2011. május 9.

Szerzők:
Huszák Tamás
dr. Nagy László
Czap Zoltán

Zagygátak tönkremenetele

Gátak körülbelül háromezer év óta folyamatosan épülnek a Földön. A gátépítés tudománya szüntelenül fejlődött, az ismeretek bővülése lehetővé tette, hogy a nagygátak tönkremenetele 0,2 százalékos határ alá csökkent. Az igazán nagy gátak tönkremenetele még ennél a törési aránynál is kisebb, a nemzetközi tervezői és kivitelezői társaságok körültekintő munkájának eredményeképpen. A gátak „mostoha gyermekei” a zagygátak, melyek kisebb odafigyelést kapnak, alapozásuk és magasításuk sokszor ad hoc döntések alapján készül, nemegyszer a gyakorlat jelöli ki az alkalmazott technológiát úgy, hogy tervezőt nem vonnak be a munkába.


Magyarország 2000-ben szembesült a zagygátak problémájával, amikor néhány hét különbséggel két, Erdélyben lévő tározó is átszakadt. 2000. január 30-án Nagybánya mellett az Aurul vállalat zagygátja szakadt át meghágás következtében. A hóolvadás és esőzés miatt 100 000 köbméter cianid került a Szamosba, majd a Tiszába, súlyos környezeti katasztrófát okozva, halak tonnáit mérgezve meg és közel egymillió lakos ivóvízellátását tönkretéve. Ugyanez év március 10-én, szintén Erdély területén, Borsabánya mellett a heves esőzések hatására átszakadt zagygát mögül nehézfémszennyezés került a mellékfolyókon keresztül a Tiszába.

Ekkor még nem vont le senki olyan következtetést, mely feltételezte volna, hogy ezekhez hasonló itthon is előfordulhat. Tíz év telt el, és a Mal esete ráirányította a figyel­met a hazai zagygátakra. A zagygátak tervezése, szakértése, állékonyságszámítása külön „szakma” (hasonlóan például a nagygátak tervezéséhez), mely speciális ismereteket igényel, a tervezés specifikus elemeinek betartását követeli meg. A zagygátakkal kapcsolatos ismereteket ugyanúgy el kell sajátítani (tervezőknek, hatóságoknak és üzemeltetőknek), mint a szennyvízzel vagy más jelenséggel kapcsolatos ismereteket.

A zagygátak tönkremenetelének vizsgálatánál fontos adat a megtörtént események statisztikájának elemzése. A gyakorlat is megmutatja a gyenge pontokat, a szűk keresztmetszeteket. Mások hibájából lehet tanulni. A zagygátak az előző 50 évben (mint ahogy az összegyűjtött adatok mutatják) legalább 92 számottevő esetben szakadtak át (átlagosan évente kettő). A tározott anyag minősége, mennyisége, a gát szerkezete és magassága, az altalaj és sok más paraméter különbözött, mint ahogy a következmények is eltértek egymástól, azonban az adatok számossága lehetőséget ad bizonyos következtetések levonására. E gátszakadások 25 országban voltak, az 1. ábra szerinti megoszlásban.

A bányászott ércek közül 17 anyag érintett zagygátszakadással, legtöbbször (24%) a réz szerepel, ezt követi az arany (14%), valamint a foszfát és a szén (13%). A zagygátak szakadása a kiömlött anyag mennyisége szempontjából igen nagy térfogatokat jelent. Ezekhez a nagytározókhoz tartozott a nagyobb károkozás is. A kolontári katasztrófa 1 700 000 köbméter kiömlött folyadék + zagymennyiséggel a nagytározók kategóriába tartozik.

