ENERGIA XXI – Prywatyzacja polskiej energetyki, cz. 4
Dodatek reklamowy do RZECZPOSPOLITEJ.
nr 62 (5532) 14 marca 2000 r.
Zagrożenie dla stopnia wodnego na Wiśle we Włocławku
Wypowiedź prof. dr. hab. inż. Wojciecha Wolskiego, przewodniczącego Sekcji Konstrukcji Hydrotechnicznych Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN
Stopień wodny Włocławek oddano do użytkowania w 1970 roku, pracuje więc już od prawie 30 lat jako pojedynczy obiekt piętrzący, bez przewidywanego podparcia następnym stopniem. Warunki pracy budowli odbiegają więc znacznie od przyjętych w projekcie. Spowodowało to intensywną erozję koryta rzeki poniżej stopnia Włocławek, powiększaną w okresach powodzi. Elektrownia wodna przy stopniu zgodnie z przyjętym szczytowo-interwencyjnym reżimem pracy wywołuje szybkozmienny w czasie ruch wody w korycie rzeki poniżej stopnia. Należy zwrócić uwagę, że zrzut wody w dolne stanowisko w okresach poza szczytem ok. 400 m3/s wzrasta do ponad 2000 m3/s w czasie pracy szczytowej. Ten wzrost następuje w sposób nagły i powoduje w ciągu kilkudziesięciu minut podniesienie się poziomu wody dolnej dochodzące do 2 m.
Pulsacyjne oddziaływanie wody spotęgowało erozję koryta rzeki. Wyniki pomiarów wykazały, że obniżenie dna, a tym samym obniżenie poziomu wody nastąpiło na odcinku ponad 40 km poniżej stopnia.
Największe średnie obniżenie dna przekraczające 2,5 m wystąpiło na ok. 7-kilometrowym odcinku bezpośrednio poniżej stopnia. Dotychczasowe rozmiary erozji w dolnym stanowisku przekroczyły już kilkakrotnie przewidywania projektowe, a wynikające stąd obniżenie poziomu wody w rzece ok. 2,5 – 3,0 m stworzyło warunki, do których obiekty stopnia oraz budowle i urządzenia zlokalizowane poniżej nie zostały przystosowane.
Budowle stopnia znalazły się więc w takiej sytuacji, ze zamiast 11-metrowej różnicy pomiędzy zwierciadłem spiętrzonej wody w zbiorniku a poziomem wody w korycie rzeki poniżej stopnia, muszą utrzymywać parcie wody o wysokości 14 m, tj. ponad 25% większe.
Niekorzystne zjawiska filtracyjne w zaporze i podłożu
Obniżenie się poziomu wody dolnej spowodowało, że procesy filtracji w podłożu i korpusie zapory odbiegają znacznie od przyjętych przy projektowaniu. W wyniku niższego poziomu wody dolnej intensywność filtracji średnia, a tym samym i miejscowa, jest wyższa od projektowanej. Dodatkowym, szczególnie niekorzystnym czynnikiem są znaczne, często zmienne wahania poziomu dolnej wody spowodowane pracą elektrowni. W ich wyniku filtracja ma w rejonie zapory pulsacyjny charakter.
Przy niekorzystnej budowie geologicznej, związanej z silnie zaburzonym układem warstw gruntów o różnej przepuszczalności oraz braku uszczelnień podłoża, zjawiska związane z filtracją wody nabierają pierwszoplanowego znaczenia jako potencjalne zagrożenie.
Przeprowadzone okresowe badania wykazały, że zarówno w korpusie zapory, jak też w powierzchniowych warstwach podłoża postępuje stopniowa degradacja gruntów w postaci rozluźnień spowodowanych wynoszeniem przez filtrującą wodę cząstek gruntu. Strefy rozluźnień występują lokalnie, lecz w niemal całej odpowietrznej części korpusu zapory. Efektem zmniejszenia stopnia zagęszczenia (rozluźnieniem) jest pogorszenie mechanicznych własności gruntu, oraz co ma szczególne znaczenie w budowlach hydrotechnicznych, możliwość tzw. upłynnienia gruntu polegającego na krótkotrwałym obniżeniu wytrzymałości gruntu do wartości bliskich zeru. Temu zjawisku, które może wystąpić wyłącznie w gruncie rozluźnionym, towarzyszą znaczne przemieszczenia mas gruntu – spływy skarp lub duże, niekiedy katastrofalne osiadania budowli. Z tego względu występowanie większych stref gruntów w stanie luźnym poniżej zwierciadła wody stwarza poważne zagrożenie dla stateczności obiektów i jest sygnałem wskazującym na konieczność podjęcia odpowiednich środków zabezpieczających. Należy zwrócić uwagę, że długotrwałe, postępujące w czasie rozluźnienie gruntów w wyniku filtracji wody było przyczyną poważnej awarii skarpy w rejonie Elektrowni Wodnej w Dychowie (1998 r.)
