XVII. Okresné dni vody v Michalovciach, 11.-12.apríl 2013
VODNÉ DIELO STARINA PO 25. ROKOCH PREVÁDZKY – ČO NÁM DALO A ČO NÁM VZALO Emília BEDNÁROVÁ, prof. Ing. PhD. 1
Stavebná fakulta STU, Radlinského 11, 813 68 Bratislava,
[email protected]
Úvod Spomedzi inžinierskych diel to sú práve nádrže a priehrady, ktoré sú najviac späté s okolitým prírodným a urbanizovaným prostredím. Aj preto sú pomerne často predmetom rozsiahlych diskusií. Ich existencia a potreba výstavby ďalších umelých vodných zdrojov naráža na odpor rôznych skupín a združení. Mnohé z nich využívajú v rámci demokracie právo na vyjadrenie svojho názoru - odmietavého postoja k potrebe výstavby nádrží a priehrad, často však bez relevantných dôkazov a bez povinnosti predloženia náhradného riešenia, ktorým by sa mohla plnohodnotne nahradiť funkcia nádrží, či už zásobná, alebo retenčná. Význam umelo vytvorených vodných nádrží v celosvetovom meradle je ekonomicky, sociálne, ekologicky i spoločensky nezastupiteľný. Vytváranie zásob vody pre pitné účely, na zavlažovanie a tvorbu potravín, zásob vody pre priemysel, pre výrobu ekologicky čistej elektrickej energie, pre plavbu, ale aj ich význam v protipovodňovej ochrane a ď. nemožno ignorovať. A v súvislosti s demografickým vývojom, s prognózami globálneho otepľovania a následnými extrémami počasia je zrejmé, že význam umelých vodných nádrží bude narastať. Je zrejmé, že pri hodnotení účinkov nádrží nemožno ignorovať ich viac, či menej negatívne vplyvy, ktorým sa nedá vyhnúť. Treba však dbať na to, aby pozitívne vplyvy vysoko prevažovali nad negatívnymi. Objektívne posudzovanie prínosov a negatívnych dopadov stavieb na okolité životné prostredie je mimoriadne zložitý proces, pretože každé nazeranie na akúkoľvek ľudskú činnosť je poznamenané subjektívnym cítením, vnímaním, poznaním. Aj preto sú tieto otázky dlhodobo v pozornosti nielen tvorcov vodohospodárskych stavieb, ale aj rôznych skupín a združení, ochrancov životného prostredia. Spomedzi popredných odborníkov, zaoberajúcich sa otázkami vplyvu nádrží a priehrad na okolie a životné prostredie možno spomenúť napr. Chereta, či Pateru a i. V predkladanom príspevku je pozornosť venovaná bezpečnosti priehrady a niektorým vybraným faktorom vplyvu výstavby vodárenskej nádrže Starina na okolie a životné prostredie. Od ukončenia výstavby a uvedenia tohto vodného diela do prevádzky ubehlo 25 rokov. Je to približne štvrtina predpokladanej životnosti takých významných hydrotechnických konštrukcií, akými nádrže a priehrady nesporne sú. Stručný popis konštrukcie a dotknutého prostredia. Vodárenská nádrž Starina (obr.1) je svojim celkovým objemom 59,9 mil. m3 najväčšou vodárenskou nádržou na Slovensku. Jej výstavba prebiehala v rokoch 1981 – 1987. Pôvodne mala zásobovať pitnou vodou okresy Humenné, Michalovce, Vranov a Trebišov, avšak v dôsledku havarijného nedostatku pitnej vody v mestách Prešov a Košice a problémov v príprave vodárenskej nádrže Tichý potok došlo k prehodnoteniu tejto koncepcie (Bednárová,E., a kol., 2010). Namiesto výstavby privádzačov pre okresy Michalovce a Trebišov sa riešil privádzač pre Prešov a Košice. Akumulačný objem nádrže bol vytvorený prehradením údolia Cirochy v rkm 37,250 zemnou sypanou priehradou so stredovým hlinitým tesnením (obr.2). Priehrada pri výške 50 m nad základovou škárou má dĺžku v korune 345 m. Sklony svahov priehrady sú premenlivé, na návodnej strane od 1:2 do 1:3,75, na strane vzdušnej od 1 : 2 až 1:1,2,75. Plynulosť svahov prerušujú lavičky o šírke 3,0 m. V rozsahu kolísania hladín je návodný svah spevnený kamennou nahádzkou hrúbky 80 cm, vzdušný svah je zahumusovaný a zatrávnený. Obr. 1 Vodné dielo Starina
