1295

1.Прорыв дамбы на Карамкенском хвостохранилище в Магаданской области. 29 августа 2009 г. в поселке Карамкен после трехдневных дождей произошел прорыв центральной части дамбы с последующим разрушением ГТС в нижней части хвостохранилища. В результате было смыто 11 домов, 1 человек погиб, 2 пропали без вести. В программу мониторинга вошли гидробиологический, ихтиологический, гидрохимический и геохимический мониторинги.

2.Прорыв плотины хранилища едких отходов алюминиевого завода в районе г. Айка, Венгрия. 4 октября 2010 г. прорвались подпорная стенка, которая сдерживала хранилище жидких токсичных отходов,

врезультате чего из хранилища вылилось более 1 млн м3 высокощелочного красного шлама. Поток затопил несколько близлежащих деревень, погибло 10 человек, 120 получили травмы и химические ожоги. Грязевой поток попал в местные реки, погубив многих животных. Зона бедствия – 40 км2. В программу мониторинга был включен мониторинг

состояния реки Дунай ежемесячно на содержание Al, Hg, Cr, NH+4 , SO24− , Cl–, нефтепродукты, Fe, Mn, Cu, As, Sr, Pb, Zn.

10.4. Общие требования к системе мониторинга безопасности состояния водоподпорных ГТС (плотин)

Мониторинг безопасности состояния водоподпорных ГТС осуществляется в целях обеспечения безопасной эксплуатации ГТС, безопасности населения и территорий, прилегающих к нижним и верхним бьефам плотин.

10.4.1. Система мониторинга безопасности водоподпорных ГТС (плотин) в штатном режиме работы

Мониторинг безопасности состояния водоподпорных ГТС осуществляется постоянно с установленной периодичностью по основным контролируемым показателям в соответствии с программой наблюдений. Объем наблюдений и состав контрольно-измерительной аппаратуры, устанавливаемой на гидротехнических сооружениях, должны определяться проектом.

Данные наблюдений по контрольно-измерительной аппаратуре, а также данные визуальных наблюдений должны заноситься в автоматизированную систему диагностического контроля.

В сроки, установленные проектом и в предусмотренном им объеме, на всех гидротехнических сооружениях должны вестись наблюдения:

251

•за осадками и смещениями сооружений и их оснований;

•деформациями сооружений и облицовок;

•режимом уровней бьефов гидроузла, фильтрационным режимом

восновании и теле грунтовых, бетонных сооружений и береговых примыканий, работой дренажных и противофильтрационных устройств, режимом грунтовых вод в зоне сооружений;

•воздействием потока на сооружения, дно и берега;

•воздействием льда на сооружения и их обледенением.

На гидротехнических сооружениях I класса, расположенных в районах с сейсмичностью 7 баллов и выше, и на сооружениях II класса в районах с сейсмичностью 8 баллов и выше должны проводиться следующие виды специальных наблюдений и испытаний:

•инженерно-сейсмометрические наблюдения за работой сооружений и береговых примыканий (сейсмометрический мониторинг);

•инженерно-сейсмологические наблюдения в зоне ложа водохранилища вблизи створа сооружений и на прилегающих территориях (сейсмологический мониторинг);

•тестовые испытания по определению динамических характеристик этих сооружений (динамическое тестирование) с составлением динамических паспортов.

После каждого сейсмического толчка интенсивностью 5 баллов

ивыше должны оперативно регистрироваться показания всех видов контрольно-измерительной аппаратуры, установленных в сооружении, с осмотром сооружения и анализом его прочности и устойчивости.

Осмотры гидротехнических сооружений и их оборудования должны проводиться с периодичностью не реже 1 раза в 7 дней – для сооружений I и II классов, и 2 раз в месяц – для сооружений III и IV классов.

В предпаводковый период и при подготовке к зиме эксплуатирующая организация должнаорганизоватькомплексный осмотрсооружений.

Обследование подводных частей сооружений и туннелей на всей их поверхности должно производиться через 2 года после начала эксплуатации, и каждые последующие 5 лет.

