Аварии на гидротехнических сооружениях. Прогнозирование последствий прорыва плотины.

Авария - опасное техногенное происшествие, создающее на объекте, определенной территории или акватории угрозу жизни и здоровью людей и приводящее к разрушению зданий, сооружений, оборудования и транспортных средств, нарушению производственного и транспортного процесса, а также нанесению ущерба окружающей природной среде.

Гидродинамическая авария - авария на гидротехническом сооружении, связанная с распространением с большой скоростью воды и создающая угрозу возникновения чрезвычайной ситуации.

Гидротехнические сооружения - плотины, здания гидроэлектростанций, водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения, туннели, каналы, насосные станции, судоходные шлюзы, судоподъемники, сооружения, предназначенные для защиты от наводнений и разрушений берегов водохранилищ, берегов и дна русел рек; сооружения (дамбы), ограждающие хранилища жидких отходов промышленных и сельскохозяйственных организаций; устройства от размывов на каналах, а также другие сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов и предотвращения вредного воздействия вод и жидких отходов.

Следует различать такие понятия, как запруда, плотина, гидроузел. Запруда обычно создает подъем воды, но не имеет стока или он весьма ограничен. Плотина — сооружение, тоже создающее напор воды, но почти с постоянным ее стоком. Гидроузел представляет собой систему сооружений и водохранилищ, связанных единым режимом водоперетока.

Весьма опасно разрушение плотин, так как при этом действуют два фактора: волна прорыва и зона затопления, каждый из которых имеет свою характеристику и для людей представляет опасность. Прорыв может произойти из-за воздействия сил природы (землетрясения, урагана, обвала, оползня), конструктивных дефектов, нарушения правил эксплуатации, воздействия паводков, разрушения основания, недостаточности водосбросов, а в военное время — в результате воздействия средств поражения.

Разрушительное действие волны прорыва заключается главным образом в движении больших масс воды с высокой скоростью и таранного действия всего того, что перемещается вместе с водой (камни, доски, бревна, различные конструкции).

Высота и скорость волны прорыва зависят от гидрологических и топографических условий реки. Например, для равнинных районов скорость волны прорыва колеблется от 3 до 25 км/ч, а для горных и предгорных мест имеет величину порядка 100 км/ч. Лесистые участки замедляют скорость и уменьшают высоту волны. Прорыв плотин приводит к затоплению местности и всего того, что на ней находится, поэтому строить жилые и производственные здания в этой зоне запрещено.

Причины крупных аварий гидротехнических сооружений различны, но чаще всего они происходят из-за разрушения основания.

Основные НПА в этой области: ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений» № 117-ФЗ, Положение «О декларировании безопасности гидротехнических сооружений». Утверждено Постановлением Правительства РФ № 1303, ГОСТ Р 22.0.05-94 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации. Термины и определения.

Частота различных причин аварий гидротехнических сооружений, сопровождающихся образованием волны прорыва
Причина разрушения	Частота, %
Разрушение основания
Недостаточность водосбросов
Конструктивные недостатки
Неравномерная осадка
Высокое пороговое (капиллярное) давление в намытой плотине
Военные действия
Сползание откосов
Дефекты материалов
Землетрясения
Неправильная эксплуатация

Прогнозирование последствий прорыва плотины.

Определение параметров волны прорыва и зоны затопления при прорыве (разрушении) плотины водохранилища. Исходные данные для расчетов:

объем водохранилища - W, м³;

глубина воды перед плотиной (глубина прорана) - H, м;

ширина прорана или участка перелива воды через гребень плотины – В₃,м;

средняя скорость движения волны прорыва (попуска) - V, м/с;

расстояние от плотины (водоёма) до объекта, - R, км.

При этом определяются параметры волны прорыва (попуска) на заданное расстояние R от плотины при ее разрушении.

1. Находится время подхода волны прорыва (попуска) на заданное расстояние R (до объекта):

, ч

Значение V=2,5-5 м/с принимаются для зон чрезвычайно опасного и опасного затоплений; для участков возможного затопления – V= 1,5-2,4 м/с.

2. Определяется высота волны прорыва (попуска) h на расстоянии R до объекта:

, м

где m – коэффициент, зависящий от расстояния ГТС до объекта.

3. Время опорожнения водохранилища (водоема) находится по формуле

, ч,

где N – максимальный расход воды на 1м ширины прорана (участка перелива воды через гребень плотины), м³/с 1м

4. Рассчитывается продолжительность (время) прохождения волны прорыва t на заданном до объекта расстоянии R: t=m₁T, ч, где m₁ – коэффициент (табл. 8), зависящий от расстояния до плотины (водоёма).

По данным расчета могут быть определены степень разрушения элементов объекта при гидродинамической аварии.