm), iar cele inferioare din piatr nesortat (figura 4.36b). Viteza admisibil pe patul de anrocamente este de circa 3,5�..4,0 m/s. Pe terenuri nisipoase, pentru a evita afuierile, anrocamentele se a eaz pe un pat de filtru invers sau pe o saltea de fascine (figura 4.36c).

Fig.4.35. Variante constructive ale bazinelor disipatoare prev zute cu prag i din i.

Foarte r spândite sunt rizbermele alc tuite din dale de beton dispuse decalat pe în l ime (pentru m rirea rugozit ii), cu grosimi de 1-1,5 m i legate între ele cu arm turi flexibile (figura 4.36a i c). Vitezele de curgere pot fi mai mari (4�..6 m/s). Grosimea dalelor este de 0,5�.1 m, iar dimensiunile în plan variaz între 2 x 2 i 2 x 5 m2. Ele se a eaz astfel ca în sensul curentului rosturile s nu fie continue, iar latura lung s fie dirijat pe direc ia de curgere.

La barajele de mic în l ime, fundate pe strat aluvionar, se mai utilizeaz rizberme din saltele de fascine sau panouri batante formate din grinzi de lemn (25 � 30 cm grosime), dispuse în form de grebl i solidarizate cu platbande metalice (figura 4.36d), articulate de cap tul aval al radierului. Uneori panoul batant poate fi realizat din beton armat. Curentul p r se te cap tul radierului cu viteze mari, curge pe planul panoului i se împr tie în bieful aval dup ce se divide în vine separate. Sub panou se formeaz un vârtej cu ax orizontal , a c rui vitez de fund este dirijat spre piciorul aval, ceea ce face ca, în timp, spa iul de sub panou s se colmateze cu aluviuni. Eroziunea albiei se produce la o distan suficient de mare de baraj, cel pu in egal cu lungimea panoului, ceea ce nu pericliteaz stabilitatea barajului.

Fig.4.36. Tipuri diferite de rizberme:a. cu dale de beton decalate peîn l ime; b. din anrocamente; c. blocuri de beton i anrocamentemari; d. panouri batante

Alegerea tipului de rizberm se face în func ie de viteza curentului i de varia ia ei treptat în lungul rizbermei. Solu ia constructiv i dimensiunile rizbermei depind de natura fundului albiei i de disponibilul de materiale de construc ii. Lungimea rizbermei se determin astfel ca energia suplimentar de care mai dispune curentul s se disipeze pân la cap tul acesteia. Se cunosc multe rela ii, stabilite pe cale experimental , ca de exemplu:

1/61

avrdt

avr

sr

Frh22

lll

h27......30ll2,5.....4l

(4.42)

în care lt este lungimea total a lucr ri (disipator ld i rizberm lr), ls � lungimea saltului, hav � în l imea apei în albia aval, Fr1 � num rul Froude în sec iunea amonte a saltului hidraulic. Oricum valorile adoptate se verific prin încerc ri pe model.

Fig. 4.37. Disiparea energiei la deversoarele cu jet liber. 1 � plot deversant; 2 � golire de fund; 3 � bazin de

amorsare; 4 � batardou aval; 5 � batardou amonte.

În cazul barajelor în arc, prev zute cu deversoare cu nas, disiparea energiei curentului se face prin impactul lamei deversante cu o p tur de ap aval, suficient de groas , realizat cu ajutorul unui prag sau batardou aval (figura 4.37). La inciden a lamei cu bieful aval se formeaz dou vârtejuri cu ax orizontal, unul spre piciorul aval al barajului i altul spre amonte. Adâncimea necesar a p turii de ap aval se poate determina, de exemplu, cu formula propus de M. Vîzgo, 9 , 24 , care are totu i un caracter orientativ: 0HqkAh (4.43) în care : q - este debitul specific,

g2v

HH20

0 , c derea lamei,

k =1,34 + 2 sin , coeficient care depinde de unghiul de înclinare a lamei fa de orizontal în punctul de impact aval,

A - coeficient de aerare func ie de viteza i în l imea apei pe deversor, ale c rui valori sunt date în literatur 9 , 24 , 48 .

Dac în aval de barajul în arc roca este rezistent i se afl aproape de suprafa , desc rcarea apelor mari se face prin deschideri deversante frontale, sub form de lam cu c dere liber , f r a prevedea m suri speciale de disipare, sau, dac este cazul, se realizeaz un radier din beton masiv în aval de baraj.

C a p i t o l u l 5

ELEMENTE PRIVIND IMPACTUL PRODUS ASUPRA MEDIULUI DE AMENAJAREA RESURSELOR DE APA

5.1 . Generalit i, defini ii

Problemele mediului înconjur tor fac parte din problemele grave ale omenirii i în curând nici un domeniu de activitate, din nici o ar , nu se va putea sustrage rezolv rii lor. Declara ia de la Stockholm (iunie 1972) dat cu ocazia Conferin ei Na iunilor Unite cu privire la mediul înconjur tor proclam : �Ap rarea i îmbun t irea mediului înconjur tor este o problem de importan major care afecteaz bun starea popula iilor i dezvoltarea economic în întreaga lume; ea corespunde dorin ei popoarelor lumii i constituie o datorie pentru toate guvernele�. În acest sens amenajarea resurselor de ap trebuie s se fac în sensul respect rii urm toarelor principii:

a. Dezvoltarea economic i social este indispensabil dac se dore te asigurarea unui mediu înconjur tor propice existen ei i muncii omului i crearea pe p mânt a condi iilor necesare îmbun t irii calit ii vie ii. b. Resursele naturale ale globului, inclusiv aerul, apa, p mântul, flora i fauna i în special e antioanele reprezentative ale ecosistemelor naturale trebuie s fie ap rate în interesul genera iilor prezente i viitoare printr-o planificare sau administrare atent , în func ie de nevoi. c. Capacitatea globului de a produce resurse esen iale, ce pot fi reînnoite, trebuie s fie ap rat i acolo unde acest lucru este posibil, restabilit sau îmbun t it . d. Conservarea naturii, în special a florei i a faunei s lbatice, trebuie s ocupe un loc important în planificarea dezvolt rii economice e. În toate rile trebuie încurajat cercetarea tiin ific i activit ile tehnice în contextul problemelor mediului înconjur tor, iar informa iile, datele experimentale i tehnicile interesând mediul înconjur tor trebuie puse la dispozi ia tuturor rilor,

în special celor în curs de dezvoltare. Având în vedere principiile de mai sus prin �impact asupra mediului înconjur tor�

se în elege �orice efect al unei activit i produse asupra mediului i anume: asupra s n t ii i securit ii faunei, florei, solului, aerului, apei, climei, peisajului i monumentelor istorice sau altor construc ii sau asupra interac iunii dintre ace ti factori�. De asemenea se în eleg �efectele asupra patrimoniului cultural sau condi iile socio-economice care rezult din modificarea acestor factori�.

Deci când vorbim de impact asupra mediului înconjur tor, prin mediu se în elege nu numai cadrul biologic i fizic ci i cel socio-economic. Evaluarea impactului unui obiectiv de investi ie este necesar pentru a cunoa te i ameliora efectele negative asupra mediului înconjur tor, ca i pentru a pune în valoare i poten a efectele benefice. Se men ioneaz c materialul care formeaz acest capitol se bazeaz , atât ca structur , cât i în cea mai mare parte a con inutului, pe un material alc tuit de colectivul specializat în probleme de protec ia mediului de la Institutul de Studii i Proiect ri

Hidroenergetice (ISPH) din Bucure ti 27 , material ce urm rea stabilirea unor normative în acest domeniu. Plecând de la con inutul i structura acestuia lucrarea de fa sintetizeaz aspectele principale ale impactului produs asupra mediului prin amenajarea resurselor de ap i inând seama de caracteristicile acestora scoase în eviden în primele capitole. În consecin , în cele ce urmeaz se vor aborda, din aceste puncte de vedere, urm toarele probleme:

- alegerea schemelor de amenajare, inclusiv a solu iilor constructive concrete; - impactul amenaj rilor hidroenergetice asupra mediului înconjur tor; - m suri ce se pot lua pentru ameliorarea efectelor negative asupra mediului.

5.2. Alegerea solu iilor constructive

Diferitele solu ii constructive exercit un impact asupra mediului înconjur tor semnificativ diferit. Prin urmare avantajele i dezavantajele fiec rei solu ii trebuie bine cânt rite i hot rârea de a concretiza una sau alta dintre ele serios argumentate.

5.2.1. Tipuri de scheme

Concep ia general a schemei i amplasarea obiectelor principale trebuie s aib în

vedere, din faza incipient , unele criterii restrictive sau de protejare a mediului înconjur tor, cum ar fi:

-evitarea zonelor ce constituie rezerva ii sau parcuri naturale; -evitarea zonelor cu monumente ale naturii, istorice, arheologice, culturale,

etnografice; -interdic ia execut rii lucr rilor în zone care ar periclita existen a unor specii

endemice sau rare; -evitarea sec ion rii arealelor naturale de dezvoltare a faunei acvatice interesante; -protejarea zonelor cu un poten ial biologic foarte ridicat, chiar dac se refer la

specii banale. În acest sens sunt necesare informa ii generale de specialitate chiar în fazele primare de proiectare . Tipurile de schem , diferite semnificativ din punct de vedere al impactului asupra mediului înconjur tor, sunt:

- schema de tip mixt (cu deriva ii i concentrare de debite i c deri), cu uvraje supraterane i /sau subterane, folosite preponderent în zona montan ;

- din bief în bief (uzin baraj, uzin de deriva ie) folosite în zona de es i colinar . În cazul obi nuit al amenaj rilor hidroelectrice în cascad , apare o problem

delicat care poate da na tere i unui impact asupra mediului înconjur tor extrem de nefavorabil: necorelarea claselor de importan ale amenaj rilor din aval cu cele din amonte. 5.2.1.1. Scheme de amenajare de tip mixt Acest tip de schem genereaz schimb ri profunde în hidrologia i morfologia zonei, în ceea ce prive te condi iile biologice, nivelul economiei, calitatea vie ii, cadrul i microclimatul zonei. Acumularea apei în lacuri mari schimb radical regimul hidrologic, începând cu ridicarea nivelului stratului de ap freatic , oprirea aluviunilor, inundarea unei suprafe e mari de teren i terminând cu eroziunile accentuate din aval. Pe de alt parte posibilitatea uria de

înmagazinare a amenaj rilor hidroelectrice opre te sau atenueaz viitura protejând popula ia i transform efectele negative ale unei calamit i în efecte pozitive prin producerea de energie. Impactul asupra popula iei poate fi negativ dac ne gândim la str mutare, dar i pozitiv dac lu m în considerare dezvoltarea zonei (economie, turism,) alimentarea cu ap potabil , iriga ii etc.

