Αστοχία Φράγματος

Τεχνολογικοί Κίνδυνοι

Αστοχία Φράγματος

Προετοιμάστηκε από GHHD – European Centre on Geodynamical Risks of High Dams (Τυφλίδα, Γεωργία) 

Share on facebook
Share on twitter
Share on pinterest
Share on linkedin
Share on email

Όπως έχει τονιστεί από τη Διεθνή Επιτροπή Μεγάλων Φραγμάτων σε μια έκθεση τους το 2007, τα φράγματα διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο σε όλη την ανθρώπινη ιστορία και κατά τη διάρκεια του 21ου αιώνα, καθώς η διαχείριση του νερού είναι η κύρια δοκιμασία και κυρίως εξαιτίας των κλιματικών αλλαγών (αυξάνοντας την ανωμαλία του) και την αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού (αυξάνοντας τη ζήτηση). Όπως σε κάθε κρίσιμη ανέγερση τεχνικής υποδομής των φραγμάτων είμαι μια πιθανή πηγή κινδύνου: μια αστοχία ενός μεγάλου φράγματος αποθήκευσης νερού θα μπορούσε να προκαλέσει τεράστιες ζημιές σε υποδομές, το περιβάλλον και το κοινωνικό δίκτυο και να υποβαθμίσει την ανάπτυξη της περιοχής.

Η ασφάλεια των φραγμάτων είναι συνεπώς μια κύρια προϋπόθεση για μια βιώσιμη ανάπτυξη ενός έργου αποθήκευσης νερού ή για τη βιώσιμη λειτουργία των υφιστάμενων εγκαταστάσεων αποθήκευσης. Μάλιστα, μια κατασκευή, η οποία είναι μη ασφαλής δεν έχει μέλλον, καθώς και η ιστορία της κατασκευής φραγμάτων, που εκτείνεται πάνω από αρκετά χιλιάδες χρόνια, έχει δείξει ότι η ασφάλεια είναι η βάση της αειφορίας.

Τα φράγματα είναι τεχνητά φράγματα, τα οποία εγκλείουν νερό ή οποιοδήποτε άλλου είδους υγρό με σκοπό τη φύλαξη ή διαχείριση του νερού.

Τα φράγματα είναι γνωστά εδώ και χιλιάδες χρόνια. Κατασκευάστηκαν από αρχαίους πολιτισμούς στην Κίνα, τη Μεσοποταμία, την Περσία, την Αίγυπτο και την Ινδία. Τα φράγματα όπως και τα αναχώματα (υψηλοί φυσικοί τοίχοι) χρησιμοποιούνταν κυρίως για την προστασία των βιότοπων και χερσαίων εκτάσεων από υπερχείλιση των ποταμιών π.χ. για τη μείωση των κινδύνων.

Πέρα από την παραδοσιακή τους χρήση στην άρδευση, τα φράγματα μπορούν να επωφελέσουν την ανθρωπότητα σε παρόμοιου τύπου σημαντικούς τομείς όπως:

i. Παροχή νερού για οικιακή και βιομηχανική χρήση.

Για την επιβίωση υφιστάμενων πολιτισμών και τη στήριξη της μελλοντικής ανάπτυξης χρειάζεται μία αξιόπιστη πηγή νερού. Τα φράγματα συμβάλουν σημαντικά στην κάλυψη των αναγκών μας σε υδροδότηση. Για την εξυπηρέτηση των διακυμάνσεων του υδρολογικού κύκλου και για να μην εξαλειφθούν τα υπόγεια νερά, τα φράγματα και οι ταμιευτήρες είναι απαραίτητα για την αποθήκευση νερού και συνεχή παροχή σε περίοδο έλλειψης νερού.

ii. Κάλυψη της αγροτικής ζήτησης σε άρδευση και προμήθεια τροφής

«Όπου υπάρχει νερό υπάρχει και τροφή» σύμφωνα με το πασίγνωστο ρητό που χρησιμοποιείται σε πολλές περιοχές του κόσμου. Σύμφωνα με εκτιμήσεις, το 80% της επιπλέον παραγωγής τροφίμων έως το 2025 θα προέρχεται από αρδευόμενες καλλιέργειες.

iii. Αντιπλημμυρικός έλεγχος.

Τα φράγματα και οι ταμιευτήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά για τη ρύθμιση της στάθμης των ποταμών και των πλημμύρων, κατάντη του φράγματος, αποθηκεύοντας προσωρινά τον όγκο της πλημμύρας και απελευθερώνοντάς τον αργότερα. Η πτώση της στάθμης του ταμιευτήρα για τη δημιουργία μεγαλύτερου αποθηκευτικού χώρου πριν την περίοδο των βροχών εξαλείφει τον κίνδυνο πλημμύρας.

iv. Υδροηλεκτρισμός.

