Concluzii/ Recomandări principale

[1] Depatament Situatii de Urgenta Administrația Națională Apele Române

[2] Federația Europeană a Asociațiilor de Inginerie și Consultanță (www.efcanet.org)

[3] Universitatea Tehnică de Construcții București

MODELARE MATEMATICĂ AVANSATĂ ȘI SOLUȚII TEHNICE

Florentina IONIȚĂ¹, Petruța ISOFACHE², Cristina RIZEA¹, Mihai DOBROVĂȚ²

¹ – JBA Consult Europe, ² – AQUAPROIECT

Rezumat (RO)

Articolul prezintă proiectul de reabilitare a liniei de apărare împotriva inundațiilor de pe sectorul Dunării Hârșova–Ciobanu, implementat prin PNRR. În urma unor analize complexe și modelări matematice (hidraulice și geotehnice), s-au identificat vulnerabilități semnificative, mai ales în zona Vadu Oii, unde infiltrațiile pun în pericol integritatea digului. Au fost analizate trei opțiuni tehnice, fiind aleasă opțiunea de reabilitare a structurală completă (Opțiunea B), ce presupune lucrări definitive de etanșare și consolidare. Soluția aleasă oferă un grad ridicat de protecție împotriva viiturilor, este sustenabilă și compatibilă cu normele din Romania dar și cu cerințele europene. Reabilitarea digului Hârșova–Ciobanu este o lucrare importantă care va contribui la siguranța locală și la dezvoltarea durabilă a regiunii.

Abstract (EN)

The paper presents the rehabilitation project of the flood protection embankment on the Hârșova–Ciobanu section of the Danube, implemented through the National Recovery and Resilience Plan (PNRR). Following complex analyses and mathematical modelling (both hydraulic and geotechnical), significant vulnerabilities were identified, especially in the Vadu Oii area, where infiltrations threaten the integrity of the embankment. Three technical options were analyzed, with Option B – full structural rehabilitation – being selected, involving definitive sealing and reinforcement works. The chosen solution offers a high level of protection against floods, is sustainable, and complies with both Romanian standards and European requirements. The rehabilitation of the Hârșova–Ciobanu embankment is a vital project that will contribute to local safety and the sustainable development of the region.

Cuvinte cheie: Fluviul Dunărea, risc la inundații, infiltrații, reabilitare, incintă îndiguită

1.      Introducere

Proiectul ”Reabilitare linie de apărare la Dunăre pe sectorul Hârșova – Ciobanu, jud. Constanța” este unul dintre proiectele realizate recent prin Planul Național de Redresare și Reziliență (PNNR) având ca beneficiar final Administrația Bazinală de Apă Dobrogea – Litoral. Consorțiul de consultanți format din JBA Consult Europe și Aquaproiect a realizat Studiul de Fezabilitate și studiile de specialitate asociate acestuia.

Lucrările de reabilitare în contextul PNRR (Planul Național de Redresare și Reziliență) presupun modernizarea și consolidarea infrastructurii critice, precum diguri de apărare și baraje, pentru a răspunde atât cerințelor de siguranță la inundații, cât și obiectivelor de creștere a rezilienței la schimbări climatice și dezastre naturale. Prin reformele asumate prin PNRR, aceste lucrări vizează reducerea vulnerabilităților, protejarea populației și a bunurilor precum și asigurarea dezvoltării sustenabile în conformitate cu cerințele europene. Reabilitarea sectorului Hârșova – Ciobanu se încadrează în măsurile de investiții pentru gestionarea riscului, creșterea siguranței și îmbunătățirea managementului apei la nivel național.

Digul Hârșova – Ciobanu (Figura 1) se află pe malul drept al Fluviului Dunărea având lungimea de 17,65 km și protejând împotriva inundațiilor localitățile Vadu Oii și Ciobanu dar și incinta agricolă. Conform Strategiei Naționale pentru Managementul Riscului la Inundații, digul trebuie să asigure protecția la inundații corespunzător debitului maxim cu probabilitatea anuală de depășire de 1%.

Necesitatea reabilitării se impune prin apariția unor fenomene de infiltrații semnificative ale apei în corpul și fundația digului identificate pe durata de exploatare a lucrării și confirmate de expertiza tehnică realizată în 2022. Deși digul nu a înregistrat depășiri ale coronamentului pe durata viiturilor istorice, aceste infiltrații pun în pericol siguranța zonei protejate prin existența riscului de cedare a digului și apariția unei breșe. Intervențiile sunt pe deplin justificate de obiectivele PNRR privind reziliența infrastructurii critice și respectă pe deplin prevederile legale in vigoare. Măsurile de reabilitare vizează în principal consolidarea structurală a digului dar și aducerea la cotă a coronamentului acestuia, cu precădere pe sectoarele unde s-au remarcat tasări care implicit duc la o gardă de siguranță insuficientă.

Articolul își propune să prezinte detaliat procesul tehnic pe care îl parcurge un studiu de fezabilitate realizat la standarde înalte, care presupune analize complexe și modele matematice care să fundamenteze deciziile adoptate prin proiectare.

Figura 1 – Amplasamentul digului de apărare

1.      Incidente în exploatarea digului

Cele mai importante viiturii istorice produse pe Fluviul Dunărea și care au avut un impact semnificativ asupra liniei de apărare au avut loc în:

• Anul 1970 – considerată  una dintre cele mai grave viituri din secolul XX în Romania și care a avut ca rezultat ruperea mai multor diguri din linia de apărare la Dunăre;
• Anul 2006 –  considerată ca una dintre cele mai severe viituri din ultimele decenii, a determinat niveluri record ale Dunării în sud-estul României, punând presiune enormă pe infrastructura de apărare împotriva inundațiilor.
• Anul 2010 – viitura a afectat mai ales râurile interioare, dar a avut impact indirect și asupra digurilor de la Dunăre, prin creșterea nivelului freatic și infiltrarea apei in incintele apărate.