Schemele cu uvraje subterane sunt în general de preferat, din punct de vedere al impactului asupra mediului înconjur tor, celor cu uvraje supraterane. Din punct de vedere ecologic schema de amenajare de tip mixt duce la apari ia a 4 ecosisteme pe fiecare râu:

a. amonte de capt ri; b. lacul de acumulare; c. aval de capt ri pân la restitu ia debitelor turbinate; d. aval de restitu ia debitelor turbinate. Schimb rile hidrologice i morfologice conduc i la schimbarea esen ial a

condi iilor biologice, cele 4 ecosisteme men ionate fiind sensibil diferite, din acest punct de vedere, dup cum urmeaz :

a. -mediul r mâne practic neschimbat, singurul impact posibil fiind prin influen ;

b. -adaptarea faunei i florei acvatice de la via a de râu la cea de lac este dificil , iar în unele cazuri imposibil (lipanul);

-adaptarea faunei i florei terestre la noul biotop; -atragerea unor noi specii de faun i flor terestr i acvatic (natural

sau prin repopulare); -eutrofizarea; c. -adaptarea faunei i florei la condi iile oferite de debitul de servitute; d. -adaptarea faunei i a florei la condi iile unui debit cu oscila ii mari pe

parcursul unei zile (stres).

În general stabilirea debitelor de servitute i a oportunit ii lor pe fiecare afluent pune mari probleme, configura ia schemei trebuind s cuprind analize de eficien i oportunitate a fiec rei ramuri de capt ri i a fiec rei capt ri în parte, pe baza raportului între poten ialul energetic i impactul asupra mediului înconjur tor. 5.2.1.2. Schema de amenajare din bief în bief

A .Uzine baraj

Acest tip de schem schimb regimul de curgere al apei. Prin bararea râului, o ap curg toare se transform într-o ap stagnant i în acela i timp se ridic semnificativ nivelul apei, cu consecin e importante asupra mediului înconjur tor:

- nu se mai face un tranzit continuu de debit solid; - apare rapid i masiv fenomenul de colmatare, care duce la mic orarea sec iunii,

deci la necesitatea supraîn l rii digurilor i implicit a schimb rii clasei de importan a amenaj rii hidroelectrice;

- ridicarea stratului de ap freatic cu afectarea pu urilor, fântânilor, izvoarelor subterane, b ltiri în zone mai joase;

- eutrofizarea lacului.

Lacul creat ocup mult teren pe care îl scoate din circuitul agricol i prin înecarea fondului de balast aferent împiedic folosirea lui ca surs de materiale. Acest tip de schem are i avantaje din punctul de vedere al impactului asupra mediului înconjur tor:

- lacurile atenueaz viitura, deci scot de sub efectul inunda iilor zonele aval;. - volumul de ap re inut în lac, în perioadele de viitur , este folosit pentru

producerea de energie; - se îmbun t e te aspectul estetic, mai ales dac sunt realizate înierb ri ale

digurilor; - favorizeaz dezvoltarea turismului, a sporturilor nautice i agrementului. O solu ie folosit în vestul Europei pentru acest tip de schem este cea cu baraje

multe i mici, care este mult mai flexibil , ocup mai pu in teren, afecteaz mai pu in stratul de ap freatic etc.

B. Uzine de deriva ie

Acest tip de schem nu schimb atât de mult regimul de curgere al apei în zona

corespunz toare lacului din varianta anterioar , nu stric zonele de balast, ocup un spa iu mai mic, nu modific prea mult stratul de ap freatic.

Debitul de servitute care mai trece prin albie este de obicei la limita minim , deoarece este prelevat din debitul uzinabil sc zând produc ia de energie electric . Din acest motiv este afectat via a pe tilor ce tr iesc în râu i de asemenea aspectul estetic nu este cel mai pl cut.

Regimul apelor pluviometrice este întrerupt, el trebuind s fie ref cut prin lucr ri de art . De asemenea este afectat regimul aluviunilor i pâraielor traversate de canal.

C. Schema de amenajare din bief în bief mixt Solu ia mixt poate fi astfel conceput încât folosind în mod inteligent terenul, avantajele celor dou tipuri de schem , din care se compune, s se îmbine spre eficien a economic i ecologic a schemei.

5.2.2. Tipuri de obiecte

Amplasarea obiectelor se va face cu evitarea dezafect rii de monumente naturale, istorice , arheologice, culturale. De asemenea se va evita ocuparea unor suprafe e mari de teren sau str mut rile masive de popula ie. În func ie de stabilirea tipului de obiecte se produce modificarea regimului hidrologic, cu un impact important asupra mediului înconjur tor, în ceea ce prive te transportul de aluviuni, eroziunea albiei, stratul de ap freatic, regimul de curgere al apei în aval i uneori chiar microclimatul zonei. La alegerea tipului de obiecte ar trebui urm rit:

a. pentru lacuri: m rimea lor în raport cu aportul energetic i pentru alte folosin e, cantitatea de aluviuni, suprafa a ocupat , regimul de exploatare inclusiv atenuarea viiturilor.

b. pentru baraje (în func ie de tipul barajului): încadrarea în peisaj, oportunitatea folosirii sau nu a unor tehnologii poluante, oportunitatea exploat rii de materiale locale în raport cu impactul asupra mediului înconjur tor,etc.

c. pentru aduc iuni (canale, conducte, galerii): aspecte estetice, aspecte privind împiedicarea tranzitului rutier obi nuit, aspecte privind împiedicarea ad patului.

d. pentru centrale (subterane i supraterane): în principal intereseaz încadrarea în peisaj, dar i aspecte privind tehnologiile de execu ie, care pot fi poluante pentru mediul înconjur tor.

e. pentru bazinele de compensare: intereseaz amplasarea lor, care poate fi f cut în albia râului sau separat de albie

5.2.3. Zone de captare - debu are

Stabilirea cotei de amplasare a capt rii pentru amenaj rile hidroelectrice din zona

de munte este recomandabil s se fac în raport cu arealul de r spândire al unor specii de pe ti valoro i sau rari cum sunt p str vul, lipanul, lostri a. Amplasarea debu rii într-un lac de acumulare este avantajos s se fac submersat, perpendicular pe suprafa a cuvetei lacului pentru ca efectul asupra apei stagnate din lac s fie cât mai eficient (aerare, mi carea stratului de ap ). Debitele turbinate la debu area din ultima central trebuie s fie modulate în limite acceptabile pentru impactul asupra mediului înconjur tor. Un regim de debu are în salturi duce la distrugerea albiilor, la erodarea malurilor i chiar la ruperea drumurilor i podurilor. De asemenea astfel de debite au un efect stresant asupra pe tilor i pot provoca i accidente oamenilor sau animalelor surprinse în albie.

5.2.4. Parametrii amenaj rii

La stabilirea parametrilor amenaj rii este important s se considere variante diferite semnificativ, din punct de vedre al impactului asupra mediului înconjur tor, pentru:

- debitul de servitute; - debitul de sp lare al albiei în aval; - regimul de exploatare la ape mari, pentru evitarea depunerilor i pentru ob inerea

unei cantit i maxime de energie; - regimul nivelurilor în lacuri, care trebuie s fie pline în sezon pentru atragerea

turi tilor i s aib nivel constant în perioada de eclozare a icrelor la specii de pe ti valoro i (cu consecin e energetice);

- regimul defluerii debitelor în aval de ultima central din cascad .

5.2.5. Alegerea solu iilor tehnologice

Ca i în cazul solu iilor constructive, solu iile tehnologice diferite au un impact diferit asupra mediului înconjur tor.

A. Tehnologii de lucru

Printre tehnologiile folosite la amenaj rile hidroelectrice sunt unele cu un impact asupra mediului înconjur tor mai pu in semnificativ, cum sunt tehnologiile de betonare sau cele de cofrare i altele cu un impact major asupra mediului înconjur tor, cum sunt tehnologiile de transport sau excava ie.

Transportul materialelor (terasamente) se poate face în mai multe moduri: a) transportul pe cale ferat care nu produce necazuri majore din punct de vedere

al impactului asupra mediului înconjur tor;

b) transportul cu funiculare i cel cu benzi transportoare este bazat pe energie electric , deci curat, dar pentru transportul de materiale pulverulente este absolut necesar prevederea unor capace pentru împiedicarea polu rii mediului înconjur tor;

c) transportul auto este cel mai utilizat datorit manevrabilit ii, dar din p cate, este i cel mai poluant folosind combustibili pe baz de hidrocarburi.

În cazul utiliz rii transportului cu mijloace auto poluarea mediului înconjur tor se produce în mai multe moduri:

a) poluarea aerului, din cauza evacu rii gazelor i a ridic rii prafului, se produce datorit densit ii mari de mijloace auto i consumului specific de carburan i foarte mare, datorat manevrelor. De asemenea la noi în ar , în mod special, se remarc un consum foarte mare de combustibil datorat parcului auto prost între inut i ma inilor vechi având norma de casare dep it ;

b) poluarea solului i apei determinat de între inerea neadecvat a autovehiculelor i concretizat prin pierderi de carburan i, uleiuri i materiale nebiodegradabile (cauciucuri, materiale plastice);

c) poluarea fonic prin zgomotul i trepida iile produse de autovehicule de mare tonaj în circula ia lor cotidian .

