Тактика спасательных работ и ликвидации последствий при прорыве плотины водохранилища
Основной причиной прорыва
естественных плотин, образованных при образовании запруд в речном русле
обрушившимися массами горных пород (при землетрясениях, обвалах, оползнях),
либо массами льда (при движении ледников), является их перелив через гребень
такой плотины и размыв ее основания.
Устойчивость и прочность
гидротехнических сооружений напорного фронта задается по максимальным расчетным
значениям уровня воды, скорости ветра, высоты волны, определяемым в
соответствии со СНиП 2.01.14-88 [3].
Все основные причины разрушений и
аварий плотин можно классифицировать, разделив на четыре группы:
1.
Недостаточная
прочность (или устойчивость сооружений, оснований и берегов на сдвиг), а также
большие деформации – осадки, смещения, пучения, необратимые деформации.
2.
Длительное
воздействие поверхностного и фильтрационного потоков, вызывающих механическую
суффозию, эрозию материалов сооружений и оснований; старение материала
сооружения, ухудшение его свойств, выветривание пород, засорение дренажей.
3.
Нарушение
нормального функционирования сооружений гидроузлов при отказе затворов или
засорения водопропускных отверстий плавающими предметами, донными наносами и
др.
4.
Экстраординарные
воздействия типа землетрясения, взрыва, различных природных катастроф, а также
при перегрузках, вызванных авариями на гидроузлах, расположенных выше по
течению.
Основная причина аварий – перелив
воды через гребень плотины, который может быть вызван недостаточной пропускной
способностью или неисправностью водосливов, прорывом вышерасположенной плотины,
неправильной ее эксплуатацией, ледовыми нагрузками, наблюдаемыми во время
ледохода и др [6].
1.5.Анализ рассматриваемой чрезвычайной ситуации в
сравнении с реально происшедшими авариями в истории
Разрушение плотины в рассматриваемой
чрезвычайной ситуации произошло по следующему сценарию:
-
прохождение
паводка редкой повторяемости с обеспеченностью от 0,1 до 0,01%;
-
неполная
готовность механического оборудования к пропуску паводковых вод;
-
заполнение
водохранилища выше отметки ФПУ = 142,00;
-
перелив воды через
гребень плотины;
-
размыв гребня и
низового откоса плотины, начало образования прорана;
-
резкий сброс
воды;
-
землетрясение
мощностью 3-4 балла как результат гидравлического удара;
-
частичное
разрушение плотины.
Анализ данного сценария развития
аварии показывает, что в данном случае имел место комплекс наиболее
распространенных причин: разрушение основания (размыв гребня и низового откоса
– 40%), конструктивные недостатки (плотина построена без учета сейсмического
воздействия – 12%), неправильная эксплуатация (неподготовленность к пропуску
паводка, допущение резкого сброса – 2%) и землетрясение (1%). Таким образом,
рассматриваемая чрезвычайная ситуация отражает причины и последствия наиболее
повторяющихся аварий, происшедших на гидротехнических сооружениях.
2.
Исходные данные для проектирования
Гидротехнические сооружения
расположены на реке Уфе. Площадь водосброса – 46 500 км2. Расчетный
максимальный расход воды обеспеченностью 0,1% - 8 200 м3/сек
(проверочный расчетный случай).
Строительство началось в 1950 г., завершилось в 1961 г. Все гидросооружения по ГОСТ 3315-46 отнесены ко второму классу. В
состав гидроузла входят: здание ГЭС совмещенное с водосливом, подводящий канал,
отводящий канал, глухие русловая и левобережная грунтовые плотины,
шлюз-водосброс, водохранилище. Длина напорного фронта гидротехнических
сооружений – 810 м.
Расчетный сбросной расход воды через
водопропускные сооружения при нормальном (НПУ=140, 00) – 6515 куб. м/сек и
форсированном (ФПУ=142, 00) – 8035 куб. м/сек подпорных уровнях соответственно.
Максимальный сбросной расход через гидроузел, определенный Правилами
эксплуатации Павловского водохранилища (1995 г.), составляет 8050 куб. м/сек.
Полный объем водохранилища – 1 410
млн. м3. Полезный объем водохранилища – 895 млн. м3. В
соответствии с картами оценки сейсмического районирования (ОСР-97),
применяемыми с 1998 года в качестве нормативно-технических документов, для
района расположения гидроузла подтверждена сейсмическая активность 5 баллов
[4].
