Wykład 4-5

Zapory wodne. Charakterystyka zapór betonowych

dr inż. Ireneusz Dyka – pok. 3.32 [ul. Heweliusza 4] http://pracownicy.uwm.edu.pl/i.dyka

e-mail: i.dyka@uwm.edu.pl

Zespół Geotechniki w Instytucie BudownictwaWYDZIAŁ GEODEZJI, INŻYNIERII PRZESTRZENNEJ I BUDOWNICTWA

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Budowle hydrotechniczne

Klasyfikacje budowli wodnych

Budowle główne – służące kilku celom:

budowle piętrzące (zapory, jazy, obwałowania);

budowle do przesyłu wody (kanały, rurociągi, sztolnie);

budowle regulacyjne – służące do regulacji przepływu w rzece oraz ochronie dna i brzegów przed erozją).

Budowle szczególnego przeznaczenia – dla określonego jednego celu:

budowle hydroenergetyczne (elektrownie wodne i urządzenia pomocnicze);

budowle dróg wodnych (śluzy komorowe, podnośnie statków, przystanie, nabrzeża);

budowle związane z zaopatrzeniem w wodę oraz oczyszczaniem i odprowadzaniem wody zużytej (ujęcia wody, stacje pomp, budowle do uzdatniania wody i oczyszczania ścieków);

budowle związane z gospodarką rybna (przepławki dla ryb, stawy i baseny hodowlane).

Klasyfikacje budowli hydrotechnicznychwedług „Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 20 kwietnia 2007 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie”:

Rozdział 3

Podział budowli hydrotechnicznych

§ 25. 1. Budowle hydrotechniczne dzielą się na tymczasowe i stałe.

2. Do tymczasowych budowli hydrotechnicznych zalicza się:

1) budowle, które bez względu na okres ich użytkowania umożliwiają budowę, renowację lub naprawę budowli hydrotechnicznych;

2) budowle hydrotechniczne, których przewidywany czas użytkowania nie przekracza 5 lat.

Klasyfikacje budowli hydrotechnicznychwedług „Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 20 kwietnia 2007 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie”:

Rozdział 3

Podział budowli hydrotechnicznych

§ 25. 3. Do stałych budowli hydrotechnicznych zalicza się:

1) budowle hydrotechniczne główne,od stanu których zależy osiągnięcie zamierzonych efektów technicznych i gospodarczych, a których awaria, uszkodzenie lub okresowe wyłączenie mogą powodować ograniczenie skuteczności ich działania lub zagrożenie dla terenów i środowiska;

2) budowle hydrotechniczne drugorzędne,których awaria, uszkodzenie lub okresowe wyłączenie nie powodują ani zagrożenia bezpieczeństwa budowli hydrotechnicznej głównej lub ograniczenia skuteczności jej działania, ani zagrożenia dla terenówi środowiska.

Zapora (dam, barrage, płotina, brana…)- piętrzy wody rzeki zarówno w jej korycie, jak też w całej dolinie, tworząc

zbiornik retencyjny,

- buduje się je w celu:

utworzenia zbiornika i pozyskania wody,

pozyskania energii

ochrony przeciwpowodziowej,

walory rekreacyjne

Zapora Tehri na rzece Bhagiratha w Indiach, wysokość 261 m, dł. 575 m, typu ziemnego, 1978-2006

Całkowita wysokość zapory h - różnica pomiędzy poziomem korony a poziomem stopy jej fundamentów w najgłębszym miejscu doliny rzecznej.

Grande Dixence na rzece Dixencew Szwajcarii wysokości 285 m , typu betonowego

Całkowita wysokość zapory h - różnica pomiędzy poziomem korony a poziomem stopy jej fundamentów w najgłębszym miejscu doliny rzecznej.

Zapora

Quatinah Barrage, 1319-1304 r p.n.e., 284-305 p.n.e,wys. 7 m, dł. 2 km.

Zapory na świecie

Zapora

Podział zapór wodnych ze względu na materiał, z którego są zbudowane:• betonowe,• ziemne.

Nurek na rzece Wachsz w Tadżykistanie, wysokość 300 m , typu ziemnego z rdzeniem z suchego cementu (1961-1980)

Zapora

Jinping-1 na rzece Yalong Jiang w Chinach (Syczuan), wysokość 305 m , betonowa typu łukowego (2005-2014)

Dane z 1983 r.

