Awarie i katastrofy zapór – zagrożenia, ich przyczyny i skutki oraz

Awarie i katastrofy zapór
– zagrożenia, ich przyczyny i skutki
oraz działania zapobiegawcze
Praca zbiorowa
pod redakcją Krzysztofa Fiedlera
INSTYTUT METEOROLOGII I GOSPODARKI WODNEJ
Warszawa 2007
Spis treści
Od autorów ...........................................................................................................................
7
1. Wstęp ................................................................................................................................
1.1. Wprowadzenie ..................................................................................................
8
8
1.2. Statystyka katastrof zapór ............................................................................................
9
2. Przykłady katastrof – przyczyny i skutki ...............................................................
11
2.1. Katastrofy spowodowane błędami posadowienia w niekorzystnych warunkach
geologicznych lub geotechnicznych ...................................................................................
2.1.1. Zapora Puentes w Hiszpanii (30 IV 1802) ........................................................
2.1.2. Zapora Austin w Pensylwanii (USA – 30 IX 1911) ..........................................
2.1.3. Zapora St. Francis w Kalifornii (USA – 12 III 1928) .......................................
2.1.4. Zapora Malpasset we Francji (2 XII 1959) .......................................................
2.1.5. Zapora Vajont we Włoszech (9 X 1963) ...........................................................
2.1.6. Zbiornik Baldwin Hills w Kalifornii (USA – 14 XII 1963) ..............................
2.1.7. Zapora Teton w stanie Idaho (USA –5 VI 1976) ..............................................
2.1.8. Podsumowanie ..................................................................................................
2.2. Zniszczenia zapór wywołane przelaniem wody przez koronę .....................................
2.2.1. Zapora South Fork w Pensylwanii (USA – 31 V 1889) ....................................
2.2.2. Zapora Sella Zerbino we Włoszech (13 VIII 1935) ..........................................
2.2.3. Zapora w Rejowie na Kamionce (1937) ...........................................................
2.2.4. Zapory Banqiao i Shimantan w Chinach (8 VIII 1975) ....................................
2.2.5. Zapory Oliviera i Da Cunha w Brazylii (19 I 1977) .........................................
2.2.6. Zapora zbiornika retencyjnego w Łomży (10 VI 1979) ....................................
2.2.7. Zapora w Górowie Iławeckim (2 II 2000) ........................................................
2.2.8. Kanał Raduni w Gdańsku (9 VII 2001) ............................................................
2.2.9. Grodza budowlana zapory Wióry na Świślinie (25 VII 2001) ..........................
2.2.10. Podsumowanie ................................................................................................
2.3. Katastrofy spowodowane błędami konstrukcji zapory ................................................
2.3.1. Zapora Bouzey w Wogezach (Francja – 27 IV 1895) .......................................
2.3.2. Zapora Davis w USA (28 VI 1914) ..................................................................
2.3.3. Zapora Gleno we Włoszech (1 XII 1923) .........................................................
2.3.4. Zapora Vega de Tera w Hiszpanii (10 I 1959) ..................................................
2.3.5. Staw aeracyjny w Kluczach pod Olkuszem (12 I 1977) ...................................
2.3.6. Zapora na Wadi Qattarah w Libii (21 XII 1977) ...............................................
2.3.7. Zbiornik Seminary Hill w stanie Washington (USA – 5 X 1991) ....................
2.3.8. Skarpa elektrowni w Dychowie (23 IV 1997) ..................................................
2.3.9. Podsumowanie ..................................................................................................
11
11
12
12
14
17
22
25
26
27
27
28
29
29
31
31
33
35
37
39
39
39
40
41
42
44
45
47
47
48
3
2.4. Katastrofy wywołane działaniami wojennymi ............................................................
2.4.1. Wysadzenie obwałowań Huang-ho w Chinach (1937) .....................................
2.4.2. Zapora Dnieproges na Ukrainie (IX 1941 oraz X 1943) ...................................
2.4.3. Zapora Möhne w Niemczech (17 V 1943) ........................................................
2.4.4. Zapora Peruća w Chorwacji (28 I 1993) ...........................................................
2.4.5. Podsumowanie ..................................................................................................
2.5. Katastrofy wywołane przez zjawiska sejsmiczne ........................................................
2.5.1. Zapory Van Normana w Kalifornii (USA – 9 II 1971) .....................................
2.5.2. Zapora Shi-Kang na Tajwanie (21 IX 1999) .....................................................
2.5.3. Podsumowanie ..................................................................................................
2.6. Awarie urządzeń upustowych ......................................................................................
2.6.1. Wprowadzenie ...................................................................................................
2.6.2. Przyczyny i przykłady niesprawności zamknięć upustów .................................
2.6.3. Podsumowanie ...................................................................................................
2.7. Katastrofy składowisk odpadów ..................................................................................
2.7.1. Wprowadzenie ...................................................................................................
2.7.2. Składowisko popiołów w Skawinie (4 IX 1964) ...............................................
2.7.3. Sześć składowisk w Chile (28 III 1965) ............................................................
2.7.4. Hałda w Aberfan (Walia – 21 X 1966) ..............................................................
2.7.5. Zapora zbiornika poflotacyjnego Iwiny (13 XII 1967) ......................................
2.7.6. Składowisko popiołów elektrowni ZA w Kędzierzynie (1971) .........................