Digul de apărare Hârșova–Ciobanu reprezintă o componentă importantă a infrastructurii de protecție împotriva inundațiilor de pe sectorul inferior al Dunării. Acesta este amplasat pe malul drept al fluviului Dunărea, extinzându-se parțial și pe brațul Măcin, între localitățile Hârșova, Vadu Oii și Ciobanu, în nord-vestul județului Constanța. Construit în anul 1963, obiectivul principal al digului a fost apărarea zonelor agricole de pe teritoriul menționat, în special împotriva efectelor distructive ale inundațiilor provocate de viiturile Dunării.

Zona de protecție asigurată de dig include o suprafață totală de 4.721 ha, localitățile Hârșova, Vadu Oii și Ciobanu și infrastructura rutieră adiacentă, inclusiv tronsoane din drumul european E60 și alte artere locale de interes strategic. Conform STAS 4068/2-87,  Digul Hârșova – Ciobanu se încadrează în clasa de importanță IV dimensionat pentru un debit de calcul cu probabilitatea de 5 %  (condiții normale de exploatare) și verificat la probabilitatea de depășire de 1% (condiții speciale de exploatare). Conform STAS 4273-83 pentru „Încadrarea în clase de importanță”  la punctul 2.5 Construcții hidrotehnice pentru apărarea terenurilor agricole împotriva efectului distructiv al apelor, digul se încadrează în categoria de importanță 4 pentru suprafețe apărate sub 20.000 ha.

Digul de protecție Hârșova–Ciobanu, aflat în exploatare din anul 1963, și-a îndeplinit corespunzător rolul de apărare împotriva inundațiilor în timpul viiturilor majore care au avut loc de-a lungul timpului. Digul a funcționat eficient în perioadele de viituri majore, inclusiv în anii 2006 și 2010, fără ca nivelul apei să depășească cota coronamentului.

Deficiență gravă identificată și nerezolvată integral până în prezent constă în prezența infiltrațiilor în zona protejată, în amonte de localitatea Vadu Oii, semnalate pentru prima dată în iulie 2010 la 4–5 m de baza banchetei digului pe o lungime de circa 100.00 m respectiv 50.00 m și o lățime de circa 10.00 m. Cauze asociate care au determinat acest fenomen de infiltrații au fost nivelul freatic ridicat în zona Vadu Oii, colmatarea canalelor de desecare și nefuncționalitatea stațiilor de pompare administrate de ANIF – Filiala Constanța din cauza unor defecțiuni tehnice.

Au fost identificate și alte deficiențe cauzate de exploatarea îndelungată și de tranzitarea viiturilor repetate, și anume:

• Fisuri longitudinale și transversale în corpul digului, cauzate de presiuni hidraulice ridicate exercitate în perioadele de viitură;
• Infiltrații și apariția de izvoare pe taluzul uscat, semnalând o posibilă compromitere a stratului de impermeabilizare, ceea ce pune în pericol integritatea structurală a corpului digului;
• Tasări neuniforme ale coronamentului, observate în special la nivelul rampelor de acces auto și pe coronamentul bermei de acces situate pe taluzul interior;
• Procese de eroziune a taluzului, în special în sectoarele aflate în vecinătatea cursurilor de apă secundare sau a canalelor de evacuare, ceea ce reduce stabilitatea taluzului și eficiența în exploatare;
• Prezența găurilor de rozătoare și vizuini de animale, care pot contribui semnificativ la compromiterea secțiunii structurale prin formarea de căi preferențiale de infiltrație și slăbirea coeziunii materialelor de umplutură.

Conform Rapoartelor de sinteză 2014–2023, seria de evenimente extreme și repetate confirmă vulnerabilitatea infrastructurii existente de apărare împotriva inundațiilor și justifică implementarea măsurilor structurale definitive, în conformitate cu prevederile Strategiei de management a riscului la inundații și ale Directivei Inundații 2007/60/CE.

Opțiunea de reabilitare completă a digului Hârșova–Ciobanu se fundamentează astfel atât pe rezultatele expertizei tehnice, cât și pe experiențele concrete de intervenție în situații de urgență.

2.      Evaluarea capacității de transport a digului prin modelare hidraulică

Pentru a determina nivelurile maxime ale apei corespunzătoare debitelor de dimensionare și în vederea susținerii etapei de proiectare în propunerea soluției de reabilitare a digului, a fost realizat un model hidraulic bidimensional (2D) riguros calibrat, utilizând softul HEC-RAS, care să evalueze situația actuala a digului la debitele actualizate furnizate de INHGA. Deoarece digul de interes se află în imediata vecinătate a confluenței dintre multiple brațe alte fluviului (zona Hârșova), pentru o simulare precisă a dinamicii Fluviului Dunărea pe acest sector intens ramificat și pentru posibilitatea realizării unui model calibrat, acesta a fost extins pe întreg sectorul Chiciu Călărași – aval de localitatea Vadu Oii, incluzând două stații hidrometrice.

Acuratețea calculelor hidraulice realizate este confirmată prin procesul complex de calibrare realizat. Modelul a fost calibrat folosind date de la stațiile hidrometrice Cernavodă și Vadu Oii aflate pe sectorul de interes, calibrarea fiind realizată atât pe cheile limnimetrice cât și pe hidrografele evenimentului istoric extrem produs în 2006. Comparația dintre cheile limnimetrice măsurate și cele simulate indică o foarte bună concordanță la ambele stații (Figura 2). Această calibrare a avut la bază adoptarea unor valori de rugozitate care reflectă corect specificul sectorului.

Figura 2 – Comparație chei limnimetrice, modelat vs INHGA – S. h. Vadu Oii și s.h. Cernavodă

Pentru confirmarea suplimentară a robusteții modelului, s-a realizat o calibrare pe baza viiturii istorice din 2006. Compararea hidrografului de debit și de nivel la stația Vadu Oii demonstrează faptul că modelul reproduce fidel viitura înregistrată (Figura 3).