B. Obiecte tehnologice Cariere, balastiere

Prelevarea de materiale locale pentru construc ia obiectelor este una din urmele de interven ie brutal care produce o degradare evident a mediului înconjur tor. Amplasarea carierelor nu trebuie f cut pe versan ii vizibili, din motive inând de estetica zonei, zone mai potrivite pentru amplasarea lor fiind versan ii ascun i sau chiar cuveta lacului. Efecte violente în morfologia zonei produc înc rc turile cu dinamit care explodeaz cu un zgomot puternic (poluare fonic ). De asemenea excava iile i drumurile temporare, pe care se desf oar transportul auto, creeaz un impact important asupra mediului înconjur tor.

Sta ii de betoane i sortare a agregatelor Ocup o suprafa mare care trebuie redat în circuitul natural dup dezafectare.

Prin folosirea cimentului produc o poluare grav a mediului înconjur tor pe o raz de cel pu in 1 km. Din procesul tehnologic rezult o serie de reziduuri provenite din sp l ri i din materialul sortat rezolvate prin haldare.

Sta iile de betoane i sortare a agregatelor se pot dispune concentrat sau dispersat în func ie de necesit ile ce deriv din planul de execu ie al lucr rii. În principiu dispunerea concentrat are un impact mai redus asupra mediului înconjur tor. De asemenea se realizeaz o reducere a spa iului afectat.

Platforme tehnologice i ele ocup suprafe e ce trebuie redate în circuitul natural dup execu ia lucr rii.

În urma proceselor tehnologice sunt produse reziduuri care polueaz mediul înconjur tor (fier - beton, cofraje, betoane etc.).

În scopul folosirii ulterioare este indicat amplasarea platformelor tehnologice în incinta antierului. De asemenea, din punct de vedere al impactului mediului înconjur tor este recomandabil dispunerea lor concentrat i modulat .

Halde de depozitare a materialelor În prealabil se decapeaz stratul vegetal de pe suprafa a hot rât drept ampriz

pentru depozitare, în scopul evit rii distrugerii lui, el urmând a fi folosit, pe cât posibil, la înierbarea unor zone care necesit o astfel de protec ie. La alegerea amplasamentului se va ine seama de integrarea în morfologia locului.

Haldele trebuie protejate împotriva erod rii datorat apelor mari. Erodarea lor duce la modificarea patului albiei, materialul fin nerulat (aspru) determinând r nirea bronhiilor pe tilor. Este recomandabil ca haldarea s se fac în platforme mari cu transport i amenajare util .

C. Spa ii de cazare i drumuri tehnologice Spa ii de cazare i utilit i

Dispunerea spa iilor de cazare în zona lucr rilor se poate face concentrat sau dispersat. În general dispunerea concentrat are un impact mai pu in dezavantajos, toate activit ile poluante legate de prezen a omului având o arie de desf urarea mai restrâns .

Amplasarea poate fi f cut în perimetrul localit ilor (cu un impact social deosebit) sau separat de acestea (cu un impact ecologic).

De asemenea spa iile de cazare pot fi concepute ca i construc ii provizorii sau construc ii definitive cu alte utilit i ulterioare (turism, agrement).

Drumuri tehnologice i de acces De regul sunt amenajate ca trasee utile în exploatare. Drumurile constituie un

factor de impact asupra mediului înconjur tor chiar prin construirea lor i apoi prin transportul auto al c rui suport este. Drumurile utile în exploatare pot fi turnate din beton, îmbun t ind astfel condi iile de transport, reducând poluarea i constituind suportul unei utilit i ulterioare definitive. La construirea drumurilor, în special a celor definitive, este recomandabil s se in seama de încadrarea în peisaj.

5.2.6. Lucr ri i m suri corective

În cazul în care motive economice impun solu ii nefavorabile impactului asupra mediului înconjur tor (în execu ie sau exploatare) este necesar ca proiectul s prevad separat, cu valori corespunz toare, lucruri i m suri corective cum ar fi :

- amenajarea final a platformelor, haldelor, drumurilor dezafectate, coloniilor, carierelor de materiale locale etc.;

- m suri de corectare a peisajului (perdele forestiere de mascare, redarea în circuitul vegetal, împ duriri, terasamente speciale);

- asigurarea unor utilit i permanente pentru lucr ri de organizare tehnologic ; - lucr ri compensatorii pentru men inerea faunei acvatice de interes economic sau

sportiv (p str v rii, piscicultur în viviere, repopul ri anuale cu pe ti valoro i din punct de vedere economic etc.).

Cheltuielile speciale de ameliorare a impactului asupra mediului înconjur tor pot varia, conform uzan elor interna ionale, între 3...10 % din costul investi iilor de baz . 5.3. Impactul amenaj rilor hidroenergetice asupra economiei, aspectelor

vie ii i cadrului social

5.3.1. Elemente privind impactul economic Toate tipurile de amenaj ri hidroelectrice produc în general efecte economice benefice: ob inerea de energie electric , stocarea unor cantit i de ap în scopul utiliz rii ca ap potabil , ap industrial sau pentru irigarea unor suprafe e de teren agricol, recuperarea unor terenuri inundabile, naviga ie, poten area turismului, a sporturilor nautice, a pescuitului industrial i a celui sportiv etc. Nerealizarea amenaj rii hidroenergetice conduce îns la realizarea

obiectivelor acesteia prin solu ii alternative (energie termic , nuclear etc.), care pot determina o poluare grav a mediului înconjur tor.

A. Locuri de munc , industrii noi i comer

Prin realizarea unei amenaj ri hidroenergetice sau termoenergetice (prin folosirea r cirii cu ap ) i a instala iilor industriale aferente, prin dezvoltarea turismului i a agrementului i în general prin dezvoltarea economic a zonei se creeaz un important num r de locuri de

munc , care poate chiar dep i posibilit ile locale. Desigur c prin inundarea lacului sau prin ocuparea unor terenuri situate în traseul deriva iilor sau canalelor navigabile se pierde un teren agricol, poate de bun calitate, care constituia obiectul muncii i/sau proprietatea unor oameni. Totu i, în general, datorit amenaj rilor hidroelectrice se creeaz mai multe locuri de munc decât se pierd. Dezvoltarea noilor industrii duce la cre terea num rului locurilor de munc , deci la atragerea popula iei în zon . Cre terea popula iei i dezvoltarea turismului determin dezvoltarea comer ului.

B. Rea ezarea valorii funciare, agricultura i cre terea animalelor În func ie de pozi ia fa de amenajarea hidroelectric terenurile î i pot schimba

valoarea. Astfel un teren de foarte bun calitate, care se g se te pe fundul lacului de acumulare sau canalului de deriva ie (sau navigabil), nu va mai avea nici un fel de valoare, în timp ce un teren mai slab dintr-o zon mai secetoas , care este acum irigat , î i va ridica sensibil valoarea. Lacurile mari de acumulare au un impact important asupra agriculturii i a cre terii animalelor, pentru c ocup suprafe e mari de teren cultivat i p uni (uneori singurele din zon ). De aceea decizia de a construi amenajarea hidroelectric , în aceste cazuri, nu este justificat decât dac avantajele sunt semnificativ mai mari decât efectele negative. De exemplu: terenul inundat este de zeci de ori mai mic decât terenul protejat de inunda ii ca urmare a construc iei amenaj rilor hidroelectrice. Defri area suprafe elor de p dure poate duce la degradarea unor suprafe e de teren arabil sau p uni. De asemenea cre terea nivelului lacului duce la cre terea nivelului apelor subterane i implicit la b ltiri pe unele suprafe e arabile joase. Prin stocarea în lacul de acumulare a unei cantit i mari de ap se creeaz premizele construirii unor sisteme de iriga ii care ridic sensibil valoarea terenurilor pe suprafe e întinse.

C. C i de comunica ie, estetic i turism - agrement Realizarea amenaj rilor hidroelectrice este de obicei un prilej de a îmbun t i i diversifica c ile de comunica ie existente (drumuri, c i navigabile etc.). Chiar barajul prin el însu i constituie un pod de trecere de pe un mal pe cel lalt, coronamentul lui putând fi amenajat cu cheltuieli minime ca o osea de traversare, ceea ce poate fi un avantaj major în zona cursului mijlociu sau inferior al unui râu sau fluviu. Canalele navigabile i deriva iile sunt i ele prev zute cu poduri pentru traversare de pe un mal pe cel lalt în zonele de interes pentru oameni i animale s lbatice sau domestice. De asemenea zonele mai greu accesibile, unde se construiesc în general amenaj ri hidroelectrice, devin u or de accesat. Pentru a p stra în zon o re ea rutier eficace este bine ca majoritatea drumurilor ce se realizeaz în cadrul amenaj rii s fie concepute cu utilitate definitiv . În mod evident dezvoltarea infrastructurii rutiere împreun cu posibilit ile turistice oferite de realizarea

amenaj rilor hidroelectrice (în special lacul de acumulare, barajul sau canalul navigabil) determin dezvoltarea turismului. Pentru turism sunt necesare îns , pe lâng o re ea rutier bine pus la punct, obiective turistice, peisaje atr g toare i o re ea hotelier corespunz toare. În acest sens o solu ie eficace este conceperea spa iilor de cazare necesare pe perioada execu iei lucr rii cu utilit i definitive. În acest fel se rezolv o cazare civilizat pentru muncitorii i tehnicienii care construiesc amenaj ri hidroelectrice, nu se mai dezafecteaz colonia provizorie i se pot ob ine venituri semnificative dup terminarea execu iei. În caz contrar estetica zonei în care a fost organizarea de antier cu construc iile provizorii nedezafectate, cu locurile de cazare alese poate la întâmplare, cu r nile în mediul înconjur tor datorate i balastierelor, va fi extrem de dezagreabil i dac nu vor fi luate de urgen m surile corectoare necesare, afluxul turistic se va diminua considerabil. Frumuse ea noii priveli ti create de baraj, încadrat firesc în cadrul existent, poate desigur s atrag turi tii dornici de o priveli te grandioas sau de practicarea sporturilor nautice, a înotului sau pescuitului în apele lacului.

5.3.2. Impactul asupra aspectelor vie ii i cadrului social

A. Protec ia contra riscurilor naturale, alimentare cu ap potabil i acceptare social

Barajul, prin uria a posibilitate de înmagazinare a lacului de acumulare, ap r popula ia din aval de inunda ii, dar în acela i timp, tot prin cantitatea de ap acumulat i dirijat prin sistemele de iriga ii, o ap r i de secet . Pe de alt parte marile baraje introduc un risc social legat de probabilitatea de avariere a acestora.

