Опасные ситуации техногенного характера и защита от них: учебное пособие

9.2. Гидродинамические аварии

Гидродинамические аварии их причины

Гидродинамическая авария — происшествие, связанное с выходом из строя (разрушением) гидротехнического сооружения или его частей и последующим неуправляемым перемещением больших масс воды.

На ГТС постоянно воздействуют водный поток, колебание температуры, льды, наносы, статические и гидродинамические нагрузки, происходит истирание поверхности, коррозия металлов, выщелачивание бетона, гниение древесных конструкций (или их истачивание живыми организмами). Поэтому со временем растет вероятность разрушения того или иного сооружения и затопления водой прилегающей территории. Причем опасны не только прорывы плотин на больших водохранилищах – опасен прорыв задвижки в сельском пруду, разрыв водотока на территории города, предприятия.

Причинами гидродинамических аварий являются:

• результаты действия сил природы (землетрясения, ураганы, наводнения);

• износ и старение оборудования;

• воздействие человека (терроризм, нанесение ударов ядерным или обычным оружием по ГТС, крупным естественным плотинам);

• ошибки проектирования;

• некачественное выполнение строительных работ.

• размывы и перемещения больших масс грунта;

• перемещения с большими скоростями обломков разрушенных зданий и сооружений (таранное воздействие).

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. Основным последствием прорыва плотины является затопление местности. В зависимости от его масштабов и последствий различают:

• катастрофическое затопление;

• прорывной паводок;

• затопление, повлекшее смыв плодородной почвы или отложение наносов на обширных территориях.

Проран — узкий проток в теле (насыпи) плотины, косе, отмели, в дельте реки или определенный участок реки, возникший в результате разлива излучины в половодье. В проран устремляется волна прорыва.

Волна прорыва — волна, образующаяся во фронте устремляющегося в проран потока воды, имеющая, как правило, значительную высоту гребня и скорость движения и обладающая большой разрушительной силой таранного действия (с водой перемещаются также камни, доски, бревна, различные конструкции и проч.).

Высота и скорость волны прорыва зависят от гидрологических и топографических условий реки. Например, в равнинных районах скорость волны прорыва колеблется от 3 до 25 км/ч, в горных и предгорных местах она может достигать 100 км/ч. Высота волны прорыва изменяется от 2 до 12 м. Лесистые участки замедляют скорость и уменьшают высоту волны.

За последние 70 лет произошло более тысячи аварий на крупных гидротехнических сооружениях, в основном – из-за разрушения основания плотин (40%). Другими распространенными причинами аварий являются превышение расчетного сбросового расхода, т. е. перелив воды через гребень плотины (23%), слабость конструкции (12%) и неравномерные осадки (10%).

Катастрофическое затопление (возникновение наводнения) – гидродинамическое бедствие, являющееся результатом разрушения искусственной или естественной плотины и заключающееся в стремительном затоплении ниже расположенной местности.

Катастрофическое затопление характеризуется следующими параметрами:

• высотой и скоростью волны прорыва;

• расчетным временем прихода гребня и фронта волны прорыва в определенное место;

• границами зоны затопления;

• максимальной глубиной затопления;

• длительностью затопления.

Катастрофическое затопление распространяется со скоростью волны прорыва и приводит к затоплению обширных территорий слоем воды от 0,5 до 10,0 м и более всего за 15–30 мин. Образуются зоны затопления. При прорывном паводке и некатастрофическом затоплении эти параметры значительно меньше.

Зоной возможного затопления при разрушении ГТС называют часть прилегающей к реке (озеру, водохранилищу) местности, затапливаемой водой.

Прогнозирование времени прорыва естественных плотин базируется на прогнозе подъема уровня воды до 80–85% высоты перемычки водохранилища (с учетом данных прогноза ближайшей метеостанции).

Все зоны возможных, в т. ч. катастрофических, затоплений и характеристики волны прорыва наносятся на карты или специальные планы, составляемые для гидроузлов и крупных плотин. Держателями этих документов являются органы управления ГО и ЧС, министерства, ведомства и их службы на местах, возводящие и эксплуатирующие гидротехнические сооружения. По действующему законодательству, местные жители должны постоянно информироваться о грозящих им опасностях.

Основными поражающими факторами гидродинамической аварии являются:

• разрушительная волна прорыва;

• водный поток и спокойные воды, затопляющие территорию и ближайшие объекты.

Воздействие волны прорыва во многом аналогично действию воздушной ударной волны.

Последствия гидродинамических аварий

Последствиями гидродинамических аварий являются:

• повреждение и разрушение ГТС и гидроузлов, кратковременное или долговременное прекращение выполнения ими своих функций;

• поражение людей и разрушение сооружений волной прорыва;

• гибель скота и урожая сельскохозяйственных культур;

• уничтожение и порча сырья, топлива, продуктов питания, кормов и т. д.;

• временная эвакуация населения и перевозка материальных ценностей в незатапливаемые места;

• смыв плодородного слоя почвы и заносы песка, камней, глины на почву.

Вторичными последствиями гидродинамических аварий являются загрязнение воды и местности веществами из разрушенных (затопленных) хранилищ, промышленных и сельскохозяйственных предприятий, массовые заболевания людей и животных, аварии на транспортных магистралях, оползни и обвалы, утрата прочности зданий и сооружений.

Долговременные последствия гидродинамических аварий связаны с остаточными факторами – наносами, загрязнениями, изменениями ландшафта и других элементов природной среды.

В обобщенном виде последствия аварий выражаются с помощью показателей материального ущерба. Потери среди населения оцениваются числом погибших, пострадавших, пропавших без вести.

К прямому ущербу относят: повреждение и разрушение ГТС, жилых, производственных зданий, железнодорожных и автомобильных магистралей, линий электропередач и связи, мелиоративных систем.

К косвенному ущербу относят:

• затраты на приобретение и доставку в пострадавшие районы продуктов питания, одежды, медикаментов, строительных материалов и техники, кормов для скота;

• сокращение объемов производства промышленной и сельскохозяйственной продукции;

• ухудшение условий жизни местного населения;

• невозможность рационального использования территории, находящейся в зоне водного затопления.

Предупреждению гидродинамических аварий и уменьшению ущерба от них способствуют укрепление и одновременный ремонт гидротехнических сооружений, ограничивающих дамбы, а также проведение берегоукрепительных работ, подсыпка низких мест.