Частота различных причин аварий гидротехнических сооружений, сопровождающихся образованием волны прорыва

Причина разрушения	Частота, %
Разрушение основания	40
Недостаточность водосбросов	23
Конструктивные недостатки	12
Неравномерная осадка	10
Высокое пороговое (капиллярное) давление в намытой плотине	5
Военные действия	3
Сползание откосов	2
Дефекты материалов	2
Землетрясения	1
Неправильная эксплуатация	2
ВСЕГО:	100

Процентное соотношение аварий для различных типов плотин представлено в таблице.

Частота аварий для различных типов плотин

Тип плотины	Аварии, %
Земляная плотина	53
Защитные дамбы из местных материалов	4
Бетонная гравитационная	23
Арочная железобетонная	3
Плотины других типов	17
ВСЕГО:	100

 

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].

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.

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].