A zagygátszakadások statisztikai adatainak vizsgálatánál talán a legfontosabb műszaki feladat az okok meghatározása és az azokból levonható következtetések. Bár az esetek negyedénél nincs információ a tönkremenetelre, a maradék adathalmaz sem homogén, ugyanis az okoknál összekeveredik a tönkremenetel mechanizmusa a mechanizmust kiváltó eseményekkel. A kiváltó események (nagy esőzés, földrengés, a fenntartási munkák hiánya stb.,) nem keverhetők össze azzal, ahogy a gát tönkrement. A nagy esőzéshez ugyanis sok tönkremeneteli mechanizmus tartozhat, mint például a meghágás, a megnövekedett szivárgó víz nyomása miatti rézsűcsúszás vagy a pórusvíznyomás növekedése miatti altalajtörés. A 2. ábrán ugyan keverednek az okok, de a leggyakrabban előforduló tönkremeneteli mechanizmusok azonosíthatóak. Ezek a liquefaction, csővezetéktörés, vízmozgás a gátban, gátmagasítás, meghágás és egyéb geotechnikai okok. Az ábra alapján az is megállapítható, hogy a tönkremenetelhez vezető mechanizmusok változatosak, különösen ha azt is figyelembe vesszük, hogy a „vízmozgás a gátban” összefoglaló kategória csurgást, szivárgást és buzgárt is jelent, vagy a „csővezeték” kategória is többfajta csővezeték törésének következtében kialakuló gátszakadási mechanizmust azonosít a kontúrszivárgástól az elmosásig. Ezek alapján megállapítható, hogy a zagygátak vizsgálata, tervezése semmivel sem egyszerűbb vagy könnyebb feladat, mint a nagygátak tervezése. Ehhez kapcsolódik a betárolt zagy különleges viselkedése, a gát nagyfokú inhomogenitása és a gyári termelést szolgáló ad hoc üzemi döntések bizonytalansága.

A zagygátak tönkremenetele esetenként igen súlyos következményekkel jár. A statisztikailag értékelt 96 zagygátszakadásnál csak 25 esetben jelentettek áldozatot, de összesen több mint 1800 főt. Kétségkívül egy halálos áldozat is sok. A legtöbb, 488 áldozattal járó katasztrófa 1966. május 1-jén Bulgáriában, a Sgorigrad melletti MIR bányánál történt. A gátszakadás a heves esőzés utáni hirtelen gátmagasítás vagy a megkerülő csatorna tönkremenetele miatt következett be – 450 000 köbméter zagy került ki a tározóból. A zagy 8 kilométert haladt lefelé a völgyben Vratza város felé, és elpusztította a gátszakadástól 1 kilométerre lévő Sgorigrad település felét.

A zagygátak száma jelenleg Magyarországon meghaladja a húszat. Ezek egy részének magassága akkora, hogy kiszorítja a nagygátakat a tíz legmagasabb hazai gát listájáról. A méretek érzékeltetésére: egy 24-25 méter magas gát (pl. ajkai gát) megfelel egy nyolcemeletes házgyári épület magasságának (képzeljük mellé magunkat).

A zagygátak lényegesen kisebb odafigyeléssel készültek, mint a nagygátak, azonban a gátszakadás súlyossága még nagyobb is lehet, hiszen nemcsak a zagy és a víz mennyisége, de a minősége is veszélyforrás. A veszélyek, a mechanizmusok és a következmények együttes értékelése a kockázatszámításban szuperponálódik. A zagygátak mint veszélyforrások kockázat alapú értékelése még hátra van, remélhetőleg a döntéshozók figyelme hamarosan erre a területre is kiterjed, és a hagyományos biztonsági tényező helyett (azt is felhasználva) komplex értékelés készül a biztonságról. A kockázat alapú értékelés ugyanis nem csupán egy állékonyságszámítás, hanem a hatások és ellenállások széles körű figyelembevétele a következmények számszerűsítésével.

Aznalcóllar gátszakadása

1998 áprilisában geotechikai szempontból sok tekintetben hasonló gátszakadás következett be Spanyolország déli részén, Sevilla tartományban. Az ibériai pirit övben található bányák már az ókorban is közismertek voltak. A bányászathoz nagyméretű zagytározók szükségesek. Aznalcóllarban a Los Frailes ólom-cink bánya zagytározó medencéjét a Boliden svéd–kanadai vállalkozás üzemeltette. A kb. 2 × 1 kilométer alapterületű (200 hektár felületű) tározó gátját alvízi irányba bővítették, a felvízen agyagréteggel szigetelték a gáttestet.

A teljes tározót úgy egyharmad-kétharmad arányban kettéosztotta egy kelet–nyugat irányú belső (kazetta) töltés, amely az északi piroklaszt medencét választotta el a déli pirit medencétől. A tározó hosszabbik fala az északi medencénél pontosan észak–déli irányú volt, a déli esetében azonban mintegy 20 fokkal elhajlott nyugat felé (3. ábra).

