Язовири и водохранилища

Преглед

След анализиране на басейните се оказва, че само три големи язовира / водохранилища силно влияят на наводненията по Марица и Тунджа.

• Язовир Тополница — стопанисван от „Напоителни системи” ЕАД;
• Язовир Въча — стопанисван от Националната електрическа компания (НЕК);
• Язовир Жребчево — стопанисван от „Напоителни системи”-ЕАД.

Тези язовири имат голям капацитет (над 1000×106 куб.м) и получават директен приток от реките в речните басейни на реките Марица и Тунджа, като значителна част от техните водосбори е разположен в горното течение (над 500 km²).

Това обаче не означава, че другите язовири не влияят на наводненията във водосбора. Но на този етап ще разгледаме само тези три големи язовира и водохранилища, които могат да прелеят при големи наводнения (като например язовир Тополница през 2005 година) или да попречат на образуването на наводнения.

Останалите язовири и водохранилища намиращи се в басейните на Марица и Тунджа също имат голям капацитет, но събират води от доста по-малки подбасейни (или пък събират води от други водосбори, чрез изкуствени канали и деривации) и техният ефект по време на сравнително големи наводнения е второстепенен, в сравнение с този от трите „големи” язовира.

Статистическите параметри за оттока на реките след построяването на тези язовири са доста променени и е очевидно, че язовирите имат положително влияние за предпазване от наводнения или поне до определено ниво на интензивност на валежите. Наводнението от август, 2005 (Ихтиманския циклон), когато нивото на язовир Тополница беше превишено и доведе до големи поражения надолу по течението, би трябвало да ни напомня този факт.

а управление на наводненията се интересуваме главно от два аспекта на язовирите.

• Каква е вероятността от преливане на язовирите при силни валежи (което ни задължава да знаем нивото на безопасност на водата, котата на короната на преливника, ретензионните графики и броя на шлюзовете...) Този анализ е необходим, за да се определят различни сценарии на наводнения, които да бъдат ползвани при изготвяне на карти на разливите при наводнения.
• Какви са правилата на действие при големи наводнения: трябва да познаваме и да създадем диаграма на тези правила за да знаем как да ги въведем в хидродинамичните модели.

1. Язовир Тополница

Язовир Тополница е построен през 1963. Той поема води от реките Тополница и Мътивир във високопланинската част (северозападна) на Маришкия басейн, на около 60 км нагоре по течението от град Пазарджик.

Водосборът в горната част на течението или зоната на формиране на оттока е около 1381 km²
 
Капацитетът на водохранилището, (при ниво на безопасност) е 141 млн.куб.м.
 
Площта на язовира при максимален полезен обем е 9.6 km². Ретензионни графики отразяват изменението на водното равнище.
 
С височина от 78 m той има четири подвижни клапи високи 5 m и широки 9,5 m, с еднакъв капацитет. Ако някоя от четирите клапи бъде отворена при водно ниво надвишаващо котата на твърдия преливник, тя не може да бъде затворен преди понижаване на водното ниво под котата на преливника.
 
Преливникът е предназначен за отток от 1000 m³/s което отговаря на 0.1% вероятност за превишение (повтаряемост на 1000 години). Максималният дебит на вливащата вода, който би предизвикал наводнение е m³/s.
 
След август 2005 бяха установени нови норми на безопасност - 45 млн.куб.м. резервен капацитет под преливника.
 
Руслото на р. Тополница след язовира е в състояние да проведе максимален дебит от 330 m3/s
 
Основният изпускател на язовира се състои от две стоманени тръби, всяка с диаметър 1,4 м. и капацитет 60 m³/s;
 
Освен това през турбините на подязовирната ВЕЦ може да минат до 30 m³/s

За да се моделират и анализират действията по време на наводнения, бяха използвани следните данни:

• Графики, показващи изменението на водните обеми и залятите площи в резултат на покачване на водното равнище.
• Дневна динамика на водите за периода 2001г. - 2006г.
• Часова динамика на водите по време на наводненията през 2005г.
• Изчисления за количеството вода, изтичащо от клапите – ключовите криви (Q = f(h))

2. Язовир Въча

Язовир Въча, захранващ водноелектрическата централа на река Въча, с обем от 226×106 куб.м, е построен през 1975 година.

След него, в каскада е разположен яз.Кричим, който е с доста по-нисък обем (20×106 куб.м.) и който бързо би прелял при преливането на яз.Въча. Язовир Кричим е считан за язовир, който транзитно ще проведе високата вълна по каскадата Въча.

Язовир Въча е разположен в Западните Родопи и има водосборна област от 1465 km²
 
Площта на язовирното езеро му при този обем е около 4,5 km².
 