Figura 3 – Comparația hidrografelor de debit și de nivel, viitură 2006 INHGA vs modelat – S.h. Vadu Oii

Au fost simulate scenarii de viitură cu probabilități anuale de depășire de 10%, 1% și 0.1%, precum și scenarii specifice corespunzătoare condițiilor de schimbări climatice. De asemenea, a fost analizat și un scenariu de rupere a digului, cu breșa plasată în zona vulnerabilă identificată (Vadu Oii). Figura 4 prezintă comparația zonelor maxime inundabile rezultate din modelarea situației actuală de amenajare pentru probabilitățile de depășire de 10%, 1% și 0.1% respectiv scenariu de schimbări climatice care indică faptul că digul de apărare asigură protecția la inundații chiar și în cazul unor evenimente hidrologice extreme.

Figura 4 – Limite de inundabilitate corespunzător debitelor cu probabilitățile de 10%, 1%, 1%CC și 0.1%

Ca urmare a avariilor apărute în exploatarea digului, a fost analizat și un scenariu de cedare a digului prin apariției unei căi de infiltrații prin corpul acestuia în zona Vadu Oii. Locația și parametrii selectați în modelarea breșei sunt în concordanță cu “Normativul privind analiza şi evaluarea riscului asociat barajelor, indicativ NP 132-2011” și cu caracteristicile zonei vulnerabile a digului. Figura 5 arată ca în ipoteza cedării digului toata incinta apărată s-ar inunda complet.

Figura 5 – Zona maxim afectată Q1% – situația actuală versus ipoteza rupere dig

Modelarea hidraulică a indicat faptul că digul de apărare Hârșova-Ciobanu nu prezintă o problematică de capacitate de transport sau deversare ci de vulnerabilitate constructivă semnalată de-a lungul timpului prin apariția unor probleme de infiltrații în corpul și în fundația digului. Această problematică a fost studiată mai departe printr-un calcul specific de infiltrații.

3.      Soluția tehnică propusă

Propunerea și selectarea soluției tehnice pentru reabilitarea digului a presupus de asemenea un proces complex de identificare a mai multor opțiuni viabile, evaluarea acestora în cadrul unei analize de opțiuni și a unei analize multi-criteriale în vederea determinării soluției optime din punct de vedere tehnic dar și al costurilor și beneficiilor. Soluția tehnică a fost de asemenea fundamentată prin modelarea măsurilor propuse într-un model geotehnic de calcul al infiltrațiilor prin dig pre și post implementare măsuri care evaluează eficiența măsurilor în reducerea fenomenului de infiltrații.

3.1.   Analiza de opțiuni

În cadrul analizei de opțiuni au fost evaluate trei scenarii strategice, după cum urmează:

A. Reabilitarea minimală a lucrărilor existente

Această opțiune presupune punerea provizorie în siguranță a incintei îndiguite, prin măsuri rapide și localizate, aplicate în sectoarele critice ale digului, în special în contextul unor avertizări hidrologice de ape mari sau viituri iminente.

Tipurile de lucrări vizate includ:

• Înălțarea coronamentului digului în zonele afectate de tasări, utilizând saci umpluți cu pământ / nisip sau geocontainere, pentru a evita depășirea digului de către apele de viitură;
• Montarea de ziduri din palplanșe metalice, pe sectoarele vulnerabile, pentru asigurarea etanșeității și stabilității structurii de apărare în fața presiunii apei;
• Execuția de diguri provizorii din geocontainere, în zonele unde s-au identificat infiltrații sau grifoane, cu scopul de a limita pătrunderea apei în corpul digului și de a preveni eroziunea internă.

Aceste măsuri temporare sunt concepute pentru a asigura protecția imediată a incintei până la realizarea unor lucrări definitive de reabilitare, necesitând existența unui stoc pregătit de materiale și echipamente de intervenție și un plan operațional clar pentru mobilizarea rapidă a resurselor în cazul emiterii unor avertizări hidrologice.

B. Reabilitarea structurală completă a liniei de apărare

Această opțiune constă în realizarea unor lucrări definitive, menite să asigure punerea în siguranță pe termen lung a digului și să aducă linia de apărare la un nivel corespunzător de performanță structurală și hidraulică.

Intervențiile propuse vizează întreaga structură a digului, atât la nivelul corpului, cât și al fundației acestuia, și includ următoarele categorii de lucrări:

• Refacerea geometriei și a secțiunii bermei aval, în zonele în care s-au constatat tasări, eroziuni sau degradări cauzate de circulația auto, care au condus la reducerea cotei coronamentului;
• Reabilitarea digului și a fundației în zona localității Vadu Oii, unde s-au produs infiltrații asociate fenomenului de băltire în perioade de ape mari.

Pentru refacerea etanșeității corpului și a fundației digului, se propun două soluții tehnice:

• Etanșare verticală cu palplanșe metalice, instalate de pe coronamentul digului, încastrate minim 1.00 m în terenul bun de fundare asigurând astfel o barieră eficientă împotriva infiltrațiilor în corpul și la baza digului.
  • Etanșare combinată pe paramentul amonte și la baza digului constând din pereu din beton armat realizat pe paramentul amonte pentru protecție la eroziune și pierderi de material și ecran de etanșare din noroi autoîntăritor (bentonită sau material similar), executat la baza pereului, pentru blocarea infiltrării prin fundație.

Această abordare vizează creșterea durabilității și a gradului de siguranță al liniei de apărare, conform standardelor actuale și cerințelor Directivei Inundații.

C. Dezafectarea digului existent și implementarea unor soluții alternative

Această opțiune presupune renunțarea parțială sau totală la actualul sistem de apărare împotriva inundațiilor și reconfigurarea schemei de protecție prin soluții alternative, moderne, adaptate la principiile de adaptare la schimbările climatice și de reconectare a râurilor cu zonele umede naturale.

Principalele lucrări propuse includ:

• Demolarea corpului de dig și evacuarea materialului rezultat către un depozit autorizat, cu respectarea normelor de protecție a mediului;
• Montarea de baraje/diguri gonflabile sau alte structuri mobile, care pot fi activate temporar în caz de viitură, pentru a asigura protecția localităților Hârșova, Vadu Oii și Ciobanu, precum și a terenurilor agricole din zonă;
• Dezafectarea parțială a digului, pe tronsoanele unde nu sunt amplasate obiective majore, cu scopul de a restabili lunca naturală a fluviului, reface ecosisteme specifice, precum zone umede, păduri ripariene și lacuri temporare sau pentru a transforma o parte din incinta îndiguită într-o zonă de absorbție controlată, capabilă să atenueze vârfurile de viitură și să contribuie la gestionarea durabilă a apelor.