XVII. Okresné dni vody v Michalovciach, 11.-12.apríl 2013 345,0
343,0
340,0
2
315,0
1
1
1
3,5
3
335,0 1
325,0 2,5
315,0 1
2,75
3,75
ílovce
298,68 1
pieskovce
Obr.2 Priečny profil priehrady Starina Podložie priehrady tvoria horniny Karpatského flyša. Po geologickej stránke je priehradný profil poznamenaný výskytom tektonických porúch (obr.3), ktorých prítomnosť je jedným z determinujúcich faktorov vývoja parametrov filtračného pohybu v podloží priehrady. 325,0
ZÁTOKA
TEKTONICKÉ PORUCHY 339,50
1
2
3
4
5
6
7
8
9
11
10
12
13
14
345,0 15 16
17
18
19
20
21
22
23
335,0 P-1
P-2
P-3
H-1
P-5
H-3 P-9
P-6
H-5 P-12
325,0
P-19
H-2
P-7
H-4 P-10
H-6
P-18
P-15
315,0 P-4
24
P-13
P-17A P-17
298,50 KŠ3
KŠ1
KŠ2
MŠ2 H-7B P-11A
P-8
H-7 P-11
P-14
H-8A H-8 P-16
P-14A
0
20
40 m
292
293
H-7A
MŠ1
P-1 až P-19 - pozorovacie objekty pre skalný podklad
MŠ1, MŠ2 - merné šachty na meranie priesakov
H-1 až H-8 - pozorovacie objekty pre štrkový pokryv
1 až 24 - čísla blokov injekčnej štôlne
Obr. 3 Situácia priehrady s vyznačením pozorovacích objektov Pozitívne a negatívne vplyvy nádrže Starina na okolie a spoločnosť V prístupoch hodnotenia pozitívnych a negatívnych vplyvov nádrží a priehrad na životné prostredie sa tak podľa Chereta, ako aj podľa Pateru nachádzajú viaceré spoločné aspekty. Pozitívne vplyvy sú spravidla determinované samotnou funkciou vodného diela, vodohospodárskymi a spoločenskými požiadavkami na vodu, ako napr. zásobovanie obyvateľstva pitnou vodou, zabezpečenie vody pre závlahy, priemysel, nadlepšovanie minimálnych prietokov a zlepšenie kvality vody v tokoch pod priehradou, ochrana pred povodňami, zabezpečenie podmienok pre využitie vodnej energie, zabezpečenie podmienok pre plavbu, rekreáciu a turistický ruch v okolí nádrže, chov rýb a i. Zo súboru negatívnych vplyvov to je najmä presídlenie obyvateľov zo zátopy, záber pôdy a pozemkov pre vybudovanie nádrže, riziko pre obyvateľov v údolí pod nádržou, znečistenie hlukom, prachom a inými vplyvmi počas výstavby, u plytkovodných nádrží možnosť rozvoja nemocí z vody, vplyv na flóru a faunu v zatopenom území a na brehoch nádrže, zmena režimu podzemných vôd v okolí nádrže, sedimentácia a zanášanie nádrže, abrázia brehov a zosuny na brehoch nádrže a ď. Z hľadiska hodnotenia vplyvov výstavby nádrže Starina na okolie a spoločnosť sa radí táto vodná stavba svojimi parametrami medzi pozoruhodné tak po stránke vplyvov negatívnych, ako aj
XVII. Okresné dni vody v Michalovciach, 11.-12.apríl 2013 pozitívnych. Vyplýva to z podstaty problému, ktorý bol príčinou potreby vybudovania povrchového vodného zdroja v tejto oblasti vzhľadom na deficit dostatočnej kapacity iných – podzemných zdrojov pitnej vody. Tak sa stalo, že v 80-tich rokoch, kedy bolo vodné dielo budované, vyvstala požiadavka zaplavenia nádržou okolo 120 ha ornej pôdy, 140 ha lúk a pasienkov a okolo 50 ha lesov. V tejto súvislosti možno pre informáciu uviesť, že na Slovensku predstavuje celková plocha, zatopená nádržami cca 0,425 % z celkovej plochy územia. K získaniu akumulačného priestoru nádrže Starina a zachovania jej ochranného pásma bolo treba vysťahovať takmer 3500 obyvateľov zo siedmych obcí: Dara, Ostrožnoca, Ruské, Smolník, Starina, Veľká Poľana a Zvara. S týmto nepopulárnym a súčasne aj najzávažnejším dopadom výstavby vodného diela na okolité životné prostredie sa dotknuté obyvateľstvo vyrovnávalo len veľmi ťažko. Pocit ich