Мосульская плотина, ранее известная как плотина Саддама, представляет собой тип земляной плотины, построенной на реке Тигр в Ираке. Она расположена примерно в 60 км от города Мосул в северо-западном регионе. Строительство плотины началось еще в 1981 году и было завершено 7 июля 1986 года. Плотина была построена для борьбы с наводнениями, выработки гидроэлектроэнергии, а также для обеспечения водой трех ирригационных проектов. Считается, что это самый стратегический проект по управлению водными ресурсами в Ираке.
После завершения проекта в 1986 году было обнаружено, что плотина имеет несколько точек просачивания. Из-за растворения ангидрита и гипса вода просачивалась и вызывала опасения за стабильность и безопасность плотины. Впервые просачивание было замечено из шести крупных источников на разных уровнях на левом берегу плотины, когда уровень воды в водохранилище повысился.
Мосульская плотина
Просачивание также происходило из-под плотины, так как речная вода обесцвечивалась на некотором расстоянии от плотины. Было замечено, что обесцвечивание возможно из-за повышения концентрации сульфатов в воде. Выщелачивание гипса из камней фундамента плотины было основной причиной повышения концентрации сульфатов. Приблизительно 13 000 тонн минералов было выщелочено из фундамента плотины.
Министерство водных ресурсов Ирана держало эту проблему в рамках небольшой группы людей, пока инженеры армии США не исследовали плотину с июня 2004 по июль 2006 года и не предположили возможность разрушения плотины. Однако основные СМИ обратили внимание на проблему безопасности плотины, когда в 2014 году ИГИЛ захватил место расположения плотины. В результате расследования был сделан вывод, что более 500 000 человек потеряют свои жизни, если плотина Мосула выйдет из строя. Кроме того, разрушение инфраструктуры и потеря имущества городов, расположенных ниже по течению от плотины, будут огромными и могут затопить столицу Багдад.
В этой статье мы рассмотрели геологические особенности, инженерные проблемы и возможные решения, рекомендуемые для плотины в Мосуле.
1. Геология плотины Мосул
Ниже описана геология плотины Мосул:
Река Тигр и плотина в Мосуле
2. Проектные параметры Мосульская плотина
Мосульская плотина была построена с грязевым ядром и относится к типу земляных плотин. Высота плотины составляет 113 м, а длина – 3650 м, включая водосброс. Ширина верхового гребня составляет 10 м. Сверху плотина облицована скалами. Плотина была рассчитана на пропускную способность 11,11 км3 воды при нормальном уровне бассейна, эта пропускная способность включает 8,16 км3 живого и 2,95 км3 мертвого водохранилища.
Поперечное сечение плотины в Мосуле
Плотина была спроектирована с бетонным водосбросом, расположенным на левой опоре. Высота гребня плотины водосброса составляет 318 м, а его общая длина – 675 м. Водосброс оснащен пятью затворами размером 13,5 м х 13,5 м. Общий расход воды, измеряемый водосбросом, составляет 12 600 м3/с, когда водохранилище заполнено до максимального уровня. Строительство плотины обошлось в $3 млрд. в 1980-х годах.
3. Инженерные проблемы плотины в Мосуле
Проблемная геология местности создавала различные проблемы во время строительства, эксплуатации и водосброса плотины Мосул. После завершения проекта в 1986 году в конструкции были обнаружены различные места утечек. Основной причиной утечек являются геологические проблемы, которые повлияли на устойчивость плотины:
3.1 Карстообразование
Карстообразование – это процесс формирования карстовых пород. Карст – это геологическая особенность, образованная в результате растворения растворимых пород, таких как гипс, известняк и мергель. Основными признаками карста являются пещеры, вертикальные тонкие слои породы, разделенные отверстиями.
Основной геологической опасностью, которая угрожает плотине Мосул, является карстообразование, особенно в основании плотины. Карст простирается на глубину 110 м под основанием плотины. Карстообразование представляет собой широкую дезинтеграцию гипсовых и ангидритных пород, находящихся над и под слоями известняка.
Просачивание воды на месте плотины Мосула
Эти элементы вызвали прорыв целых слоев глинистых мергелей в подстилающие отверстия, создавая пласты из брекчированных частиц гипса и ангидритных блоков, установленных в свободную глинистую решетку. Четыре таких слоя были обнаружены при детальном обследовании участка после завершения проекта. Один из этих слоев был обнаружен в скате желоба основания водосброса. Он оказался значительным из-за непредсказуемого поведения во время цементации завесы под плотиной.
3.2 Раковины
Наличие поверхностных трещин и колебания грунтовых вод приводят к развитию карстовых воронок. Одна карстовая воронка на левом фланге водохранилища внезапно появилась в феврале 2003 года за одну ночь и быстро развивалась с оседанием на 15 м и углублением диаметром 15 м. Другие воронки появились на правой стороне ниже по течению от плотины.
Скорость оседания этих воронок составляла 0,25 м, когда они появились в 1992 году, а затем она уменьшилась на 50% в 1998 году. Максимальное суммарное оседание в карстовой воронке составило 5 м. Считается, что образование этих воронок связано с растворением поверхностных гипсовых пластов, что привело к образованию каналов под поверхностью. Это произошло из-за потока грунтовых вод в водоносном горизонте в направлении реки Тигр, где пополнение этого водоносного горизонта сильно возросло, когда водохранилище было запружено.