Το νερό χρησιμοποιείται από τους αρχαίους χρόνους για τη λειτουργία υδροτροχών για διάφορες μηχανολογικές εφαρμογές, όπως η άλεση του καλαμποκιού, η κοπή ξυλιάς ή τη λειτουργία υφαντουργικών μονάδων. Από τα μέσα του 19ου αιώνα, η δύναμη του νερού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή ηλεκτρισμού για πρώτη φορά. Αφού το νερό είναι η πηγή, ο υδροηλεκτρισμός είναι μία ανανεώσιμη και ευρέως διαδεδομένη πηγή ενέργειας. Αυτό που είναι σημαντικό είναι ότι πρόκειται για καθαρή πηγή ενέργειας αφού για την παραγωγή του δεν χρησιμοποιούνται καύσιμα, που ρυπαίνουν το περιβάλλον.

v. Άλλες χρήσεις.

Αναψυχή, ναυσιπλοΐα, ιχθυοκαλλιέργειες.

Για τη σωστή λειτουργία του φράγματος πρέπει να δοθεί προσοχή σε ορισμένες λεπτομέρειες: όπως ο ταμιευτήρας (λίμνη) που αποθηκεύει το νερό, ο υπερχειλιστής (ο οποίος τοποθετείται πάνω ή μέσα και σε αυτό ρέει όσο νερό ξεφεύγει από τη δεξαμενή έτσι ώστε να αποφευχθεί η υπερχείλιση του φράγματος), έργα εκροής νερού και το κέντρο ελέγχου. Υπό φυσιολογικές συνθήκες λειτουργίας, η στάθμη της λίμνης ελέγχεται από το κέντρο ελέγχου, το οποίο ρυθμίζει την παροχή στα έργα εκροής νερού. Το σύστημα αποτελείται από μία μεγάλη σήραγγα ή αγωγό με θυροφράγματα ελέγχου (control gates). Σε συνθήκες πλημμύρας η στάθμη του ταμιευτήρα διατηρείται τόσο από τον υπερχειλιστή όσο και από τα έργα εκροής νερού.
Συνεπώς, μια περίπτωση έκτακτης ανάγκης σχετιζόμενη με τα φράγματα είναι μια κατάσταση, όπου η κύρια χρήση των φραγμάτων (δηλαδή η κατακράτηση του νερού) δεν είναι πλέον βέβαιη.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι φραγμάτων:

  • φράγματα επιχώσεως, τα οποία είναι χωμάτινα ή λιθόρριπτα (75% των φραγμάτων είναι αυτού του τύπου)
  • φράγματα από σκυρόδεμα, πέτρα ή άλλο υλικό, τα οποία ονομάζονται φράγματα βαρύτητας,
  • τοξωτά φράγματα ή αντηριδωτά φράγματα

Η επιλογή της τοποθεσίας και του τύπου του φράγματος βασίζεται σε λεπτομερή αξιολόγηση παραγόντων, όπως γεωλογικοί και τοπογραφικοί παράγοντες, βραχώδες υπόστρωμα, υδρολογικές και σεισμολογικές συνθήκες, καθώς και την ανάγκη για κατασκευαστικά υλικά. Σε στενές κοιλάδες με συμπαγείς βράχους είναι προτιμότερο να κατασκευαστούν φράγματα από σκυρόδεμα, ενώ σε φαρδιές κοιλάδες με λιγότερο συμπαγείς βράχους, προτιμώνται τα φράγματα επιχώσεως. Τα φράγματα επιχώσεως από χώμα είναι τα πιο συνήθη φράγματα καθώς χρησιμοποιούν εν μέρει τα υλικά εκσκαφής των θεμελίων.

Λόγω της έκθεσης σε επικινδυνότητα, οι άνθρωποι, οι περιουσίες, τα συστήματα ή άλλα στοιχεία, που βρίσκονται εντός των ζωνών επικινδυνότητας, ενδεχομένως να υποστούν απώλειες – αυτό θεωρείται ως τρωτότητα. Ο κίνδυνος καταστροφής είναι το αποτέλεσμα της επικινδυνότητας και της έκθεσης – πηγή ανθρώπινων και οικονομικών απωλειών.

The hazard associated with large dams (Risque de rupture de barrage,French Ministry of Sustainable Development, 2003).

Υπάρχουν τα ακόλουθα είδη επικινδυνότητας των μεγάλων φραγμάτων (μια πλήρη επισκόπηση υπάρχει στην τελική έκθεση από τη Διεθνή Επιτροπή των Φραγμάτων του 2000):

  • Σεισμοί
  • Κατολισθήσεις
  • Πλημμύρες
  • Γήρανση των εγκαταστάσεων και των υλικών του φράγματος

Πρέπει να ξεχωρίσουμε τους διαφορετικούς τύπους κινδύνων, που σχετίζονται με τα φράγματα:

Φυσικός – ισχυροί σεισμοί, εκτεταμένες βροχοπτώσεις ή τήξη των πάγων, κατολισθήσεις, γεγονότα, που μπορούν να καταστρέψουν το σύστημα ή να προκαλέσουν υπερχείλιση λόγω πτώσης βράχων στον ταμιευτήρα.