2.7.7. Składowisko popiołów elektrowni Blachownia Śląska (IV 1971) ....................
2.7.8. Składowisko odpadów fluorytowych Stava (Włochy – 19 VII 1985) ...............
2.7.9. Składowisko Los Frailes (Hiszpania – 24 IV 1998) ..........................................
2.7.10. Składowisko odpadów toksycznych Baia Mare (Rumunia – 30 I 2000) .........
2.7.11. Składowisko odpadów po płukaniu węgla Inez (Kentucky, USA – 11 X 2000)
2.7.12. Podsumowanie .................................................................................................
49
49
49
50
52
53
53
53
54
55
56
56
56
58
58
58
61
61
62
62
65
66
67
69
71
71
71
3. Zarys nauki o bezpieczeństwie ..........................................................................
73
3.1. Wprowadzenie .............................................................................................................
3.2. Omówienie pojęć podstawowych ................................................................................
3.3. Teoria bezpieczeństwa .................................................................................................
3.3.1. Wstęp .................................................................................................................
3.3.2. Omówienie aksjomatów teorii bezpieczeństwa .................................................
73
74
77
77
77
4. Metody określania stanu bezpieczeństwa zapór ..............................................
85
4.1. Wprowadzenie .............................................................................................................
4.2. Metody deterministyczne ............................................................................................
4.3. Metody probabilistyczne .............................................................................................
4.4. Metody półprobabilistyczne ........................................................................................
4.5. Metody numeryczne ....................................................................................................
4.6. Metody statystyczne ....................................................................................................
4.7. Graficzne metody interpretacyjne ...............................................................................
4.8. Metody zbiorów rozmytych .........................................................................................
85
86
88
89
91
91
94
94
5. Analiza ryzyka w ocenie stanu bezpieczeństwa zapór i działaniach zabezpieczających .............................................................................................................
5.1. Wprowadzenie .............................................................................................................
5.2. Pojęcia podstawowe ....................................................................................................
5.3. Elementy składowe analizy ryzyka .............................................................................
5.3.1. Zasady analizy ...................................................................................................
5.3.2. Analiza jakościowa – metoda drzewa zdarzeń ..................................................
5.3.3. Analiza jakościowa – metoda bezpośrednia ......................................................
4
95
95
96
97
97
98
99
5.3.4. Analiza ilościowa ..............................................................................................
5.3.5. Ocena ryzyka .....................................................................................................
5.4. Zarządzanie ryzykiem .................................................................................................
5.5. Wykorzystanie metody ryzyka dla zapór na świecie ...................................................
5.6. Oceny stanu bezpieczeństwa a analiza ryzyka ............................................................
5.6.1. Wprowadzenie ...................................................................................................
5.6.2. Uszeregowanie ryzyka zapór .............................................................................
5.6.3. Oceny konsekwencji ..........................................................................................
5.6.4. Niepewność .......................................................................................................
5.6.5. Ludzkie błędy ....................................................................................................
5.7. Podsumowanie .............................................................................................................
100
101
103
104
105
105
106
106
106
108
109
6. Analiza wstecz .....................................................................................................
110
6.1. Wprowadzenie .............................................................................................................
6.2. Przykłady zastosowania analizy wstecz w hydrotechnice ...........................................
6.2.1. Budowla upustowa zapory w Mietkowie ...........................................................
6.2.2. Zapora ziemna w Mietkowie .............................................................................
6.2.3. Zapora ziemna w Jeziorsku ...............................................................................
6.2.4. Stabilizacja osuwiska zbocza w Laskowej ........................................................
6.2.5. Awaria składowiska w Skawinie (4 XII 1964) ..................................................
6.2.6. Katastrofa zapory składowiska w Iwinach (13 XII 1967) .................................
6.2.7. Wzmocnienie zapory łukowej Kölnbrein w Austrii ..........................................
6.2.8. Zjawiska filtracyjne w rejonie elektrowni w Dychowie ....................................
6.2.9. Zapora narzutowa Monasavu (Fidżi) .................................................................
6.3. Wnioski .......................................................................................................................
110
111
111
112
113
114
118
119
120
122
124
125
7. Techniczna kontrola i ocena stanu zapór .........................................................
126
7.1. Techniczna kontrola zapór ...........................................................................................
