A PATRA CONFERINŢĂ A HIDROENERGETICIENILOR DIN ROMÂNIA, Dorin Pavel URMĂRIREA COMPORTĂRII BARAJULUI FRUMOASA PE BAZA REGIMULUI INFILTRAŢIEI APEI (1) Virgil PETRESCU 1, Agnes DARVAS 2 Rezumat: În lucrarea de faţă se urmăreşte comportarea barajului Frumoasa pe baza regimului infiltraţiei apei. În prima parte, se prezintă datele cu caracter general ale amenajării hidrotehnice, parametrii care urmează a fi măsuraţi în cadrul acţiunii de urmărire a comportării construcţiei, tipurile de aparate de măsurare şi control, frecvenţa măsurătorilor şi pragurile de stare (atenţie şi alertă). În cea de-a doua parte a lucrării, se prezintă rezultatele măsurătorilor de supraveghere şi concluziile aferente. Abstract: The paper deals with the behavior of the Frumoasa Dam due to water infiltration. In the first part, the general data of the hydro technical work, the required parameters which are to be measured in order to have in view the work behavior, the measuring and control devices, the measurement frequency and the state levels (attention and alert) are presented. In the second part of the paper, it will underline the measurement results and the proper conclusions. 1. DATE GENERALE Barajul Frumoasa este amplasat pe pârâul cu acelaşi nume, afluent al Oltului, la 1 km în aval de confluenţa cu pârâul Solonca, la 2,5 km în amonte de comuna Frumoasa şi la 12,0 km de municipiul Miercurea Ciuc. Acumularea controlează un bazin de recepţie de 45,5 km 2 din suprafaţa totală de 60,0 km 2 a bazinului hidrografic Frumoasa. Barajul Frumoasa este de tip neomogen, cu prisme laterale din balast şi nucleu central de argilă; taluzul amonte este protejat cu anrocamente. Accesul la acumularea Frumoasa se face prin DN 12A, Miercurea Ciuc Comăneşti. 1 Prof. univ. dr. ing., Universitatea Tehnică de Construcţii Bucureşti. 2 Drd. dipl., Administraţia Naţională Apele Române, Sistemul de Gospodărire a Apelor Miercurea Ciuc, Harghita.
1.1. Funcţiile acumulării, clasa şi categoria de importanţă Scopul principal al amenajării îl constituie alimentarea cu apă potabilă a municipiului Miercurea Ciuc, reşedinţa judeţului Harghita (Q 97% = 200 l/s şi Q 95% = 210 l/s) şi atenuarea viiturilor (T cr = 12 h, T t = 42 h, γ = 0,28). Atenuarea realizată de lama deversantă reduce cu 20% debitul cu probabilitatea de 5% şi cu 10% debitul cu probabilitate de 0,1%. Din proiectare, lucrarea a fost încadrată în clasa a II-a de importanţă, conform STAS 4273-83. În anul 2000, după normativul NTLH 021, barajul Frumoasa a fost încadrat în categoria de importanţă B - Deosebită. 1.2. Descrierea principalelor uvraje ale amenajării 1.2.1. Barajul Barajul Frumoasa este construit din materiale locale (balast), cu nucleu de argilă, protecţie din anrocamente pe taluzul amonte, cu o bermă amonte la cota 838,00 mdmb şi o bermă aval la cota 836,00 mdmb. Principalele caracteristici ale barajului sunt: înălţimea maximă 38,0 m; cotă coronamentului 862,00 mdmb; lungimea la coronament 506,00 m; lăţimea la coronament 8,0 m; panta taluzurilor amonte şi aval 1:2,5. 1.2.2. Evacuatorul de ape mari Apele mari sunt evacuate printr-un sistem alcătuit din: deversor tip pâlnie, puţ, galerie de evacuare, canal rapid şi disipator de energie. Deversorul din beton armat (înălţime 22,50 m şi diametru 13,00 m) nu este prevăzut cu stavile, astfel încât debitul evacuat depinde numai de nivelul apei în lacul de acumulare (debitul maxim de calcul Q 1% = 115,0 m 3 /s, debitul maxim de verificare Q 0,1% = 217,0 m 3 /s). Deversorul are cota creastei la 857,50 mdmb, corespunzător NNR. Deversorul se continuă cu un puţ de diametru 5,0 m, o galerie de evacuare (capacitate de transport 340 m 3 /s), canal rapid şi disipator de energie. 1.2.3. Golirea de fund Golirea de fund este o galerie hidrotehnică cu secţiunea de tip clopot, având radierul la cota 833,00 mdmb. Galeria este prevăzută cu două deschideri de 2,0 2,5 m echipate cu stavile plane şi se continuă cu un canal de debuşare.