Această variantă propune o schimbare de paradigmă, axată pe reducerea riscului la inundații prin utilizarea spațiului natural de expansiune a apelor, în locul reținerii lor prin structuri rigide.

Opțiunea este în linie cu abordările ecologice actuale („nature-based solutions”) promovate de strategiile europene de adaptare la schimbările climatice și de management integrat al riscului la inundații.

Prin urmare, analiza de opțiuni prezintă trei direcții, descrise pe scurt mai jos, Opțiunea B fiind opțiunea promovată prin proiect:

• Opțiunea A este potrivită pentru intervenții imediate și situații de urgență, dar nu oferă o soluție durabilă și presupune riscuri mari în cazul viiturilor majore;
• Opțiunea B reprezintă soluția tehnic optimă pentru protecția pe termen lung a localităților și a terenurilor agricole, însă necesită resurse financiare și timp considerabile;
• Opțiunea C este cea mai ecologică și sustenabilă, dar necesită schimbări de abordare, planificare integrată și implicarea comunității pentru acceptare și implementare.

3.2. Studiul infiltrațiilor prin digul de apărare

Determinarea infiltrațiilor prin corpul digului a fost realizată pe baza informațiilor obținute din investigațiile geotehnice (foraje) și a modelării numerice utilizând pachetul software GeoStudio, modulul SEEP/W, în regim staționar (steady-state). Regimul steady-state presupune că nivelul apei, presiunile și gradientul hidraulic rămân constante în timp, fiind adecvat pentru simularea condițiilor permanente de saturare. Scenariile studiate includ simularea condițiilor de stare actuale ale digului dar și simularea condițiilor de implementare a măsurilor propuse prin Opțiunea B.

Paramentul amonte (linia albastră) a fost modelat ca o limită în contact permanent cu apă, în baza nivelului determinat prin modelul hidraulic HEC-RAS pentru scenariul de schimbări climatice. Paramentul aval (linia bleu) a fost definit cu o condiție de margine de tip „Potențial seepage face”, indicând posibilitatea infiltrării apei în sens invers. Modelul a fost discretizat cu elemente finite de precizie ridicată, astfel încât rezultatele să reflecte cât mai fidel comportamentul real al apei în subsol.

Infiltrațiile au fost vizualizate și interpretate pentru secțiunile transversale corespunzătoare locației forajelor geotehnice (P10, P11, P12 și P14) care de altfel reprezintă locațiile vulnerabile în structura digului.

Tabel 1 prezintă stratificația întâlnită în foraje, împreună cu permeabilitatea asociată și codul de culoare adoptat în modelul SEEP/W.

Tabel 1 – Stratificația geotehnică generală a forajelor

ZONA FORAJULUI GEOTEHNIC P10

Figura 6 – Stratificația geotehnică în zona forajului P10

În regim natural:

În Figura 7 se prezintă curba de depresie a apei prin corpul digului, direcția de curgere a apei reprezentată prin vectori și debitul exfiltrat la piciorul aval al digului.

Figura 7 – Calcul infiltrații în regim natural – Foraj 10

ZONA FORAJULUI GEOTEHNIC P11

Figura 8 – Stratificația geotehnică în zona forajului P11

Pentru zona forajului geotehnic P11 au fost analizate mai multe opțiuni, cea în regim natural și cele 2 (două) variante de amenajare propuse prin Opțiunea B.

În regim natural:

În Figura 9 se prezintă curba de depresie a apei prin corpul digului, direcția de curgere a apei reprezentată prin vectori și debitul exfiltrat la piciorul aval al digului.

Figura 9 – Calcul infiltrații în regim natural – Foraj 11

Opțiunea B.1:

Pentru opțiunea B.1 au fost analizate mai multe variante de palplanșe, începândîncepand de la 8 m adâncime până la 20 m adâncime.

Figura 10 – Modelarea Opțiunii B.1. Palplanșă h=8m

Figura 11 – Modelarea Opțiunii B.1. Palplanșă h=10m

 Figura 12 – Modelarea Opțiunii B.1. Palplanșă h=12m

Figura 13 – Modelarea Opțiunii B.1. Palplanșă h=20m

OPȚIUNEA B.2:

În această opțiune au fost analizate infiltrațiile prin corpul digului în situația în care se execută un perete îngropat din beton cu adâncimea de 8 m la piciorul amonte al digului și un pereu de beton cu grosime de 15 cm pe paramentul amonte al digului.

Figura 14 – Modelarea Opțiunii B.2. Perete și pereu beton

ZONA FORAJULUI GEOTEHNIC P12

Figura 15 – Stratificația geotehnică în zona forajului P12

În regim natural:

În Figura 16 se prezintă curba de depresie a apei prin corpul digului, direcția de curgere a apei reprezentata prin vectori si debitul exfiltrat la piciorul aval al digului. În figura de mai jos se prezintă curba de depresie a apei prin corpul digului, direcția de curgere a apei reprezentată prin vectori și debitul exfiltrat la piciorul aval al digului.

Figura 16 – Calcul infiltrații în regim natural – Foraj 12

Opțiunea B.1:

Figura 17 – Modelarea Opțiunii B.1. Palplanșă h=8m

Opțiunea B.2:

În această opțiune au fost analizate infiltratiile prin corpul digului în situația în care se execută un perete îngropat din beton cu adâncimea de 8 m la piciorul amonte al digului și un pereu de beton cu grosime de 15 cm pe paramentul amonte al digului.