Alimentarea cu ap potabil se face, de asemenea, prin prelevarea apei din lac. De aceea trebuie efectuate studii detaliate privind caracteristicile fizico - chimice ale apelor de suprafa i din subteran din zona amenaj rii hidroelectrice i dac este cazul trebuie puse în eviden efectele negative pe care construc ia amenaj rii hidroelectrice le provoac asupra calit ii apelor de suprafa i subterane (eutrofizarea, modificarea regimului de curgere a apelor freatice). Indicele de consum al apei exprim în acela i timp i un indice al calit ii vie ii oamenilor, consumurile cele mai mari de ap pe cap de locuitor înregistrându-se în rile cu un standard ridicat. Gradul de acceptare social este în general direct propor ional cu eforturile depuse de autorit i pentru explicarea avantajelor ce decurg din construirea amenaj rii hidroelectrice. S-a observat c pentru a ajunge la o acceptare social mai lin i mai rapid trebuie f cut exemplificarea pe cazuri concrete de realizare a unor astfel de obiective cu consecin ele constatate. În perioada de execu ie a lucr rilor apari ia muncitorilor care construiesc amenaj ri hidroelectrice. exercit un impact asupra vie ii popula iei locale prin conflictele ce apar în special datorit rela iilor cu femeile localnice i prin aducerea unor noi obiceiuri i tradi ii. Impactul este cu atât mai serios cu cât spa iile de cazare pentru muncitori sunt mai apropiate sau chiar în interiorul localit ilor.

B. Exproprieri, exod rural i s n tate În special în cazul barajelor a c ror lacuri de acumulare pot ocupa suprafe e întinse, determinând astfel exproprieri masive, se produc deplas ri importante de popula ie. Aceast situa ie trebuie evitat pe cât posibil, prin studierea mai multor variante diferite din punct

de vedere al suprafe ei lacului i prin preferarea unei variante poate mai pu in reu it din punct de vedre energo - economic, dar pentru care suprafa a expropriat s fie minim . Totu i, în cazul în care exproprierile se produc, trebuie s se încerce fixarea popula iei deplasate într-o regiune apropiat de acumulare, în jurul c reia, oricum ca urmare a dezvolt rii economiei i turismului, este necesar o for de munc suplimentar . În ceea ce prive te s n tatea popula iei din zona riveran acumul rii, ea poate fi afectat , în anumite cazuri, de înmul irea excesiv a ân arilor sau de apari ia în apa lacului a unor bacterii patogene ca: salmonella i shigella (apa fiind în principiu un mijloc ideal de transmitere a bacteriilor patogene). Prin intermediul apei pot fi transmise: febra tifoid i enteroinfec iile. De asemenea, dac în lac sunt deversate sau ajung prin oricare alt mijloc substan e poluante, unele dintre ele (mercurul) pot fi acumulate în pe ti, care apoi consuma i pot duce la otr viri.

C. Patrimoniu cultural, monumente istorice i zone de interes arheologic Asupra acestora se exercit evident un impact negativ, posibilitatea practic de rezolvare a problemei, dup constatarea situa iei existente, fiind mutarea obiectivului, opera ie care atunci când poate fi realizat este extrem de costisitoare, iar succesul nu este garantat.

5.3.3. Impactul amenaj rii hidroenergetice asupra elementelor de geografie

fizic

A. Morfologie i regim de curgere

Amenaj rile hidroelectrice modific în mod semnificativ atât morfologia zonei, cât i regimul de curgere al apei. Prin construc ia barajului se realizeaz ridicarea nivelului de ap i implicit cre terea volumului i a suprafe ei lacului de acumulare astfel format. Regimul de

curgere se modific sensibil, viteza apei în lac mic orându-se treptat pân la zero. În cazul canalelor de deriva ie sau al canalelor navigabile, modific rile care survin

în morfologia i regimul de curgere al zonelor afectate nu sufer modific ri atât de importante. Totu i se constat atât o modificare a profilului longitudinal al râului, cu men iunea c pentru canalele de deriva ie se p streaz în paralel i vechea albie a râului pu in transformat , cât i o modificare, mai pu in sever îns , a regimului de curgere. În general se îmbun t e te regimul apelor mari, dar la amenajare hidroelectric cu deriva ie, pe sectorul între captare i restitu ie, se înr ut e te regimul la ape mici i medii.

B. Eroziune, transport solid, aluvionare, inunda ii i înml tiniri

Prin crearea lacului de acumulare transportul aluviunilor, târâte sau în suspensie, se opre te începând din zona modific rii regimului vitezelor (începând de la coada lacului). Acest fapt conduce la colmatarea lacului, iar în cazul lacurilor cu adâncime mai mic , chiar la crearea de zone deltaice (înml tiniri). Procesul de colmatare este accelerat în cazul inunda iilor, care tranziteaz un debit solid în suspensie i târât foarte mare, plus cantit ile de aluviuni depozitate în zonele de confluen , care la un debit normal nu erau tranzitabile.

Erodarea malurilor lacurilor, datorat valurilor în zone cu versan i u or erodabili sau cu panta mai mare decât cea natural , gr be te colmatarea în special în cazul lacurilor de es cu adâncime mic .

Oprirea sau reducerea important a transportului solid datorat lacului, duce la defluarea în aval a unui debit de ap relativ curat , cu o putere de erodare crescut , care nu mai este în echilibru cu albia existent . Astfel patul albiei aval de lac va fi erodat progresiv, pân când se va reface echilibrul dintre panta patului albiei i noul transport solid. De asemenea oprirea transportului solid poate produce un dezechilibru serios în zonele deltaice i chiar în lungul rmului m rii, unde eroziunea natural nu mai este compensat de depunerile datorate transportului solid. O consecin a opririi în lac a debitului în suspensie este lipsirea terenurilor agricole afectate de inunda ii de substan e fertilizatoare (argila),con inute în aceste rev rs ri periodice de ap .

Un alt efect important este oprirea proceselor de refacere a rezervelor de balast natural. Colmatarea albiilor din aval de baraje poate reduce capacitatea de curgere a acestora i poate da na tere chiar la inunda ii.

În cazul râurilor medii i mici sunt situa ii când datorit unui regim de exploatare nepotrivit sunt defluate în aval de acumul ri debite crescute de ap , care produc modific ri importante în regimul debitelor solide, cu consecin ele de rigoare în eroziunea albiilor: în cazul

amenaj rilor hidroelectrice exploatate în regim de vârf debitele defluente se concentreaz într-o perioad de câteva ore pe zi, când dep esc de mai multe ori debitul mediu zilnic, în celelalte ore debitul fiind aproape nul; de asemenea în cazul folosirii apei pentru iriga ii, debitele defluente se concentreaz într-o perioad scurt de 2...3 luni pe an, când se pot scurge debite care dep esc de 2 ori debitul mediu multianual.

C. Pânza freatic , stabilitatea pantelor, uscarea i s r turarea terenurilor

Schimbarea regimului de curgere în zona acumul rii, cu cre terea nivelului apei,

determin o ridicare sensibil a nivelului pânzei freatice. Acest lucru poate avea ca urmare:

- înml tinarea terenurilor agricole din vecin tatea acumul rii; - reducerea capacit ii portante a terenului i tasarea funda iei construc iilor; - inundarea subsolurilor, pivni elor i a zonelor joase ale localit ilor; - inundarea zonei re elelor subterane (aliment ri cu ap , canalizare, energie

electric , telecomunica ii etc.). Dimpotriv , firavul debit de servitute ce mai curge prin albia râului în aval de

acumulare sau în paralel cu un canal de deriva ie, duce la sc derea nivelului pânzei freatice i la uscarea unor terenuri adiacente. Acest fenomen este prezent în zonele canalelor de deriva ie, pe zonele de râu cu meandre corectate, devenite bra e moarte, sau pe tronsoanele de canal de fug s pate adânc. Regimul de curgere al apelor subterane poate avea o influen considerabil i asupra stabilit ii versan ilor. Varia iile mari i rapide de nivel ale apei în lac, pot da na tere din cauza iner iei unor gradien i importan i care activeaz scurgerea subteran i astfel se poate produce alunecarea versan ilor în lacul de acumulare. Alunec rile periculoase sunt cele de adâncime, care se produc de obicei de-a lungul unor zone de contact dintre roci diferite sau a unor fisuri umplute cu material argilos, care umezit provoac alunecarea stratului de suprafa pe cel de adâncime. Un efect al iriga iilor, atunci când sunt f cute intensiv i cu ap cu un grad ridicat de salinitate, este s r turarea terenurilor, adic degradarea posibilit ilor lor productive pân la scoaterea din circuitul agricol. Un alt efect al iriga iilor este cre terea nivelului pânzei freatice i în cazul în care se realizeaz cu ape uzate, poluarea apelor subterane.

D. Seismicitatea indus Se poate spune c s-a constatat o leg tur între lacurile de acumulare, în special în perioada de umplere a lor i activitatea seismic local . În raportul comisiei I.C.O.L.D. din 1978 se face referire, pe lâng alte 20 de cazuri, la cazul barajului Tolbingo din Australia pentru care au fost efectuate înregistr ri seismice cu 13 ani înainte de umplerea lacului, perioada în care a fost înregistrat un singur seism, în timp ce în cele 15 luni care au urmat au fost înregistrate nu mai pu in de 100. Aceste seisme (în general superficiale, cu adâncimi de10 km) se pare c sunt induse de marile acumul ri (V > 1 km3, H > 80 m), dar numai în anumite condi ii. Ele se datoreaz probabil unui fenomen de eliberare a tensiunilor preexistente, prin stricarea echilibrului de c tre eforturile relativ mici datorate greut ii apei stocate, sau sl birii masivului din cauza infiltra iilor. Realizarea unui lac de acumulare nu constituie îns a priori un element de generare a cutremurelor. Astfel baraje cu în l ime mare, situate într-o zon cu un grad mare de

seismicitate (California, Mexic) n-au declan at la umplerea lacului nici un fel de activitate seismic .