1.2.4. Priza de apă Turnul de priză este o construcţie din beton armat de secţiune dreptunghiulară, cu puţ central fundat pe roca de bază. Acesta face corp comun cu puţul deversorului şi preia apa prin două ferestre de 1,0 1,5 m, cu axele la două niveluri (845,00 şi 850,00 mdmb), prevăzute cu grătare dese, batardou şi vane plane. Din turnul de priză apa este preluată printr-o pâlnie de intrare şi transportată de o conductă Dn 600 către staţia de tratare. 1.3. Date caracteristice ale amenajării 1.3.1. Situaţia geologică şi hidrogeologică Sub aspect geologic, formaţiunile din zonă aparţin Cuaternarului, format din aluviuni recente şi depozite de terase, dispuse peste Pliocen Superior. Acumularea Frumoasa se încadrează în zona flişului carpatin, având ca formaţiuni straturi de Sinaia, constituite din şisturi marnoase şi argiloase cenuşii-verzui, cu intercalaţii de gresie şi marnocalcare. Pe primii 2 5 m, roca apare puternic alterată şi dislocată. Întregul complex este cutat şi faliat. Formaţiunile acoperitoare sunt reprezentate prin depozite aluvionare şi deluvio - pluviale. Ţinând seama de structura geologică a zonei, apele freatice se găsesc cantonate în stratul aluvionar. Stratul acvifer este format, în principal, din pietrişuri şi nisipuri cu porozitate mare, fapt care facilitează o circulaţie intensă a apei subterane. Nivelul apei subterane a fost interceptat la execuţia barajului între 4,70 m şi 8,50 m adâncime. 1.3.2. Situaţia hidrologică În secţiunea Frumoasa, debitul mediu multianual al pârâului este de 0,332 m 3 /s, iar debitele la diferite asigurări sunt: 217 m 3 /s la 0,1%; 115 m 3 /s la 1%; 48 m 3 /s la 10%. Caracteristicile lacului de acumulare sunt: suprafaţa lacului la NNR este de 70 ha, iar la nivelul maxim excepţional de 83 ha; volumul total 10,6 hm 3 ; volumul brut 7,6 hm 3 ; volumul util 6,5 hm 3 ; volumul mort 0,2 hm 3 ; rezerva de fier 0,9 hm 3 ; atenuare 3,0 hm 3. Nivelurile caracteristice sunt (în mdmb): cota talvegului 827,50; cota golirii de fund 833,00; nivelul minim de exploatare 845,00; nivelul normal de retenţie (cota deversorului) 857,50; nivelul maxim excepţional 861,50; cota coronamentului 862,00.