beznádeje a krivdy treba vnímať aj s odstupom času veľmi citlivo a s pochopením. Ďalším negatívnym dopadom výstavby vodného diela na životné prostredie boli dočasné sprievodné javy samotnej výstavby (prašnosť a hluk) na okolité obce – najmä Stakčín, ktorý je situovaný pod priehradným profilom. Pri komplexnom hodnotení ostatných negatívnych vplyvov výstavby nádrže na životné prostredie sa dostáva do úzadia vplyv na flóru a faunu, nakoľko v tomto období neboli predmetné aspekty tak starostlivo sledované ako v súčasnej dobe. Spomedzi súboru ďalších možných negatívnych vplyvov, prichádzajúcich do úvahy pri výstavbe nádrží, ako napr. abrázia brehov, zmena hladiny podzemných vôd a i. nie sú tieto v dotknutom prostredí evidované. Pri sumarizovaní pozitívnych vplyvom vodného diela Starina na okolie a spoločnosť sa do popredia dostáva predovšetkým otázka, spojená s jeho hlavným účelom – zabezpečovaním dostatočného množstva kvalitnej pitnej vody pre oblasť východného Slovenska. Podľa dostupných podkladov prispela táto vodárenská nádrž do vodovodných sietí tejto oblasti Slovenska v priemere cca 17 mil. m3 za rok. Pri priemernej spotrebe 120 l vody za deň/ obyvateľa to je uspokojenie takmer 390 tis. obyvateľov Slovenska. Významným prínosom nádrže Starina je aj jej protipovodňová ochrana. Pre ilustráciu možno uviesť napr. rok 2010, kedy bolo touto nádržou s retenčným priestorom 8,17 mil. m3 počas povodňových prietokov zadržaných viac ako 19 mil. m3 vody. Je to pozitívny prínos nádrže, ktorý vníma spoločnosť ako samozrejmosť, čo je potešiteľné. V tejto súvislosti však treba poznamenať, že bez takýchto technických opatrení, akými umelo vytvorené vodné nádrže sú, by dopady povodňových prietokov, adekvátnych nielen roku 2010 boli nepredstaviteľné. Nezanedbateľnou funkciou nádrže Starina je aj nadlepšovanie prietokov pod priehradou, využívanie energetického potenciálu vody v MVE pre výrobu ekologicky čistej elektrickej energie, dotvorenie krajinného rázu a i. Bezpečnosť priehrady po 25 rokoch prevádzky Medzi mimoriadne závažné otázky vplyvu vodných diel na okolité životné a urbanizované prostredie je otázka ich bezpečnosti, resp. miery rizika zlyhania týchto dôležitých vodohospodárskych stavieb. Aj keď štatistiky porúch a havárií priehrad potvrdzujú výrazný pokles - z cca 4 % zo začiatku 20. storočia na cca 0,4 % koncom 20. storočia, nemožno toto riziko podceňovať. Po mnohých analýzach, potvrdzujúcich fakt, že jednou z najčastejších príčin porúch a havárií sú priesaky, je špeciálne tento rizikový faktor v našich podmienkach starostlivo monitorovaný. Ku kontrole správania sa vodného diela Starina, kontinuálnemu posudzovaniu jeho bezpečnosti slúži monitoring. Parametre pohybu podzemných a priesakových vôd sú sledované pozorovacím systémom, ktorý pozostáva z 33 sond, 22 dvojíc krátkych a 13 dvojíc hlbokých vztlakomerných vrtov, dvoch merných šácht na meranie priesakov, zachytávaných pravým a ľavým pätným drénom. Vývoj hladinového režimu je determinovaný tak morfológiou územia, ako aj existenciou tektonických porúch v podloží priehrady. Vzdutím hladiny vody v nádrži na úroveň 340 m n.m. (o cca 45 m na terénom) je v oblasti ľavostranného zaviazania zaznamenaný nárast hladiny vody v pozorovacích objektoch (P-15, P-17, P-18 a P-19) o cca 7 až 15 m. Existencia tektonických porúch je zjavná aj na vývoji hladiny vody v pozorovacom objekte P-5 (obr.4), ktorý je polohovo i hĺbkovo situovaný do tejto porušenej zóny (obr.3). Tento jav je prevádzkovateľom vodného diela starostlivo sledovaný.