5.3.4.Impactul amenaj rii hidroenergetice asupra apei

A. Calitatea fizico - chimic

Apa acumulat în lac are calit i fizico - chimice sensibil diferite fa de apa ce curgea pe râu înainte de realizarea amenaj rii hidroenergetice. În lacuri apar procese noi din punct de vedere calitativ. Un astfel de proces este stratificarea apei. Ea se produce ca urmare a unor diferen e de presiune, care sunt determinate de diferen ele de densitate, datorate la rândul lor temperaturilor diferite, salinit ii diferite sau con inutului în suspensii diferit al straturilor de ap . În lacurile pu in adânci ac iunea vântului reu e te în general s omogenizeze apa, procesul de stratificare fiind neimportant sau chiar inexistent. Pentru lacurile adânci îns , stratificarea apelor se concretizeaz cert, chiar viiturile mari neputând împedica acest proces. În perioada c lduroas zona superioar a lacului (epilimnion) se înc lze te sub ac iunea soarelui i a aportului de ap cald din râu, în timp ce în zona inferioar (hipolimnion) r mâne la o temperatur apropiat de 40 C, care corespunde densit ii maxime a apei. Aceste dou zone sunt separate de o zon cu un gradient termic crescut (metalimnion). Varia iile termice datorate vântului sau diferen elor temperaturii exterioare se reg sesc astfel numai în epilimnion. În perioada rece temperatura exterioar sc zut , ac iunea vântului i aportul de ap de râu aduc epilimnionul la o temperatur mai sc zut decât hipolimnionul, determinând în final, prin curen ii verticali care iau na tere, dispari ia metalimnionului i practic uniformizarea din punct de vedere termic a apelor lacului.

Rezult c din cauza varia iilor de presiune datorate diferen elor de densitate, se produc în diferite straturi mi c ri ale apei, fiind posibil ca unele straturi s r mân imobile, iar altele s fie în mi care într-un sens sau altul. Un exemplu de curen i orizontali este deplasarea stratului de ap de la suprafa a lacului, supus ac iunii directe a soarelui, spre zonele umbrite de maluri sau nori i invers. Curen ii de densitate i stratificarea apelor lacului au o influen decisiv asupra calit ilor fizico-chimice i chiar biologice ale apei din lac. Oxigenul, substan ele nutritive, concentra ia de materiale în suspensie, salinitatea i procesele ecologice, sunt diferite în straturile de suprafa fa de cele de adâncime. Lipsa de oxigen din hipolimnion determin procese anaerobice produc toare de amoniu i fosfor, periculoase la schimbul între straturi. Oxigenul este necesar vie ii acvatice (respira iei faunei i florei) i capacit ii de autoepurare a apei prin biodegradarea materiilor organice dizolvate, în suspensie sau c zute pe fundul lacului. Oxigenul con inut în ap provine dintr-o penetrare a suprafe ei apei catalizat de ac iunea vântului (pelicula datorat polu rii cu hidrocarburi sau detergen i constituie un impediment) i din fotosinteza florei acvatice (în mod deosebit fitoplanctonul ). Con inutul de oxigen dizolvat scade odat cu cre terea temperaturii i a gradului de poluare. Acumul rile adânci au un deficit de oxigen semnificativ în zona hipolimnionului, care la devers ri prelevate din aceast zon (în perioada c lduroas ) pot da nepl ceri în aval (neasigurarea unui con inut minim de oxigen dizolvat). Con inutul în oxigen al apei provenite din lacuri adânci depinde de: importan a stratific rii termice, adâncimea de prelevare a apei, con inutul în materii organice, con inutul în produse de descompunere. Originea deficitului de oxigen din lacurile adânci nu este clarificat ; nu se poate estima durata sau importan a acestui deficit. Devers rile în aval duc la o suprasatura ie a apei în azot i oxigen. Con inutul în azot i oxigen este direct propor ional cu în l imea de deversare i invers propor ional cu adâncimea apei în care se deverseaz .

În perioada de execu ie a amenaj rilor hidroelectrice se produce o poluare temporar a apelor din aval datorit devers rilor de carburan i i uleiuri de la bazele de utilaje, a reziduurilor provenite din sp l ri de la sta iile de sortare i evacu rii apelor uzate i dejec iilor anex ale acestora.

B. Calitatea biologic a apei Calitatea biologic a apei este afectat esen ial de eutrofizare, fenomen favorizat de realizarea amenaj rilor hidroelectrice. Eutrofizarea const în îmbog irea apei cu elemente nutritive peste o limit de la care începe deteriorarea calit ii apei (se ajunge la o supraproduc ie biologic ). În func ie de stadiile trofice (trophos = hran ) lacurile pot fi:

- oligotrofe, caracterizate de predominan a factorilor fizico - chimici, s race în substan e nutritive, cu o produc ie biologic minor ;

- mezotrofe, caracterizate de o îmbog ire în substan e nutritive care duce la o sporire a produc iei biologice i un deficit de oxigen minor;

- eutrofe, foarte bogate în substan e nutritive, ce determin o dezvoltare biologic rapid , excesiv i implicit o cre tere aberant a deficitului de oxigen, în special în hipoliminom. Eutrofizarea este accelerat de poluarea cu detergen i, hidrocarburi i ape uzate menajere sau industriale (fosforul i azotul au un efect special de favorizare a eutrofiz rii). Efectele eutrofiz rii într-un lac sunt:

- supraproduc ia de plante macrofite i de alge la mal i plancton la fund; - modificarea ponderii speciilor de pe ti în economia lacului ca urmare a apari iei

deficitului de oxigen (înlocuirea salmonidelor cu ciprinidele, pân la dispari ia primelor); - diminuarea transparen ei i schimbarea culorii apei; - dispari ia con inutului de oxigen în hipolimnion; - apari ia hidrogenului sulfurat, fierului liber, magneziului i a amoniacului; -depunerea pe fund a unor masive cantit i de materiale în descompunere; - apari ia bulelor de gaz. Consecin ele eutrofiz rii apei din lac sunt: - dificultatea de a utiliza apa din lac ca ap potabil i chiar industrial , datorit

gustului i mirosului dezagreabile, a înfund rii filtrelor i a coroziunii accentuate; - diminuarea important a poten ialului biologic prin degradarea calit ii apei i implicit a pescuitului industrial;

- diminuarea pân la suprimare a unor activit i de agrement (înot, pescuit sportiv). Din punct de vedere bacteriologic se poate spune c lacurile prin cantitatea mare

de ap pe care o con in, favorizeaz dezvoltarea i tranzitarea unor bacterii patogene (salmonella, shigella etc.).

C. Evaporarea i pierderile de ap Apari ia lacului de acumulare i deci a unei suprafe e mari de ap determin o cre tere important a evapora iei în zon , ducând la pierderi de ap mai mari. Evaporarea este influen at de umiditatea relativ a aerului, prezen a vântului, existen a stratific rii apei din lac, temperatura apei i a aerului. În cazul lacurilor de acumulare cu stratificare, în perioada c lduroas temperatura stratului de ap superficial este mai ridicat i deci evapora ia i implicit pierderea de ap va fi mai mare. În cadrul unui bazin amenajat, prin evacuarea unor debite mari din lacurile de munte cu ap rece în perioada de var (pentru iriga ii sau în cazul unor viituri repetate) se poate reduce

temperatura apelor unui lac din aval i implicit evapora ia i deci pierderea de ap . Evident este important de la ce cot se face evacuarea apei din lac i dac lacul este stratificat. În cazul evacu rii de ape uzate cu o temperatur crescut (apa de r cire de la centralele termice, nucleare etc.) în cursurile de ap afluente în lac, sau direct în lac, temperatura apei lacului va cre te, pierderea de ap prin evaporare fiind direct propor ional cu debitul i temperatura apei receptate. Se men ioneaz c în ara noastr , datorit climei temperate, mai ales în regiuni de deal i de munte, evapora ia nu reprezint un fenomen de prim importan .

5.3.5. Impactul amenaj rii hidroenergetice asupra climatului În mod evident elementul amenaj rii hidroelectrice care influen eaz climatul este lacul de acumulare. Cu cât suprafa a sa este mai mare, cu atât efectul asupra climatului este mai important. Exist în lume exemple de lacuri care influen eaz semnificativ climatul: lacul Volta din Ghana care a schimbat regimul ploilor în zon , deplasându-le din luna octombrie în luna iulie - august sau marele lac de la Assuan care a adus ploaia într-o zon extrem de secetoas . La noi în ar chiar cele mai mari lacuri de acumulare (Bicaz, Vidra, Vidraru) au o influen relativ redus ,

care se limiteaz la microclimatul local. Formarea ce ii prin evapora ie deasupra unui lac de acumulare depinde de gradul de umuditate al aerului, de diferen a de temperatur dintre stratul de ap de la suprafa a lacului i aerul atmosferic i de salinitatea apei. Pentru a se forma aceast cea este necesar ca temperatura apei s fie mai mare decât temperatura aerului i umiditatea relativ a aerului s fie mai mare de 90 %.

La noi în ar climatul fiind temperat, condi iile de apari ie a acestei ce i de evapora ie se produc toamna târziu, când apa are temperatura sensibil mai ridicat decât aerul, în special seara i diminea a. Dac amenajarea hidroelectric este situat într-o zon depresionar , ferit de vânturi, apa evaporat stagneaz , sporind nebulozitatea i umiditatea atmosferic . Acest fenomen, dac se produce în apropierea unor drumuri (în special în cazul celor cu trafic important), poate da na tere la accidente mai frecvente în sezonul rece, când la contactul cu suprafa a carosabilului se formeaz polei. Tot în sezonul rece LEA din zon sunt acoperite de chiciur . De asemenea, cea a modific flora existent pe malurile lacului i poate afecta s n tatea riveranilor. Dac amenajarea hidroelectric este situat într-o zon b tut de vânturi acestea determin împingerea ce ei în zone învecinate, creând condi ii pentru intensificarea evapora iei. Precipita iile provenite din evapora ii intense î i pot suprapune uneori efectul asupra celui al undei de viitur , mai ales în cazul bazinelor hidrografice de mic lungime dezvoltate lateral.