Система мониторинга безопасности для водоподпорных ГТС (плотин) включает в себя:

1)контроль соответствия контролируемых параметров их предельно допустимым значениям;

2)контроль состояния всех систем сооружения;

3)контроль нагрузок и внешних воздействий на сооружение;

252

4)контроль фильтрационного режима в плотине, основании и береговых примыканиях;

5)контроль деформирования плотины и массивов, ее вмещающих (общие деформации плотины и снования);

6)контроль температурного режима плотины и основания;

7)наблюдение за монолитностью плотины;

8)контроль водного баланса плотины;

9)контроль влияния плотины на окружающую среду.

Натурные наблюдения проводят визуальными и инструментальными методами.

Для ГТС I, II и III классов, как правило, используют автоматизированные системы контроля их состояния (АСК). ГТС IV класса оснащают контрольно-измерительной аппаратурой при специальном обосновании. В случае невозможности создания АСК на сооружениях этих классов применяют информационно-диагностические системы контроля с ручным вводом данных наблюдений.

Мониторинг безопасности состояния водоподпорных ГТС должен включать в себя:

•регулярные взаимоувязанные контрольные наблюдения за состоянием ГТС, их оснований, береговых сопряжений в нижнем и верхнем бьефах;

•сбор, накопление и хранение данных наблюдений;

•создание и ведение базы данных наблюдений;

•сопоставление измеренных значений диагностических показателей состояния ГТС с их критериальными значениями;

•оперативную оценку состояния ГТС, их оснований и береговых сопряжений;

•информирование органов, заинтересованных в безаварийном состоянии ГТС на местном (локальном), региональном (территориальном) и федеральном уровнях.

Основные показатели состояния водоподпорных гидротехнических сооружений, контролируемые в процессе мониторинга безопасности, представлены в нормативных документах:

1. Перечень основных показателей нагрузок и воздействий на ГТС приведен в СНиП 2.06.01.

2. Перечень основных показателей состояния водоподпорных гидротехнических сооружений и развития опасных процессов в грунтовых

массивах, контролируемых в процессе мониторинга, представлен в СНиП 2.02.02, СНиП 2.06.01, СНиП 2.06.05, СНиП 2.06.06.

253

3. Состав, наименование и способы измерения показателей состояния ГТС, контролируемых в процессе мониторинга, приведен

в ГОСТ Р 22.1.11–2002.

Средства измерений: деформометр, гидростатический нивелир, гидрометрическая вертушка, закладные тензометры (рис. 10.3).

а б

Рис. 10.3. Средства измерений для мониторинга состояния водопроводных ГТС: а – деформометр; б – гидростатический нивелир; в – гидрометрическая вертушка; г – закладной тензометр

10.4.2. Общие требования к системе прогнозирования возможных последствий гидродинамических аварий на водоподпорных ГТС (плотинах)

К основным потенциально опасным гидротехническим сооружениям относятся плотины, водозаборные и водосборные сооружения (шлюзы). Разрушение (прорыв) ГТС происходит в результате действия следующих факторов:

254

•силы природы (землетрясений, ураганов, размывов плотин);

•воздействия человека (нанесения ударов ядерным или обычным оружием по гидротехническим сооружениям, крупным естественным плотинам, диверсионных актов);

•конструктивных дефектов или ошибок проектирования.

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

•поражение людей и разрушение сооружений волной прорыва, образующейся в результате разрушения гидротехнического сооружения, имеющей высоту от 2 до 12 м и скорость движения от 3 до 25 км/ч (для горных районов – до 100 км/ч);

•катастрофическое затопление обширных территорий слоем воды от 0,5 до 10 м и более.

Прогнозирование возможных последствий гидродинамических аварий на водоподпорных ГТС осуществляет проектная организация и организации, специально уполномоченные федеральными органами исполнительной власти на его проведение в целях обеспечения безопасности ГТС, населения и территорий, прилегающих к нижним бьефам плотин с учетом изменения параметров бьефов.

Прогнозирование развития, масштабов возможных последствий гидродинамических аварий на водоподпорных ГТС включает в себя:

•прогнозирование степени разрушения ГТС;

•прогнозирование параметров волны прорыва, образующейся при разрушении ГТС;

255

•прогнозирование поставарийного состояния русла и поймы в возможной зоне затопления;

•сбор, хранение и обработку исходных данных для уточнения прогноза вследствие изменения условий жизнедеятельности в нижнем бьефе;

•прогнозирование последствий аварий для населения и территории в зоне возможного затопления.