Zapora

Xiaowan na rzece Mekong w Chinach , wysokość 292 m , betonowa typu łukowego (2002-2010)

Najwyższe zapory na świecie

Inguri na rzece Inguri w Gruzji wysokości 272 m typu betonowego - łukowa

L.p. Nazwa zapory Rzeka Rodzaj zapory i uszczelnienia

Wysokość [m]

Okres budowy

1 Solina San betonowa, ciężka 80 - 1969

2 Pilchowice Bóbrmur kamienny na

zaprawie cem.-wap., łukowa, ciężka

62 - 1912

3 Świnna Poręba Skawa ziemna z rdzeniem glinowym 54 1986-2016

4 Czorsztyn-Niedzica Dunajec narzutowa z rdzeniem glinowym 52,3 - 1997

5 Rożnów Dunajec betonowa, ciężka 49 - 1941

6 Leśna Kwisamur kamienny na

zaprawie cem.-wap., łukowa, ciężka

45 - 1905

7 Lubachów Bystrzycamur kamienny na

zaprawie cem.-wap., łukowa, ciężka

44 - 1917

8 Tresna Soła narzutowa z rdzeniem glinowym 39 - 1967

9 Bukówka Bóbrnadbudowa zapory

betonowej zasypem z ekranem betonowym

38 - 1987

10 Klimkówka Ropa ziemna z rdzeniem glinowym 38 - 1995

11 Sieniawa Wisłok betonowa, ciężka 38 - 1978

Zapory w Polsce

Zapory betonowe

1. zapory ciężkie (grawitacyjne, masywne),

2. zapory łukowe,

3. zapory filarowe (półciężkie).

4. filarowe masywne,

5. filarowe płytowe, wielołukowe (filarowe łukowe).

Zapory betonowewg Międzynarodowej Komisji Wielkich Zapór (CIGB-ICOLD)

International Commission on Large Dam

Commission Internationale Des Grands Barrages

• zapory ciężkie (grawitacyjne) - PG (poids, gravity)

• zapory łukowe (lekkie) - VA (vaute, arch)

• zapory filarowe (półciężkie) - CB (contrefors, buttress)

• zapory łukowe-ciężkie - VA/PG

• zapory wielołukowe - MV/MA (a vout multiples, multi-arch)

Międzynarodowa Komisja Wielkich Zapór (CIGB-ICOLD)

International Commission on Large Dam

Commission Internationale Des Grands Barrages

• międzynarodowa organizacja działająca na rzecz koordynowania działań przy projektowaniu, budowie, utrzymaniu i bezpiecznym użytkowaniu zapór przy zbiornikach wodnych;

• powołana 1928 w Paryżu z inicjatywy przedstawicieli USA, Francji, Wielkiej Brytanii, Włoch, Szwajcarii i Rumunii; przyjęto, że zapory wielkie, to budowle piętrzące wyższe niż 15 m;

• MKWZ organizuje co 3 lata kongresy służące promowaniu osiągnięć naukowych i wymianie doświadczeń; materiały przygotowują zespoły ekspertów, powoływane przez podkomitety techn.;

• w 2004 zrzeszała 83 kraje, w tym Polskę (od 1932); od 1959 działa Pol. Kom. MKWZ pod nazwą POLCOLD.

(D.U. M.Ś., Poz. 42) Zarządzenie Ministra Środowiska z dnia 3 lipca 2017 r. zmieniające zarządzenie w sprawie powołania Polskiego Komitetu Wielkich Zapór

Wybór wariantu zapory

• Geologia podłoża• Topografia doliny

Rodzaje zapór betonowych

Zapory betonowe ciężkie (grawitacyjne, masywne)

Jinping-1 na rzece Yalong Jiang w Chinach (Syczuan), wysokość 305 m , betonowa typu łukowego (2005-2014)

Zapory betonowe ciężkie (grawitacyjne, masywne)

Solina na rzece San, wysokość 82 m, długość 664 m, typu betonowego – ciężka (1968)

Zapora w Solinie w liczbach:

CZAS:

8 lat (1960-1968)

ELEKTROWNIA:

MOC: 136 MW.

(2000-2003) DO 200 MW.

CZAS:

8 lat (1960-1968)

ELEKTROWNIA:

MOC: 136 MW.

(2000-2003) DO 200 MW.

WYMIARY:ZAPORA:

DŁUGOŚĆ: 664 m

WYSOKOŚĆ: 82 m

KUBATURA 760 000 m3.

ZBIORNIK:

POJEMNOŚĆ: 474 000 m3

POWIERZCHNIA: 22 km2

MAX. GŁĘBOKOŚĆ: 60 m

DŁUGOŚĆ ZALEWU W DOLINIE SANU: 27 km,

DŁUGOŚĆ ZALEWU W DOLINIE SOLINKI : 14 km.

Linia brzegowa to aż 150 km !

San

-rzeka, na której powstała największa budowla hydrotechniczna w Polsce.

-rzeka, na której powstała największa budowla hydrotechniczna w Polsce.