5.3.6. Impactul amenaj rii hidroenergetice asupra florei Flora are un rol deosebit în p strarea echilibrului ecologic, prin oxigenarea aerului i apei, asigurarea ad postului i a condi iilor de trai pentru animale, p s ri i pe ti i nu în

ultimul rând, prin frumuse ea cu care ne bucur privirea. Amenajarea hidroelectric poate fi o ingerin brutal în echilibrul ecologic al zonei. Obliga ia proiectan ilor este s încerce s încadreze lucrarea în peisajul natural atât de din punct de vedere estetic, cât i ecologic. Totu i prin construc ia amenaj rii hidroelectrice, p unile existente în cuveta lacului i pe traseele viitoarelor drumuri de contur sau tehnologice, trebuie defri ate, o parte dintre paji ti i p uni sunt inundate, zone importante sunt afectate de cariere (în special în cazul solu iei cu baraj de anrocamente), iar în perioada execu iei lucr rilor exist riscul altor defri ri

necontrolate i se produce degradarea terenului datorit platformelor tehnologice i a coloniilor muncitore ti. Prin crearea lacului, condi iile acvatice se schimb radical, flora mai s rac caracteristic râului fiind înlocuit de varietatea florei lacustre: alge, plante macrofite, fitoplancton, completat uneori cu o vegeta ie luxuriant pe maluri, datorat microclimatului local cu o umiditate relativ a aerului crescut . În cazul îmbog irii apelor lacului cu substan e nutritive (mai probabil în lacurile de es), cantitatea de fitoplancton cre te îngrijor tor putând duce la eutrofizarea lacului. De altfel densitatea fitoplanctonului din lac indic stadiul trofic al apei respective. În perioada de exploatare, varia iile dese de nivel ale lacului determin distrugerea vegeta iei din zona supus succesiv procesului de inundare - uscare. Înainte de începerea lucr rilor trebuie f cut inventarul florei existente, în scopul prezerv rii pe cât posibil a speciilor rare sau chiar a unei biocenoze deosebite.

5.3.7. Impactul amenaj rii hidroenergetice asupra faunei

A. Fauna terestr Mamiferele mari sunt îndep rtate de zgomotele datorate exploziilor necesare în carier i la construirea drumurilor, sau de braconajul s lbatic practicat în perioada de execu ie a lucr rilor. Ele sunt afectate de dispari ia în cuveta lacului a unor zone în care se puteau hr ni, de dispari ia trec torilor obi nuite i apoi de malurile abrupte, care le împiedic accesul normal la ap . Dup perioada de execu ie, în mod normal, ele se întorc înapoi i dac au i câteva zone mai line, în care pot ajunge la ap , se adapteaz la noul biotop. P s rile existente nu sunt prea tare deranjate de prezen a lacului, în schimb se realizeaz o adev rat colonizare a zonei de c tre p s ri de ap (ra e, gâ te, g inu e, stârci etc.), care g sesc condi ii ideale de hran , de via i de reproducere. Pentru conservarea speciilor rare este necesar s se fac studii i s se ia din timp m surile ce se impun.

B. Fauna acvatic Apari ia acumul rii determin schimbarea în totalitate a condi iilor de via ale pe tilor, salamandrelor i altor amfibieni, regimul de curgere, volumul i suprafa a apei, temperatura, turbiditatea, con inutul în oxigen i chiar flora fiind diferite de situa ia existent ini ial. În principiu, într-un lac bine gospod rit extensia suprafe ei i volumului de ap , cât i posibilit ile de dezvoltare create, duc la cre terea cantit ii i a taliei pe tilor (în func ie de capacitatea biologic a lacului ). Sc derea con inutului în oxigen, stagnarea apei, cre terea temperaturii i apari ia polu rii duc îns la sc derea speciilor de pe ti valoroase (salmonide: p str v, lipan, lostri a) i la înmul irea exagerat a speciilor mai pu in valoroase (ciprinide: crap, caras, caracuda, clean etc.). Amenajarea hidroelectric constituie un obstacol greu de trecut în calea migra iei pe tilor, în c utarea hranei sau pentru reproducere. În scopul dep irii obstacolelor concretizate prin uvrajele amenaj rii hidroelectrice (baraje, ecluze, centrale etc.) sunt prev zute unele m suri corectoare, ce se vor prezenta în continuare. În cazul canalelor de deriva ie sau galeriilor care fac leg tura între diferitele bazine hidrografice, se pot introduce, dintr-un bazin hidrografic în altul, unele specii indezirabile (r pitori, fitofagi etc.). La devers rile în aval con inutul prea ridicat în azot i oxigen poate ucide în special puie ii. Varia iile de nivel pot l sa pe uscat icre în curs de eclozare ducând practic la

distrugerea unei genera ii întregi din specia respectiv . De asemenea, în perioada de execu ie a amenaj rii hidroelectrice, în general muncitorii care o construiesc, practic un braconaj s lbatic al faunei piscicole, prin cele mai variate metode:

- prin r stocire (devierea albiei pârâurilor i prinderea pe tilor r ma i astfel pe uscat);

- prin prinderea cu furculi a, noaptea , la lantern ; - prin folosirea curentului electric; - prin folosirea carbidului i chiar a dinamitei. Efectul bar rii asupra faunei acvatice, în special pentru amenajarea hidroelectric

cu deversarea apelor, trebuie studiat separat în patru ecosisteme speciale: - ecosistemul din amonte de baraj (captare) ce r mâne izolat; - ecosistemul nou din lacul de acumulare; - ecosistemul din aval de capt ri, dar din amonte de restitu ia debitelor turbinate

(la care apa provine numai din debitul de servitute i aportul pe diferen a de bazin); - ecosistemul din aval de restitu ia debitelor uzinate, cu regim hidrologic modificat

(mai ales dac nu se face corect redresarea debitelor). Deoarece formele de impact asupra mediului înconjur tor (efectele) sunt nenum rate i o identificare complet este imposibil , efectele de ordin superior sau latente sunt foarte greu de prev zut, exist în fiecare caz în parte efecte necunoscute la proiectare, care apar pe parcurs, se recomand ca identificarea efectelor i consecutiv luarea m surilor de protec ie a mediului înconjur tor s continue în exploatare. 5.4. M suri privind ameliorarea impactului amenaj rilor hidroelectrice

asupra mediului înconjur tor Efectele negative ale impactului asupra mediului înconjur tor pot fi ameliorate prin adaptarea unor m suri u or de aplicat i care nu necesit costuri mari. Astfel de m suri au condus la rezultate bune în ri dezvoltate din punct de vedere economic (S.U.A., Fran a, Canada, Elve ia etc.). Desigur c unele dintre aceste m suri pot fi aplicate i în func ie de puterea economic a investitorului i în ultima instan a statului respectiv. M surile corectoare au ele însele un impact asupra mediului înconjur tor, ce trebuie prev zut i cânt rit bine înainte de concretizarea lor. Numai o analiz multicriterial bine f cut poate releva adev rata dimensiune i consecin ele pe termen lung ale impactului asupra mediului înconjur tor i implicit oportunitatea m surilor de ameliorare preconizate.

5.4.1.Alegerea amplasamentului amenaj rii hidroenergetice Alegerea amplasamentului unui baraj sau a unui nod hidrotehnic, alegerea traseului unei deriva ii sau a unui canal navigabil, se face c utând un optim tehnico-economic, într-o zon cât mai potrivit din punct de vedere geomorfologic i inând seama de o serie întreag de restric ii în ceea ce prive te mediul înconjur tor . Astfel trebuie evitate solu iile care:

- duc la str mut ri masive de popula ie; - afecteaz grav sau pun în pericol unele biotopuri, biocenoze sau specii rare sau

endemice, monumente ale naturii; - afecteaz grav sau distrug vestigiile arheologice, monumentele istorice sau

culturale. Pentru a asigura o încadrare cât mai potrivit în mediul înconjur tor alegerea

amplasamentului trebuie f cut cu consultul unor arhitec i peisagi ti.

5.4.2. Ameliorarea impactului amenaj rii hidroenergetice asupra elementelor de geografie fizic

A. Eroziune, înml tiniri, aluvionare i inunda ii

Pentru reducerea aportului de aluviuni, în vederea evit rii înml tinirii i

aluvion rii lacului, trebuie controlat problema eroziunii. Astfel eroziunea versan ilor sau a terenurilor agricole din amonte poate fi st pânit dup caz prin împ duriri (perdele de protec ie a albiilor sau a digurilor), inierb ri, br zduiri, re inerea apei pe versan i (valuri de p mânt, canale de nivel, terase), stingeri de toren i i regulariz ri.

Lacurile de acumulare mai mici pot fi în pericol de colmatare i ca urmare a eroziunii malurilor. Pentru protejarea malurilor se pot lua urm toarele m suri:

-executarea în lungul malurilor a unor disipatori de energie a valurilor (îneca i sau neâneca i);

-executarea unor iruri de epiuri paralele, perpendiculare pe mal (pentru malurile cu pant redus );

-planta ii de arbori (poate cea mai viabil solu ie pe contururi mari; nu este eficient pentru maluri loessoide). De asemenea în avalul acumul rii, care poate deveni oricând amonte pentru alt acumulare, trebuie supravegheat eroziunea, regimul pulsatoriu datorat producerii energiei de vârf putând duce la eroziuni ale patului albiei i consecutiv la colmat ri. Pentru provenirea acestei situa ii se recomand :

- prevederea unui lac de redresare aval; - func ionarea continu , cu debit uzinat modulat între anumite limite, a ultimei

centrale hidroelectrice din cascad . În scopul prevenirii form rii unor zone de înml tinire la coada lacului se

proiecteaz lucr ri speciale: - construirea unui mic b r jel la coada lacului astfel încât accesul în lac s se fac

prin deversor cu goliri de fund; - îndiguirea rîului la coada lacului ceea ce duce la împingerea zonei de depunere a

aluviunilor în regiuni cât mai adânci ale lacului. În timpul inunda iilor, apele mari cu un con inut ridicat de aluviuni târâte, pot fi dirijate prin canale de ocolire a lacului (Sadu II) sau în canale inverse care deverseaz apa, f r con inutul în aluviuni târâte, în lac. Pentru evitarea aluvion rii lacului se pot realiza acumul ri laterale alimentate prin deriva ii din râul principal. În cazul aluvion rii lacurilor, m surile eficiente sunt cele de prevenire prin reducerea eroziunii pe ansamblul bazinului hidrografic. Dac totu i s-a ajuns în situa ia de colmatare (mai mult sau mai pu in avansat ) se pot lua m suri de corectare cum ar fi:

a. pentru lac: tranzitarea undelor de viitur i evacuarea curen ilor de densitate, excavarea, dragarea i sp larea aluviunilor;

b. pentru albia aval: prevederea periodic (odat la 2 ani) a unor evacu ri de ap prin golirile de fund, la debitul capabil al acestora, în scopul asigur rii capacit ii de transport a albiei (obturat de depuneri din afluen i i toren i).