A zagytározót 1977-ben kezdték építeni. Elsőként egy kis töltés épült – a töltés alatti szivárgás meggátlására – vízzáró függönyfallal. Az eredetileg mindösszesen 6-8 méter magasságú gát 21 év alatt, 1998-ra elérte a 25-28 méteres magasságot, átlagosan évi 1,5 méteres magasítással. A tervek 1 : 1,9-es zagyoldali és 1 : 1,75-ös mentett oldali rézsűt (4. ábra) tartalmaztak. A zagytározó gátja több szempontból is tervezési hiányosságokat mutatott. A tervezetthez képest a megvalósult gáttest kissé módosult, ugyan továbbra is alvízi irányba épült tovább, a mentett oldali rézsűjének meredeksége 30-ról 39 fokra nőtt, valamint a koronát is fokozatosan szélesítették.

A 25-28 méter magas gát mintegy 4 mé­ter vastag folyó üledékes rétegen állt, mely alatt 70 méter vastag miocén márgás kék agyag volt, melynek mésztartalma átlagosan 25 százalékban adható meg.
1998. április 25-én 1 óra előtt egy elektromos vezeték elszakadása volt az első jel, ami a gátszakadásra utalhatott volna. Az ügymenetnek megfelelően ki is küldtek egy elektromos karbantartót. Három óra körül az elektromos felülvizsgálat repedéseket jelentett a gátkoronán és egy kis tavat a töltéslábnál a piroklaszt részen, jelezve, hogy a zagy átfolyása 3 óra előtt elkezdődött. A közeli folyó vízmércéjén 3 óra 30 perckor egy hirtelen árhullámcsúcsot észleltek. A zagy kifolyása a tározóból este 8 órára befejeződött. A gátszakadás a tározó keleti oldalán következett be, a piroklaszt medence délkeleti sarkánál. Ez indította el 700 méter hosszon a pirit medence gátjának tönkremenetelét. A gát 67 métert mozdult el kelet felé a miocén márgán, a mozgás során a korona maximális süllyedése 2,4 méter volt.

A tározóból 1,5 millió köbméter szilárd anyag és 4,0 millió köbméter savas víz (pH = 2–4) ömlött ki. Közel 0,3 millió köbméter szilárd anyag a gát közelében leülepedett, a maradék 63 kilométer hosszon szennyezte be a területet víztelenítő Agrio és a Guadiamar folyókat. A savas vizes zagy mezőket öntött el, elpusztította a vízi életet és nehézfémet rakott le összesen 4600 futballpályányi területen. Az iszaplavina, hála a gyors beavatkozásnak, amellyel egy rögtönzött gátat emeltek, éppen azelőtt állt meg, hogy elérte volna a világörökség részét képező Donana Nemzeti Parkot, amely Európa egyik legnagyobb vadrezervátuma, s 75 ezer hektáron nyújt átmeneti pihenőhelyet a költöző madarak millióinak a tengerparton.

A gátszakadás körülményei

A tározó az Agrio folyó üledékére épült, ami a területre jellemző túlkonszolidált agyagot (ún. guadalquiviri kék agyag) fedi. Az agyag alatt, kb. 60 méter mélységben, vízáteresztő réteg helyezkedik el, amelyben a piezometrikus szint a felszínnel egy magasságban van, így az agyagréteg felszíne és alja között minimális a piezometrikus nyomáskülönbség. Az agyagot több függőleges törésrendszer tagolja, melyek közül a jelentősebbek északkelet-délnyugat irányítottságúak. Az agyag vízszintesen enyhe (~2°) dél-délkeleti dőléssel települt.

A szemtanúk elmondása és a helyszíni bejárás tapasztalatai alapján a következők fogalmazódtak meg a gátszakadással kapcsolatban:

  • A gát alatti több méter vastag talajlemez csúszott az Agrio folyó felé. A kiszakadás szélessége kb. 20 méter volt a két medence találkozásánál.
  • A gát hirtelen repedt meg és tört össze, a fal leomlott és elmosódott a két zagytározó között.
  • Az Agrio folyó medre mintegy 3 métert emelkedett, megváltoztatva a folyását.