2.1.Характеристика чрезвычайной ситуации
В результате паводка редкой
повторяемости (0,1- 0,01 % обеспеченности) уровень воды в водохранилище
увеличивается с большой скоростью. Вследствие неподготовленности механического
оборудования, в том числе шлюза-водосброса, постепенный сброс паводковых вод не
проводился. Происходит переполнение водохранилища выше отметки ФПУ=142,00,
после которого произошел перелив воды через гребень, его размыв и размыв
низового откоса, начинается образование прорана.
Во избежание разрушения плотины
производится резкий сброс воды, т.к. техническое состояние шлюза-водосброса не
позволяет сделать это постепенно. Гидравлический удар вызывает землетрясение
мощностью 3-4 балла, которое, вследствие того, что строительство плотины
проводилось без учета сейсмического воздействия, разрушает плотину.
Общий коэффициент разрушения плотины
с учетом сейсмовоздействия и перелива через гребень и размыва составляет 0,3.
Время года: 26 апреля (весеннее
половодье).
Время суток: 12.00.
Температура воздуха - +15-17 °С.
Температура воды - + 5-7°С.
Активное снеготаяние, в результате
чего в некоторых районах на асфальтированных дорогах лужи, грязь, грунтовые
дороги труднопроходимы.
На рисунке 1 приведена карта
местности района гидроузла.
2.2.Характеристика населенного пункта
Гидроузел запроектирован и построен в
целях комплексного использования водных ресурсов реки Уфы, с учетом
перспективного развития энергопотребления, водоснабжения и судоходства.
Водохранилище используется для перевозки пассажиров, сухогрузов,
нефтепродуктов, леса, лесоматериалов и в целях рекреации. На берегах водохранилища
расположено 11 учреждений отдыха: туристические базы, базы отдыха, детские и
спортивные лагеря.
Ниже створа водоподпорных сооружений
головного узла, в 5-10 км от створа расположены два поселка городского типа с
населением 3,9 и 3,1 тыс. человек.
В пгт. Павловка (3.9 тыс. человек)
преимущественно стоят кирпичные малоэтажные (одно- трехэтажные), а также
деревянные дома (одно- двухэтажные). Редко – дома кирпичные малоэтажные здания
(одно- трехэтажные). В пгт. Красный Ключ (3,1 тыс. человек) картина та же,
однако присутствуют два промышленных здания с легким металлическим каркасом.
В обоих поселках стенки, набережные и
пирсы на железобетонных и металлических сваях. Присутствуют также
трансформаторные подстанции.
Дороги в обоих населенных пунктах в
основном асфальтированные, однако на окраинах (ближе к реке) – дороги с
гравийным (щебеночным) покрытием. Использование железнодорожного транспорта
невозможно ввиду отсутствия проложенных путей. Ширина дорог внутри населенных
пунктов обеспечивает пропускную способность в 400-900 машин в час.
Автомобильная трасса, соединяющая населенные пункты с городом Уфой, проходит по
плотине, что, при разрушении последней, отрезает основной путь спасательных и
восстановительных формирований. К створу гидроузла существуют и другие
подъездные дороги с твердым покрытием с левого и правого берегов; таким
образом, подъезд к створу обеспечивается в любое время года. Параметры потока,
вызывающие разрушения данных зданий и сооружений приведены в таблице 2.2.1.
Таблица 2.2.1.
Параметры потока, вызывающие
разрушения зданий и сооружений
Тип здания и сооружения
|
Полное и сильное
|
Среднее
|
Слабое
|
h, м
|
V, м/с
|
h, м
|
V, м/с
|
h, м
|
V, м/с
|
Деревянные дома (одно- двухэтажные)
|
3,5
|
2
|
2,5
|
1,5
|
1
|
1
|
Кирпичные малоэтажные здания (одно- трехэтажные)
|
4
|
2,5
|
3
|
2
|
2
|
1
|
Промышленные здания с легким металлическим каркасом и
здания бескаркасной постройки
|
5
|
2,5
|
3,5
|
2
|
2
|
1,5
|
Стенки, набережные и пирсы на железобетонных и
металлических сваях
|
6
|
6
|
3
|
4
|
1
|
2
|
Трансформаторные подстанции
|
5
|
2
|
4
|
2
|
2
|
1
|
Дороги с гравийным (щебеночным) покрытием
|
2,5
|
2
|
1
|
1,5
|
0,5
|
0,5
|
Шоссейные дороги с асфальтобетонным покрытием
|
4
|
3
|
2
|
1,5
|
1
|
1
|
Автомашины
|
2
|
2
|
1,5
|
1,5
|
1
|
1
|
2.3. Прогнозирование чрезвычайной ситуации
Прогнозирование данной чрезвычайной
ситуации проводилось на основе программы «Волна 2.0», разработанной ВНИИ ГОЧС в
1998 году.
