Причины и виды гидродинамических аварий

На ГТС постоянно воздействуют водный поток, колебания температуры, льды, наносы, статические и гидродинамические нагрузки, происходят истирание поверхности, коррозия металлов, выщелачивание бетона, гниение деревянных конструкций (или их стачивание живыми организмами).

Поэтому со временем растет вероятность разрушения того или иного сооружения и затопление водой прилегающей территории. Причем опасны не только прорывы плотин на больших водохранилищах — опасен прорыв задвижки в сельском пруду, разрыв водотока на территории города, предприятия. Ведь кабелям, механизмам, автомашинам безразлично, сколько воды над ними 1 — сантиметр или 5 метров. Раз вода попала в механизм, где она вредна, значит, он выходит из строя.

На территории России в настоящее время эксплуатируется 30 000 водохранилищ и несколько сотен накопителей промышленных стоков и отходов, из них около 3000 объектов вместимостью более 1 млн. м³; имеется около 60 крупных водохранилищ вместимостью более 1 млрд. м³. Однако более 50 лет гидротехнические сооружения на 200 водохранилищах и 56 накопителях отходов эксплуатируются без реконструкции, некоторые находятся в аварийном состоянии.

Размещение таких объектов повышенного риска в черте крупных населенных пунктов и их разрушение могут привести к катастрофическому затоплению обширных территорий, значительного числа населенных пунктов, массовой гибели людей длительному прекращению судоходства, сельскохозяйственного и рыбопромыслового производства.

По мнению специалистов, общее число гидродинамических опасных объектов составляет 815, численность населения, проживающих в зонах непосредственной угрозы жизни и здоровью при возможных авариях на этих объектах, превышает 7 млн. человек.

Ухудшилось и состояние гидротехнических сооружений, входящих в состав некоторых металлургических предприятий. При проведении приватизации и акционирования крупных промышленных предприятий часто не учитывается наличие в составе их основных фондов водохранилищ, что также приводит к появлению «бесхозных» потенциально опасных водоемов, на которых вероятность возникновения аварий увеличивается.

Разрушения (прорыв) гидротехнических сооружений происходит в результате действия сил природы (землетрясений, ураганов, размывов плотин, износа и старения оборудования) или воздействий человека (нанесение ударов ядерным или обычным оружием по гидротехническим сооружениям, крупным естественным плотинам), а так же из — за конструктивных дефектов, халатности рабочих или ошибок проектирования.

Классическим примером гидродинамической аварии является прорыв плотины.

Прорыв плотины — начальная фаза гидродинамической аварии, то есть процесса образования прорана и неуправляемого потока воды водохранилища из верхнего бьефа устремляющегося через проран в нижний бьеф.

Проран — узкий проток в теле (насыпи) плотины, косе, отмели, в дельте реки или спрямленный участок реки, возникший в результате размыва излучины в половодье.

Волна прорыва — волна, образующаяся во фронте устремляющегося в проран потока воды, имеющая, как правило, значительные высоту гребня и скорость движения и обладающая большой разрушительной силой.

Высота волны прорыва и скорость ее распространения зависят от размеров прорана, разницей уровней воды в верхнем и нижнем бьефе, гидрологических и топографических условий русла реки и ее поймы.

Скорость продвижения волны прорыва колеблется от 3 до 25 км/час (для горных и предгорных районов — примерно 100 км/час). Высота волны прорыва, как правило, находится в диапазоне от 2 до 12 метров. Основным следствием прорыва плотины при гидродинамических авариях является затопление местности.

В зависимости от его масштабов и последствий различают: затопление катастрофическое затопление, повлекшее смыв плодородных почв или отложение наносов на обширных территориях.

Затопления — это покрытые территории водой. Под термином «затопления» имеется в виду затопление местности при разрушении гидротехнических сооружений.

Зоной возможного затопления при разрушении гидротехнических сооружений называют часть прилегающей к реке (озеру, водохранилищу) местности, затопляемая водой. В зависимости от последствий воздействия гидропотока, образующегося при разрушении ГТС, на территории возможного затопления следует выделить зону катастрофического затопления.

Зона катастрофического затопления — зона затопления, в пределах которой произошли массовые потери людей, сельскохозяйственных животных и растений, значительно повреждены или уничтожены материальные ценности, в первую очередь здания и другие сооружения.

На затопляемой территории выделяют четыре зоны катастрофического затопления:

Первая зона непосредственно примыкает к гидросооружению и простирается на 6−12км. от него. Высота волны может достигать здесь нескольких метров. Характерен бурный поток воды со скоростью течения 30км/ч и более. Время прохождения волны 30 мин.

Вторая зона-зона быстрого течения (15−20км/ч). Протяженность этой зоны может быть 15−25км. Время прохождения волны 50−60км.

Третья зона-зона среднего течения (10−15км/ч) протяженность до 30−50км. Время прохождения волны 2−3 ч.

Четвертая зоназона слабого течения (разлива). Скорость течения здесь может достигать 6−10км/ч. Протяженность зоны в зависимости от рельефа местности может составлять 35−70км.

При катастрофическом затоплении угрозу жизни и здоровью людей, помимо воздействия волны прорыва, представляют пребывание в холодной воде, нервно-психическое перенапряжение, а также затопление (разрушение) систем, обеспечивающих жизнедеятельность населения.

Безопасность населения при катастрофическом затоплении обеспечивается заблаговременным осуществлением мер, направленных на его предотвращение или ограничение его масштабов. Эти меры: правильный выбор места размещения плотины и населенных пунктов; ограничение строительства жилых домов и объектов экономики в местах, подверженных действию возможной волны прорыва; обвалование населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий; создание надежных дренажных систем; проведение берегоукрепительных работ для предотвращения оползней и обрушений; устройство гидроизоляции и специальных укреплений на зданиях и сооружениях; насаждение низкоствольных лесов (из тополей, ольхи и березы), способных уменьшить скорость волны прорыва.

Чрезвычайные ситуации в зоне затопления нередко сопровождаются вторичными поражающими факторами. Пожарами вследствие обрывов и короткого замыкания электрических кабелей и проводов, оползнями и обвалами в результате размыва грунта, инфекционными заболеваниями по причине загрязнения питьевой воды и резкого ухудшения санитарно-эпидемиологического состояния в населенных пунктах вблизи зоны затопления и районах временного размещения пострадавших, особенно в летнее время.