Перечень основных прогнозируемых параметров аварии (волны прорыва) на водоподпорных гидротехнических сооружениях, определяющих размеры бедствия и ущерб в зоне возможного затопления, приведен в табл. 10.2.

Таблица 1 0 . 2

Основные прогнозируемые параметры гидродинамической аварии (волны прорыва) на водоподпорных ГТС

256

Основными характеристиками возможных последствий гидродинамических аварий на водоподпорных ГТС, прогнозируемых и контролируемых в процессе мониторинга безопасности, являются:

1. Наименование населенных пунктов, типовых объектов, попадающих в зону возможного затопления (ЗВЗ) с указанием:

•количества разрушенных деревянных, кирпичных, панельных, административных, социально-бытовых зданий;

•площади незастроенных территорий (км2) в ЗВЗ;

•промышленной зоны в ЗВЗ;

•коммуникаций в ЗВЗ;

•количество погибших, оставшихся без крова, временно отселенных, эвакуированных (чел.);

•площади сельскохозяйственных угодий;

•лесного фонда;

•автомобильных и железных дорог (пог.м), мостов;

•нефте-, газо- и водопроводов (пог.м);

•ЛЭП, узлов связи;

•гидротехнических сооружений;

•других хозяйственных объектов;

•поставарийного состояния верхнихи нижних бьефов гидроузлов. 2. Количество и размер объекта взоне возможного затопления (ЗВЗ). 3. Степень разрушения объекта в ЗВЗ (слабая, средняя, сильная, %). 4. Прогнозирумый ущерб в ценах текущего года, тыс. (млн.) руб.

5. Размер ЗВЗ (территорий) протяженность, км; ширина (средняя),

км; площадь, км2; высота максимальных уровней воды, м. 6. Продолжительность затопления в ЗВЗ, ч, сут.

Примеры аварийных ситуаций на ГТС представлены в табл. 10.3.

257

Окончание табл. 1 0 . 3

10.4.3. Расчет волны прорыва при разрушении плотины

По своей физической сущности волна прорыва представляет собой неустановившееся движение потока воды, при котором глубина, ширина, уклонповерхности и скорость течения изменяются во времени(рис. 10.4).

Высота волны прорыва и скорость ее распространения зависят от объема и глубины водохранилища, площади зеркала водного бассейна, размеров прорана, разницы уровней воды в верхнем и нижнем бьефах, гидрологических и топографических условий русла реки и ее поймы. В районе нулевого створа (тела плотины) высота волны прорыва (Нв.п) определяется по формуле

Нв.п = 0,6(Н – Нн.б),

где Н – глубина водохранилища у плотины, м; Нн.б – высота нижнего бьефа, м.

Высота волны прорыва, как правило, находится в пределах 2–12 м и может достигать 10–30 м. Скорость распространения волны прорыва составляет 3–25 км/ч, адля горных и предгорных районов – до 100 км/ч.

258

h = mH,

где m – коэффициент, зависящий от расстояния ГТС до объекта

(табл. 10.4).

Таблица 1 0 . 4

Значения коэффициентов m и m1 при различных расстояниях от плотины до объекта

3600NBз

где T – время опорожнения водохранилища, ч; N – максимальный расход воды на 1 м ширины прорана (участка перелива воды через гребень плотины), м3/с на 1 м, определяемый потабл. 10.4; Вз – ширина прорана, м.

4. Рассчитывается продолжительность (время) прохождения волны прорыва (попуска) t на заданном до объекта расстоянии R:

t = m1T,

m1 – коэффициент, зависящий от расстояния до плотины (водоема) (см. табл. 10.4).

По данным расчета в соответствии с таблицей могут быть определены степень разрушения элементов объекта при гидродинамической аварии (приложение 8, табл. 5).

Пример. Объем водохранилища W = 70·106 м3, ширина прорана B3 = 100 м, глубина воды перед плотиной (глубина прорана) H = 50 м, средняя скорость движения волны прорыва (попуска) V = 5 м/с. Определить параметры волны прорыва (попуска) на расстоянии R = 25 км от плотины до объекта экономики при ее разрушении.

260