Ανθρωπογενής ή ανθρώπινος – σφάλματα στην εκμετάλλευση (υπερβολική απελευθέρωση νερού από τον υπερχειλιστή και ξαφνική διακύμανση στην απελευθέρωση νερού από τη λειτουργία του υδροηλεκτρικού σταθμού), κακή συντήρηση, τρομοκρατία. Λάθη, που έγιναν κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού και της κατασκευής. Ανεπάρκεια στα υλικά της κατασκευής. Γήρανση της κατασκευής και των υλικών του φράγματος. Η ποιότητα του νερού δημιουργεί προβλήματα μέσα στη δεξαμενή (ασθένειες σε σχέση με το νερό, αλλοίωση της ποιότητας του νερού λόγω των οργανικών ουσιών, εξαπόλυση επικίνδυνων ουσιών, απόβλητα από την υδατοκαλλιέργεια κ.α.) επηρεάζουν τους ανθρώπους, την αλιεία και άλλα.

Η φυσική επικινδυνότητα προκαλείται λόγω φυσικών διαδικασιών μεγάλης κλίμακας (όπως οι σεισμοί, που οφείλονται στη μετακίνηση τεραστίων τεκτονικών πλακών) και η πρόβλεψή της είναι αδύνατη (σε περίπτωση σεισμών) ή πολύ δύσκολη (σε περίπτωση κατολισθήσεων και πλημμυρών).
Η επικινδυνότητα από το φυσικό περιβάλλον είναι χαρακτηριστικό της τοποθεσία ενώ η ανθρωπογενής επικινδυνότητα εξαρτάται βασικά από τη συμπεριφορά του ανθρώπου και τις πράξεις του και συνήθως δεν σχετίζεται με την τοποθεσία. Επιπλέον, υπάρχει ένας αριθμός κινδύνων, που σχετίζονται με το ίδιο το έργο, και οι οποίοι εξαρτώνται από το είδος του φράγματος, τον σχεδιασμό του, την κατασκευή του, το σχήμα του και το ύψος του, την κατάσταση των θεμελίων του, τον έλεγχο της διήθησης, την χωρητικότητα του ταμιευτήρα, το βάθος του νερού κ.λπ.
Το αποτέλεσμα τέτοιων κινδύνων μπορεί να είναι η καταστροφή ενός φράγματος και η δημιουργία ενός πλημμυριακού κύματος (το τελευταίο δημιουργείται κυρίως εξαιτίας της καταστροφής του φράγματος ή απλά εξαιτίας της υπερχείλισής του). Μια ακόμα διάκριση πρέπει να γίνει μεταξύ των τεχνικών κινδύνων, που αναμένονται να γίνουν σε ένα νέο έργο και στους κινδύνους, που επηρεάζουν ένα ήδη υφιστάμενο έργο.

Σήμερα στον κόσμο υπάρχουν περίπου 50.000 μεγάλα φράγματα με ταμιευτήρες. Μεγάλα φράγματα ορίζονται ως: τα έργα ύψους τουλάχιστον 15 μέτρων από την θεμελίωση ή, εάν το ύψος είναι από 5 έως 15 μέτρα, τα έργα με χωρητικότητα ταμιευτήρα πάνω από 3 εκατομμύρια κυβικά μέτρα.

Το μεγαλύτερο φράγμα στον κόσμο σε χωρητικότητα είναι το Three Gorges Dam (Κίνα):

Three Gorges Dam (China):
Hoover Dam in USA (left) and the highest Enguri arch dam in Georgia are very unique dams.

Οι καταστροφές σε μεγάλα φράγματα με τεράστιες συνέπειες μπορούν να συμβούν παντού στον κόσμο.

Πολλά φράγματα έχουν χτιστεί σε στενά φαράγγια, τα οποία δημιουργήθηκαν κατά κανόνα από μετακίνηση των τεκτονικών πλακών. Ενεργή τεκτονική σημαίνει ότι η περιοχή (και τα φράγματα) είναι επιρρεπής σε σεισμούς, μεγάλες γεωλισθήσεις και ερπυσμό.

Οι μεγάλες πλημμύρες μπορούν επίσης να επιφέρουν ζημιές στα φράγματα, καθώς και οι ανθρώπινες ενέργειες. Μπορούμε για παράδειγμα να θυμηθούμε τη μεγάλη καταστροφή, που συνέβη στο Vajont (Ιταλία) λόγω κατολισθήσεων, την καταστροφή των φραγμάτων κατά τον 2ο Παγκόσμιο Πόλεμο στη Γερμανία, καθώς και ορισμένα φράγματα, που καταστράφηκαν στις Ινδίες και την Κίνα λόγω μεγάλης κλίμακας πλημμυρών.

Ωστόσο, σήμερα υπάρχει ένας αριθμός νέων έργων με πολύ μεγαλύτερη πιθανότητα καταστροφής από τα πιο πάνω φράγματα. Λόγω της αύξησης του πληθυσμού, της οικονομικής ανάπτυξης κ.λπ., οι επικινδυνότητα αυξάνει σταθερά ενώ η ασφάλεια παραμένει η ίδια. Οι αιτίες των μεγαλύτερων καταστροφών σε φράγματα πριν το 2000 παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα:

Failure of Shih-Kang Dam due to Chi-Chi earthquake 1999 (China)
Dam failure due to San Fernando earthquake 1971.

