Evaluation of the functionality of seepage prevention structures of dam bodies after a long period of operation – a case study of Otmuchów and Nysa reservoirs

• Autorzy: Połomski Maksymilian , Wiatkowski Mirosław

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2024.150976

Warianty tytułu

PL

Ocena funkcjonalności elementów wodoszczelnych korpusu zapory po długim okresie eksploatacji – studium przypadku zbiorników Otmuchów i Nysa

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article reviews the technology of construction and functioning of watertight elements of hydrotechnical embankments. A case study of two reservoirs located in the middle course of the Nysa Kłodzka River is described: (1) Otmuchów reservoir functioning since 1933, (2) Nysa reservoir functioning since 1971. The effectiveness of the applied impermeable screens, i.e. a clay screen of the Otmuchów reservoir and a concrete screen of the Nysa reservoir, was assessed and compared. Data from piezometers located at the height of the dam crest along its entire profile were analysed for measurements taken in the years 2020-2022. Indicators such as the distribution and depth of the water level in the dam body and changes in pressure in piezometers under the influence of water level fluctuations in the reservoir were considered. In addition, the scale and frequency of repair and maintenance activities carried out on both facilities were analysed, especially in aspects of the dam body sealing and the need to repair the upstream slope structures, which are directly exposed to filtration and wave action. It was found that, despite the long period of operation of both facilities, they maintain proper water tightness, and the depth of the water level in the embankments reacts only slightly to fluctuations in the amount (height) of stored water. This correlation is more evident closer to the middle part of the dam of the Nysa reservoir, where an abrupt increase in damming height caused a vertical movement of the water table in the embankment, but with a delay of about a week. It was pointed out that both sealing technologies adopted were associated with the need for numerous revitalisation measures, mainly due to dynamic degradation of the stone paving in the area of fluctuations in the level of dammed water in the case of the Otmuchów reservoir and loss of watertightness at expansion joints of concrete slabs protecting the upstream slope of the Nysa reservoir dam.

PL

W artykule dokonano przeglądu technologii wykonania i funkcjonowania elementów wodoszczelnych nasypów hydrotechnicznych. Opisano studium przypadku dwóch zbiorników retencyjnych znajdujących się w środkowym biegu rzeki Nysa Kłodzka: (1) Zbiornik Otmuchów funkcjonujący od 1933 roku, (2) Zbiornik Nysa funkcjonujący od 1971 roku. Poddano ocenie i porównano skuteczność pracy zastosowanych przesłon przeciwfiltracyjnych, tj. ekranu iłowego zbiornika Otmuchów i ekranu betonowego zbiornika Nysa. Przeanalizowano odczyty z piezometrów znajdujących się na wysokości korony zapory wzdłuz całego jej profilu, dla pomiarów wykonywanych w latach 2020-2022. Rozpatrzono takie wskaźniki jak rozkład i głębokość zwierciadła wody w zaporze oraz zmiany ciśnienia w piezometrach pod wpływem wahań poziomu wody w zbiorniku. Ponadto przeanalizowano skalę i częstotliwość działań remontowych oraz konserwacyjnych przeprowadzonych na obu obiektach, szczególnie w aspektach doszczelniania korpusu zapory oraz konieczności napraw ubezpieczeń skarpy strony odwodnej – bezpośrednio narażonej na filtrację i falowanie. Stwierdzono, że mimo długiego okresu pracy obu obiektów zachowują one prawidłową szczelność, a głębokość zwierciadła wody w nasypach jedynie nieznacznie reaguje na wahania ilości retencjonowanej wody. Ta korelacja wyraźniejsza jest bliżej środkowej części zapory zbiornika Nysa, gdzie skokowy wzrost wysokości piętrzenia spowodował pionowy ruch zwierciadła wody w nasypie, jednakże z ok. tygodniowym opóźnieniem. Wskazano, że obie przyjęte technologie uszczelniające wiązały się z koniecznością licznych działań rewitalizacyjnych, głównie w związku z dynamiczną degradacją bruku kamiennego w obszarze wahań poziomu piętrzonej wody w przypadku zbiornika Otmuchów oraz utratą szczelności na dylatacjach płyt betonowych zabezpieczających skarpę odwodną zapory zbiornika Nysa.

