Поддръжка и рехабилитация на язовири

Прави впечатление, че всички язовири у нас са построени през миналия век, а единственият, завършен след 2000 г., е започнат през 1990г.
Същевременно не бива да пренебрегваме факта, че язовирите ни са строени от изключителни професионалисти, и все още ни служат по предназначение. Това, което ги прави опасни, е небрежното отношение към поддръжката им. Нека да си изясним основните стъпки за осигуряване на безопасността на едно такова скъпо съоръжение.

Наличните язовири в България са около 2200. Звучи парадоксално, но точният им брой все още се коментира. По-големите и значими язовири, 53 на брой, имат общ полезен обем 6,7 милиарда m3, или 87% от общия полезен обем на всички изградени язовири. „Големи“ язовири са тези с „големи“ язовирни стени. Такива, според техните височина, дължина по короната, обем на водохранилището и в съответствие с класификацията на Международната комисия по големите язовири (ICOLD), са тези, при които височината на стената, мерена от повърхността на фундиране до короната, е по-голяма от 15,00m. Ако височината на стената е от 10,00÷15,00m, тогава или обемът на водохранилището трябва да е по-голям от 1 000 000m3, или пропускателната способност на облекчителните съоръжения трябва да е по-голяма от 2 000m3/s. Язовирните стени, които не отговарят на нито едно от изброените условия, са „малки“. Макар че броят на язовирите с малък обем е значителен, те имат предимно локално значение, но в случай на авария също могат да представляват сериозна опасност за населението.

Причини за аварии при малките язовири
При големите язовири е създадена организация на експлоатацията и поддържането на язовирните стени и на съоръженията към тях съгласно действащата нормативна уредба. Те покриват изискванията за конструктивна и технологична сигурност и са съобразени с околната среда. Структурите, които ги експлоатират, обследват и поддържат, са ясни и поведението им е отговорно.

Ще систематизираме само проблемите при малките язовири. На „първо място“ е занемарената експлоатация на язовирната стена и съоръженията. Това обикновено означава лошо състояние на контролно-измервателната система, нередовни и дори лисващи наблюдения и измервания, и като неизбежно следствие - забавено, дори липсващо анализиране на данните от наблюденията. В резултат или няма превантивни мерки, или те са повърхностни, неуместни и ненавременни. Така надеждността и сигурността на тези съоръжения се снижава значително. Другото „първо място“, тъй като претеглянето на мащаба на бедствието след авария при язовир не е лесно, го отреждаме за преливането през насипа. У нас всички малки язовирни стени са насипни. Преливането през насипа на една земна стена води до частично разрушение, а при продължително преливане може да се получи пълно разрушение. Установени са няколко основни фактора, които неминуемо биха довели до преливане, и по своята същност тези фактори отново са предизвикани от човешка небрежност и немарливост. Преливането е почти неизбежно, ако е намалена пропускателната способност на преливника - поради обрастване с растителност, непочистено напречно сечение, повреди в облицовката. Преливането може да се обуславя и от улягане на насипа в най-високата част от стената, което може да остане незабелязано при липса на контролни замервания, следователно без да се предприемат мерки за възстановяване на проектното ниво. Намалената проводимост на основни изпускатели поради неизправни конструктивни възли в облекчителните съоръжения също може да доведе до преливане.

Едно явление, което е много сложно, но е ключово за конструктивната сигурност на язовирите, е „стареенето“ на насипните стени. По време на дългия експлоатационен живот на язовирите започват да се проявяват вътрешна ерозия, химическа и физическа суфозия, отлагане и натрупване на дребни частици в порите на дренажните устройства, поява на пукнатини и др. Особено много аварии в земнонасипни язовирни стени са предизвикани именно от суфозионни деформации.

Не се дооценява и сериозността на затлачването, тъй като наносите се отлагат много бавно в опашката на язовира, но те намаляват постепенно полезния му обем. Това е особено значим проблем при малките язовири в земеделски райони, където се проявяват ерозионни процеси във водосборната област, и ускоряват затлачването.

Ще опишем един много вероятен сценарий при малките язовири, за които не се полагат грижи, като разкажем за реално бедствие при язовир, строен през 1960г., със земнонасипна стена с височина 13,00m, с дренажна призма в петата на въздушния откос. По короната на стената преминава път от ІV-класната пътна мрежа. Въздушният откос (страната на стената откъм въздуха) е обрасъл с трева и храсти. Участъкът, който е непосредствено зад стената, е залесен, трудно проходим, недостъпен за оглед и контрол, със затруднено оттичане на водите. На единия бряг е изпълнен челен преливник, да пропуска ретензирана висока вълна. За подобряване на пътната връзка по стената, върху преливния праг е изпълнен водосток, който намалява пропускната способност на преливника. След проливни дъждове в язовира постъпва висока вълна, близка до проектната, но намалената пропускна способност на преливника и пониженото ниво на короната поради слягане на насипа довеждат до преливане през стената. Язовирната стена претърпява повреди от преливане през короната. В горната част на въздушния откос, на доста дълъг участък, преливната вълна изравя откоса и напълно разрушава бързотока на преливника, енергогасителя, част от пътното платно и частично подкопава оградните стени от каменна зидария. Друг вариант е преливната вълна да подкопае основата на призмата в силно оводнения и обрасъл с растителност долен участък, което пак води до разрушение в откоса.