2.3.1. Прогнозирование развития факторов чрезвычайной
ситуации
При расчет использовались следующие
исходные данные (таблица 2.3.1):
Таблица 2.3.1.
Характеристика створа Павловского
гидроузла
ХАРАКТЕРИСТИКИ
СТВОРА ГИДРОУЗЛА
|
0-створ
|
1. Объём водохранилища при НПУ
|
Wв
|
млн.м3
|
1410
|
2. Глубина
водохранилища у плотины при НПУ
|
Hв
|
м
|
35
|
3. Площадь
зеркала водохранилища при НПУ
|
Sв
|
млн.м2
|
115,9
|
4. Ширина
водохранилища у плотины при НПУ
|
Bв
|
м
|
810
|
5. Глубина
реки в нижнем бьефе гидроузла
|
Hбо
|
м
|
1,0
|
6. Ширина
реки в нижнем бьефе гидроузла
|
Bбо
|
м
|
67
|
7. Скорость
течения в нижнем бьефе гидроузла
|
Vбо
|
м/с
|
1,0
|
8. Глубина
водох. у плотины на момент разр. ГУ
|
Hp
|
м
|
35
|
9. Степень
разрушения гидроузла
|
Ep
|
|
0,3
|
10. Высота
порога бреши
|
p
|
м
|
15
|
11. Отметка
уреза воды водохранилища ( НПУ )
|
Zв
|
м
|
140
|
12. Количество
постоянных створов по длине реки
|
N
|
|
2
|
По створам двух поселков городского
типа (таблица 2.3.2):
Таблица 2.3.2.
Характеристика рассматриваемых
створов (по населенным пунктам)
ХАРАКТЕРИСТИКИ
СТВОРОВ \\ № СТВОРА
|
1- створ
пгт. Павловка
|
2 –
створ пгт. Кр. Ключ
|
Удаление i-го
створа от створа гидроузла
|
Lci
|
км
|
5
|
8
|
БЫТОВОЙ
ПОТОК:
|
|
|
|
Отметка
уреза воды
|
Zбi
|
м
|
105,5
|
100,3
|
Глубина
|
Hбi
|
м
|
1,5
|
3,0
|
Ширина
|
Bбi
|
м
|
60
|
80
|
Скорость
течения
|
Vбi
|
м/с
|
2,0
|
4,0
|
ЛЕВЫЙ БЕРЕГ
|
|
|
|
Высота
бровки берега
|
Hm
|
м
|
0
|
0
|
Ширина
поймы реки
|
Bп
|
м
|
0
|
0
|
Отм. 1-й
горизонтали местности
|
z1
|
м
|
105,55
|
100,4
|
Расстояние от оси реки до 1-й гм
|
B1
|
м
|
220
|
265
|
Отм. 2-й
горизонтали местности
|
z2
|
м
|
106,0
|
101,0
|
Расстояние от оси реки до 2-й гм
|
B2
|
м
|
223
|
268
|
Отм. 3-й
горизонтали местности
|
z3
|
м
|
106,5
|
0
|
Расстояние от оси реки до 3-й гм
|
B3
|
м
|
230
|
0
|
ПРАВЫЙ БЕРЕГ
|
|
|
|
Высота
бровки берега
|
Hm
|
м
|
0
|
0
|
Ширина
поймы реки
|
Bп
|
м
|
0
|
0
|
Отм. 1-й
горизонтали местности
|
z1
|
м
|
106,0
|
101,0
|
Расстояние от оси реки до 1-й гм
|
B1
|
м
|
60
|
100
|
Отм. 2-й
горизонтали местности
|
z2
|
м
|
106,5
|
101,5
|
Расстояние от оси реки до 2-й гм
|
B2
|
м
|
75
|
102
|
Отм. 3-й
горизонтали местности
|
z3
|
м
|
107,0
|
0
|
Расстояние от оси реки до 3-й гм
|
B3
|
м
|
80
|
0
|
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
|
|