Από το 2000, αρκετές καταστροφές φραγμάτων συνέβησαν σε όλο τον κόσμο:

  • Ακραία βροχόπτωση κατά τη διάρκεια του 2002, οι Ευρωπαϊκές βροχές επηρέασαν το φράγμα στο Soběnov (Δημοκρατία της Τσεχίας)
  • Αναπάντεχη ακραία βροχόπτωση το 2005 επηρέασε το Shakidor (Πακιστάν)
  • Σφάλμα στο Computer/λειτουργικό μέρος το 2005, το οποίο επηρέασε το φράγμα Lesterville (Μισούρι, Ηνωμένες Πολιτείες). Στην περίπτωση αυτή οι μετρητές σκόπευαν να προσδιορίσουν το φράγμα ως γεμάτο, κάτι που δεν έγινε και το φράγμα συνέχισε να γεμίζει
  • Κακή συντήρηση και ισχυροί μουσώνες το 2009 επηρέασαν τη δεξαμενή Taum Sauk στην Tangerang, Ινδονησία
  • Ατύχημα στο στρόβιλο το 2009 επηρέασε το φράγμα Sayano–Shushenskaya, στη Ρωσία

H καταστροφή ενός φράγματος έχει ένα ολόκληρο φάσμα συνεπειών και δημιουργεί νέα είδη επικινδυνότητας, όπως είναι το περιβαλλοντικό, οικολογικό, οικονομικό, χρηματοοικονομικό, κοινωνικό, κοινωνικό-οικονομικό, πολιτικό, πολιτιστικής κληρονομιάς, διακανονισμός των ντόπιων ανθρώπων κ.α.

Η κατάρρευση ενός φράγματος επιφέρει απώλεια μεγάλου αριθμού ανθρωπίνων ζωών, επειδή, κατά κανόνα, οι περιοχές γύρω από τα φράγματα είναι πυκνοκατοικημένες. Στον πιο κάτω πίνακα αναφέρονται μερικά ατυχήματα με μεγάλο αριθμό θυμάτων:

Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την κατάρρευση φραγμάτων μπορεί να είναι σημαντικές: το νερό μπορεί να καλύψει μεγάλες περιοχές, καταστρέφοντας έτσι τις φυσικές συνθήκες της χλωρίδας και της πανίδας, αλλά αυτό είναι μία βραχυπρόθεσμη επίπτωση. Θα πρέπει να θεσμοθετηθούν κανόνες, που να διέπουν την κάταντη ροή σε κρίσιμες περιόδους για την προστασία των βιοτόπων.
Πιο επικίνδυνη μπορεί να είναι η ανέγερση ενός φράγματος στην λεκάνη κάποιου ποταμού: έτσι επηρεάζεται ο φυσικός κύκλος του νερού. Συνεπώς, κατά τον σχεδιασμό του έργου θα πρέπει να ληφθούν υπόψη και κάποιες ενέργειες μετριασμού:

  • αποψίλωση της περιοχής, που πρόκειται να πλημμυρίσει,
  • τα έργα εκροής πρέπει να βελτιστοποιούν την ποιότητα και θερμοκρασία του νερού στην κάταντη πλευρά για τη διατήρηση των φυσικών συνθηκών,
  • καθώς και μέτρα για την μετανάστευση των ψαριών και λοιπών υδρόβιων οργανισμών.

Φυσικά τα ατυχήματα επιφέρουν και μεγάλες κοινωνικοοικονομικές απώλειες: απώλεια περιουσίας και παραγωγής, απώλειες λόγω μη διαθεσιμότητας του ταμιευτήρα, ανεργία, καθυστέρηση της οικονομικής ανάπτυξης κ.λ.π.).
Και άλλες επιπτώσεις θα πρέπει να προστεθούν, όπως έλλειψη νερού για άρδευση και οικιακή χρήση, πολιτικές ταραχές κ.λπ. Μνημεία πολιτιστικής κληρονομιάς μπορούν επίσης να καταστραφούν από ένα πλημμυριακό κύμα.  Τελικά, η δημιουργία μιας δεξαμενής μπορεί επίσης να δημιουργήσει σεισμούς εξαιτίας του επιπρόσθετου νερού στην επιφάνεια της γης ή στην αύξηση της πίεσης πόρων του υγρού σε πορώδεις γεωλογικούς σχηματισμούς. Αυτό το φαινόμενο (Reservoir-induced Seismicity – RIS) μπορεί να περιγραφεί ως πυροδότηση ενός φυσικού γεγονότος από ανθρώπινη παρέμβαση.