Az üzemeltető szerint nem volt előre látható a károsodás, és az építési vállalkozót hibáztatta a terület geotechnikai tulajdonságainak hiányos bemutatásáért. A Boliden szakértője, a Geocisa 1996-ban, két évvel a tragédia bekövetkezte előtt, jelentésében leírta a gát gyenge pontját: csúszólap alakulhat ki a márgában az alapozási sík alatt, ami nem mutatkozik addig, amíg a töltés meg nem mozdul a mentett oldalon. A jelentéssel összhangban telepített négy inklinométer deformációját már 1997-ben észlelték. Azonban négy inklinométer közül egy nem működött 1997 májusa óta, a másik három is már rossz állapotban volt a gátszakadáskor, csak egy évvel később.

A Geocisa szakvéleménye nem szólt a kék agyag és a zagytározó anyagának kölcsönhatásáról, holott sok szakcikk feltételezte az ioncsere kialakulását a kék agyagban.
A madridi lapok néhány névtelenségbe burkolózó geotechnikai szakértőt idéztek, akik szerint a gátszakadás oka kémiai változásokra vezethető vissza, a savas zagyból szivárgó víz megváltoztatta a gát alapja alatti márgát. A mésznek savas közegben megváltozik a mechanikai ellenállása. Az önjelölt szakértők szerint a savas szivárgás és a közeli bánya folyamatos robbantgatásai együtt eredményezték a tönkremenetelt. Más szakértők szerint a gát térfogatváltozó agyagra épült, amely száradás és nedvesedés hatására deformálódik. Véleményük szerint az agyag expanzióját és a kontrakcióját figyelembe kellett volna venni a gát tervezésénél. A jelentésük továbbá megjegyzi, hogy az altalaj nem volt megfelelő a zagyanyag tározására.

Más szakértők azt sugallták, hogy a gát tervezése a nem megfelelő koronaszélességgel történt, és a zagy betöltési szintje is magasabb volt a tervezettnél. Egy térképész szakértő (!) állítása szerint – amely az El Mundó május 25-i számában jelent meg – a gát egy duzzadó agyag tetején épült. Az agyagon belül deformációk történtek, melyek tovább terjedtek a talajban. Az agyagban lévő rétegen keresztüli szivárgás okozhatta a duzzadását, és az agyag térfogatának növekedését. Ezt a mozgást figyelembe kellett volna venni, különösen azután, hogy az inklinométerek deformálódtak.

Összehasonlítva az eredeti és az elmozdult gáttestet, megfigyelhető, hogy

  • a mintegy 600 méteres gátszakasz átlagosan 50 métert mozdult el a gáttengelyre merőlegesen!
  • eközben a gát koronája csak 1-2 métert süllyedt;
  • a mentett oldalon a gát lábánál több méter magasságban felgyűrődött a talaj. A terepszint emelkedése helyenként a 7 métert is meghaladta (5. ábra);
  • az elmozdulást a zagyoldalon egy a gát lábánál kialakult közel függőleges fal határolta le, ami arra utalt, hogy a zagy képes függőleges falban megállni.

Pórusvíznyomás az altalajban

A gátszakadást követően több keresztmetszetben is fúrásokat mélyítettek az altalaj megismerésére, melyeknek nemcsak a rétegződés, hanem a piezometrikus nyomásviszonyok feltárása is célja volt. Piezometrikus mérések alapján a gát felvízi oldalán rendkívül magas, a zagy szintjét meghaladó nyomások ébrednek, amelyek a mentett oldalon terepszintre csökkennek. Ezek a magas víznyomásértékek a kritikus szint alá tudják csökkenteni a szilárdsági paramétereket.
A mérések ugyan a gátszakadást követően, megváltozott peremfeltételek mellett (pl.: csökkent a zagytározó szintje) készültek, azonban alkalmasak arra, hogy azokat a modellszámításokat igazolja, amelyekkel később a tönkremeneteli állapotot vizsgálták.

A töltések jelentős terhelést okoznak a magasságuk miatt, így nagy nyírófeszültségek ébrednek az altalajban. A különböző építési fázisokban a gát alatt 14 méter mélységben (a tönkremeneteli síkon) mobilizált nyírófeszültség az építés folyamán a maximális értéke fokozatosan kifelé tolódott a gát alvízi lába alá. Három építési fázisban az izovonalas ábrázolást a 6. ábra mutatja. Itt is megfigyelhető, hogy az építés előrehaladtával a maximális nyírófeszültség fokozatosan kifelé és mélyebbre tolódik.