Полностью сформировавшаяся карстовая воронка на месте плотины Мосула
Размер отверстий увеличивался из-за колебаний уровня воды на нижней стороне плотины в результате деятельности, связанной с управлением плотиной. Когда размер этих отверстий увеличился и оказался ближе к поверхности, они опустились после обильных осадков.
Недавно, в 2011 году, было проведено батиметрическое исследование, которое показало наличие бесчисленных воронок внутри зоны водохранилища. Это опасный процесс, при котором, если эти воронки связаны с водоносным горизонтом, это может вызвать различные проблемы для стабильности плотины. Аналогичным образом, ниже по течению от плотины были обнаружены дополнительные источники, расположенные на одной линии с карстовыми воронками.
3.3 Наличие водоносного горизонта
Значение водоносного горизонта объясняется не только тем, что он вызвал невероятные трудности при разработке плана сифонного складирования. Но, кроме того, он сформировал профиль потока подземных вод в районе правого примыкания плотины. Кроме того, это способствовало развитию карстовых воронок в нижнем течении правого берега плотины.
Богатая сульфатами вода водоносного горизонта свидетельствует о дезинтеграции гипса с территории плотины и ее района. Кроме того, гидростатические силы воды в зоне водохранилища расширяют темпы дезинтеграции, и этот цикл продолжается с момента открытия плотины. Этот цикл также вызвал появление различных признаков, таких как развитие трещин и разломов почти в 100 м от правого берега плотины, которые проявились в 1996 году.
Развитие трещины на правом берегу Мосульской плотины
Принимая во внимание вышеупомянутое явление, можно сказать, что в пределах площадки плотины и прилегающей к ней территории наблюдается уникальное развитие грунтовых вод. Далее, это вызывает высокие темпы дезинтеграции гипса, связанного с вымыванием мелкой земли и мелких частиц карбоната.
Этот цикл вызывает тревогу, так как может привести к образованию огромных каверн, способных резко разрушить поверхность земли. Это наблюдалось в феврале 2003 года, октябре 2004 года и июле 2005 года. Этот процесс развивается внутри зоны закарстованных пород и расширяется в своем темпе из-за воздействия эксплуатации плотины.
4. Последствия разрушения плотины
В 1984 году Ирак поручил консорциуму швейцарских консультантов провести исследование потенциального разрушения плотины и паводковых волн на плотине Мосула. Швейцарские консультанты завершили исследование и назвали возможные причины разрушения. Ниже описаны возможные причины и последствия разрушения плотины Мосула:
Если плотина Мосула разрушится, то последующая катастрофа будет намного превосходить все, что было раньше или может произойти в будущем.
5. Возможное решение проблем Мосульской плотины
Для преодоления проблемы просачивания воды был обсужден ряд решений. Международный совет экспертов (IBOE) был выбран министерством ирригации Ирака для разработки решения проблем Мосульской плотины.
МБП провело ряд совещаний с подрядчиками и проектировщиками для изучения проблем на месте строительства плотины. Обсуждались вопросы цементации и типы цементных смесей. Были рассмотрены предложения по использованию силикагеля в цементации левого берега для уменьшения просачивания. Также обсуждалось использование цементных растворов и применение смесей песчаных пород в различных зонах. Все исследования показали, что дезинтеграция пород, произошедшая за время эксплуатации плотины, была значительной, однако не настолько, чтобы исключить плодотворную кульминацию.
Было предложено несколько альтернативных вариантов, которые рассматриваются ниже.
5.1 Осаждение нерастворимых материалов
Путь просачивания может быть заполнен путем осаждения нерастворимого материала, такого как хлорид натрия, из воды, просачивающейся через уровень земли. Однако это предложение было отклонено, поскольку объем нерастворимого материала не будет достаточным для заполнения всех размеров различных путей просачивания. Кроме того, вода, просачивающаяся с уровня земли, могла двигаться непредсказуемым образом.
5.2 Герметизация гипсовой поверхности
Защита гипсовых поверхностей от разрушения может быть осуществлена путем герметизации гипсовых поверхностей. Это может быть достигнуто путем поддержания насыщенного или перенасыщенного раствора SO4 на поверхности фундаментной породы. Однако этот процесс потребует непрерывной подачи раствора с верхней стороны гипсового одеяла.
Это предложение было отклонено из-за огромного количества гипса, ежедневно удаляемого с уровня фундамента, и уязвимости пути просачивания.
5.3 Использование химического раствора
Другим вариантом было снижение растворимости CaSO4. Этого можно достичь путем реакции CaSO4 с химическим раствором для образования нерастворимого покрытия вокруг CaSO4.
В этом процессе используется химический раствор, называемый оксалатом кальция. Однако проблема с оксалатом кальция заключается в долговечности и стойкости такого покрытия против дополнительного просачивания. Кроме того, уязвимость и сложности в оценке характеристик со временем. Кроме того, этот материал оказывает вредное воздействие на людей и животных. Кроме того, огромные объемы, которые необходимо доставить в грунтовые воды, очень сложны. Таким образом, это предложение было отклонено.