B. Pânza freatic i stabilitatea pantelor

Ridicarea nivelului apelor subterane în vecin tatea lacului i varia ia acestuia

creaz o serie întreag de efecte. Ridicarea nivelului pânzei freatice în amonte poate fi st pânit prin contracanale i drenaje adânci (pe versant, în lungul digului sau sub centur ).

Dac coborârea pânzei freatice afecteaz zona aval se amenajeaz construc ii de injec ie de ap (pu uri absorbante) sau se fac iriga ii care s aduc nivelul freatic la o cot convenabil . Varia ia rapid a nivelului apei în lac duce la varia ii ale nivelului apei freatice care pot determina în anumite condi ii geologice alunec ri de terenuri. De aceea trebuie urm rit evolu ia stabilit ii varsan ilor în lac i efectuarea unor studii speciale în caz de necesitate, cu eventuala modificare a vitezelor admise de coborâre a nivelului apei în lac. De asemenea pentru asigurarea stabilit ii malurilor se recomand consolidarea malurilor, drenaje, îndulcirea taluz rilor.

C. Seismicitatea indus În cazul în care barajul proiectat creaz o acumulare cu un volum mai mare de 1 km3, are o în l ime mai mare de 80 m i îndepline te vreuna din condi iile enumerate mai înainte, este necesar realizarea unor studii de prognoz privind probabilitatea apari iei seismicit ii induse i trebuie supravegheat seismic zona cel pu in 3 ani înainte i 10 ani dup realizarea lucr rilor. Odat dovedit existen a seismelor induse de amenajarea hidroenergetic se pot lua urm toarele m suri de ameliorare a impactului asupra mediului înconjur tor:

- se reduce la minimum posibil viteza de umplere a lacului; - se revizuie te dimensionarea seismic a construc iilor din zona învecinat

acumul rii.

5.4.3. Ameliorarea impactului amenaj rii hidroenergetice asupra calit ii apei

Pentru men inerea calit ii apei se recomand : - amenajarea bazinului hidrografic prin lucr ri antierozionale în vederea reducerii

aportului de aluviuni în lac; - evacuarea apelor reziduale în aval de sec iunea viitorului lac de acumulare; - diminuarea polu rii cu ape tehnologice de la sta ii de sortare, cu ape poluate de la

bazine de utilaje, cu dejec ii de la cresc toriile de porci pentru uzul coloniei, cu ape menajere etc.;

- instituirea unor perimetre de protec ie sanitar în jurul lacului i controlul zonelor turistice adiacente.

Dac totu i se evacueaz ape uzate în lac atunci toate evacu rile trebuie prev zute cu construc ii de dispersie, constând dintr-o conduct (conducte) a ezat în apropierea patului albiei, transversal acesteia, având fante sau duze la partea superioar , prin care apa uzat evacuat este r spândit uniform în sec iune transversal a curentului. Împiedicarea stratific rii apei, activarea circula iei în lac, asigurarea calit ii apei pentru folosirea debitului de servitute la temperatura i condi iile de oxigenare specifice apei naturale, se poate face prin dispunerea prizelor la diverse adâncimi în scopul combin rii emisiei de ap în aval. Stratificarea apei poate fi împedicat i prin prevederea debu rii deriva iilor în zona de mijloc a lacului, pe cât posibil perpendicular pe cuveta lacului (are i un efect important de oxigenare a apei). În lacurile stratificate prevederea periodic a unor emisii de ap prin golirile de fund la debitul capabil asigur igiena albiei în aval, dar i primenirea hipolimnionului. Eutrofizarea lacului apare i ca rezultat al polu rii, deci implicit toate m surile de reducere a polu rii reprezint i m suri profilactice pentru evitarea eutrofiz rii. M suri profilactice specifice sunt:

- evitarea evacu rii în lac a afluen ilor cu con inut bogat în substan e nutritive, prin instituirea de zone de protec ie în care s fie interzis folosirea îngr mintelor i pesticidelor;

- preg tirea cuvetei lacului: - cur area complet a terenului de materiale vegetale cu scoaterea inclusiv a

r d cinilor copacilor sau vi ei de vie; - arderea resturilor vegetale în afara zonei inundabile sau cel pu in transportarea

cenu ii, dac arderea s-a f cut totu i în interior; - dezinfectarea zonelor în care au fost depozitate gunoaie, cimitirelor etc. Odat ce a ap rut, eutrofizarea poate fi comb tut prin mijloace: a) fizice: dragaje în perioada de maxim eflorescen (se face numai în urma

unei analize complexe în care se ine cont de efectele la locul de depozitare dup dragaj), prize etajate (au efect în zona aval).

b) chimice: folosirea de algicide (pot afecta îns i alte organisme); c) biologice: pe ti planctonofagi (cu posibilitatea perturb rii echilibrului

biologic). De asemenea sunt necesare i m suri de urm rire a calit ii apei: - m surarea permanent a parametrilor fizico-chimici i biologici în amonte i aval

de lac, program de m sur tori obligatoriu ce trebuie ini iat cu 3...5 ani înainte de realizarea acumul rii i continuat în perioada de execu ie i în special în cea de exploatare;

- urm rirea substan elor solubile care în condi ii naturale nu ar fi influen at sensibil calitatea apei;

- supravegherea concentra iilor de substan e toxice (în special mercur) din corpul pe tilor.

5.4.4. Ameliorarea impactului amenaj rii hidroenergetice asupra

microclimatului În România amenaj rile hidroenergetice pentru care s-au realizat reten ii de sute de milioane de metri cubi de ap nu au avut un impact important asupra microclimatului zonei înconjur toare. Efectul evident care apare în special toamna târziu este cea a dens , care se transform u or în polei sau ghea pe oselele din imediata vecin tate a lacului. Se recomand evitarea amplas rii lacului în imediata apropiere a oselelor intens circulate, traficul rutier putând fi grav perturbat de microclimatul creat de acumulare. Dac nu este posibil, trebuie luate m suri speciale de între inere a oselelor, re inând îns c oricare dintre aceste m suri nu poate constitui decât un paleativ. Pentru limitarea efectului lacului asupra microclimatului o m sur favorabil este reâmp durirea zonelor defri ate sau chiar plantarea de p duri în vecin tatea lacului.

5.4.5. Ameliorarea impactului amenaj rii hidroenergetice asupra florei

În scopul amelior rii impactului asupra florei trebuie prev zute programe de împ durire, pentru compensarea defri rilor din zona amenaj rii hidroenergetice i pentru prevenirea eroziunii solului. De asemenea trebuie urm rite i impiedicate sustragerile de material lemnos sau t ierile abuzive din perioada de organizare de antier. Se recomand evitarea varia iilor dese de nivel a lacurilor care determin distrugerea vegeta iei din zona supus succesiv procesului de inundare - uscare.

În ceea ce prive te flora acvatic toate m surile de prevenire sau combatere a eutrofiz rii sunt implicit i m suri de protec ie a florei, eutrofizarea reprezentând de fapt degradarea biologic a condi iilor de existen . Pentru supravegherea florei acvatice în aval de baraj este necesar defluarea unui debit de servitute cel pu in egal cu debitul lunar mediu minim al râului, cu asigurarea de 95 %. Plantele rare trebuie mutate din amplasamentul barajului, de asemenea trebuie depistate i conservate biocenoze deosebite.

5.4.6. Ameliorarea impactului amenaj rii hidroenergetice asupra faunei

A. Fauna terestr

În perioada de organizare de antier i pe perioada execu iei lucr rilor trebuie comb tut energic braconajul, care are de obicei o deosebit amploare. Zgomotele produse de pu c turile necesare în cariere sau la construc ia drumurilor gonesc, în special animalele mari i p s rile, la distan e apreciabile. Se recomand sistarea sau sl birea acestora cel pu in în perioada de bonc it a cerbilor i în cea de cuib rit pentru p s ri. Înainte de începerea umplerii lacului trebuie îndep rtate animalele din zona inundabil (cu o aten ie deosebit pentru cele rare). Este absolut necesar asigurarea de c i normale de deplasare pentru animale, acolo unde este posibil. Astfel pentru canalele mari se vor asigura bretele de leg tur . De asemenea este absolut necesar asigurarea accesului la apa pentru ad pat, prin prevederea de trepte sau planuri înclinate cu pant lin . Speciile rare trebuie tratate cu aten ie deosebit .