A feltárt talajok és a tönkremenetel mechanizmusa alapján a felkért szakértők megállapították, hogy a tönkremenetel progresszív törés volt, melyben a pórusvíznyomás növekedése lényeges szerepet játszott. Egyéb tényezők (földrengés, robbantás, csurgás, altalajszivárgás) kizárhatóak voltak az okok közül.

Kárelhárítás

Az északi és déli tárolók közötti gát átszakadása összességében mintegy 5 500 000 köbméter víz és iszap kiömlését vonta maga után.
A Guadiamar folyón, 7 kilométerre a gátszakadás helyszínétől, 3,6 méteres maximális vízszintnövekedést észleltek. Az Agrio és Guadiamar folyók partjain lerakódott iszap 2600 hektárt terített be 4 méter és néhány milliméter között változó vastagságban. Így a pirittartalmú iszap nagy felületen volt kitéve levegőnek.

A hatóságok azonnal az iszap összegyűjtése mellett döntöttek, s ennek során mintegy 10 000 000 tonna iszapot és szennyezett talajt szállítottak egy külszíni bányába. Ezt az első tisztítási folyamatot egy második követte, amelynek már elsődlegesen a fémes szennyeződések csökkentése volt a célja. Ekkor további 1 000 000 tonna szennyezett talajt szállítottak el, valamint számos kutat tisztítottak meg. Ezek után a tározót üzemen kívül helyezték, és több lépésben biztosították. Lefedték a teljes tározóteret, vízzáró fallal vették körül, a határoló töltéseket 1 : 3 hajlásúra mérsékelték, és a terület domborzatát is módosították a természetes lefolyás elősegítésére. Emellett egy részletes monitoring programot is kialakítottak inklinométerek, piezométerek, felszíni mozgásvizsgálati pontok és figyelőkutak segítségével.

A gátszakadás ökológiai, gazdasági következményei röviden:

  • A folyók magas savkoncentrációja jelentős környezeti kárt okozott, 37 tonna folyami élőlény (halak, rákok, kagylók) pusztult el.
  • A folyópartok vegetációja kihalt.
  • A szennyezés elérte a táplálékláncot: a gólyák daganatos megbetegedését tapasztalták.
  • A folyóparton 10 000 hektár termőterület mérgeződött meg.
  • Földművelők ezrei váltak munkanélkülivé. Csak Aznalcóllar lakosai 3500 hektárnyi rizst, gyapotot és citrusfélét vesztettek el.
  • Veszteségek a turizmusban.

Szakértők szerint 40 év szükséges a termőterületek és a vízi élőhelyek visszaalakulásához. A nehézfémek soha nem bomlanak le természetes úton.

A kormányzati felelősséggel kapcsolatos problémák is napvilágra kerültek:
Gyenge volt a biztonsági felügyelet a kormányzat, a környezetvédelem és a helyi hatóságok részéről. Vélelmezhető, hogy a gátat 1996 óta nem ellenőrizték. A Bolident, a gát svéd tulajdonosait, 1996 óta a spanyol kormányzattól senki nem ellenőrizte.
Egészen a gátszakadásig a szennyezések büntetései nagyon alacsonyak voltak Spanyolországban. Nem jelentettek lényeges megterhelést az üzleti költségekben. Olcsóbb volt kifizetni a büntetést, mint megfelelő lépéseket tenni a biztonság érdekében.

A gátszakadás következtében felerősödött az állami felügyelet Spanyolországban. A kormány és az Európai Unió 270 millió eurós (75 milliárd forint) tisztítási alapot hozott létre a gátszakadást követően. 2000 elejére a Boliden pánikszerűen felhagyott a bányászati tevékenységével Spanyolországban anélkül, hogy a bányazárás megfelelő eljárását magára vállalta volna, és elbocsátotta a teljes személyzetet, 425 dolgozót. 2000 októberében pedig bankcsődöt jelentett, hogy elkerülje a spanyol kormány által kirótt 45 millió dolláros (9 milliárd forint) büntetést.• 


 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019  2020  2021  2022  2023  2024
Címkék

Innotéka