Язовирната стена е с височина до водното равнище около 110 м. и е оборудвана с четири подвижни затворни органа, всеки с широчина 8м. и височина 7 м. Котата на короната на бетоновия преливник е: 528,8 м; а котата на горния ръб на клапите е 535,8 м.
 
Котата на короната на язовирната стена е 540,00, като преливната част е оразмерена за висока вълна с вероятност от превишение 0,01%(веднъж на 10 000г.). Постъпващото в язовира водно количество е 2720 m³/s, което след ретензиране в езерото е 2060 m³/s.
 
Наскоро бяха установени норми на безопасност за справяне при наводнения, които включват резервен обем от 28 млн.куб.м под котата на преливника.
 
Коритото на река Въча, надолу по течението, е в състояние да проведе безаварийно максимално количество вода в размер на 300 m³/s.
 
Изпускателят на язовира се състои от две стоманени тръби, всяка с диаметър от 2,2м. и капацитет 160 m³/s;
 
Освен това, през турбините на водноелектрическата централа преминават до 50 m³/s

Няма изведена информация относно този язовир, който бе изключен от обсега на този проект. Изследване на река Въча и нейното интегриране в моделиращата система ще са част от следващ проект.

3. Язовир Жребчево

Язовир Жребчево е построен през 1973 година. Той е предназначен едновременно за напояване и за производство на водноелектрическа енергия. Намира се на река Тунджа и има капацитет от 400 милиона м³.

Водосборът на язовир «Жребчево» е около 800 кв.км. Разположен е нагоре срещу течението над град Баня под друг голям язовир (яз. Копринка, с обем от 140 милиона м3, който пък от своя страна събира водите, стичащи се от Стара планина, с водосбор от още 600 кв.км).
 
Площта на язовира при максимален обем е около 24,9 кв.км., което се вижда от кривите на завирените обеми и залятите площи.
 
Стената на язовир Жребчево е висока около 50 м. и е оборудвана с пет клапи, които се управляват с вериги. Размерите на всяка клапа е 10,5м дължина и 5м височина. Клапите се задвижват ръчно или по електромеханичен път, в зависимост от нивото на водата.
 
Котата на преливния ръб на преливника е 269,50, като последният е оразмерен за висока вълна с вероятност за превишение 0,1 % (на 1000 години) 1400 м3/сек. Получена след ретензиране на изходната висока вълна от 1630,00 м3/сек.
 
В момента е предвиден резервен обем под преливника на язовира от 100 милиона м3, с цел овладяване на евентуално наводнение.
 
Долното течение на река Тунджа е оразмерено за проевеждане на максимално водно количество от 250 м3/сек., поне от Баня до Завой.
 
Максималната пропусквателна способност на тунела с диаметър 3,2m, който се използва като основен изпускател язовира е 150 m3/s.
 
Съществува възможност за отклоняване на 30m3/s към басейна на р. Марица и освен това, 41 m3/s завъртат водната турбина на подязовирната ВЕЦ.
 
Относно язовир Жребчево бяха събрани разнообразни данни за анализ.

Относно язовир Жребчево бяха събрани разнообразни данни за анализ:

• Криви на изменението на водните обеми и залятите площи в резултат на покачване на водното равнище.
• Ежедневни приток и отток за периода 2001-2006
• Формула за изчисление на оттока през клапите (Q = f(h))

Извършени анализи

В рамките на проекта беше извършено моделиране само на язовир Тополница.

В насточщият проект язовирите Въча и Жребчево не са обект на моделиране.

Поради нуждата от сценарии за моделиране на наводненията, трябваше да преценим при какви условия нивото на язовир Жребчево би могло да превиши резервния ретензионен обем от 100 милиона m3

Освен това, данните от събитията от 2005г. бяха използвани за калибриране на модела на язовир Тополница в рамките на общия хидрологичен и хидравличен модел на речен басейн Марица.

За да се прецени възможността от преливане на язовира, като се има предвид определеният „резервен обем”, данните от ежедневния приток са използвани за извършване на статистически анализ за възможността от приток на големи водни количества за периоди между 1 и 5 дни.

Всъщност, анализ, направен на базата на данни, събирани само в продължение на шест години, не може да се счита за много точен и представителен. Идеята беше да се сравнят изчислените вероятни стойности с планираните такива при оразмеряването на преливниците и затворните органи.

Следва представяне на резултатите от този анализ (крайните стойности са адаптирани чрез представяне в логаритмичен мащаб).

На графиките по-долу заедно с резултатите от нашите изчисления са представени изчислените стойности на притока, получени от инженерите по време на проектирането на язовира.