Figura 18 – Modelarea Opțiunii B.2. Perete și pereu beton

ZONA FORAJULUI GEOTEHNIC P14

Figura 19 – Stratificația geotehnică în zona forajului P14

În regim natural:

În Figura 20 se prezintă curba de depresie a apei prin corpul digului, direcția de curgere a apei reprezentată prin vectori și debitul exfiltrat la piciorul aval al digului.

Figura 20 – Calcul infiltrații în regim natural – Foraj 14

Rezultatele pentru fiecare foraj și fiecare opțiune în parte, centralizate în Tabel 2, indică faptul că adoptarea de palplanșe este soluția care contribuie cel mai puternic la reducerea infiltrațiilor prin corpul digului.

Tabel 2 – Rezultate ale calcului de infiltrații

3.3. Opțiunea selectată 

Opțiunea selectată pentru reabilitarea structurală a liniei de apărare a digului Hârșova–Ciobanu este Opțiunea B – Reabilitarea structurală completă prin lucrări definitive, pe baza unei unei evaluări multicriteriale care a avut în vedere următoarele considerente tehnico-economice, de siguranță și sustenabilitate:

• Gradul ridicat de protecție oferit împotriva viiturilor de mari dimensiuni, inclusiv în scenariul schimbărilor climatice, conform cerințelor Directivei 2007/60/CE privind evaluarea și gestionarea riscurilor la inundații;
• Rezultatele Expertizei Tehnice din 2022, care au identificat zone critice cu infiltrații și pierderi de material în special în zona localității Vadu Oii, necesitând lucrări complexe de etanșare atât în corpul cât și în fundația digului;
• Starea tehnică actuala – apreciata ca fiind una precară a unor tronsoane ale digului, cu tasări, eroziuni și scăderi ale cotei coronamentului, în special în zonele de rampă afectate de traficul auto, impunând refacerea secțiunii de rezistență și profilului de stabilitate;
• Durabilitatea soluției, prin realizarea unor lucrări definitive cu o durată mare de exploatare, adaptate la nivelul de risc actual și viitor;
• Posibilitatea integrării unui sistem de monitorizare cu fibră optică pentru măsurarea în timp real a temperaturii și deformărilor locale, în vederea gestionării proactive a riscurilor structurale;
• Acceptabilitatea instituțională și socială ridicată, datorită faptului că menține actuala configurație funcțională a apărărilor de mal, fără relocări de populație sau modificări semnificative de folosință a terenurilor;
• Coerența cu Strategia Națională pentru Managementul Riscului la Inundații și cu Planurile de Management al Riscului la Inundații (PMRI) elaborate la nivel de bazin hidrografic.

Astfel, Opțiunea B a fost considerată cea mai fezabilă și echilibrată, oferind un nivel ridicat de siguranță tehnică, o durată de viață extinsă și compatibilitate cu obiectivele naționale și europene privind adaptarea la riscul de inundații. În esență, aceasta prespun:

Refacerea geometriei și a secțiunii bermei în zonele afectate de tasări sau eroziuni

Lucrările propuse vizează refacerea bermei aval a digului în zonele în care s-au constatat tasări, eroziuni sau degradări cauzate de circulația auto, care au condus la reducerea cotei coronamentului.

Asigurarea bombamentului coronamentului

Pe întreaga lungime a digului, se va realiza bombamentul coronamentului pentru asigurarea scurgerii apelor pluviale și prevenirea acumulării acestora sub formă de șanțuri sau ogașe longitudinale, care pot contribui la degradarea structurii digului.

Reabilitarea digului și a fundației acestuia în zona localității Vadu Oii

În zona localității Vadu Oii, au fost semnalate infiltrații în corpul și fundația digului, cauzate de fenomenul de băltire apărut în perioadele cu ape mari (viituri). Aceste băltiri se manifestă sub forma unei perne de apă situate la aproximativ 4–5 metri de baza banchetei bermei, ceea ce indică o pierdere de etanșeitate a structurii. Soluția propusă presupune:

• Montarea de palplanșe pe o lungime totală de L = 1,50 km în zona afectată;
• Palplanșele vor fi încastrate în terenul de fundare bun, la o adâncime de minimum 1,00 m sub nivelul acestuia; Lungimea totală a fiecărei palplanșe va fi de 8,00 m;
• Montajul se va realiza din axul digului, prin batere de pe coronament, după realizarea unui șanț de ghidaj cu secțiunea 40 x 60 cm;

Cota superioară a palplanșei va fi ridicată cu 0,50 m peste nivelul corespunzător debitelor cu probabilitate de 1% (inclusiv scenariul cu schimbări climatice), pentru a asigura continuitatea etanșării pe verticală și protecția împotriva infiltrărilor la cote ridicate.

În cadrul investiției derulate în zona Hârșova–Ciobanu a fost prevăzută și urmează să fie implementată o soluție modernă de monitorizare a digurilor prin utilizarea unui sistem cu fibră optică specială. Sistemul este montat pe sectoarele identificate cu risc major de cedare structurală, unde există potențial de producere a inundațiilor. Acesta permite monitorizarea continuă a comportării în timp a digului, prin:

• Măsurători statice și dinamice ale temperaturii și deformărilor locale;
• Rezoluție spațială de 1 metru, care permite detectarea precisă a zonelor cu comportament anormal;
• Detecția timpurie a posibilelor tasări, deplasări sau variații termice asociate cu infiltrarea apei sau instabilitatea structurală.

Scopul implementării acestui sistem este asigurarea unui nivel ridicat de siguranță în exploatarea digurilor și creșterea capacității de reacție în cazul apariției unor fenomene periculoase, printr-o supraveghere în timp real a integrității lucrărilor hidrotehnice.

4.      Concluzii

Reabilitarea liniei de apărare pentru incintele îndiguite de pe Dunăre sunt vitale pentru securitatea economică și socială a zonei, având la baza o abordare integrată din punct de vedere tehnic, ecologic și social deoarece acestea pot deveni surse de catastrofe locale cu impact major asupra comunităților locale.