5.4 Использование барьеров
Использование барьеров может быть достигнуто путем:
5.4.1. Ограждение
Ограждение верхней части водохранилища и плотины может быть выполнено путем спуска воды в водохранилище и опускания облицовочных материалов через перфорированные трубы в нижнюю часть водохранилища. После этого песок может быть уложен поверх трубы, чтобы удержать грязь, образовавшуюся под воздействием возмущения. Но эта техника ранее не использовалась ни в одном водохранилище.
Использование отсыпки
5.4.2 Отсекающая стенка
Как показано на рисунке ниже, необходимо создать отсекающую стенку. Этот метод крайне небезопасен для применения на плотине Мосул.
Использование отсекающей стены
Опасность заключается в том, что отсекающая стена имеет огромную высоту, твердость водоносных слоев, наличие отверстий и пустот в основании плотины. Кроме того, очень трудно поддерживать вертикальность панелей отсечной стены.
5.4.3 Создание новой завесы
В этом процессе к существующей завесе добавляется дополнительное армирование. Завеса может быть продлена до верхнего бьефа плотины, чтобы улучшить поведение существующей завесы. Однако этот процесс требует понижения уровня водохранилища, поэтому данная рекомендация была отклонена.
5.4.4 Строительство диафрагменной стены
Другим предложенным вариантом было строительство диафрагменной стены от насыпи выше по течению, с наклонной бетонной облицовкой от самой высокой точки диафрагмы до самой высокой точки плотины. Также это может быть сделано путем ликвидации верхней части плотины и введения диафрагменной стены через ядро в зоне выше по течению от галереи плотины.
Строительство диафрагменной стены
Этот план был обусловлен недоступностью машин, которые могли бы нарезать грунт до нужного уровня. Позже изгнание верхней части плотины посчитали ненужным из-за нового прогресса в технологии строительства диафрагмы. Однако совет директоров посчитал эту рекомендацию нежелательной, поскольку уровень водохранилища необходимо понизить, что может занять не менее 2-3 лет с очень большими затратами.
6. Будущее Мосульской плотины
Все предложенные рекомендации оказались бесполезными, а некоторые из них – непрактичными. Поэтому правление решило поработать над существующими завесами, улучшив их качество путем затирки. В зону просачивания было нанесено несколько затирочных смесей, а на большие трубы и каналы были нанесены герметики, чтобы уменьшить проблему просачивания.
Защитные меры были приняты в связи с возможным разрушением плотины Мосула. Таким образом, чтобы защитить жизни людей и животных, живущих ниже по течению от плотины Мосул, министерство водных ресурсов Ирака приняло решение о строительстве плотины Бадуш в 1988 году.
Строительство плотины Бадуш было начато в 1988 году, и было решено закончить его в течение четырех лет. Она расположена примерно в 40 км ниже по течению от места строительства плотины Мосул и примерно в 15 км выше по течению от города Мосул. Однако работы по строительству плотины Бадуш были остановлены в 1991 году из-за санкций ООН в отношении Ирака. До 2020 года строительство плотины Бадуш не завершено.
Плотина Бадуш на реке Тигр
Несмотря на все интенсивные работы по поддержке затирки, дезинтеграция гипса продолжалась в течение многих лет. Кроме того, из проделанной работы видно, что цементация является временным решением, она не может остановить распад гипса навсегда. Кроме того, цементация ослабляет фундаментные породы плотины в результате повторного цементирования. Кроме того, цементация успешно останавливает развитие карстовых воронок. Более того, она дает ложное чувство безопасности.
Затирка не может быть окончательным решением проблемы просачивания. Таким образом, исследователи предлагают использовать альтернативные решения, рассмотренные в разделе 5. Практичным и наиболее выгодным решением будет строительство диафрагменной стены одновременно с завершением строительства плотины Бадуш.
Вопросы и ответы
Когда было начато и завершено строительство плотины Мосул?
Строительство плотины Мосул началось в 1981 году, а в 1986 году плотина была открыта.
К какому типу плотин относится плотина Мосул?
Мосульская плотина – это плотина земляного типа. Ядро плотины заполнено илом.
Какова высота Мосульской плотины?
Высота Мосульской плотины составляет 113 м.
Где находится самая опасная плотина в мире?
Самая опасная плотина в мире – Мосульская плотина, расположенная в городе Мосул в Ираке.
Топ-5 самых крупных провалов плотин в мире
Всемирный торговый центр: Причины разрушения здания после атаки 9/11
Пизанская Наклонная башня: Архитектурное чудо или инженерная неудача?
Читайте далее:- 7 различных типов водосбросов.
- Топ-5 крупнейших провалов плотин в мире.
- Разрушение плотины в Остине: Одна из крупнейших катастроф в истории США.
- 21 тип плотин в строительстве.
- Гипсовые изделия и свойства в качестве строительного материала для строительства.
- 4 Различные типы геологических формаций подземных вод.
- Воздействие плотин на окружающую среду.