B. Fauna acvatic Braconajul trebuie comb tut cu fermitate, în caz contrar el putând conduce la depopularea total a râului pe zona afectat . Problema asigur rii debitului de servitute este deosebit de important în prezervarea unor condi ii biologice acceptabile în por iunea de râu din avalul barajului. Astfel, în condi iile rii noastre, un compromis între necesitatea stringent de energie i necesitatea prezerv rii mediului ar putea fi, orientativ, debitul mediu minim lunar cu asigurarea de 95 %. De obicei acest debit nu poate fi realizat în condi ii economice. De aceea trebuie analizate influen ele energo-economice ale diferitelor debite de sevitute, pentru fiecare amenajare hidroenergetic solu ia corect fiind re inut de organele de decizie în func ie de caracteristicile fiec rui caz în parte. Condi iile de oxigenare i de temperatur ale debitului de servitute trebuie s fie cât mai apropiate celor ale apei naturale. Aceste exigen e pot fi relativ satisf cute prin prelevarea apei din prize etajate. În scopul asigur rii continuit ii cursului de ap i al creerii condi iilor f r de care reproducerea unor specii de pe ti valoroase (salmonide) nu se poate efectua, trebuie prev zute sc ri de pe ti sau lifturi i canale de ocolire a lacului. În perioada de reproducere a pe tilor valoro i din lac se va interzice sc derea nivelului lacului pentru a nu l sa pe uscat i astfel distruge icrele unei genera ii întregi de pe ti. Pentru repopularea periodic a cursului natural sau a lacului se pot realiza amenaj ri piscicole la coada lacului sau în aval de baraj. Se va urm ri, dac este cazul, concentra ia de substan e toxice din corpul pe tilor (mercur). În m sura posibilit ilor este indicat s se creeze zone cu condi ii cât mai apropiate de cele naturale pentru speciile de pe ti rare sau de o valoare deosebit . Se poate încerca

compensarea împu in rii sau chiar dispari iei anumitor specii de pe ti, datorit apari iei acumul rii (lipanul), prin popularea cu aceste specii a unor râuri pe care nu sunt planificate lucr ri hidrotehnice sau pe care r mân por iuni destul de lungi de ap curg toare i debite suficient de mari. În scopul împiedic rii p trunderii pe tilor în central sau în oricare zon care le-ar d una sunt prev zute dispozitive cu ac iune fiziologic : grilaje electrice, perdele din bule de aer, dispozitive bazate pe varia ii de intensitate de lumin sau sunete. Pentru speciile deosebit de rare, cum este lostri a (Hucho - hucho), sau pentru cele rare a a cum a ajuns lipanul (Thymallus - thymallus), care nu pot tr i în ap curg toare, trebuie luate m suri speciale, mergând în cazuri extreme chiar pân la renun area la amenaj rii hidroenergetice.

5.4.7. M suri psiho - sociale, compensatorii i colaterale Aceste m suri trebuie s constituie o adev rat campanie, care bine dirijat , într-o ofensiv gradat , corect sus inut , urmeaz s câ tige acceptul social pentru amenajarea hidroenergetic pl nuit .

A. Acceptare social În primul rând este absolut necesar pornirea unei campanii publicitare pentru convingerea popula iei în vederea accept rii amenaj rii hidroenergetice. Campania trebuie sus inut prin tip rirea de publica ii, împ r irea de prospecte, lipirea de afi e în localit ile din zon i inerea unor conferin e în care s fie prezentate corect avantajele i dezavantajele construirii amenaj rii hidroenergetice în zon . Pentru terenul expropriat trebuie acordate desp gubiri stimulatoare. Sunt necesare m suri compensatorii pentru pescari i vân tori a c ror activitate (ca profesie) poate fi afectat de amenajarea hidroenergetic . Dac exist posibilit i financiare, este recomandabil s se sensibilizeze popula ia prin executarea unor lucr ri definitive pentru anumite obiective de ineres social (drumuri, poduri), care oricum fac parte din planul de execu ie al amenaj rii hidroenergetice.

B. Locuri de munc În scopul fix rii în regiunile apropiate amenaj rii hidroenergetice a popula iei ce urmeaz s se deplaseze în urma exproprierilor, trebuie organizat reorientarea profesional a acesteia spre meserii specifice în timpul execu iei lucr rilor, industrii legate de apari ia amenaj rii hidroenergetice, turism local. În perioada de execu ie a lucr rilor este necesar s se înfiin eze unit i economice, care s utilizeze for a de munc calificat a localnicilor. Pentru a-i cointereasa i a-i determina s nu p r seasc zona se poate interveni prin oferirea unor condi ii avantajoase de concesionare sau vânzare a bazelor de produc ie i amenaj rilor create pentru nevoile antierului.

C. S n tate B ltirile din zonele joase, datorate cre terii nivelului pânzei freatice, care favorizeaz dezvoltarea larvelor de insecte, pot fi evacuate prin drenaje corespunz toare. În perioada apari iei larvelor de insecte ( ân ari), prin cre terea nivelului lacului (dac este posibil)

se poate ob ine distrugerea lor. De asemenea în scopul evit rii contamin rii cu bacterii patogene în zonele adiacente capt rilor de ap se vor institui zone de protec ie sanitar atent supravegheate.

D. Protec ia calit ii solurilor În perioada de execu ie se va evita degradarea solului pe suprafe e mai mari decât cele necesare, prin asigurarea tehnologiilor celor mai potrivite i prin urm rirea strict a disciplinei de lucru. De asemenea p mântul rezultat din s p tur va fi folosit la umpluturi utile (la fa a digului etc.), humusul rezultat din decup ri va fi utilizat ra ional (inierb ri), se vor compensa pierderile de vegeta ie prin replant ri. B ltirile vor fi st pânite prin drenaje, iar usc rile prin iriga ii. Pentru evitarea s r tur rii solurilor nu se va face irigarea lor (pe cât posibil) cu ap cu o salinitate mare sau intensiv cu o ap curat . Pentru p strarea calit ii solurilor în anumite zone (versan i, zone în pant defri ate etc.) trebuie realizate lucr ri complete de stabilizare a solului (antierozionale), biologice (împ duriri, inierb ri, br zduiri) sau hidrotehnice (stingeri de toren i, regulariz ri etc.).

E. Protejarea i prezervarea valorilor culturale, istorice i arheologice Dup identificarea situa iei existente în zona amenajrii hidroenergetice se vor comanda studiile necesare în special pentru zona care va fi inundat definitiv. Prezervarea valorilor arheologice sau istorice poate fi f cut prin:

- ocolire dac este posibil (în special în cazul unor deriva ii sau a unui canal navigabil);

- supraîn l are i consolidare pe locul unde se g se te (dac este posibil); - mutare într-un amplasament apropiat convenabil; - în cazuri excep ionale se poate merge pân la abandonarea lucr rii.

Prezervarea valorilor culturale (etnografie, folclor etc.) poate fi f cut numai prin fixarea nucleului popula iei str mutate în aproprierea zonei de origine. Acest lucru poate fi realizat i prin crearea de locuri de munc în zon , dar în primul rând prin construirea efectiv a noii localit i.

F. Estetica Se va urm ri integrarea în peisaj a barajului cu lacul de acumulare i a traseului deriva iei sau canalului navigabil cu pozi ia potrivit pentru nodul hidrotehnic. Se urm re te de asemenea integrarea în peisaj a tututor construc iilor definitive, a drumurilor i LEA. Astfel, în anumite cazuri, pentru a nu strica un peisaj deosebit, se pot prevedea linii electrice subterane. Dup terminarea lucr rii trebuie realizate lucr ri de ameliorare a peisajului sau de mascare a zonelor afectate:

- reîmp durirea zonelor defri ate; - transformarea platformelor de organizare, a haldelor de steril, în planta ii,

parcuri, terenuri de sport, terenuri de camping etc.; -amenajarea final a drumurilor definitive, refacerea lucr rilor deteriorate,

dezafectarea estetic a utilit ilor provizorii dup terminarea execu iei lucr rilor; - plantarea de arbori pe marginea lacurilor i pe bermele carierelor pentru

mascarea acestora; - renun area la peree la diguri deasupra nivelului normal de reten ie (NNR) i înlocuirea lor cu inierbarae;

G. Turism � agrement Amenajarea hidroenergetic în sine constituie un obiectiv turistic, care poate deveni suport i pentru agrement. Drumurile trebuie astfel concepute încât s pun în valoare peisaje sau elemente de interes turistic. În scopul dezvolt rii turismului trebuie modernizate drumurile. Prin asfaltarea lor se faciliteaz accesul în zon i se evit praful (foarte important). În timpul sezonului estival lacul trebuie men inut la un nivel estetic, chiar prin asumarea unei stagn ri energetice, al c rei cost economic este oricum mai redus decât cel dat de diminuarea turismului. În jurul lacurilor de acumulare se pot crea condi ii optime de turism i agrement prin construirea de hoteluri, vile, cabane, c su e, restaurante, terenuri de sport, terenuri pentru camping etc., care pot proveni din organizarea de antier gândit din start cu aceste utilit i definitive (organizarea de antier de la Vidra - Lotru a devenit o frumoas sta iune turistic ). Turismul poate fi dezvoltat prin crearea unor baze de agrement pentru canotaj, ski pe ap , înot, prin favorizarea pescuitului sportiv, repopulând apele lacului cu specii de pe ti de un interes sportiv ridicat (p str v, clean, tiuc , al u etc.) i prin plimb ri sau chiar croaziere cu vapora ul. Odat cu dezvoltarea activit ilor de turism - agrement trebuie luate m suri de supraveghere în scopul evit rii polu rii, braconajului i stric ciunilor datorate organiz rii necorespunz toare a acestor activit i.

H. Amenaj ri piscicole În scopul repopul rii apelor lacului, dar i în scopul livr rii c tre popula ia local sau turi ti a unor cantit i de pe te, se pot amenaja cresc torii de pe ti (p str v rii în zonele montane) în aproprierea lacului. Cresc toriile pot fi amenajate chiar în apa lacului, acolo unde calitatea apei o permite, folosind un sistem de plase flotante (piscicultura în viviere). De asemenea se pot amenaja cresc torii de pe ti în imediata apropiere a canalelor de deriva ie sau a celor navigabile, în scopul popul rii acestora cu specii potrivite în vederea valorific rii poten ialului bilogic existent. O rezolvare interesant poate fi transformarea carierelor sau balastierelor în cresc torii de pe ti.

5.4.8. Aspecte financiare Toate m surile privind ameliorarea impactului asupra mediului înconjur tor nu pot dep i stadiul de simplu deziderat teoretic, f r o sus inere financiar corespunz toare, prev zut din timp . De accea se recomand :

a) prevederea în devizul general a unui fond de 3..5 % din valoarea total a investi iilor, pentru realizarea lucr rilor i m surilor recomandate pentru aceasta.

b) prevederea de cheltuieli anuale pentru m surile ce se refer la exploatare: - cheltuieli pentru m sur torilor de calitate a apei; - cheltuieli pentru personalul de supraveghere propriu.

c) prevederea de fonduri pentru propagand , publica ii, prospecte, afi e, conferin e necesare pentru convingerea popula iei în vederea accept rii lucr rii amenaj rii;

d) prevederea de fonduri pentru instruirea personalului constructorului i beneficiarului privind protec ia mediului înconjur tor (principii, reguli, datorii, consecin e).