Reabilitarea tronsonului de dig aferent liniei de apărare Hârșova Ciobanu contribuie la reducerea riscului de inundații a localităților Hârșova, Vadu Oii și Ciobanu,  a obiectivelor socio-economice, terenurilor agricole, drumurilor naționale și județene care nu vor mai fi supuse riscului de inundații pentru debite cu probabilitatea anuală de depășire de 1% în condiții de schimbări climatice, contribuind astfel la dezvoltarea sustenabilă a zonei prin creșterea siguranței pentru dezvoltarea economică și a activităților sociale a locuitorilor, precum și la creșterea standardelor de viață pentru persoanele care lucrează, trăiesc și beneficiază direct sau indirect de măsurile propuse prin implementarea lucrărilor de reabilitare.

Măsurile propuse prin proiect nu produc efecte negative suplimentare asupra solului, microclimatului, apelor de suprafață sau subterane, vegetației, faunei sau peisajului și nu vor afecta obiective de interes cultural sau istoric.

Soluțiile propuse sunt fundamentate pe studii de specialitate complexe realizate pe durata proiectului (studiu hidrologic, studiu topografic, studiu geotehnic) care au stat la baza dezvoltării unor modele matematice avansate și riguros calibrate care evaluează atât riscul la inundații potențial generat de Fluviul Dunărea dar și riscul de infiltrații prin corpul digului, pentru condițiile actuale de amenajare precum și pentru condițiile de amenajare propuse. Modelele matematice construite în scopul proiectului adoptă utilizarea de softuri și de metode avansate care se înscriu între cele mai bune practici utilizate la nivel internațional.

5.      Bibliografie

• Directiva Inundații 2007/60/CE – https://eur-lex.europa.eu/legal-content/RO/TXT/PDF/?uri=CELEX:32007L0060
• Greener Approaches to Flood Risk Management, Ghid elaborat pentru România de către JBA Consulting, 2022
• GeoStudio Reference Manuals
• HEC-RAS 2D User’s Manual
• NP 132-2011 – Analiza si evaluarea riscului asociat barajelor
• Strategia pentru Infrastructura Verde (GI) – Îmbunătățirea capitalului natural al Europei – https://eur-lex.europa.eu/legal-content/RO/TXT/?uri=CELEX%3A52013DC0249  
• STAS 4068/2-87  – Debite şi volume maxime de apă. Probabilitățile anuale ale debitelor și volumelor maxime în condiții normale și speciale de exploatare
• STAS 4273-83 – Construcții hidrotehnice. Încadrarea în clase de importantă
• Strategia Națională de Management al Riscului la Inundații pe termen mediu și lung
• V. Al. Stănescu, R. Drobot – Măsuri nestructurale de gestionare a inundațiilor. Ed. HGA, București, 2002

Modernizarea infrastructurii barajelor și digurilor este esențială pentru a răspunde provocărilor în continuă evoluție din domeniile managementului apelor, controlului inundațiilor și alocării sustenabile a resurselor de apă. Pe măsură ce schimbările climatice generează evenimente meteorologice din ce în ce mai frecvente și mai severe, infrastructura trebuie adaptată pentru o reziliență sporită, o eficiență operațională și pentru protecția mediului. Digitalizarea și sistemele inteligente de management al apei, incluzând monitorizarea în timp real prin senzori avansați și analize predictive, sunt din ce în ce mai utilizate pentru a ajusta dinamic fluxurile de apă, a optimiza distribuția intersectorială și a minimiza pierderile de resurse.

Schimbările Climatice și Reziliența Infrastructurii

Articolul subliniază faptul că impactul schimbărilor climatice devine de necontestat, evenimentele meteorologice extreme – inclusiv cicloanele tropicale, secetele și modificările regimului pluviometric – exercitând presiuni crescânde asupra infrastructurii existente. Barajele sunt expuse unor riscuri sporite de inundații, saturării solului care poate conduce la alunecări de teren, eroziune și acumulare de sedimente. Aceste fenomene compromit integritatea barajelor și capacitatea de stocare. În paralel, secetele reduc semnificativ aporturile în lacurile de acumulare, afectând producția agricolă, utilizările industriale ale apei, alimentările municipale și producția de energie hidro. Impredictibilitatea scenariilor climatice viitoare evidențiază necesitatea unei infrastructuri reziliente la schimbările climatice, folosind proiecte adaptive, soluții hibride care combină ingineria tradițională cu elemente naturale și strategii operaționale flexibile pentru a anticipa o gamă largă de extreme climatice.

Progrese Tehnologice în Managementul Apei

Managementul modern al apei este din ce în ce mai impulsionat de inovația tehnologică. Sistemele inteligente de gestionare a apei permit părților interesate să răspundă flexibil la condițiile în schimbare, trecând de la strategii rigide prestabilite către operațiuni dinamice și adaptabile. Monitorizarea în timp real a devenit un pilon al siguranței operaționale, senzorii cu rețea Bragg cu fibră optică (FBG) oferind măsurători precise ale deformațiilor, temperaturii și presiunii în structurile critice ale barajelor. Integrați cu sistemele SCADA (Controlul Supravegherii și Achiziția Datelor), acești senzori permit alerte automate și facilitează întreținerea predictivă. Sistemele SCADA agregă și analizează datele primite, asigurând intervenții la timp înainte ca problemele structurale să se agraveze. Îmbunătățiri viitoare, inclusiv analize bazate pe inteligență artificială și capabilități extinse de control la distanță, sunt așteptate să consolideze și mai mult reziliența și eficiența operațiunilor barajelor.

Reabilitarea Infrastructurii Existențe

Modernizarea barajelor precum Cucuteni, Solești și Căzănești din România demonstrează importanța actualizării infrastructurii vechi pentru a corespunde standardelor contemporane. Măsurile de reabilitare vizează stabilitatea structurală, modernizarea sistemelor hidromecanice și electrice, precum și integrarea considerentelor ecologice. Lucrările includ consolidarea pantelor amonte și aval, reparația deversoarelor și a golirilor de fund, precum și instalarea de vane și actuatoare moderne. Sistemele electrice sunt actualizate pentru a susține noile capabilități automate și de monitorizare în timp real.