Οι φυσικοί κίνδυνοι προκαλούνται από μεγάλης κλίμακας διαδικασίες και είναι πολύ δύσκολο να προβλεφθούν οι συνέπειες από τα φράγματα. Η μόνη μέθοδο για μείωση του κινδύνου αυτού είναι να σχεδιαστεί το φράγμα με τέτοιο τρόπο, ώστε να αντέξει ή να μειώσει τις επιπτώσεις των καταστροφικών φυσικών δυνάμεων. Σε περίπτωση σεισμών αυτό επιτυγχάνεται με λεπτομερή μελέτη του χώρου ανέγερσης – ενεργά ρήγματα, την πιθανότητα παραγωγής σεισμών, συχνότητα επανάληψης σεισμών, γεωτεχνικές ιδιότητες της περιοχής – και κατασκευάζοντας το φράγμα με αντισεισμική τεχνολογία, ώστε να αντέχει τη σεισμική δραστηριότητα χωρίς σημαντικές ζημιές.

Σε αντίθεση με την φυσική επικινδυνότητα μεγάλης κλίμακας, η επικινδυνότητα, που προκαλείται τεχνητά ή από τον ανθρώπινο παράγοντα μπορεί να μειωθεί με έγκαιρη παρέμβαση. Για παράδειγμα, ένα καλό δίκτυο παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο, το οποίο να μετρά τις παραμορφώσεις του φράγματος και των θεμελίων, μπορεί να προειδοποιεί, όταν οι παραμορφώσεις του συστήματος βρίσκονται κοντά σε θεωρητικά προβλεπόμενες κρίσιμες τιμές, οι οποίες υπολογίστηκαν κατά τον σχεδιασμό του φράγματος. Σε αυτή την περίπτωση το προσωπικό του φράγματος μπορεί να μειώσει την εισροή ή τον ρυθμό εκροής, ώστε να μειωθεί το ποσοστό παραμόρφωσης. Μία από τις σημαντικές επικινδυνότητες, που σχετίζονται με τα φράγματα και δημιουργείται από την ανθρώπινη δραστηριότητα είναι το φαινόμενο της σεισμικότητας, που προκαλείται από τον ταμιευτήρα (Reservoir-induced Seismicity – RIS). Υπάρχουν δύο κύρια μοντέλα RIS:

    1. απευθείας φόρτισης του φλοιού της γης από το βάρος του ταμιευτήρα,

 

  1. αύξηση της πίεσης πόρων του υγρού σε πορώδεις γεωλογικούς σχηματισμούς. Στην πρώτη περίπτωση, η φόρτιση μπορεί να απελευθερώσει φυσιολογική πίεση σε κάποιους τύπους τεκτονικών ρηγμάτων, μειώνοντας έτσι την αντίσταση τριβής σε τεκτονικές τάσεις και διευκολύνοντας την ολίσθηση κατά μήκος του ρήγματος, ενεργοποιώντας έτσι τον σεισμό. Στη δεύτερη περίπτωση η αντίσταση τριβής του ρήγματος μειώνεται λόγω της αύξησης της πίεσης πόρων. Καθώς η πίεση του νερού στους πόρους των πετρωμάτων μειώνεται, «λιπαίνει» τις επιφάνειες ολίσθησης του ρήγματος. Αυτό, ενεργοποιεί τα ρήγματα, τα οποία βρίσκονται ήδη υπό τεκτονική παραμόρφωση, αλλά λόγω της τριβής των επιφανειών των πετρωμάτων αδυνατούν να ολισθήσουν.

Ακόμα δεν είναι ξεκάθαρο αν μια δεξαμενή – επηρεάζει τη σεισμικότητα, ώστε να μπορεί να προβλεφθεί με ικανοποιητική ακρίβεια και να πραγματοποιηθούν τα απαραίτητα προληπτικά μέτρα. Στο πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζονται οι κύριοι κίνδυνοι και τα αντίστοιχα προστατευτικά τους μέτρα:

Σχόλια πάνω στον πίνακα:

(A) το προσωπικό του φράγματος μπορεί να διαχειριστεί και να ελέγξει τον εσωτερικό συναγερμό, που τέθηκε σε λειτουργία λόγω αφύσικης κατάστασης μπορεί να διευθετηθεί και να διαχειριστεί από το προσωπικό του φράγματος

(B) Μία κατάσταση είναι σε εξέλιξη, όταν το συμβάν, που παρατηρήθηκε τείνει να εξελιχθεί σε σοβαρό κίνδυνο για την ασφάλεια του φράγματος και του πληθυσμού κατάντη του φράγματος. Στο στάδιο αυτό, δεν είναι γνωστό εάν η κατάσταση μπορεί να τεθεί υπό έλεγχο.

(C) Μία επικείμενη κατάσταση έχει εξελιχθεί, όταν έχει γίνει σαφές ότι η εξέλιξη του συμβάντος ή της απειλής δεν μπορεί να σταματήσει αλλά οι συνέπειές του μπορούν να μετριαστούν, όπως η εκκένωση του πληθυσμού που κινδυνεύει.

Το πιο σημαντικό ζήτημα είναι να προστατευτούν οι άνθρωποι και να εμποδιστεί η απώλεια της ζωής. Για το λόγο αυτό, το πιο σημαντικό είναι να έχουμε ασφαλή φράγματα. Όλα τα υπόλοιπα είναι πολύ λιγότερο σχετικά όσο η ανθρώπινη ζωή δεν διακυβεύεται. Για το λόγο αυτό στο σχεδιασμό και τη χρησιμότητα των φραγμάτων πρέπει να συνυπολογισθούν και όλοι οι πιθανοί κίνδυνοι.