XVII. Okresné dni vody v Michalovciach, 11.-12.apríl 2013 V ostatných pozorovacích objektoch je nárast hladinového režimu podzemných a priesakových vôd menší, pohybuje sa v rozmedzí od 0,5 do 1 m. V oblasti údolnej nivy sa vplyv napustenia nádrže na hladinovom režime prejavil zanedbateľnou mierou aj vďaka zabudovanému drenážnemu systému a drenážnemu účinku odpadného koryta Cirochy. 304 303 302
P5
hladina (m n.m.)
301 300 299 298
P3
297 296 295
17.12.2013
17.12.2012
18.12.2011
18.12.2010
18.12.2009
18.12.2008
19.12.2007
19.12.2006
19.12.2005
19.12.2004
20.12.2003
20.12.2002
20.12.2001
20.12.2000
21.12.1999
21.12.1998
21.12.1997
21.12.1996
22.12.1995
22.12.1994
22.12.1993
22.12.1992
23.12.1991
23.12.1990
23.12.1989
23.12.1988
294
čas (deň - mesiac - rok)
Obr. 4 Trend vývoja hladiny vody v nádrži a v sondách P 5 a P 3 Ďalším dôležitým ukazovateľom vývoja parametrov filtračného pohybu sú vztlaky. Ich vývoj možno hodnotiť ako ustálený, v oblasti základovej škáry heterogénny, vo väčších hĺbkach podložia vztlakomerné vrty D1 – D13 - rovnorodý (obr.5).
350 priemerná hla dina cca 338 m n.m.
ná vodná stra na D2
D12
320
D3
D11
310
D4
D9 D8
D7
D6
290
kóta manometra hl. 2002 ( 337,75 m n.m) hl. 2005 (337,98 m n.m.) hl. 2012 (338,01 m n.m) 2002 2005 2012
D10
vzdušná stra na
300
D5
hladina, vztlak (m n.m.)
330
D13
D1
340
280 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Obr. 5 Vývoj vztlakov v podloží priehrady Starina Z analýzy ich spätosti s hladinou v nádrži vyplýva, že prevažná väčšina krátkych vztlakomerných vrtov, zabudovaných na návodnú stranu injekčnej clony dobre korešponduje s hladinou v nádrži. Pri výraznejších amplitúdach jej kolísania počas roka (viac ako 5 m) sú korelačné súčinitele r > 0,9 preukázané vo väčšine vztlakomerných vrtov. V prípade hlbokých vztlakomerných vrtov na návodnej strane injekčnej clony sú väzby na hladinu v nádrži menej výrazné. Kontinuita medzi vztlakmi na vzdušnej strane injekčnej clony (v oblasti základovej škáry) a hladinou v nádrži sa potvrdila len ojedinelo – v zaviazaniach, príp. vo svahoch údolia. V hlbokých horizontoch vztlaky (na vzdušnej strane injekčnej clony) evidentne nekorešpondujú s hladinou v nádrži. Preukázaná kontinuita vývoja vztlakov na návodnej strane
XVII. Okresné dni vody v Michalovciach, 11.-12.apríl 2013 injekčnej clony s hladinou v nádrži potvrdzuje jej spoľahlivú funkciu a tiež funkčnosť samotného pozorovacieho systému. Skutočnosť, že vztlakomerné vrty na vzdušnej strane injekčnej clony nevykazujú väzbu na hladinový režim v nádrži naznačuje, že dominantným faktorom, vplývajúcim na ich vývoj nie je nádrž, ale tzv. dolná voda, t.j. hladina v odpadnom koryte, resp. hladina podzemných vôd v podhrádzí, ovplyvnená funkciou drenážneho systému. Ďalším ukazovateľom posudzovania bezpečnosti vodného diela sú priesaky. Prezentujú spoľahlivosť funkcie protipriesakových opatrení. Ako vyplýva z obr. 6, priesaky vykazujú ustálený trend vývoja. Ich hodnoty sa pohybujú v rozmedzí 0,3 až 0,5 l/s, sprevádzané vplyvom svahových vôd. V porovnaní s predpokladanými hodnotami 8l/s sú dosahované hodnoty výrazne nižšie. 8
MŠ - 1
7
MŠ - 2
Priesak (l/s)
6 5 4 3 2 1
26.12.12
27.12.11
27.12.10
27.12.09
27.12.08
28.12.07
28.12.06
28.12.05
28.12.04
29.12.03
29.12.02
29.12.01
29.12.00
30.12.99
30.12.98
30.12.97
30.12.96
31.12.95
31.12.94
31.12.93