Przeprowadzone w roku 1999 badania w kilkunastu przekrojach poprzecznych zapory stopnia Włocławek wykazały, że strefy rozluźnień nie są na razie tak obszerne, aby już obecnie w niebezpiecznym stopniu zagrażać stateczności zapory, jednakże postępujący w czasie rozwój tych stref, co wynika z kolejnych badań, może stworzyć wkrótce bardzo poważne zagrożenie.
Uszkodzenie w dolnym stanowisku stopnia
Przy przejściu wód powodziowych i zrzucie lodów przez jaz wystąpiły już wielokrotnie uszkodzenia umocnień i rozmycia denne, których usunięcie byłoby niezmiernie kosztowne. Z tego względu praktycznie po każdorazowym przejściu wód powodziowych dolne stanowisko wymaga doraźnej naprawy. Stwierdzono występowanie kawern i rozluźnień w podłożu płyt ubezpieczających dolne stanowisko jazu. Pozostawienie ubezpieczeń w aktualnym stanie grozi ich uszkodzeniem i może być początkiem awarii, szczególnie przy przejściu fali powodziowej. Również poniżej elektrowni obserwuje się głębokie rozmycia dna rzeki.
Pogorszenie stateczności obiektów stopnia
Obniżenie poziomu wody dolnej wywołało, szczególnie przy małych przepływach, znaczne zwiększenie sił poziomych działających na budowle, tj. jaz, śluzę i elektrownię, tym samym współczynniki stateczności tych budowli uległy obniżeniu, zbliżając się niebezpiecznie do wartości minimalnych. Obliczenia sprawdzające stateczność jazu na poślizg wykonane dla przypadku remontowego, tj. najmniej korzystnego, wykazały wartości równe dopuszczalnym, a dla elektrowni wartości większe od minimalnie dopuszczalnych jedynie o kilka procent. Przy dalszym wzroście obciążenia może się okazać, że ewentualny remont budowli wymagać będzie kosztownych zabiegów zapewniających bezpieczne warunki wykonania robót.
Niekorzystne warunki pracy stopnia wodnego Włocławek powodują pogarszanie się ogólnego stanu jego obiektów i zmniejszają bezpieczeństwo jego funkcjonowania. Rozmycia poniżej stopnia i związane z tym obniżenie poziomu dolnej wody powodują nie tylko pogorszenie warunków ogólnej stateczności, lecz również sufozję (wewnętrzną erozję) w podłożu i korpusie zapory. Jest to zjawisko szczególnie groźne, bowiem trudne do wykrycia, może powodować lokalne zagrożenia stateczności w wyniku tzw. upłynnienia gruntu. Dla ograniczenia niekorzystnych zjawisk występujących w rejonie stopnia wodnego Włocławek prowadzone były w całym okresie eksploatacji i są prowadzone dotychczas różnego rodzaju działania zaradcze. Działania takie, jak np. zrealizowany próg poniżej jazu i elektrowni mają jednakże wyłącznie charakter działań doraźnych, skutecznych jedynie w ograniczonym przedziale czasowym. Tylko budowa kolejnego stopnia w rejonie Nieszawy poniżej Włocławka zapewni w trwały sposób bezpieczne warunki pracy zarówno obiektów stopnia Włocławek, jak i budowli oraz urządzeń na odcinku rzeki podlegającym obecnie wzmożonym procesom erozyjnym. Odwlekanie lub zaniechanie podjęcia decyzji o przystąpieniu do realizacji tego przedsięwzięcia może w perspektywie najbliższych lat doprowadzić do katastrofy budowlanej o rozmiarach zagrażających życiu wielu ludzi i powodujących ogromne straty gospodarcze oraz katastrofę ekologiczną zarówno w dolinie Wisły poniżej Włocławka, jak i na obszarze od Włocławka do Płocka.