Причины и виды гидродинамических аварий

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.

Что может привести к разрушению гидротехнического сооружения?

Как вы знаете, такие сооружения подвергаются воздействию большого числа различного вида нагрузок. Это и давление водного потока, колебания температуры воздуха и, как следствие, колебания температуры воды, заиление дна.

Все это может привести к разрушению объекта и затоплению водой прилегающей территории. Немаловажным фактором, влияющим на вероятность разрушения, является и процесс выветривания, в результате которого происходит коррозия металлических и гниение деревянных конструкций, выщелачивание бетона, т.е. происходит постепенное растворение и вымывание компонентов цемента из бетонной конструкции, что приводит к ее постепенному ослаблению и дальнейшему разрушению.

Разрушение гидротехнических сооружений может возникнуть в результате землетрясений, во время военных действий или в результате террористического акта, а также из-за дефектов в конструкции и ошибок при проектировании.

Вы видите таблицу, представляющую распределение причин аварии по их частоте.

Как видно из нее, наибольший процент приходится на разрушение основания гидротехнического сооружения (вспомните аварию на плотине Сент-Френсис, в результате которой погибло около 600 человек).

Второй наиболее популярной причиной аварий, является недостаточность водосбросов (иными словами, в некоторых случаях может произойти перелив воды через гребень плотины).

В нашей стране действует Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений», в котором установлены правовые нормы, регламентирующие безопасность эксплуатации гидротехнических сооружений. Согласно этому закону, все гидротехнические сооружения делятся на две категории.

К первой относятся те сооружения, аварии на которых не способны вызвать чрезвычайную ситуацию техногенного характера.

Ко второй — сооружения, при повреждении которых возможно возникновение чрезвычайной ситуации. Сюда относят сооружения напорного фронта, т.е. те, которые создают разницу уровней воды. Напорный фронт на плотинах, шлюзах, дамбах и водосбросах позволяет удерживать огромную массу воды в чаше водохранилищ.

Разрушение какой-либо из этих конструкций сопровождается интенсивным сливом воды в нижний бьеф, в результате чего происходит разрушение плотины. При этом происходит катастрофическое затопление прилегающей к руслу территории.

Под катастрофическим затоплением понимают зону затопления, в пределах которой происходит массовая гибель людей, животных и сельскохозяйственных растений, а также значительно повреждаются или полностью уничтожаются здания и другие сооружения.

Не стоит путать такое затопление с затоплением паводковыми водами. Ведь в случае паводка, вода прибывает относительно медленно. При разрушении же гидротехнического сооружения скорость прорыва воды составляет от 3 до 25 километров в час, а в горных и предгорных районах она может достигать и 100 километров в час.

Самым распространенной гидродинамической аварией является прорыв плотины.

Прорыв плотины — это начальная фаза гидродинамической аварии. При этом образуется так называемый проран, через который и происходит неуправляемый сброс огромной массы воды из верхнего бьефа водохранилища в нижний.

Проран — это промоина, отверстие или узкий проток в плотине, дамбе, прорванной водным потоком.

Волна, образующаяся во фронте потока воды, устремляющегося в проран, и имеющая в большинстве случаев значительную высоту гребня (от двух до двенадцати метров), большую скорость распространения (от трех до двадцати пяти километров в час и выше) и обладающая большой разрушительной силой, называется волной прорыва.

Ее высота и скорость распространения зависят от многих факторов. К ним относятся размер прорана, разница уровней воды между верхним и нижним бьефом, а также гидрологические и топографические особенности местности. При этом возможные потери населения от волны прорыва могут достигать до 90% в ночные часы, и до 60% — в дневное время.

В зависимости от масштабов затопления местности и его последствий различают:

·                   катастрофическое затопление (о нем мы говорили ранее);

·                  

·                   прорывной паводок (паводок, возникающий при прорывах гидротехнических сооружений);

·                  

·                   затопление, повлекшее смыв плодородных почв или отложение наносов на обширных территориях.

§    

В зависимости от последствий воздействия водного потока, образующегося при аварии на гидротехнических сооружениях, выделяют четыре зоны катастрофического затопления.

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 зоне катастрофического затопления, как правило, происходит массовая гибель людей, животных, происходит разрушение зданий и сооружений, уничтожение других материальных ценностей. Поэтому эти зоны просчитываются заранее, еще на стадии проектирования гидротехнических объектов. Информация об этих зонах в обязательном порядке должна доводиться до населения, которое работает и проживает в пределах этой территории.

К катастрофическим затоплениям местности может привести и разрушение естественных плотин. Сюда относятся прорывные сели, прорывы как обычных так и моренных озёр, подпружиненных ледников.

Ученые постоянно занимаются прогнозированием времени прорыва. Оно основано на наблюдении за подъемом уровня воды до 80 — 85% высоты перемычки водохранилища. При этом учитываются прогнозы погоды, которые делают ближайшие к водохранилищу метеостанции.

Для гидроузлов и крупных плотин составляются специальные прогнозные карты, в которых указываются возможные зоны затопления при поступлении различных объёмов воды.

Эти документы находятся как в органах управления гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций, так и в ведомствах и их службах на местах, которые возводят и эксплуатируют гидротехнические сооружения.

Однако невозможно рассчитать и предугадать все. Примером может служить трагедия, случившаяся в 1963 году на плотине Вайонт, расположенной рядом с горой Монте Ток на севере Италии.

Катастрофа, произошедшая здесь, является ярким примером того, как сочетание множества малозаметных природных факторов и ошибок людей может привести к катастрофе со страшным исходом.

В этой гористой местности не редко случались небольшие землетрясения и оползни. Но компания, возводившая плотину, решила, что серьезных проблем не должно возникнуть, и большой опасности возникновения оползней нет.

Однако, лето 1963 года выдалось необычайно дождливым и к осени того же года вода с неба вызвала никем непредвиденные последствия — случился оползень. И не просто оползень — в воду сползла часть горы Монте Ток объемом 260 миллионов кубических метров, двигающаяся со скоростью около 100 километров в час. Такое огромное количество горных пород заполнила чашу водохранилища, и колоссальный объем воды (более 50 миллионов кубометров) буквально «выплеснулся» из плотины с высоты четырехсот метров. Водяной вал, высотой 90 метров, прошелся по нижележащей территории со скоростью 8 — 12 метров в секунду.

Первыми были разрушены селения Сан-Мартино и Кассо, а затем, одно за другим, еще пять — Ривальту, Пираджо, Вилланову, Лонгароне и Фаз. В течении всего лишь пятнадцати минут, в бушующем потоке грязи, камней и воды, по различным данным, погибло от тысячи девятисот до трех тысяч человек.

Однако удивительным стало то, что в результате такой масштабной катастрофы, плотина осталась стоять, хоть ей и пришлось выдержать нагрузку, в несколько раз превышающую расчетную. Вода размыла лишь около метра бетона верхнего гребня плотины.

Итоги урока:

·                   Причинами гидродинамических аварий могут служить как действие сил природы, так и воздействие человека.

·                   К природным причинам относятся: сейсмическая активность местности, ураганы, оползни, обвалы и паводки.

·                   К причинам, связанным с деятельностью человека, — ошибки при проектировании и нарушение правил эксплуатации гидротехнических сооружений, конструктивные дефекты конструкций, недостаточный водосброс и перелив воды через плотину. Сюда же можно отнести военные действия и террористические акты.

·                   Последствия аварий на гидротехнических сооружениях трудно предсказуемы и зачастую носят катастрофический характер.