7.1.1. Wprowadzenie ...................................................................................................
7.1.2. Zadania technicznej kontroli zapór ....................................................................
7.1.3. Zjawiska obserwowane ......................................................................................
7.1.4. Zasady akwizycji i archiwizacji danych (monitoring) .......................................
7.1.5. Analiza i interpretacja zebranych danych ..........................................................
7.1.6. Oceny stanu technicznego i bezpieczeństwa .....................................................
7.1.7. Ocena stanów zagrożenia ..................................................................................
7.2. Pomiary i obserwacje ..................................................................................................
7.2 1. Pomiary przemieszczeń .....................................................................................
7.2.2. Technologia GPS w pomiarach kontrolnych budowli hydrotechnicznych ........
7.3. Pomiary i obserwacje filtracji ......................................................................................
7.3.1. Wprowadzenie ...................................................................................................
7.3.2. Urządzenia pomiarowe ......................................................................................
7.4. Obserwacje i kontrola urządzeń upustowych ..............................................................
7.5. Inne pomiary i obserwacje ...........................................................................................
126
126
127
127
129
129
129
130
130
130
134
140
140
140
141
142
8. Systemy ostrzegania ...........................................................................................
143
8.1. Zadania sygnalizacji ostrzegawczej .............................................................................
8.2. Zasady funkcjonowania systemów ostrzegawczo-alarmowych ..................................
8.2.1. Wprowadzenie ...................................................................................................
8.2.2. Wymagania dotyczące aparatury i systemów ostrzegania .................................
8.2.3. Sygnalizacja i zasady postępowania w przypadku zagrożenia ..........................
8.3. Sygnalizacja wartości dopuszczalnych i granicznych .................................................
8.3.1. Założenia ogólne ................................................................................................
8.3.2. Określanie dopuszczalnych i granicznych wartości zachowania się budowli ...
8.3.3. Sygnalizacja dopuszczalnych i granicznych wartości przemieszczeń ...............
143
144
144
148
150
151
151
153
154
5
8.3.4. Sygnalizacja dopuszczalnych i granicznych wartości poziomów wody
i wydatków drenaży ..................................................................................................... 156
8.4. Osłona hydrologiczna .................................................................................................. 157
8.4.1. Zadania osłony hydrologicznej .......................................................................... 157
8.4.2. Osłona w małych zlewniach .............................................................................. 157
8.4.3. Osłona w dużych zlewniach .............................................................................. 158
9. Automatyczne systemy technicznej kontroli zapór (ASTKZ) ........................
159
9.1. Wprowadzenie .............................................................................................................
9.2. Doświadczenia światowe w świetle materiałów XX Kongresu Wielkich Zapór ........
9.2.1. Trendy w automatycznych systemach zbierania i przetwarzania danych ..........
9.2.2. Niezawodność aparatury a powodzenie monitoringu zapór ..............................
9.2.3. Przykłady sieciowych rozwiązań automatycznych systemów kontroli zapór ...
9.3. Aparatura, czujniki i urządzenia instalowane i stosowane w ASTKZ w Polsce .........
9.3.1. Wstęp .................................................................................................................
9.3.2. Czujniki i urządzenia do pomiaru i obserwacji poziomów i ciśnienia wody
oraz wydatków filtracji i przecieków ..........................................................................
9.3.3. Czujniki i urządzenia do pomiarów przemieszczeń liniowych i kątowych .......
9.3.4. Czujniki i urządzenia METEO ..........................................................................
9.3.5. Mierniki i rejestratory pomiarowe .....................................................................
9.3.6. Doświadczenia z pracy ASTKZ na obiektach wodnych w Polsce ....................
159
162
162
166
167
169
169
170
173
177
178
178
10. Organizacja technicznej kontroli zapór ...........................................................
184
10.1. Modele zarządzania bezpieczeństwem zapór w wybranych państwach .....................
10.1.1. Francja ............................................................................................................
10.1.2. Wielka Brytania ..............................................................................................
10.1.3. Austria .............................................................................................................
10.1.4. Hiszpania .......................................................................................................
10.1.5. Norwegia .........................................................................................................
10.1.6. Szwajcaria .......................................................................................................
10.1.7. Chile ................................................................................................................
10.1.8. Podsumowanie ................................................................................................
10.2. Aktualny stan i propozycje zarządzania bezpieczeństwem zapór w Polsce ...............
10.2.1. Stan aktualny ...................................................................................................
10.2.2. Propozycje rozwiązań legislacyjnych .............................................................
10.2.3. Przepływ informacji ........................................................................................
184
184
185
186
188
189
191
192
192
193
193
194
196
11. Podsumowanie ............................................................................................................... 197
Wykorzystane materiały ................................................................................................... 198
Załącznik ............................................................................................................................... 210
6