язовир Жребчево
Данни от 1-дневен приток	Данни от 3-дневен приток
язовир Тополница
Данни от 1-дневен приток	Данни от 3-дневен приток

Трябва да се отбележи, че за язовир Жребчево нашият анализ, направен на базата на данни събирани за шест години , напълно съответстват на статистиката, разработена по време на проектирането на язовира.

При статистическия анализ на Тополница, в който са взети под внимание наводненията от 2005г., се забелязва, че проектираните стойности са като цяло под статистическия тренд , което може да бъде използвано като коректор на нашите данни.

Все пак, както показват представените данни, наводнението от 2005г. съответства на наводнение с период на повторяемост веднъж на 100 години, което, по наше мнение, е близко до реалността. Следователно смятаме, че статистическите зависимости използвани при проектиране на яз. „Тополница” са подходящо подбрани.

От направеният анализ по отношение на язовир Жребчево може да се заключи, че резервния обем от 100 млн. куб. м предотвратява преливане през клапите за високи вълни с период на повтаряемост от 500 години. За период на повторяемост от 1000 години, ще се наложи отваряне на една или две клапи след първия ден, което ще предизвика преливане на около 1000 m3/s водно количество в продължение на няколко часа.

Следователно, „1000-годишният сценарий” за горното течение на р. Тунджа трябва да бъде осъществен с водно количество в размер на 1000 m3/s. Язовир Тополница вече е преливал в миналото. Приетия резервен обем от 45 млн. куб. м отговаря на приливни събития с около 25-годишен период на повторение. Пълното отваряне на клапите няма да настъпи преди събития със 100-годишен период на повторение.

Преливането през 2005г. е било резултат от препълването на язовира след няколко поредни високи вълни. В последствие е трябвало да се отворят три клапи, което е довело до оттичане на повече от 600 m3/s в пиковия момент на наводнението.

1.3 Заключения за язовирите и водохранилищата

През 2005г. яз Тополница прелива при висока вълна с вероятност за превишение веднъж на 100 години.

Всъщност язовирното езеро е било почти пълно преди началото на валежите, тъй като зимата, пролетта и началото на лятото са били доста влажни.

Но дори и язовирът да не е бил пълен, ние сме сигурни, че същият е щял да прелее, само че не толкова екстремно и с много по-малко щети по долното течение. Дестващите по това време правила за действие по време на наводнения, които имат нужда от промяна, биха помогнали съвсем малко за намаляване на щетите, породени от преливане на язовира.

Това наводнение трябва да ни напомня, че водохранилищата и язовирите не предпазват от наводнения с екстремна сила в долните течения на реките, а само от такива с по-висока честота.

От анализите ни, основащи се на данни за период от седем години и въз основа на проектните характеристики на тези язовири, можем да заключим:

Язовир Тополница, при наличие на свободен обем от 45 Мм3, предоставя цялостна защита от наводняване за високи вълни с честота по-малка от 25 години. За наводнения с честота между 25 и 75 години язовирът няма да бъде в състояние да защити разположените под него територии, като все пак предлага някакво буферно време за предупреждение при екстремни наводнения с период на повторение повече от 100 години.

Язовир Жребчево е най-големият от трите язовира. Той е с най-малък водосборен район, и поради голямата площ на езерото му, той е с най-голям капацитет и резервен обем. Очевидно язовир “Жребчево» предоставя пълна защита на долното течение, дори за много екстремни наводнения, но до каква степен?

От нашия анализ, въз основа на данни за седем годишен период, подкрепен и от погнозните високи вълни, на които се основава проекта за язовира, можем да приемем, че наводнения с честота над 1 на 500 години ще прелеят язовира и че наводнения с честота 1 на 1000 години ще доведат да водни количества в река Тунджа от над 1000 м3/сек , които коритото на реката разбира се няма как да ги побере.

Язовир Въча, със своя безопасен обем от 25 Мм3 и площ на водосбора от1465 кв.м, представлява буфер срещу наводнения с честота само 10-20 години. През 2005, следните две неща са предпазили населението на долното течение от евентуално наводнение:

1. дъждовете във водосбора на Въча, са били не толкова поройни, колкото в западна Рила
2. Нивото на язовир Въча е било много под максималното, когато се е случило събитието.

Все пак имаме данни за няколко наводнения, когато язовир Въча се е налагало да отвори клапите си поради покачване на нивото на водата при локални валежи. Близостта на вливането на р. Въча до гр. Пловдив предполага, че трябва да се вземат специални мерки за предупреждаване на населението в случай на висока вълна. Необходимо е да се отбележи, че преливника на язовир Въча е проектиран за пропускане на водни количества от над 2700 м3/сек (вероятност от 10^-4).