2. SISTEMUL DE SUPRAVEGHERE Sistemul de supraveghere a comportării construcţiilor implică ansamblul măsurilor organizatorice şi tehnice specifice luate de organizaţia de exploatare: dotarea cu personal, asigurarea aparaturii de măsurare şi tehnicile de prelucrare şi interpretare ale măsurătorilor realizate, prestabilirea unui sistem informaţional şi de decizie. 2.1. Obiectivele sistemului de supraveghere Obiectivele activităţii de urmărire a comportării construcţiilor (UCC) se pot grupa în două categorii: (a) - detectarea cât mai rapidă a evoluţiei parametrilor, care, în timp, pot compromite siguranţa construcţiei sau exploatarea normală a acesteia şi (b) - evaluarea fenomenelor neaşteptate observate în cadrul activităţii de UCC. De regulă, este dificil de definit cu precizie comportamentul unui baraj prin valorile absolute ale parametrilor măsuraţi în activitatea de UCC. O serie de fenomene nu pot fi caracterizate obiectiv numai prin valori limită. De aceea, pentru detectarea unor fenomene neaşteptate, activitatea de UCC trebuie orientată spre identificarea variaţiilor parametrilor semnificativi măsuraţi sau observaţi. Valoarile absolute ale acestor parametri, chiar comparate cu valorile limită prevăzute prin calcul, dau mai puţine informaţii decât variaţia lor în timp, sau de la o situaţie la alta. Fenomenele importante pentru siguranţa lucrării, observaţiile programate şi parametrii măsuraţi pentru urmărirea acestora sunt: Solicitări exterioare: nivelul apei în lac (mdmb); temperatura aerului ( o C); nivelul precipitaţiilor (mm); funcţionarea sistemelor de descărcare (ore de funcţionare, debite). Măsurători ale parametrilor semnificativi: circulaţia apei prin baraj, fundaţie şi versanţi (niveluri piezometrice, debite infiltrate, presiuni interstiţiale); deplasări relative (corp baraj, versanţi); deplasări absolute (corp baraj, galeria de evacuare, versanţi). Observaţii vizuale: semnalarea oricăror fenomene necuprinse în programul de măsurători (modificările regimului hidrologic - condiţii de curgere, aluviuni, plutitori, eroziune, gheaţă, zai, zăpadă etc.); consecinţele solicitărilor excepţionale (viituri, seisme etc.).
2.2. Instalaţii şi aparatură de măsurare şi control pentru solicitările exterioare Solicitările exterioare se determină cu mijloace clasice: mira şi limnimetrul pentru variaţia nivelului apei în lac, termometre (maximal, minimal şi normal) pentru măsurarea temperaturii aerului (zilnic, la orele 8 00, 14 00, 20 00 ), pluviometru pentru precipitaţii, posturi hidrometrice în amonte de baraj pentru măsurarea debitului afluent în acumulare (pârâul Solonca, pârâul Frumoasa şi pârâul Ghiţu), profiluri de urmărire a colmatării lacului şi evoluţiei albiei în avalul barajului. 2.3. Instalaţii şi aparatură de măsurare şi control a parametrilor semnificativi 2.3.1. Regimul infiltraţiilor Niveluri piezometrice: pentru corpul barajului s-au executat câte patru foraje piezometrice în cinci profiluri transversale A.M.C. (I-10, II-20, III-28, IV-38 şi V-48); pentru versanţi - patru foraje în versantul stâng, trei foraje în versantul drept şi şase foraje de pe coronamentul barajului (trei în apropierea versantul stâng şi trei în apropierea versantului drept). Presiuni interstiţiale: pentru urmărirea circulaţiei apei prin elementele de etanşare ale barajului (pentru fundaţie - perdea de etanşare; pentru corpul barajului - nucleu de argilă) s-au montat 18 celule de presiune interstiţială, în trei profiluri transversale caracteristice (profilul A.M.C. II-20 cu opt celule; profilul A.M.C. IV-38 cu şapte celule; profilul A.M.C. V-48 cu trei celule de presiune interstiţială). Debite infiltrate: urmărirea debitelor infiltrate se efectuează prin măsurători în căminul de racord al celor două bretele drenante. 2.3.2. Deplasările relative ale corpului barajului Pentru măsurarea deplasărilor relative ale corpului barajului s-au montat câte trei dispozitive verticale de tasare (deplasări verticale) în cele cinci profiluri transversale de măsurare A.M.C. (I-10, II-20, III-28, IV-38 şi V-48). În fiecare profil A.M.C. s-a prevăzut şi câte un dispozitiv înclinometric, pentru măsurarea deplasărilor orizontale. Ca observaţie, în prezent toate aceste aparate au ieşit din funcţiune.
