Гидродинамические аварии и гидротехнические сооружения

Во всем мире существует огромное количество различных гидротехнических сооружений — плотины, дамбы, различного рода водохранилища.

Только у нас в России находится в эксплуатации более 30 тысяч водохранилищ различной вместимости. Причем, наиболее крупными являются 60 объектов с вместимостью более миллиарда кубометров воды каждый.

Ни для кого не секрет, что многие из этих объектов были построены еще в советское время. И вот уже десятки лет они эксплуатируются без должного обслуживания и, зачастую, находятся в аварийном состоянии.

К чему может привести разрушение таких крупных объектов и как действовать простым людям в подобных ситуациях?

Гидродинамическая авария — это чрезвычайное ситуация, связанная с выходом из строя (или разрушением) гидротехнического сооружения или его части, и неуправляемым перемещением больших масс воды, несущих разрушения и затопления обширных территорий.

Под гидротехническим сооружением понимают любое сооружение, которое служит как для использования водных ресурсов, так и для борьбы с вредным воздействием вод.

Существует огромное количество различных видов гидротехнических сооружений — это плотины и шлюзы, каналы и судоподъемники, гидроэлектростанции и многое-многое другое.

Естественно предположить, что не все они могут служить источником техногенной катастрофы. В нашей стране существует специальный Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений», который делит все гидротехнические сооружения на две категории.

К первой относятся те сооружения, аварии на которых не способны вызвать чрезвычайную ситуацию техногенного характера. Пример может служить бобровая плотина.

Ко второй группе относят сооружения, при повреждении которых возможно возникновение чрезвычайной ситуации. Сюда относят сооружения напорного фронта, т.е. те, которые создают разницу уровней воды. Это, например, плотины, шлюзы, дамбы, оросительные системы, каналы и другие объекты.

Рассмотрим некоторые из них.

Водный канал (от латинского «канализ» — труба, желоб) — это искусственная водная артерия, которая предназначена для сокращения водных маршрутов или же для перенаправления потока воды.

Существует два основных назначения канала — это оросительный канал, осуществляющий доставку или, наоборот, отвод воды с территории, и транспортные каналы.

Только в период с 1940 по 1965 годы на территории бывшего Советского союза было построено большое количество магистральных каналов, общая протяженность которых составляет более двух тысяч километров. Самым крупным из них является Каракумский канал, построенный для водоснабжения южных и юго-западных районов Туркмении протяженностью 1445 километров.

А наиболее известный вам Беломорско-Балтийский канал (или сокращенно Беломорканал) имеет длину 227 километров и соединяет Балтийское море с Белым.

В ходе Великой Отечественной войны часть канала была взорвана и вода смогла спокойно сливаться в Онежское озеро через поселок Повенец, который был практически полностью уничтожен потоком воды. Однако, после войны поселок был заново отстроен.

Плотина — это гидротехническое сооружение, перегораживающая реку или водоем для подъема уровня воды в них. При этом создается разница уровней воды в русле реки.

Чаще всего плотины сооружаются для использования водных ресурсов в различных целях — это мелиорация земель, создание гидроэлектростанций и так далее.

Плотины делятся на два вида — естественные и искусственные.

Искусственные плотины — это плотины, созданные людьми. К ним относятся плотины гидроэлектростанций, водозаборы, дамбы, оросительные системы, перемычки и запруды.

Естественные же плотины образуются в результате различных природных процессов. Например, это могут быть оползни, сели (поток с очень большой концентрацией минералов, камней и обломков горных пород), лавины и обвалы.

Участок реки или другого водного объекта, примыкающий к плотине, называется бьефом.

Бьеф, расположенный выше подпорного сооружения по течению реки, называется верхним бьефом.

А бьеф, расположенный ниже подпорного сооружения по течению реки, называется нижним бьефом.

Как правило, сооружение плотины сопровождается большим изменением уровня воды в верхнем бьефе, в результате чего перед плотиной, вверх по течению реки, накапливается огромное количество воды, которая образует искусственное или естественное водохранилище.

Водохранилища подразделяют на долговременные и кратковременные. Примером долговременного искусственного водохранилища может служить Куйбышевское водохранилище (его нижнюю часть еще часто называют Жигулевским морем) — это самое крупное водохранилище на территории Российской Федерации. Его площадь составляет 6450 квадратных километров, а объем — порядка 58 кубических километров воды.

