Zagrożenie budowli wodnych rozmyciem dna: przyczyny, kryteria bezpieczeństwa i stany awaryjne

Geneza tworzenia się zagrożeń

Faza zagrożenia

Faza zagrożenia obejmuje trzy etapy:

• Pierwsza – o dużym prawdopodobieństwie zaistnienia zdarzenia, odpowiadająca początkowemu okresowi eksploatacji.
• Druga – ustabilizowanie się warunków zagrożenia.
• Trzecia – zwiększone ryzyko awarii w wyniku starzenia się budowli.

Powstawanie rozmycia

Początkowe intensywne rozmycia występują po zadziałaniu czynników powodujących rozmycie. Występują na początkowym okresie eksploatacji budowli, jak również po wystąpieniu dużych przepływów lub wprowadzeniu zmian. Wyróżnia się okresy inicjacji procesu oraz okres intensywnego rozmycia.

Postępujące rozmycie koryta

Polega na odkładaniu się wynoszonego materiału na dolnym odcinku rzeki i w lokalnych rozszerzeniach koryta. Trwa bardzo długo i może w tym czasie nasilać się lub zanikać.

Kształtowanie się wyboju

W rzekach górskich i podgórskich wybój tworzy się szybko, lecz nie jest duży. W nizinnych rzekach tworzący się wybój jest wolny, ale duży.

Graniczna prosta bezpieczeństwa

Przyjęto współczynnik nachylenia krytycznej prostej zagrożenia łączącej górny skrajny koniec fundamentu z miejscem największego rozmycia.

Awaria budowli

Awaria – stan niesprawności obiektu uniemożliwiającego jego użytkowanie. Dla budowli wodnych zwykle oznacza niemożliwość lub utrudnienie spiętrzania wody do wymaganego poziomu.

Przyczyny:

• błędy projektowe, wykonawcze i montażowe,
• wady materiałowe,
• niewłaściwa eksploatacja,
• zużycie i zestarzenie.

Kryteria oceny bezpieczeństwa

Kryterium dolne

Określono porównując opór graniczny gruntu niespoistego Eg zalegającego do poziomu Dmin z siłą tarcia Tg działającą na szerokość fundamentu Bc, równą iloczynowi i obciążenia gruntem Ng oraz współczynnika tarcia f = tg(φ), wprowadzając współczynnik głębokości posadowienia budowli n = hmax/Dmin.

Eg = Tg, f = tgφ

Kryterium górne

Uzyskano porównując odległości miejsca największego rozmycia Lmin od końca fundamentu. Opisano sumą długości zakresu aktywnej strefy wpływu fundamentu na poziomie posadowienia, szerokości klina gruntu o głębokości Dmin oraz skarpy wybojów Xa,z, tą samą odległością obliczoną z wykorzystaniem współczynnika nachylenia ctgβ.

n = wspołczynnik głębokości posadowienia.

Kryterium środkowe

Określono z warunku równowagi obciążeń powodujących i przeciwdziałających wyparciu gruntu spod fundamentu budowli w kierunku skarpy wyboju. W warunkach równowagi składowa pozioma obciążeń wypierających działających od strony fundamentu EL równa jest poziomej składowej parcia gruntu od strony skarpy Ep.

El = Ep, S = γ·Bc·Lc²·1/2, k = Bc/Lc.

Infrastruktura wodna śródlądowa

Powierzchnia gruntów, kanały (roboty ziemne, falochrony, wały brzegowe, drogi holowania), roboty związane z odcięciem drogi wodnej i bezpieczeństwem, zapory wodne i budowle piętrzące, śluzy nawigacyjne, sprzęt cumowniczy i przystanie.

Funkcje obiektów transportu śródlądowego

Transportowe, ochrony przed powodzią, przemysłowe i komunalne, zaopatrywania w wodę, energetyczne, akumulacji słodkiej wody, sportowo-rekreacyjne.

Zasoby mineralne gospodarcze

Zabudowa hydrotechniczna, obiekty portów, zbiorniki retencyjne (poldery, wały przeciwpowodziowe, tereny międzywala), zasoby mineralne korytarza rzeki (ryby, ptactwo, roślinność wodna).

Zasoby niemineralne

Walory krajobrazowe wynikające z powiązania infrastruktury z otoczeniem przyrodniczym oraz architekturą miast i pejzażem.

Cele regulacji na potrzeby żeglugi śródlądowej

• zmniejszenie różnicy głębokości rzek w różnych przekrojach ich biegów,
• koncentracja przepływów w korycie rzeki,
• zapewnienie swobodnego przemieszczenia rumowiska dennego,
• stabilizacja koryta rzeki, tj. jej brzegów i dna.

Jazowe ujęcia wody

Boczne, czołowe, progowe (denne).

Miary zagrożenia budowli wodnych rozmyciem stanowiska dolnego

• ctgβ > 12/14 – powstały poniżej budowli wybój nie zagraża bezpieczeństwu budowli,
• ctgβ = 8 – występuje stan dostatecznego bezpieczeństwa budowli,
• 2 < ctgβ < 5 – wskazane jest ograniczenie rozwoju procesu rozmycia,
• ctgβ < 2 – powstający wybój zagraża budowli.

Stany budowli wodnej związane z rozwojem wyboju

• ctgβ > 12 – stan równowagi stałej,
• 8 < ctgβ < 12 – stan pełnego bezpieczeństwa,
• 5 < ctgβ < 8 – stan dostatecznego bezpieczeństwa,
• 2 < ctgβ < 5 – stan zagrożenia awarią,
• ctgβ < 2 – stan bezpośredniego zagrożenia awarią.

Czym różni się SMR od dużych reaktorów?

Maleje ryzyko wystąpienia zjawiska utraty chłodziwa, a dzięki mniejszej mocy mamy do czynienia z mniejszą energią powypadkową.

• Instalowanie jednostek tego typu bliżej potencjalnych odbiorców, co jest kluczem w przypadku zakładów przemysłowych oraz źródeł ciepłowniczych.
• Ulokowanie małych reaktorów pod powierzchnią ziemi, co ogranicza wpływ zjawisk naturalnych – trzęsienia ziemi czy tsunami.
• Ograniczenie także ewentualnych działań ludzkich – katastrofy samolotu lub ataku terrorystycznego.
• Możliwość kogeneracji, czyli skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Dopasowane do lokalnego zapotrzebowania.
• Praca łączona, tj. część reaktorów przeznaczona będzie jedynie do produkcji energii elektrycznej, a część do generacji skojarzonej.
• Realizacja przemian chemicznych (np. produkcja wodoru czy synteza amoniaku) bądź odsalanie wody morskiej.