Słowa kluczowe

EN

dam; hydrology; reservoir; seepage prevention structure; upstream slope; revitalisation

PL

hydrotechnika; rewitalizacja; skarpa odwodna; urządzenie przeciwfiltracyjne; zapora; zbiornik

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 70, nr 3
• Strony: 153--171
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Połomski Maksymilian

• Institute of Environmental Engineering,Wrocław University of Environmental and Life Sciences, Wrocław, Poland (doktorant)
• State Water Holding Polish Waters – Regional Water Management Authority in Wrocław, Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-6577-737X

autor

Wiatkowski Mirosław

• Institute of Environmental Engineering, Wrocław University of Environmental and Life Sciences, Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5155-0593

Bibliografia

• [1] A.T. Zhang, J. Urpelainen, and W. Schlenker, “Power Of The River: Introducing The Global Dam Tracker (Gdat)”, Columbia|SIPA Center on Global Energy Policy, CGEP Faculty Grant Program, 2018.
• [2] G. Romanescu, A.M. Romanescu, and G. Romanescu, “History of building the main dams and reservoirs”, in Proceedings of the 2nd International Conference on Water resources and wetlands. Tulcea, Romania, 2014, pp. 11-13.
• [3] M. Wiatkowski, “Problems of water management in the reservoir Młyny located on the Julianpolka river”, Acta Sci. Pol. Formatio Circumiectus, vol. 14, no. 3, pp. 191-203, 2015, doi: 10.15576/ASP.FC/2015.14.3.191 (in Polish).
• [4] D. Pradel and A. Lobbestael, Eds., Edenville and Sanford Dam Failures: Field Reconnaissance Report. Reston, VA: American Society of Civil Engineers, 2021, doi: 10.1061/9780784415764.
• [5] L.M. Zhang, Y. Xu, and J.S. Jia, “Analysis of earth dam failures: A database approach”, Georisk: Assessment and Management of Risk for Engineered Systems and Geohazards, vol. 3, no. 3, pp. 184-189, 2009, doi: 10.1080/17499510902831759.
• [6] N. Adamo, N. Al-Ansari, V. Sissakian, J. Laue, and S. Knutsson, “Dam Safety Problems Related to Seepage”, Journal of Earth Sciences and Geotechnical Engineering, vol. 10, no. 6, pp. 191-239, 2020.
• [7] L. Caldeira, “Internal Erosion in Dams: Studies and Rehabilitation”, International Journal of Civil Engineering, vol. 17, pp. 457-471, 2019, doi: 10.1007/s40999-018-0329-5.
• [8] R.A. Freeze, “Influence of the unsaturated flow domain on seepage through earth dams”, Water Resources Research, vol. 7, no. 4, pp. 929-941, 1971, doi: 10.1029/WR007i004p00929.
• [9] A.N. Giglou and A. Zeraatparvar, “Seepage estimation through earth dams", Journal of Basic and Applied Scientific Research, vol. 2, no. 8, pp. 7861-7865, 2012.
• [10] M.N. Salem, H.M. Eldeeb, and S.A. Nofal, “Analysis of seepage through earth dams with internal core”, International Journal of Engineering Research and Technology, vol. 8, no. 8, pp. 768-777, 2019.
• [11] A.R. Refaiy, N.M. AboulAtta, N.Y. Saad, and D.A. El-Molla, “Modeling the effect of downstream drain geometry on seepage through earth dams”, Ain Shams Engineering Journal, vol. 12, no. 3, pp. 2511-2531, 2021, doi: 10.1016/j.asej.2021.02.011.
• [12] J. Zhang, J. Wang, and H. Cui, “Causes of the abnormal seepage field in a dam with asphaltic concrete core”, Journal of Earth Science, vol. 27, pp. 74-82, 2016, doi: 10.1007/s12583-016-0623-6.
• [13] B. Polańska and J. Rybak, “Barriers of Low Permeability toWater – Technical Solutions”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 883, art. no. 012219, 2020, doi: 10.1088/1757-899X/883/1/012219.
• [14] H. Farhadian, Z. Maleki, and S.A. Eslaminezhad, “Assessment of the Optimum Depth of Sealing Cutoff Walls in the Clay Core of Peygham-Chay Dam”, ISH Journal of Hydraulic Engineering, vol. 7, no. 1, pp. 59-76, 2021, doi: 10.22055/JHS.2021.37119.1168.