2.3.3. Deplasările relative ale versantului stâng Pentru măsurarea deplasărilor relative ale versantului stâng, la contactul barajului cu versantul s-au montat trei rocmetre (fiecare cu câte trei tije de 12, 18 şi 24 m), înclinate la 45 o faţă de verticală şi la 120 o în plan orizontal, rocmetre care sunt în stare de funcţionare. Iniţial, au fost montate şi două tuburi înclinometrice pe versantul stâng, dar au fost scoase din funcţiune. Pe zidul de sprijin al versantului stâng este amplasată o clemă dilatometrică pentru măsurarea deschiderilor rostului pe trei direcţii ortogonale (X - amonte-aval, Y - mal dreptmal stâng, Z - verticală). 2.3.4. Deschiderile rosturilor la galeria de evacuare În galeria de evacuare au fost montate, de o parte şi de alta, 29 de cleme dilatometrice, pentru măsurarea deschiderilor rosturilor dintre inele pe trei direcţii ortogonale (X - amonteaval, Y transversală dreapta-stânga, Z - verticală). 2.3.5. Deplasările absolute Deplasările absolute ale corpului barajului, turnului de priză, galeriei de evacuare şi zidului de sprijin amonte sunt determinate prin măsurători geodezice (deformaţii verticale, deplasări şi deformaţii pe orizontală). Tabelul 1. Aparate şi dispozitive de măsurare şi control la barajul Frumoasa Nr. crt. Tip de aparat Prevăzut În funcţiune 1 Foraje piezometrice: - corp baraj - versant stâng - versant drept - coronament baraj 34 20 4 4 6 28 19 2 1 6 2 Celule de presiune interstiţiale: - profil A.M.C. II-20 - profil A.M.C. IV-38 - profil A.M.C. V -48 3 Cleme dilatometrice: - galeria de evacuare - zid de sprijin versant stâng 4 Coloane verticale de tasare şi înclinometrice corp baraj Înclinometre versant stâng 15 / 5 0 1 0 5 Rocmetre 3 3 18 8 7 3 29 1 10 5 3 2 29 1
2.4. Frecvenţa măsurătorilor şi a observaţiilor Frecvenţa măsurătorilor (tabelul 2) şi a observaţiilor (tabelul 3) a fost stabilită ţinând seama de tipul de baraj, de roca de fundare, de sistemul de supraveghere în funcţiune şi de comportarea lucrării în perioada de exploatare. Tabelul 2. Frecvenţa măsurătorilor la barajul Frumoasa Nr. Frecvenţa Frecvenţă de Parametrul urmărit A.M.C. U.M. crt. normală atenţie 1 Nivelul apei în lac Miră hidrometrică mdmb 1/zi 3/zi Limnimetru 2 Temperatura aerului Termometru o C 3/zi 3/zi 3 Precipitaţii Pluviometru mm 1/zi 3/zi (recipient gradat) 4 Niveluri piezometrice Piezometre (sonda fluier) mdmb 1/săptămână 1/zi 5 Presiuni interstiţiale Traductori electroacustici bar 1/săptămână 1/zi (punte de măsură) sau mdmb 6 Deplasări versant Rocmetru mm 2/săptămână 1/zi (microcomparator) 7 Deplasări relative la Cleme dilatometrice mm 2/lună 1/zi rosturi şi fisuri (şubler) 8 Deplasări absolute Geodezie mm 1/an 2/an 9 Modificări Profiluri hidrometrice mdmb 1/3 ani 1/an morfologice în aval 10 Debite infiltrate în galeria de evacuare Vas gradat, cronometru l/min 2/lună după viitură Tabelul 3. Frecvenţa observaţiilor vizuale Nr. crt. Obiect Aspecte şi fenomene urmărite Frecvenţa 1. Lac de a) prezenţa şi felul flotorilor, grosimea