31.12.92
1.1.92
1.1.91
1.1.90
1.1.89
0
Dátum merania (deň / mesiac / rok)
Obr.6 Vývoj priesakov meraných v pätných drénoch Pre posudzovanie bezpečnosti vodnej stavby z hľadiska filtračnej stability majú významné postavenie maximálne hodnoty filtračných rýchlostí a ich porovnanie s rýchlosťami prípustnými. Tejto problematike venuje prevádzkovateľ vodného diela už od jeho uvedenia do prevádzky náležitú pozornosť. Výsledky meraní a ich analýzy potvrdzujú, že vo väčšine pozorovacích objektov vykazuje filtračný pohyb ustálený trend vývoja. Existujú tu však aj lokálne podoblasti, kde ani po 25 rokoch prevádzky nie je filtračný pohyb konsolidovaný stav. Sú to napr. pozorovacie objekty H-4 (obr.7) P-11A (obr.8), P-13, P-14A a P-19 (obr.9), u ktorých možno aj v súčasnosti evidovať stúpajúci trend vývoja. Napriek tomu, počas doterajšej prevádzky vodného diela nebolo ani v jednom prípade zaznamenané dosiahnutie, ani prekročenie kritickej filtračnej rýchlosti. Z hľadiska posúdenia filtračnej stability možno konštatovať, že v podmienkach priehrady Starina v súčasnosti neexistujú rizikové faktory, ohrozujúce bezpečnosť priehrady. kritická filtračná rýchlosť
1,E-03
Filtračná rýchlosť (m.s-1)
1,E-04
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2012
1,E-05
1,E-06
1,E-07 H-2
H-3
H-4
H-6
H-7
H-7A
H-7B
H-8
H-8A
Obr. 7 Vývoj maximálnych filtračných rýchlostí v telese priehrady a v pokryvných vrstvách podložia
XVII. Okresné dni vody v Michalovciach, 11.-12.apríl 2013
1,E-02
kritická filtračná rýchlosť
Filtračná rýchlosť (m.s-1)
1,E-03
1,E-04
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2012
1,E-05
1,E-06
1,E-07 P-1
P-2
P-3
P-4
P-5
P-6
P-7
P-8
P-9
P-10
P-11
P-11A
Obr. 8 Vývoj maximálnych filtračných rýchlostí v skalnom podklade, v pravostrannej oblasti podložia 1,E-02
kritická filtračná rýchlosť
Filtračná rýchlosť (m.s-1)
1,E-03
1,E-04
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2012
1,E-05
1,E-06
1,E-07 P-12
P-13
P-14
P-14A
P-15
P-16
P-17
P-17A
P-18
P-19
Obr. 9 Vývoj maximálnych filtračných rýchlostí v skalnom podklade, v ľavostrannej oblasti podložia Záver Z krátkeho hodnotenia vodného diela Starina vyplýva, že jeho pozitívne vplyvy jednoznačne prevyšujú negatívne dopady na okolité prírodné a urbanizované prostredie. Otázka záberu pôdy, hluku a prašnosti počas výstavby, nutnosť presídlenia obyvateľov nie je zanedbateľná, pretože sa dotkla cca 3500 obyvateľov. Na druhej strane, zabezpečenie zásob pitnej vody pre cca 390 tisíc obyvateľov, významná protipovodňová ochrana územia pod priehradou, výroba ekologicky čistej elektrickej energie, nadlepšovanie prietokov, dotvorenie krajinného rázu a i. – to sú pozitíva, ktoré nemožno z celospoločenského hľadiska prehliadať. V prospech vodného diela svedčí aj jeho preukázaná bezpečnosť a spoľahlivosť prevádzky. Literatúra Bednárová, E. a kol.: Priehradné staviteľstvo na Slovensku. Originality – míľniky – zaujímavosti. Bratislava, Kuskus 2010, 207 s. Bednárová a kol.: VS Starina – analýza vývoja parametrov filtračného púohybu v roku 2012. ES SVF STU Bratislava, 2012, 103 s. Bednárová,E., Miščík,M.: Význam nádrží a ochranných hrádzí v prevencii pred povodňami, In: Vedecká konferencia. Manažment povodí a povodňových rizík, Častá Papiernička, 2011, ISBN 978-80-89062-83-6, 8 s.
Príspevok je súčasťou riešenia projektu VEGA 1/0318/13