• [15] M. Połomski and M. Wiatkowski, “The Use of Lime for Drainage of Cohesive Soils Built into Hydraulic Engineering Embankments”, Water, vol. 14, no. 22, art. no. 3700, 2022, doi: 10.3390/w14223700.
• [16] H. Press, Stauanlagen und Wasserwerken. Berlin: Ernst und Sohn, 1958.
• [17] H. Komoli, “Vergleichende Betrachtunegen Uber Baustelleinrichtungen und Baumaschineneinsatz Ostereicher Grossbaustellen”, Baumasch- und Bautechnik, vol. 6, pp. 255-262, 1965.
• [18] P. Przecherski, K. Radzicki, S. Bonelli, and A. Siudy, “Application of HSTP method used to analysis of piezometric levels measurements of Kozłowa Góra dam”. 2015 (in Polish).
• [19] K. Szczepaniak, The Sudety Water Reservoir in Bielawa: implementation and operational problems. Publishing House of the Wrocław University of Environmental and Life Sciences, 2008 (in Polish).
• [20] J. Antkiewicz and W. Tężycki, “Durability and adhesion of repairs made to concrete earth dam screens”, Nauka Przyroda Technologie, vol. 1, no. 2, 2007 (in Polish).
• [21] W. Poręba, H. Józefowski, and M. Pawłowski, “Revitalization of the screen of the Jeziorsko reservoir dam”, Gospodarka Wodna, no. 9, pp. 24-7, 2022 (in Polish).
• [22] Z. Kledyński, “Monitoring and diagnostics of hydraulic structures part 1”, Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, no. 2, pp. 54-61 2011 (in Polish).
• [23] Z. Kledyński, “Flood Control And Infrastructure In Poland”, in Awarie budowlane: zapobieganie, diagnostyka, naprawy, rekonstrukcje, 2011, pp. 243-254 (in Polish).
• [24] Z. Dmitruk, M. Sieinski, and M. Wiatkowski, “Damming reservoirs – current issues concerning their operation and safety status assessment”, Gospodarka Wodna, no. 10, pp. 2-10, 2022, doi: 10.15199/22.2022.10.1.
• [25] M. Dmytrow, P. Sobiesak, P. Śliwiński, and K. Wrzosek, “Swedish approach to the dam safety assessment compared to Polish requirements and practices”, Gospodarka Wodna, no. 2, pp. 2-10, 2023, doi: 10.15199/22.2023.2.1.
• [26] E. Sieinski and P. Śliwiński, Guidelines for the Execution of Tests, Measurements, Technical Condition Assessments and Safety Assessments of Hydraulic Structures. Institute of Meteorology and Water Management, 2020 (in Polish).
• [27] W. Buchholz, “Analysis of the course of the 1997 flood on the Lower Oder River”, presented at Scientific and Technical Forum ”Powódz 1997”, Institute of Meteorology and Water Management, Warsaw, 1997 (in Polish).
• [28] T. Malkiewicz and R. Kosierb, “Effectiveness of hydrotechnical facilities in reducing the effects of flooding in the Oder River basin”, presented at Scientific and Technical Forum “Powódz 1997”, Institute of Meteorology and Water Management, Warsaw, 1997 (in Polish).
• [29] B.Wiśniewski and S. Ihnatowicz, Monograph of the Otmuchów reservoir. Warszawa: Wydawnictwo Komunikacjii Łączności, 1980 (in Polish).
• [30] M. Moruń, Monograph of the Nysa reservoir. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1988 (in Polish).
• [31] S. Lach, “Detection and elimination of outliers in the measurement of piezometers located in Koronowo dam in the period 2010-2015”, in Badania i rozwój młodych naukowców w Polsce : nauki techniczne i inżynieryjne, vol. 5, 2017, pp. 97-105 (in Polish).
• [32] K. Parylak, “Condition assessment and reconstruction of the filter layers on the surface of the damage to the upstream slope reinforcement of the Otmuchow reservoir”. Warsaw, 1994 (in Polish).
• [33] Assessment of the safety status of the Otmuchów dam. Institute of Meteorology and Water Management, 2000 (in Polish).
• [34] SITWM Team of Experts, “Assessment of the technical condition and safety of the Nysa Reservoir”. Warsaw, 1987 (in Polish).
• [35] “Modernization of the Nysa water reservoir in terms of flood safety, vol. 6 – Modernization of the head dam”. Kraków: Hydroprojekt, 2013 (in Polish).