Μέσα από ολόκληρο το  λειτουργικό σύστημα  συναγερμού για το νερό και την εκπόνηση σχεδίου σε περίπτωση έκτακτης ανάγκη, ο κίνδυνος για την απώλεια της ανθρώπινης ζωής μετά από την καταστροφή ενός φράγματος είναι πολύ μικρός.

Κατά αυτό τον τρόπο οι κίνδυνοι, που σχετίζονται με τα φράγματα, μπορούν ως ένα βαθμό να μειωθούν με προστατευτικά μέτρα, τα οποία περιλαμβάνουν:

  • οπτική επιθεώρηση ανά τακτά διαστήματα της επιφάνειας του φράγματος, των θεμελίων, της δεξαμενής και άλλες κατασκευές, που σχετίζονται με αυτό.
  • συχνή οργανωμένη επιθεώρηση του φράγματος και των θεμελίων

Την δεκαετία του 1970 η χειροκίνητη απόκτηση και διεργασία των οργανικών δεδομένων ήταν πολύ χρονοβόρα, πράγμα που μειώθηκε με την ανάπτυξη των ψηφιακών συσκευών καταγραφής δεδομένων και των ηλεκτρονικών υπολογιστών. Το τελευταίο βήμα της αυτοματοποίησης των συστημάτων παρακολούθησης έγινε πρόσφατα μέσα από τα συστήματα τηλεμετρίας για την εξ αποστάσεως απόκτηση των οργανικών δεδομένων: Σύστημα αυτόματης απόκτησης δεδομένων (Automatic Data Acquisition Systems – ADAS). Η ιδέα της χρήσης ενός συστήματος παρακολούθησης για την εκτίμηση όσον αφορά την ασφάλεια ενός φράγματος είναι ότι η συνεχής παρακολούθηση επιτρέπει την αναγνώριση των αποκλίσεων των στελεχών (κλίσεις) στο σκελετό ενός φράγματος και στα θεμέλιά του, από τις τιμές παρέχοντας σταθερότητα στο οικοδόμημα, οι οποίες είναι θεωρητικά υπολογισμένες κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού του φράγματος.

Η εκπαίδευση για την αντιμετώπιση εκτάκτων περιστατικών μπορεί σίγουρα να βοηθήσει. Για τον λόγο αυτό οι οργανισμοί της πολιτικής άμυνας και άλλοι θεσμοί αντιμετώπισης εκτάκτων περιστατικών πρέπει να διοργανώνουν τακτικά μαθήματα και οι άνθρωποι πρέπει να γνωρίζουν τι πρέπει να κάνουν σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης.
Στην περίπτωση αστοχίας ενός φράγματος, οι απώλειες ζωής μπορούν να ελαχιστοποιηθούν με τη βοήθεια ενός πλήρως λειτουργικού συστήματος συναγερμού.
Όλες οι άλλες επιπτώσεις μπορεί να μειωθούν αποτελεσματικά με χωροταξικό σχεδιασμό, η εφαρμογή του οποίου είναι χρονοβόρα.
Τελικά, οι οικονομικές ζημιές θα μπορούσαν να καλυφθούν με κάποια ασφάλεια. Ωστόσο, η ασφάλεια δεν είναι η ορθή απάντηση καθότι βοηθά στην αντιμετώπιση μόνο μίας από τις πολλές επιπτώσεις της αστοχίας κάποιου φράγματος.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι πρόβλεψης της επικινδυνότητας, δηλαδή χρονικά εξαρτημένοι και χρονικά ανεξάρτητοι τρόποι (οι τελευταίοι ονομάζονται και προγνώσεις). Οι χρονικά ανεξάρτητες προβλέψεις παρέχουν πληροφορίες για τις περιοχές, που εκτίθενται σε κινδύνους, τις αναμενόμενες εντάσεις τους και τους χρόνους επανάληψης.

Με τον τρόπο αυτό για παράδειγμα γίνεται η πρόβλεψη της σεισμικής επικινδυνότητας. Κάποιοι στατιστικοί υπολογισμοί δείχνουν την πιθανότητα επέλευσης (ή μη επέλευσης) επικινδυνότητας μίας δεδομένης έντασης σε μία δεδομένη περιοχή σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα. Για παράδειγμα, το Operating Basis Earthquake (OBE), δηλαδή ο σεισμός στον οποίο η κατασκευή πρέπει να αντισταθεί με ασφάλεια χωρίς ζημιά, προσδιορίζεται ότι έχει 90% πιθανότητα μη επέλευσης σε περίοδο 25 ετών. Αυτό αντιστοιχεί σε χρόνο επανάληψης 237 ετών.

