Опасность аварий на гидротехнических сооружениях

Мировая база данных по авариям ГТС собрана только по большим плотинам (Н>15 м, W>1 млн. м³) — Международной комиссией по большим плотинам (СИГБ). Экс-президент СИГБ В. Пирхер [26] отмечал, что в мире эксплуатируется более 36 тыс. больших плотин (без Китая), а требуется еще больше. Приведем данные о 10 странах, в которых сосредоточено 61% больших плотин. В США больших плотин 6575 (21,9%), Индии — 4291 (14,3%), Японии — 2675 (8,9%), Испании — 1196 (4,0%), Канаде — 793 (2,6%), Южной Корее — 765 (2,5%), Турции — 625 (2,1%), Бразилии — 594 (2,0%), Франции — 569 (1,9%), России — 236 (0,8%). В целом на территории России в настоящее время находится в эксплуатации 2650 водохранилищ емкостью свыше 1 млн. м³ с суммарным полезным объемом 342 км³ (при годовом заборе из природных водных источников — 79 км³). Следовательно, в СИГБ Россия подает данные об авариях ГТС только по 8,9% водохранилищ объемом более 1 млн. м³.

В настоящее время, по оценкам крупных гидротехников, в мире эксплуатируется более 200 тыс. низконапорных гидроузлов, аварии на которых происходят значительно чаще, а база данных пока отсутствует. В качестве примера: в бассейне Дона одной из крупнейших рек Европы (длина реки — 1870 км, площадь бассейна — 422 тыс. км², среднемноголетний сток — 39,5 км³) эксплуатируется 746 водохранилищ (W>1 млн. м³) с полным объемом 31,17 км³ и полезным 14,94 км³ и более 10 тыс. прудов (W<1 млн. м³) находящихся, как правило, в каскаде с полным объемом 2,1 км³ и полезным 1,9 км³.

По данным комитета по авариям и разрушениям СИГБ ежегодно в мире на подпорных сооружениях по разным причинам происходит более 3 тыс. аварий, нередко с большим материальным ущербом и человеческими жертвами.

Крупный гидротехник, специалист по надежности и безопасности ГТС, академик ВАСХНИЛ и PACXH Ц. Е. Мирцхулава отмечает, что в 2007 — 2009 гг. большинство аварий ГТС произошло не где-нибудь в развивающихся странах, с характерной для них низкой культурой производства и эксплуатации, а в наиболее развитых государствах. Стало быть, вопрос недопущения аварий ГТС, неполадок требует особой стратегии [26].

Срок эксплуатации напорных ГТС России превысил 50 лет, а для юга России — 55 лет. В соответствии с расчетами вероятность отказа (выхода из строя) грунтовых плотин при сроке эксплуатации 50 лет составляет gt=0,0515, при t=55 лет gt=0,0714, при t=60 лет gt=0,0805, при t=65 лет gt=0,0895.

В Ростовской области (площадь — 100,8 тыс. км²) эксплуатируется 4288 низконапорных гидроузлов в бассейнах рек Кагальник, Калитва, Сал, Маныч, Егорлык (Большой и Средний), Тузлов, Миус и др. в среднем более 50 лет. Следовательно, расчетное число отказывающих (выходящих из строя) грунтовых плотин, находящихся, как правило, в каскаде, составляет 221.

Проблема обеспечения безопасности напорных гидротехнических сооружений имеет техническую и социальную стороны.

Техническая сторона проблемы — это обеспечение надежности плотин. Известно, что плотины, как и другие инженерные сооружения, подчиняются закону естественного старения, согласно которому выделяются три различных периода по интенсивности отказов: начальный, нормальной эксплуатации и старения.

Долговечность как одни из главных показателей надежности сооружения характеризуется способностью этого сооружения сохранять работоспособность до наступления предельного состояния или аварии. Предельное состояние сооружения — вероятностное явление и может происходить как при превышении внешними нагрузками прочности сооружения, так при недостаточной прочности сооружения при расчетных нагрузках.

Сохранение работоспособности и обеспечение долговечности плотин вследствие старения обеспечиваются своевременным ремонтом и усилением сооружения. С другой стороны, очевидна актуальность разработки инженерных мероприятий, повышающих способность сооружения воспринимать экстремальные нагрузки в течение всего срока эксплуатации сооружения.

Другая проблема — это действия эксплуатационного персонажа в аварийных ситуациях.

Основную роль в приведенных ниже авариях в Российской Федерации сыграло недостаточное финансирование на эксплуатацию и мониторинг технического состояния ГТС, ошибки и неготовность эксплуатирующего персонала к действиям в чрезвычайных ситуациях и отсутствие необходимых знаний нормативных документов, регламентирующих вопросы безопасности ГТС.

В России сложились известные научные гидротехнические школы в Санкт-Петербурге (ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, С-ПГТУ, СПГУВК и др.), Москве (Гидропроект им. С. Я. Жука, НИИЭС, МГСУ, МГУП и др.), Новочеркасске (НГМА, ЮРГТУ (НПИ) и др.), Новосибирске (НГСУ), Нижнем Новгороде (НГСУ).

Для сохранения Российских гидротехнических научных школ, ротации специалистов, занимающихся проектированием, строительством, реконструкцией, консервацией и ликвидацией ГТС, с учетом имеющихся 65 тыс. объектов гидротехнического назначения (30 тыс. напорных ГТС, 36 тыс. водозаборных и сбросных сооружений около 10 тыс. км защитных дамб) необходимо осуществлять выпуск Вузами России по госзаказу не менее 3 тыс. специалистов по специальности «Гидротехническое строительство». Ныне выпуск всеми вузами России по данной специальности составляет менее 500 человек, на юге России он уменьшился более чем в 10 раз по отношению к середине 70-х годов.

Четырехлетняя подготовка бакалавров по направлению «Строительство» с освоением основной образовательной программы по профилю «Гидротехническое строительство» недостаточно для квалифицированного выполнения задач по обеспечению безопасности ГТС на стадии их проектирования и эксплуатации.

Серьезные проблемы возникли на значительном количестве длительно эксплуатирующихся ГТС в связи с изменением сейсмичности. Например, на юге России (Краснодарский край, Республика Адыгея, Республика Дагестан, Ставропольский край и др.) сейсмичность территории возросла на 1 — 2 балла, следовательно, возросли нагрузки, а остаточный ресурс длительно эксплуатирующихся ГТС снизился.