Historia• Opracowanie projektu w Zakładzie

Budownictwa Wodnego Politechniki Lwowskiej pod kierunkiem profesora Maksymiliana Matkiewicza i Karola Pomianowskiego,

• 1920 r. – wyrażono zgodę na budowę zapory,

• po wykonaniu części fundamentów –betonową obudowę wylotu turbin i wylotu tunelu, prace przerwano,

• 1934 r. – ogromne powodzie powodem do powrotu do koncepcji Karola Pomianowskiego,

Główny projektant całego kompleksu hydroenergetycznego:

• inż. Feliks Niczkie

Współpracowali z nim inżynierowie:

• J. Mastawiszyn i Z. Szymczak (konstrukcja zapory),

• R. Barucki i W. Neuman (architektura),• R. Wiśniowska i T. Owczarski (konstrukcja

elektrowni).

Historia cd.

• przygotowanie projektu budowy stopnia wodnego w Solinie,

• wybuch II wojny światowej powodem przerwania prac,

• po zakończeniu II wojny światowej w 1952 roku Warszawskie Biuro Siłowni Wodnych, na zlecenie Ministerstwa Energetyki, opracowało koncepcję energetycznego wykorzystania zasobów wodnych Sanu.

• 1959 r. – uchwała Komitetu Ekonomicznego Rady Ministrów, która dała początek Solinie,

• 1960 r. – rozpoczęcie budowy zapory w Solinie oraz elektrowni wodnej.

Negatywne skutki przedsięwzięcia:

• Aby wybudować zaporę musiano wysiedlić prawie trzy tysiące ludzi ze swoich domostw.

• Pod wodą znalazło się wiele gospodarstw oraz urokliwych, zabytkowych kościołów i cerkwi.

• Stworzenie tak olbrzymiego Jeziora jak Solińskie wymagało zalania terenów kilku wsi, m. in. Soliny, Teleśnicy Sanna, Horodka, Sokola, Chrewt i dużej część Wołkowyji.

Etapy budowy

• Budowa zaplecza, między innymi centralnej wytwórni betonu i trzech osiedli robotniczych,

• roboty ziemne i fundamentowe,

• wznoszenie w korycie Sanu potężnej betonowej, przegradzającej rzekę, zapory,

• w międzyczasie trwała budowa budynku elektrowni i montaż urządzeń hydroenergetycznych.

Wielki plac budowyWidok budowanej zapory z kierunku

północnego

Elektrownia wodna Solina

zwiększenie mocy elektrowni ze 136 MW do 200 MW,

wymiana wirników turbin, wału turbiny,

wymiana hydrauliczno-mechaniczno-elektrycznegoregulatora na elektroniczny, pamięciowo programowalny regulator cyfrowy,

wymiana wielu aparatur, układów, transformatorów,

zmniejszenie liczby przecieków w zaporze.

• 1968 rok – uruchomienie elektrowni Solina,

• w latach 2000-2003 – gruntowna modernizacja elektrowni:

Zabytkowa nastawnia z 1968r.:

Jedna z czterech turbin:

Kopuły hydrozespołów :

Wpływ na środowisko naturalne:

Rozczłonkowanie tafli wody oraz obecność wysokich brzegów powoduje zmienność i nieprzewidywalność wiatrów.

Wahania lustra wody wpływają na charakter linii brzegowej czyniąc ją błotnistą lub kamienistą, co znacznie ogranicza np. możliwość cumowania łodzi.

Obliczono, że na skutek częstych zmian wysokości lustra wody oraz abrazji do zbiornika dostaje się ok. 200 tys. m3 materiału skalnego rocznie, powodując przyspieszone zasypywanie jeziora.

Zapora dzisiaj:Powstała w celu ujarzmienia groźnego Sanu.

Dziś przy nadmiarze opadów zapobiega powodziom, a w czasie suszy reguluje niedobór wody w korycie tej rzeki.

Kryje ciekawe wnętrze z licznymi korytarzami, od sześciu lat dostępnymi także dla turystów.

Powstały przy niej akwen wykorzystywany jest do rejsów statkami i jachtami, stanowi także doskonałe miejsce do nurkowania, windsurfingu, żeglarstwa oraz wędkarstwa.

Bhakra (Indie) na rzece Satluj, wysokość 226 m , typu betonowego (ciężka)

Zapory betonowe ciężkie - PG

(grawitacyjne, masywne)

a) Przekrój poprzeczny, b) podział na niezależne sekcje:1) korpus zapory, 2) galeria kontrolna, 3) drenaż, 4) galeria kontrolno-cementacyjna, 5) przesłona cementacyjna, 6) drenaż głęboki, 7) sekcja zapory, 8) szczelina dylatacyjna,Pk – poziom kontrolny zapory.