Με τον ίδιο τρόπο μπορεί να προβλεφθεί και η επικινδυνότητα υπερχείλισης ενός φράγματος: για παράδειγμα, το Inflow Design Flood (IDF) χρησιμοποιείται για τον σχεδιασμό και/ή τροποποίηση συγκεκριμένου φράγματος και των βοηθητικών του έργων, ιδίως για τον προσδιορισμό του μεγέθους του υπερχειλιστή και των έργων εκροής, καθώς και για τον προσδιορισμό των απαιτήσεων υδατοχωρητικότητας.

Η προσέγγιση αυτή είναι εξαιρετικά χρήσιμη για τον σχεδιασμό της αντίστασης ενός φράγματος σε ακραίες περιπτώσεις.

Δυστυχώς, η αξιόπιστη πρόγνωση του χρόνου των σεισμών είναι αδύνατη. Η πρόβλεψη πλημμυρών είναι πιο εφικτή, καθότι η παρακολούθηση μετεωρολογικών παραμέτρων (στοιχεία για βροχοπτώσεις, θερμοκρασία, χιονόπτωση κ.λπ.) επιτρέπει τον υπολογισμό του όγκου του νερού, που απελευθερώνεται. Στη συνέχεια ειδικά έργα εκροής μπορούν να ρυθμίσουν την εκροή της πλημμύρας.

Η επικινδυνότητα των κατολισθήσεων μπορεί επίσης να προβλεφθεί με σύγχρονη τεχνολογία (Global Positioning Systems ή GPS, Light Detection and Ranging Systems ή LIDAR, Inverse Synthetic Aperture Radar ή InSAR), η οποία υπολογίζει την τιμή μετακίνησης σημείων στην επιφάνεια της γης. Η τακτική παρακολούθηση της ταχύτητας της κίνησης μαζών, δίνει μία ορθή βάση για την πρόβλεψη μίας κρίσιμης κατάστασης η οποία μπορεί να προκληθεί από δυνατές βροχοπτώσεις, έντονη τήξη χιονιού κ.λπ.

Όπως και με τη σεισμική ζωνοποίηση, έτσι και η «ζωνοποίηση πλημμυρικής επικινδυνότητας» (χαρτογράφηση πλημμυρών) είναι πολύ χρήσιμη στην πρόβλεψη των πιθανών πλημμυρών, του ύψους του νερού και της ώρας του μετώπου κύματος. Είναι πιθανό να υπολογιστεί με μεγαλύτερη ακρίβεια του χρονοδιαγράμματος μίας πλημμύρας, χρησιμοποιώντας λεπτομερείς, ψηφιακούς, υψομετρικούς χάρτες.

Ορισμένοι παράγοντες επικινδυνότητας μπορούν να αποφευχθούν με τη σωστή γεωλογική, γεωφυσική και μηχανική διερεύνηση των τοποθεσιών, που θα χρησιμοποιηθούν στο μέλλον για την κατασκευή φραγμάτων.

Οι πιο σημαντικοί παράγοντες για τη σωστή αξιολόγηση των κινδύνων είναι οι ακόλουθοι:

  • ενεργά τεκτονικά ρήγματα
  • κατολισθήσεις και σταθερότητα των πρανών
  • υψηλή διαπερατότητα των πετρωμάτων ή του εδάφους, που περικλείουν το φράγμα
  • ανώτατο όριο πλημμύρων
  • πρόσχωση του ταμιευτήρα
  • επιπτώσεις σε κατοικημένες περιοχές
  • αρνητικές επιπτώσεις στην αλιεία, τα δάση και την άγρια πανίδα.

Φυσικά, οι μεγάλης κλίμακας φυσικές επικινδυνότητες (όπως οι σεισμοί) είναι αδύνατον να προβλεφθούν. Ωστόσο, είναι δυνατόν να γίνουν προβλέψεις κατά τον σχεδιασμό του φράγματος για αναμενόμενες ισχυρές δονήσεις. Παρόμοια προληπτικά μέτρα μπορούν να ληφθούν για την αντιμετώπιση τεχνικών κινδύνων με συνεχείς ελέγχους ή με ειδικά συστήματα παρακολούθησης.

Η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων της επικινδυνότητας των σεισμών και των πλημμυρών μπορεί να επιτευχθεί λαμβάνοντας υπόψη, κατά τον σχεδιασμό του φράγματος, την αναμενόμενη ένταση των σεισμικών δονήσεων (π.χ. Operating Basis Εarthquake, OBE) και η πιθανότητα μεγάλης πλημμύρας (π.χ. Inflow Design Flood, IDF).

Η κατασκευή πρέπει να σχεδιαστεί έχοντας υπόψη την πιθανή επίπτωση από πλημμυρικό κύμα. Η εγκατάσταση συστήματος παρακολούθησης και προειδοποίησης μειώνει σημαντικά τον κίνδυνο απώλειας ανθρώπινων ζωών.
Φυσικά, ένα σωστό ασφαλιστήριο συμβόλαιο είναι πολύ σημαντικό για τη μείωση των επιπτώσεων μίας καταστροφής.