Вече би трябвало да е очевидно, че без поддържане и навременно отстраняване на повреди и дефекти не може да се експлоатира язовир.

Как се проследява състоянието на един язовир?
Изискванията за гарантиране на сигурността на язовирните стени и съоръженията към тях се определят в проекта за експлоатация и поддържане и в инструкциите за експлоатация. За периодичната оценка на нивото на риска от компрометиране или разрушение на язовирните стени и съоръженията към тях се следят хидроложката и сеизмоложката информации, промените в основата, стоителните материали и конструкцията, влиянието на човешката дейност върху околната среда и данните от измерванията на контролно-измервателните съоръжения.

Конструктивната сигурност на малките язовирни стени и съоръженията към тях се оценява чрез способността им да запазват якост и носеща способност, обща устойчивост, филтрационна и пукнатиноустойчивост.

Технологичната сигурност е способността на язовира да изпълнява основните си функции, като се оценяват показателите за геометрично съответствие с проектните коти на язовирната стена, на водното ниво, на противофилтрационното устройство, наклоните, пропусквателната способност, машинното оборудване и др., съответствието на свойствата на материалите (якост, водоплътност, градиенти на напора, коефициент на филтрация) и съответствието на земната основа и бермите (напуканост, проницаемост, напрегнато-деформирано състояние).

Екологичната сигурност се оценява по степента на застрашеност на качеството на околната среда, здравето и живота на хората.

Наблюденията и измерванията на малките язовирни стени и на съоръженията към тях се извършват в съответствие с програмата за технически контрол на три нива - визуален контрол, оперативни измервания в определени пунктове и пълни измервания на всички наблюдавани точки в съответствие с проектната документация и инструкцията за експлоатация. Следят се и се замерват водното ниво във водохранилището, запълването на водохранилището с наноси, филтрацията под, през и в обход на тялото на стената, мътността на филтриралите води, хоризонталните и вертикалните премествания, изменението в качествата на насипа и основата и деформациите и нарушаването на монолитността на бетоновите съоръжения към стената. Най-достъпно е визуалното обследване. Обученият техник с просто око може да открие началните обезпокоителни белези за деформации, пукнатини, деградация на повърхностния пласт. На визуален контрол подлежат язовирната стена, съоръженията към нея, горният и долният участък, като такова обследване се прави не само откъм въздушната страна на стената, но и от водната - естествено, от обучени водолази. Достоверни данни обаче се натрупват с точни измервания. Геодезичните методи за изследване се състоят от измервания на отклоненията на определени точки спрямо определена координатна система. Следят се точки от короната, тялото, основата и опорните блокове на язовирната стена. При откриване на геометрични деформации, след съответен анализ, може да се оцени състоянието на съоръжението.

Основно наблюденията и измерванията се организират чрез използване на КИС, т.е. контролно-измервателна система, каквато трябва да бъде налична към всеки язовир. Такава система се изгражда по специален проект, в който се дават обхвата, вида, конструкцията и местоположението на отделните уреди, както и указания по организацията на наблюденията и измерванията. В инструкцията за експлоатация и в програмата за технически контрол се указват честотата на измерване и методиката за обработка на резултатите.

Няма да навлизаме в детайли относно уредите, които се използват, тъй като те са много специфични и са насочени към отчитане на конкретни величини, процеси и явления, различни при различните случаи на язовирни съоръжения.

Специално внимание трябва да се обръща на хидро-метеорологичните и инженерно-геоложките наблюдения и проучвания. Метеорологичната мрежа се формира от метеорологични и дъждомерни станции и снегомерни постове, а хидрологичната мрежа се формира от хидрологични станции, нивомерни и водомерни постове. Структурите на тези мрежи и елементите на наблюдение се определят с проекти за тяхното изграждане и оборудване, наблюденията са непрекъснати и срочни, а станциите и постовете се оборудват със съответните средства за наблюдение, измерване и предаване на информацията. Инженерно-геоложките проучвания са от изключително значение за язовирите, особено за тези с насипни язовирни стени с централно глинено ядро. Именно въз основа на такива проучвания могат да се правят предварителни оценки на рисковите явления и процеси - свлачища, срутища, суфозия, карст и др.

Поддръжка и рехабилитация на язовирите
Както при всяко значимо съоръжение, и за язовирите важи изискването така да са проектирани и изпълнени, че по време на експлоатация поддръжката, ремонтите и рехабилитацията да са сведени до минимум. Тъй като язовирите ни са строени доста отдавна, пред нас стои задачата да ги наблюдаваме, поддържаме и дори, ако е необходимо, да ги разрушим. При редовна поддръжка, чрез текущи ремонти, те могат да бъдат полезни и безопасни.

Водещите ни специалисти предлагат програма за инспекция и рехабилитация на малки язовири. Първата стъпка е отстраняването на многогодишната растителност по откосите на язовирните стени.