Zapory betonowe ciężkie (grawitacyjne, masywne)

Zapory betonowe

RCC - roller compacted concrete (beton wałowany)

odstąpiono od rozdzielania sekcji zapory na bloki robocze, zwiększając przez to front robót;

zmniejszono ilość dozowanego cementu,

wprowadzono sprzęt do transportu, układania i zagęszczania mieszanki betonowej stosowany zwykle przy wykonawstwie zapór ziemnych (wywrotki, spychacze, walce wibracyjne),

zmniejszono w znacznym stopniu ilość dylatacji i zmieniono sposób ich wykonania i uszczelnienia – zmniejszyło to znacznie koszty, przez co zapory z betonu wałowanego stały się konkurencyjne w stosunku do zapór ziemnych – liczba budowanych tego typu zapór znacznie wzrosła.

Zapory betonowe ciężkie

Faced Symetrial Hardfill Dam – FSHD

• zmniejszenie ilości cementu,• wyeliminowanie szwów dylatacyjnych,• przyjęcie profilu symetrycznego,• zapewnienie szczelności poprzez zastosowanie ekranu z ciągłych płyt

betonowych na ścianie odwodnej, podobnie jak w zaporach ziemnych narzutowych.

Zapory betonowe ciężkie

a) Typowa ciężka,

b) z betonu wałowanego,

c) z nasypu utwardzonego.

1) Beton konwencjonalny,

2) beton wałowany,

3) system drenażowy,

4) przesłona cementacyjna,

5) drenaż głęboki,

6) nasyp utwardzony,

7) ekran z płyt betonowych,

8) cementacja powierzchniowa

podłoża skalnego,

9) beton porowaty.

Zapory betonowe ciężkie

Faced Symetrial Hardfill Dam – FSHD

Zapory betonowe łukowe

r – promień łuku,

p - obciążenie łuku,

R – siła reakcji w podparciu łuku,

l – szerokość doliny

Zapory betonowe łukowe

Zapora Hoovera na rzece Kolorado, wysokość 224 m, długość 380 m, typu betonowego – łukowa (1945)

Zapory betonowe łukowe

Zapora Hoovera na rzece Kolorado, wysokość 224 m, długość 380 m, typu betonowego – łukowa (1945)

Zapory betonowe łukowe

Zapora sajańsko-szuszeńska na rzece Jenisej,wysokość 245 m, długość 1066 m, typu betonowego – łukowa (1978/1985)

Zapory betonowe łukowe

Zapora Pilchowice na rzece Bóbr,wysokość 69 m, długość 270 m, typu betonowego – łukowa (1912)

Zapory betonowe łukowe

Zapory łukowe są budowane jako:

a) jednokrzywiznowe (łuk „napięty” w górę rzeki) - pracujące jak

sklepienia;

b) dwukrzywiznowe, pracujące jak kopuły - zapory te przekazują

parcia poziome na zbocza doliny, co powoduje, że mogą być

wznoszone tylko w bardzo wąskich dolinach (kanionach).

Zapory betonowe łukowe

Zapora na rzece Inguri (Gruzja),wysokość 272 m, typu betonowego – łukowa (1984)

Zapory betonowe łukowe

Zapora Mauvoisin na rzece Dranse de Bagnes(Valais, Szwajcaria),wysokość 250 m, L=520 m, typu betonowego – łukowa (1951-57)

Zapory betonowe łukowe

Zapora Mauvoisin na rzece Dranse de Bagnes(Valais, Szwajcaria),wysokość 250 m, L=520 m, typu betonowego – łukowa (1951-57)

Zapory betonowe łukowe

Zapora na rzece Vaiont (Dolomity, Włochy) wysokość 264 m, typu betonowego – łukowa (1961)

Zapora na rzece Vaiont (Dolomity, Włochy) wysokość 264 m, typu betonowego – łukowa (1961)

Zsuw zbocza wskutek piętrzenia wody w zbiorniku Vaiont1- teren pierwotny, 2 – powierzchnia poślizgu, 3 – spiętrzenie wody, 4 – teren po wystąpieniu osuwiska (Wiłun Z., 2005)

Zapory betonowe, filarowe (półciężkie)

Zapory betonowe, filarowe (półciężkie)

Zapory betonowe filarowe (półciężkie)

Zapora Itaipu na rzece Parana (Paragwaj/Brazylia),wysokość 225 m, typu betonowego –filarowa (1982)

Zapory betonowe filarowe (półciężkie)

Zapora w Zatoniu na potoku Plebanka, zaopatruje w wodę elektrownię Turów;34 m, typu betonowego –filarowa (1982)

Zapory betonowe, filarowe (półciężkie)

1 – głowica, 2 -filar

Zapory betonowe płytowe

Zapory betonowe płytowe

Zapory betonowe wielołukowa

Zapory betonowe wielołukowe

Zapory betonowe wielołukowa

Daniel Johnson (Kanada) na rzece Manicouagan,wysokość 214 m, typu betonowego –wielołukowa (1970)

Zapory kombinowane

Roselend (Francja) na rzece Doron,wysokość 150 m (1955-1962)

6-11-2019 IŚ