Πριν από το ατύχημα:

  1. Η γνώση της έκτασης της πιθανής πλημμύρας. Όπως όλα τα είδη μοντελοποίησης, έτσι και η μοντελοποίηση πλημμύρων είναι μία ρεαλιστική παρουσίαση και μας δίνει μία γενική εικόνα. Το λογισμικό προσομοίωσης για τη μοντελοποίηση πλημμύρων χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του βάθους του νερού και της ταχύτητας σε περίπτωση κατάρρευσης φράγματος. Η αναπαράσταση δείχνει τα αποτελέσματα της προσομοίωσης σε περίπτωση κατάρρευσης φράγματος (Εικ. 12). Τα αποτελέσματα μπορεί να χρησιμοποιηθούν για την ανάλυση κατάρρευσης φράγματος, διαχείριση καταστροφής, σχεδιασμό εκκένωσης, αξιολόγηση καταστροφής από πλημμύρα, ανάλυση κινδύνου και σχεδιασμό τοπίων, υποδομών και πόλεων.
  2. Η έγκαιρη ανίχνευση σημείων καταπόνησης είναι σημαντικός παράγοντας για την αποτελεσματική ασφάλεια του φράγματος. Εάν ανιχνευθεί εγκαίρως το αδύνατο σημείο της κατασκευής, μπορεί να ληφθούν μέτρα για την επιδιόρθωσή του και να προληφθεί ο κίνδυνος. Ακόμα και αν η ανίχνευση δομικών προβλημάτων γίνει σχετικά αργά, μπορεί να ληφθούν μέτρα για την ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων, όπως για παράδειγμα μειώνοντας τη στάθμη του νερού. Ακόμα και αν ανιχνευθεί λίγες ώρες πριν από τη δημιουργία της ρωγμής, υπάρχει χρόνος για τη λήψη μέτρων, ώστε να σωθούν ζωές και περιουσίες.
  3. Η γνώση των υψηλότερων σημείων, όπου κάποιος μπορεί να αναζητήσει καταφύγιο (λόφοι, πάνω όροφοι πολυκατοικιών)
  4. Η γνώση των σημάτων συναγερμού.

 

a) Alarm system and alarm signals used in France (French Ministry of Sustainable Development);

b) International special sign for dangerous works and installations .

During the accident:

Reach as soon as possible the elevated sites.

Για τον προσδιορισμό της επικινδυνότητας κάποιου φράγματος, υπάρχουν τα ακόλουθα είδη χαρτών:

  • Ψηφιακοί υψομετρικοί χάρτες για τη μοντελοποίηση πιθανών πλημμύρων,
  • Γεωλογικοί χάρτες, όπου εμφανίζονται τα γεωλογικά υλικά πάνω στα οποία θα ανεγερθεί το φράγμα,
  • Χάρτες ενεργών τεκτονικών ρηγμάτων με πιθανές σεισμικές πηγές και πηγές αργής παραμόρφωσης,
  • Χάρτης σεισμικής επικινδυνότητας, οι οποίοι αναπαριστούν την αναμενόμενη σεισμική επίπτωση σε μία συγκεκριμένη τοποθεσία (ένταση δόνησης, μέγιστη εδαφική επιτάχυνση (PGA), φασματική επιτάχυνση (SA), κ.λπ.
  • Γεωμορφολογικούς χάρτες που αναπαριστούν πιθανές πηγές κίνησης μαζών (κατολισθήσεις, ροή υλικών, κ.λπ.,
  • Χάρτες μοντελοποίησης πλημμύρων, όπου φαίνονται το ύψος και η ταχύτητα του πλημμυρικού κύματος και η δυναμική της πλημμύρας μέσα στον χρόνο (Εικ. 11, 16).

Η βασική επικινδυνότητα των φραγμάτων προέρχεται από τις σεισμικές δονήσεις και την υπερχείλιση λόγω κατολισθήσεων ή μεγάλων πλημμυρών. Το φράγμα πρέπει να είναι σχεδιασμένο, ώστε να αντέχει στην ένταση της δόνησης (δηλαδή στο Maximum Design Earthquake MDE). Για τον υπολογισμό των πιθανών σεισμικών επιπτώσεων, πρώτα καταρτίζονται οι χάρτες ενεργών τεκτονικών ρηγμάτων της περιοχής. Στη συνέχεια αξιολογείται η ένταση και ο ρυθμός επανάληψης των σεισμών, που προκαλούνται από τα ρήγματα αυτά και τέλος οι επιπτώσεις ενός τέτοιου σεισμού, (δηλαδή η μέγιστη εδαφική επιτάχυνση (PGA) και η φασματική επιτάχυνση (SA) στην περιοχή του φράγματος. Είναι επίσης πολύ σημαντικό να λάβουμε υπόψη την κατάσταση του εδάφους της τοποθεσίας και να γνωρίζουμε τη φυσική συχνότητα του φράγματος, διότι σε αυτή τη συχνότητα της δόνησης το φράγμα είναι πιο ευάλωτο.

Εάν λάβουμε υπόψη όλα αυτά τα στοιχεία κατά τον σχεδιασμό και την κατασκευή του φράγματος, η σεισμική αντοχή του φράγματος είναι εγγυημένη.