Втората стъпка е изясняване на реалното състояние на язовира, като се направи геодезическо заснемане на язовирната стена, съоръженията, язовирното езеро и долния участък, до 500m след стената, както и актуализиране на геометричните размери на стената и съоръженията, с изготвяне на екзекутивни чертежи, и водолазен оглед на водовземната шахта и основния изпускател или оглед след източване на язовира.

Третата стъпка е анализът - изготвяне на ключови криви на заляти площи и завирени обеми на язовира, актуализиране на хидроложката информация, преоценка на размера на високите води и пропускната способност на преливното съоръжение.

Четвъртата стъпка е създаването на възможност за наблюдение и контрол. Това означава да се проектира и изгради КИС, да се изготви инструкция за експлоатация и поддържане на язовирната стена и прилежащите є съоръжения, както и програма за технически контрол (наблюдения и измервания) на състоянието на стената и съоръженията, включително слягане на стената, нива на депресионната повърхност, деформации на съоръженията, водни нива в язовира, химичен и биологичен състав на водата. Казано накратко, за всеки язовир трябва да се създаде и поддържа база данни с цялата техническа документация, с резултатите от регулярно провежданите технически прегледи на състоянието на язовира с пробни манипулации на механизмите, с данните от изследване на проводимостта на речното корито и заливаемите зони по поречието след язовира. Задължително е и изготвянето и редовното актуализиране на авариен план за действие при екстремни и аварийни ситуации, съгласуван с органите за защита на населението.

На практика към ремонтни дейности се пристъпва след изготвяне на проект. И тъй като малките язовири са в толкова необгрижено състояние, почти винаги се започва с изсичане на проникнали храсти и дървета. Някои от най-разпространените мерки, които се прилагат, например при установяване на затлачване с наноси, са ремонт и почистване на затлачени водовземни шахти, водовземни кули, почистване на запушени кранове на язовир и на язовирни клапи, ремонт на основен изпускател на язовир. За да има ефект в дългосрочен план, контролът на наносите трябва да е постоянен, а изкопаването и извозването да стават редовно. Установено е, че при силно развитие на ерозионните процеси във водосборната област затлачването става много бързо, особено при малките язовири. В практиката има различни решения за контрол на наносите и затлачването - да се изграждат преградни стени, отбивни тунели, комбинация от различни методи за придвижване на наносите. При изградена такава стена в опашката на язовира става възможно отложенията зад нея периодично да се изгребват и извозват при ниски води. Отбивният тунел, често наричан „байпас“, служи за отвеждане на наносите.

Рехабилитационните дейности за увеличаване на капацитета на облекчителните съоръжения се свеждат до надграждане на преливниците или изграждане на нов преливник или на допълнителни преливни полета, и дори пробиване на стената от въздушната страна. Когато целта е повишаване на устойчивостта на конструкцията, се търси подобряване на устойчивостта на въздушната страна чрез контранасип и облекчителни дренажни кладенци. Прибягва се и до надграждане на гасителните съоръжения, както и до изискван контрол на филтрацията през стената или нейната основа, с използване на допълнителни дренажи, монтаж на водонепропусклива преграда, например от гъвкава поливинилхлоридна геомембранна система, механично закрепена върху цялата повърхност на водния откос. За да се консолидира язовирната стена и да се намали потокът на филтрация през нея е възможно да се прибегне и до сондажно-инжекционни работи в тялото на стената.

Много интересно е надграждането на язовирните стени, тъй като с увеличаване на обема на язовира нараства ретензионният обем и се подобрява пропускането на високите води и/или генерирането на електроенергия. Технологиите на надграждане са две - надграждане между 4,00÷8,00m само на короната, или цялостно надграждане върху въздушния откос и короната на стената, което не може да бъде отнесено към поддръжката на малките ни язовири, затова ще се върнем към него по друг повод. Обикновено ремонтът с надграждане е придружен със запълване на уляганията на короната на язовирната стена, ремонт на преливното съоръжение, на енергогасителната шахта, на шахтата на спирателния кран към основния изпускател и др., а нерядко - и ремонт на основния изпускател с прилежащите му съоръжения.

При рехабилитация на язовирна стена много често се налага монтаж на КИС и изграждане на геодезическа мрежа за наблюдение на деформациите на язовирната стена.

Безопасни и полезни язовири, но на каква цена?
Няма да разглеждаме икономическата страна на поставения въпрос - за такъв вид оценка има създадени ясни критерии. За съжаление, все още няма напълно разработена и официално приета класификационна система за оценка на екологичното състояние на регион с язовир, макар че имаме методика за стратегическа оценка на околната среда, която наистина влияе върху някои мерки. Тук препоръчително можем да обособим няколко технологични насоки за подобряване на въздействието върху околната среда. Едно добро решение е изграждането на бонови (плаващи) заграждения пред водовземните съоръжения. Така се намалява или осуетява навлизането на фитопланктон. Друго похвално екологично решение е добавянето на съоръжения за опазване на важни екосистеми - например специални проходи за рибите.

Все пак е добре да помним, че едно сполучливо екологично решение означава да бъде направено максималното за околната среда, без значително негативно въздействие върху използването на язовира по предназначение.