Если говорить о долговременном естественном водохранилище, то на ум приходит Сарезское озеро, образовавшееся 1911 году на реке Мургаб на Памире, в результате обвала твердых скальных пород.

Кратковременные искусственные водохранилища сооружают, как правило, для временного изменения направления течения реки при строительстве ГЭС или других гидротехнических сооружений.

А кратковременные естественные водохранилища возникают в результате перекрытия реки рыхлым грунтом, снегом или льдом.

Искусство возведения плотин известно с глубокой древности. А самая древняя из них датирована трехтысячным годом до нашей эры, и располагалась в ста километрах от города Амман (современная Иордания).

Что касается ущерба, сопровождающего разрушения плотин, то он может быть чрезвычайно большим. Связано это в первую очередь с тем, что при разрушении конструкции плотины происходит катастрофический водосброс в нижний бьеф.

Самая первая такая задокументированная катастрофа произошла 12 марта 1928 года с плотиной Сент-Френсис, расположенной в каньоне Санфранцискито, что в 64 километрах к северо-западу от Лос-Анджелеса.

 За две с половиной минуты до полуночи вода прорвалась через толщу грунта и плотина Сент-Френсис рухнула. Поток воды высотой коло 40 метров пронесся по каньону, сметая все на своем пути. Уже через пять минут после катастрофы, вода снесла электростанцию, расположенную в 25 километрах вниз по течению реки.

Все живое и все постройки были уничтожены. В результате наводнения была затоплена долина длиной 80 километров, и погибло более 600 человек.

Одними из крупнейших катастроф, произошедших на плотинах, считаются авария на Днепровской эдектростанции во время Великой Отечественной войны, которая унесла жизни нескольких тысяч человек, и авария на плотине Байнцяо, находящейся в округе Чжумадян провинции Хэнань Китая, которая унесла жизни около 171 тысячи человек.

Таким образом, в результате аварии на плотине, происходит затопление местности, т.е. покрытие некоторой территории водой. Как правило, на затопляемой территории выделяются четыре зоны катастрофического затопления.

Под зоной катастрофического затопления мы будем понимать зону затопления, в пределах которой происходит массовая гибель людей, животных и сельскохозяйственных растений, а также значительно повреждаются или полностью уничтожаются здания и другие сооружения.

Самая первая зона катастрофического затопления вплотную примыкает к гидротехническому сооружению и распространяется на расстояние от 6 до 12 километров от него. В случае аварии на этом участке образуются волны, высотой несколько метров, а скорость течения воды может достигать 10 метров в секунду.

Вторая зона (ее еще называют зоной быстрого течения, так как скорость потока воды в ней составляет около пяти метров в секунду) имеет протяженность от 15 до 25 километров.

Третья зона — это зона среднего течения, распространяющаяся на расстояние от 30 до 50 километров. Скорость потока воды в ней составляет около 3-х метров в секунду или 10-15 километров в час.

И последняя, четвертая, зона, протяженностью от 35 до 70 километров (в зависимости от рельефа местности), называется зоной слабого течения. В ней скорость водного потока составляет всего 6 — 10 километров в час.

В настоящее время существует огромное количество разновидностей гидротехнических сооружений, способных нести опасность техногенного характера. Они различаются по месту расположения — находящиеся на поверхности земли и под ней; по характеру и цели использования — мелиоративные, лесосплавные и судоходные; а по функциональному назначению — сооружения для переброски воды в заданные пункты.

Комплекс или группу гидротехнических сооружений, которые объединены по расположению, целям и условиям их работы мы будем называть гидроузлами. В них сочетаются плотины и шлюзы, каналы и энергоустановки.

Итоги урока:

·                   Под гидродинамической аварией понимают происшествие, которое связано с выходом из строя или разрушением гидротехнического сооружения и отдельных его частей, с последующим неуправляемым переносом огромных масс воды, создающим угрозу возникновения техногенной чрезвычайной ситуации.

·                   Согласно Федеральному закону РФ «О безопасности гидротехнических сооружений», к гидротехническим сооружениям, разрушения которых приводит к возникновению чрезвычайной ситуации техногенного характера, относят плотины, шлюзы, дамбы, каналы и др.