gheţii, turbiditatea 1/zi acumulare şi amplasament apei, prezenţa unor poluanţi b) starea versanţilor, formaţiuni de eroziune, alunecări, 1/zi apariţia sau dispariţia unor izvoare c) modificări ale albiei pârâului în amonte de baraj 1/săptămână 2. Corp baraj Starea umpluturilor: formaţiuni de eroziune, denivelări, 1/săptămână crăpături, zone umede 3. Evacuator de ape Starea disipatorului de energie: degradări, colmatări, eroziuni 1/lună mari de maluri. 4. Golirea de fund Aspectul betoanelor: degradări, fisuri, infiltraţii prin rosturi. 1/lună 5. Turnul de priză Aspectul betoanelor: degradări, fisuri 1/lună 6. Echipament Starea echipamentelor, funcţionalitate grup electrogen, 1/săptămână hidromecanic protecţie anticorozivă, pierderi la garnituri 7 A.M.C. Starea de funcţionare, protejare, inscripţionare 1/lună
2.5. Pragurile de stare Pragurile de stare - atenţie [A] şi alertă [AL] sunt stabilite pentru fiecare tip de măsurătoare. Depăşirea acestor praguri provoacă intrarea în starea de atenţie sau de alertă şi conduce, în general, la mărirea frecvenţei măsurătorilor numai pentru tipul respectiv (de exemplu, niveluri, infiltraţii, deformaţii etc.). Ieşirea din starea de atenţie sau de alertă se face fie dacă valorile măsurate revin în ecartul normal de variaţie (verificat pe cel puţin cinci măsurători succesive), fie dacă se modifică pragul respectiv, ca urmare a unei analize a măsurătorilor efectuate de proiectantul de specialitate. Tabelul 4. Praguri de stare la barajul Frumoasa Nr. crt. Obiectiv A.M.C. Atenţie [A] Alertă [AL] 1 Lac de acumulare Miră hidrometrică >NNR+0,5 m (858,00 mdmb) >NNR+ iminenţa unei viituri sau incapacitatea de funcţionare a evacuatorilor 2 Foraje piezometrice Sonda fluier +0,5 m sau +1,0 m* (conform limitelor determinate +2.0 m 3 Celule de presiune interstiţială Punte de măsură 4 Rocmetre Microcomparator 5 Cleme dilatometrice prin modelare stochastică**) +0,5 bar +2 bar ±2,0 mm (conform limitelor determinate prin modelare stochastică**) ±4 mm Şubler ±2 mm ±5 mm *Limitele de atenţie utilizate pentru forajele piezometrice sunt de +0,5 m pentru toate piezometrele, cu excepţia piezometrelor amplasate pe coronament (F101, F201, F281, F381, F481, F1, F2, F3, F4, F5, F6), la care limita de atenţie este de +1,0 m. **S-au folosit drept criterii de atenţie diferenţa rezultată între valorile a două măsurători succesive, efectuate cu frecvenţă normală, praguri şi grafice de influenţă determinate prin modelare stochastică. 3. CONCLUZII În această primă parte a lucrării s-a prezentat sistemul de supraveghere al amenajării hidrotehnice Frumoasa (judeţul Harghita), amenajare destinată, în principal, alimentării cu apă a municipiului Miercurea Ciuc. În afara datelor generale caracteristice amplasamentului şi lucrării, s-au specificat tipurile şi frecvenţa măsurătorilor, A.M.C.-urile corespunzătoare şi pragurile de stare (pentru atenţie şi alertă). În partea a doua a lucrării, se vor prezenta rezultatele UCC şi concluziile finale.