Monitorizarea avansată folosind senzori FBG asigură evaluarea continuă a stării structurale, iar îmbunătățirile ecologice, cum ar fi instalarea de scări de pește de tip FishFlow cu sifon, sprijină migrația speciilor acvatice. Intervențiile precum insulele plutitoare „verzi” și golirea sedimentelor prin golirile de fund promovează o calitate mai bună a apei și stabilitatea ecosistemului. Îmbunătățirile specifice amplasamentelor, cum ar fi modernizarea sistemelor de drenaj la barajul Căzănești și instalarea unui sistem de energie fotovoltaică la Solești, sporesc sustenabilitatea operațională. Aceste eforturi sunt aliniate cu strategiile de management al riscurilor din Planul de Management al Bazinului Hidrografic Prut-Bârlad și directivele europene de mediu.

Considerente Ecologice

Articolul accentuează că reabilitarea modernă a barajelor trebuie să prioritizeze păstrarea debitelor ecologice și facilitarea transportului sedimentelor, aspecte esențiale pentru menținerea ecosistemelor din aval și protejarea biodiversității. Asigurarea conectivității longitudinale a râurilor permite migrarea liberă a peștilor și a altor specii acvatice, aspect abordat prin instalarea scărilor FishFlow cu sifon. Riscurile de mediu asociate modernizării sunt atent evaluate conform directivelor europene pentru a respecta obiectivele de conservare și a minimiza emisiile poluante. Proiectele de reabilitare sunt evaluate conform cerințelor de Evaluare a Impactului Asupra Mediului (EIM) și Evaluare Strategică de Mediu (ESM), în special în zonele protejate Natura 2000.

Cadre Economice și de Reglementare

Viabilitatea economică este centrală în strategia de modernizare. Proiectele de reabilitare demonstrează economii de costuri de aproximativ 30–40% comparativ cu construcția de noi structuri, oferind extinderi semnificative ale duratei de viață de circa 25–30 de ani. Analizele cost-beneficiu, efectuate conform metodologiilor UE și ale Băncii Mondiale, iau în calcul daunele tangibile, pierderile economice indirecte și impacturile ecologice intangibile. Aceste analize confirmă că investiția în reabilitare asigură nu doar sustenabilitate financiară, ci și beneficii sociale și de mediu maxime.

Finanțarea poate proveni din multiple surse, inclusiv Fondurile de Coeziune ale UE, granturi naționale românești și împrumuturi de la bănci internaționale de dezvoltare. Respectarea reglementărilor joacă un rol crucial în modelarea eforturilor de modernizare. Respectarea de către România a Directivei Inundații a UE, a Directivei Cadru Apă și a cerințelor de conservare Natura 2000 asigură că proiectele îndeplinesc standarde stricte de mediu, siguranță și operare. Integrarea sistemelor SCADA, managementul debitului ecologic, scările de pește și mecanismele de evacuare a sedimentelor sunt parte a acestor obligații.

Implicarea Comunității și Participarea Părților Interesate

Succesul inițiativelor de modernizare a barajelor depinde și de implicarea activă a comunităților locale. Dialogul timpuriu și susținut cu populațiile locale asigură că beneficiile proiectelor sunt aliniate cu nevoile comunităților și obiectivele regionale de dezvoltare. Reabilitarea barajelor îmbunătățește alimentările locale cu apă, stabilizează productivitatea agricolă și promovează acvacultura durabilă. De asemenea, protejează infrastructura vitală împotriva daunelor cauzate de inundații, îmbunătățind reziliența economică generală.

Articolul subliniază că distribuirea echitabilă a beneficiilor – inclusiv siguranța aprovizionării cu apă, creșterea economică și sănătatea mediului – trebuie să rămână un principiu călăuzitor. Procesele transparente de consultare și implicarea comunității întăresc încrederea publicului, reduc rezistența la proiecte și permit integrarea perspectivei locale în etapele de proiectare și implementare.

Costuri și Dezvoltarea Proiectelor

În cadrul Planului Național de Redresare și Reziliență (PNRR) al României, costurile proiectelor sunt alocate pentru a îndeplini cerințele privind componentele verzi și digitale. Aproximativ 10% din buget este destinat măsurilor de protecție a mediului, precum insulele plutitoare, scările pentru pești și zonele de tampon forestier, iar încă 5–10% susțin integrarea sistemelor SCADA și a tehnologiilor de monitorizare în timp real. Costurile auxiliare acoperă evaluările de mediu, obținerea avizelor și managementul de proiect, asigurând respectarea standardelor legale și furnizarea unor beneficii operaționale și de mediu pe termen lung.

Concluzie: Strategii pentru Pregătirea Barajelor pentru Viitor

Pentru a securiza viitorul infrastructurii de apă, este necesară o abordare holistică. Reabilitarea structurală trebuie completată cu integrarea sistemelor avansate de monitorizare și a strategiilor proactive de întreținere. Îmbunătățirile ecologice, cum ar fi menținerea debitului ecologic și sprijinirea biodiversității, sunt vitale pentru echilibrarea nevoilor umane și de mediu. Respectarea cadrelor de reglementare în evoluție asigură contribuția barajelor la reducerea riscului de inundații și la obiectivele de protecție a mediului.

Implicarea activă a comunității consolidează durabilitatea proiectelor, iar analizele cost-beneficiu cuprinzătoare garantează viabilitatea financiară și echitatea socială. În cele din urmă, dezvoltarea unor sisteme de management durabil și rezilient al apei va necesita integrarea managementului resurselor de apă, investiții sporite în tehnologiile verzi și digitale, măsuri extinse de atenuare a inundațiilor, evaluări atente privind oportunitatea dezafectării barajelor și evoluția continuă a politicilor publice. Aceste strategii își propun să asigure că barajele și digurile vor continua să servească nevoilor umane și de mediu în fața provocărilor tot mai mari generate de schimbările climatice.

Acest rezumat se bazează pe articolul „Future-Proofing Dams: Strategies for Sustainable Water Management, Technological Retrofit, and Climate Resilience in the Context of Dam Refurbishment”, autori: Cătălin Popescu (Universitatea Tehnică de Construcții București, Președintele ROCOLD), Petruța Isofache (Aquaproiect S.A., România) și Isabela Bălan (Administrația Prut-Bârlad, Administrația Națională „Apele Române”).
Articolul original a fost publicat într-un Buletin ICOLD în anul 2025.

Proiectul Răstolița Inițiat pentru prima dată în 1989 în regiunea Mureș, barajul Răstolița își propune să genereze energie hidroelectrică și să furnizeze apă. Deși amânat din cauza tranziției politice și economice a României, proiectul a fost reluat și se apropie de finalizare – cu centrala la 99% și corpul barajului la 92%. Proiectul, conceput inițial într-o perioadă în care preocupările legate de mediu erau mai puțin accentuate, a necesitat îmbunătățiri ecologice prin modificări adaptive. Acestea s-au concentrat pe aporturile secundare ale bazinelor hidrografice adiacente și pe conservarea habitatelor critice, în special pentru specii precum peștele taimen. În plus, au fost integrate scheme hidroelectrice ascunse, inclusiv o centrală hidroelectrică mică de 2 MW, pentru a compensa pierderile de energie asociate cu asigurarea unor debite ecologice mai mari. Drept urmare, producția anuală planificată inițial de 70,7 GWh a fost revizuită la 62 GWh. Această reducere a generării de energie contribuie semnificativ la atenuarea impactului asupra mediului al întregului schemă, contribuind la un rezultat mai sustenabil și mai echilibrat.

Proiectul Cerna Belareca Situat în bazinul hidrografic al Banatului și început în 1981, acest sistem pe două niveluri include barajul și centrala hidroelectrică Herculane operaționale și secțiunea Belareca parțial completată (Baraj și Conductă). Proiectul, dezvoltat având în vedere conștientizarea de mediu mai recentă, încorporează o serie de măsuri ecologice avansate. Acestea includ adaptări la cerințele impuse privind debitul ecologic, care au dus la o reducere a potențialului de generare a energiei. Pentru a compensa aceste pierderi, o mică hidrocentrală de 1,5 MW a fost integrată în sistem, ajutând la recuperarea unei părți din producția redusă, menținând în același timp respectarea reglementărilor ecologice. O inovație cheie aplicată aici ca și concept este încorporarea unui sistem reversibil de stocare prin pompare, care contribuie cu încă 17,5 GWh/an. Producția de energie ajustată este de aproximativ 61 GWh/an în total, dar cu un rol diferențial mai important ca rezervă a rețelei, cu capacitatea PSP adăugată.

Adaptare și conformitate cu reglementările de mediu Ambele proiecte au suferit reproiectări semnificative pentru a se alinia la standardele ecologice ale UE, inclusiv sisteme îmbunătățite de migrație a peștilor, fluxuri ecologice restructurate și amprente de mediu minimizate. Aceste adaptări echilibrează obiectivele operaționale cu imperativele de conservare.

Implicarea publicului și a părților interesate de mediu Deși ambele proiecte se bucură de un larg sprijin guvernamental și al comunității locale, unele ONG-uri și-au exprimat preocupările ecologice. Ca răspuns, Hidroelectrica a implementat mai multe modificări de proiectare eco-sensibile. Această abordare colaborativă ajută la reconcilierea dezvoltării energetice cu conservarea biodiversității. Aquaproiect, în colaborare cu Hidroelectrica în calitate de beneficiar, a efectuat o analiză cuprinzătoare care servește drept bază pentru stabilirea viabilității ambelor proiecte. Această analiză este esențială nu numai pentru obținerea autorizațiilor legale necesare, ci și pentru ghidarea modernizării tehnice a schemelor hidroenergetice vechi. Aceste proiecte istorice, concepute inițial de generațiile anterioare în cadrul unor cadre de reglementare și abordări inginerești extrem de diferite, au necesitat o reevaluare substanțială pentru a se alinia la standardele de mediu actuale, cerințele legislative și așteptările tehnologice.

Articol original scris de Bogdan Badea și Cătălin V. Popescu în Jurnalul Internațional despre Hydropower și Baraje, 2025, Volumul 32, Numărul 1, disponibil la: https://www.hydropower-dams.com/

În acest context, în prezent se implementează un proiect complex, multidisciplinar – ”Extinderea amenajării CES Mereni-Plopeni-Salcea pentru prevenirea inundațiilor și eliminarea excesului de umiditate în zona Salcea, județul Suceava”.

Este un proiect ce are ca obiective:

• stabilizarea versanților afectați de alunecări active pe areale extinse (deplasări în masă)
• eliminarea excesului de umiditate din profilul de sol, ca factor favorizant, și chiar declanșator al acestora
• controlul eroziunii în adâncime
• lucrări de sprijinire și protecție a infrastructurii critice naționale de prim ordin, respectiv Aeroportul Internațional “Ștefan cel Mare” Suceava.

Soluțiile adoptate în cadrul acestui proiect complex îmbină armonios aplicarea tehnicilor lucrărilor structurale masive (de natura consolidărilor transversale și longitudinale, ziduri de sprijin, apărări de maluri, reprofilări văi, inclusiv lucrările hidrotehnice aferente la care se adaugă componente de desecare și drenaj) cu categoriile de lucrări biologice de natura plantațiilor silvice de protecție, cu rol antierozional, consolidarea stratului vegetal, terasarea și aplicarea unei structuri a culturilor agricole, cu rol în minimizarea efluenței aluvionare.

Prin aplicarea acestor măsuri energice de stabilizare a versanților alunecați și de conservare a solurilor s-au obținut rezultate remarcabile, atât în ceea ce privește sporurile de producții agricole pe terenuri având inițial potențial redus, cât și refacerea cadrului natural și îmbunătățirea peisagisticii într-o zonă cu accentuat potențial de dezvoltare (intersectare cu viitoarea autostradă A7) și nu în ultimul rând pentru protecția unui obiectiv național de prim ordin – Aeroportul Internațional “Ștefan cel Mare” Suceava.

Înainte implementarea proiectului

După implementarea proiectului