Учебный вопрос 2. Гидродинамические аварии и их последствия

Гидродинамическая авария – это чрезвычайная ситуация, связанная с выходом из строя (разрушением) гидротехнического сооружения или его части.

Гидротехнические сооружения (ГТС) – инженерные сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов или для борьбы с разрушительным действием воды.

К основным гидротехническим сооружениям, разрушение (прорыв) которых приводит к гидротехнической аварии, относят: плотины (дамбы, перемычки, запруды и др.), водозаборные и водосборные сооружения (шлюзы).

Плотины – гидротехнические сооружения напорного типа (искусственные плотины) или природные образования (естественные плотины), создающие разницу уровней воды по руслу реки.

Следовательно, плотина (дамба, шлюз, перемычка и др.) перегораживает реку или иной водосток для подъема уровня воды перед ней с целью создания напора воды на её площадь и образования водохранилища.

Искусственные плотины представляют собой гидротехнические сооружения, созданные человеком для своих нужд и включающие собственно плотины гидроэлектростанций, водозаборов и ирригационные системы, дамбы, перемычки, запруды и т. п.

Естественные плотины – образования в виде запруд и др., созданные действием природных сил, например, в результате оползней, землетрясений, селей, обвалов, лавин, заторов и зажоров.

В зависимости от высоты плотины делят на низконапорные (до 10м), средненапорные (от 10 до 50м) и высоконапорные (свыше 50м).

В зависимости же от использованных строительных материалов плотины бывают – бетонные, железобетонные, гравитационные, контрфорсные, арочные, каменные, грунтовые (дамбы и т.п.), деревянные.

Участок реки между двумя соседними плотинами на реке или участок канала между двумя шлюзами называется бьефом. Гидравлический уклон реки – превышение (в метрах) высоты уровня реки на 1000 м длины.

Верхним бьефом плотины называется часть реки выше подпорного сооружения (плотины, шлюза), а часть реки ниже такого сооружения – нижним бьефом. Тело плотины образует нулевой створ. Высота уровня воды в верхнем бьефе плотины – это уровень воды в водохранилище.

К гидродинамическим авариям относятся:

прорывы плотин (дамб, шлюзов) с образованием волн прорыва и катастрофических затоплений или прорывного паводка;

аварийное срабатывание водохранилищ ГЭС в связи с угрозой разрыва гидросооружения (период аккумуляции речного стока называется наполнением водохранилища, а период отдачи наполненной воды — сработкой водохранилища).

Для гидродинамической аварии характерно неуправляемое перемещение больших масс воды, несущих разрушения и затопления обширных территорий.

Причинами разрушения (прорыва) ГТС могут быть:

природные явления или стихийные бедствия (землетрясения, обвалы, оползни, паводки, размыв грунтов, ураганы и т.п.);

техногенные факторы (разрушение конструкций сооружения, эксплуатационно-технические аварии, конструктивные дефекты или ошибки проектирования, нарушение режима водосбора и др.);

ЧС военного времени – современные средства поражения (ССП);

террористические акты.

Начальной фазой гидродинамической аварии (ГА) является прорыв плотины, который представляет собой процесс образования прорана и неуправляемого потока воды водохранилища из верхнего бьефа через проран в нижний бьеф. Во фронте устремляющегося в проран потока воды образуется волна прорыва - поражающий фактор гидродинамической аварии.

Проран – узкий проток в теле (насыпи) плотины, косе, отмели, в дельте реки, или спрямленный участок реки, образовавшийся в результате размыва излучины в половодье.

Волна прорыва – волна, образующаяся во фронте проходящего в проран потока воды, имеющего значительную скорость движения и обладающего большой разрушительной силой.

Основными параметрами ее поражающего действия являются скорость, высота и глубина волны прорыва, температура воды, время существования волны прорыва.

По своей физической сущности волна прорыва представляет собой неустановившееся движение потока воды, при котором глубина, ширина, уклон поверхности и скорость течения изменяются во времени.

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 бъефах, гидрологических и топографических условий русла реки и ее поймы.

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

Скорость движения волны прорыва V=2,5-5 м/с принимается для зон катастрофического затопления и опасного затопления, а для участков возможного затопления - V=1,5-2,5 м/с.

При этом статическое давление потока воды – не менее 20 кПа (0,2 кгс/см²) с продолжительностью действия не менее 0,25ч.

Характер воздействия на объект поражающего фактора определяется гидродинамическим давлением потока воды (гидропотоком), высотой, глубиной и скоростью потока воды, уровнем и временем затопления, деформацией речного русла, загрязнением гидросферы, почв, грунтов, размыванием и переносом грунтов.

Основным последствием гидродинамической аварии является катастрофическое затопление местности.

Катастрофическое затопление – это бедствие из-за гидродинамической аварии, являющееся результатом разрушения плотины и заключающееся в стремительном затоплении волной прорыва нижерасположенной местности и возникновении наводнения. Катастрофическое затопление характеризуется следующими параметрами:

максимально возможными высотой и скоростью волны прорыва;

расчетным временем прихода гребня и фронта волны прорыва в соответствующий створ (местность);

максимальной глубиной затопления участка местности;

длительностью затопления территории;

границами зоны возможного затопления.

Катастрофическое затопление распространяется со скоростью волны прорыва и приводит через некоторое время после прорыва плотины к затоплению обширных территорий слоем воды более 0,5-10м. При этом образуются зоны затопления.

Зоной затопления при разрушении ГТС называется часть прилегающей к реке (озеру, водохранилищу) местности, затопляемой водой.

На затопляемой территории выделяют четырезоны катастрофического затопления:

1) Первая зона непосредственно примыкает к гидросооружению и простирается на 6-12 км от него. Высота волны может достигать здесь нескольких метров. Характерен бурный поток воды со скоростью течения 30 км/ч и более. Время прохождения волны 30 мин.

2) Вторая зона - зона быстрого течения (15-20 км/ч). Протяженность этой зоны может быть 15-25 км. Время прохождения волны 50-60 мин.

3) Третья зона - зона среднего течения (10-15 км/ч). Протяженность до 30-50 км. Время прохождения волны 2-3 ч.

4) Четвертая зона - зона слабого течения (разлива). Скорость течения здесь может достигать 6-10 км/ч. Протяженность зоны в зависимости от рельефа местности может составлять 35-70 км.

Рисунок. Зоны критического затопления

Последствия разрушения гидроузлов ранжируются следующим образом: катастрофические, значительные, ощутимые и незначительные.

Таблица. Оценка последствий разрушения гидроузлов

Градация последствий	Характеристика последствий	Критерии остроты ситуации
высота волны прорыва в % к максимальной в створе плотины	Время добегания волны прорыва, час
Катастрофические	Затопления больших территорий (в том числе вне границ долин), паралич хозяйственной деятельности, полное изменение уклада жизни, огромный материальный ущерб, гибель людей	Около 100	менее 1
Значительные	Частичное или полное затопление долины реки, существенные нарушения производственной деятельности и резкие изменения уклада жизни, массовая эвакуация населения и материальных ценностей, значительный материальный ущерб	75 < 100	> 1 – 4
Ощутимые	Затопления сравнительно больших участков речных долин, отдельные нарушения уклада жизни и производственной деятельности людей, частичная эвакуация населения, ощутимый материальный ущерб.	50 < 75	> 4 – 24
Незначительные	Небольшие подъемы уровней воды и площади затоплений, сохранение режима жизни и производственной деятельности, незначительный материальный ущерб	< 50	> 24

Общие потери населения в зависимости от зоны катастрофического затопления представлены в таблице.

Таблица. Общие потери населения в зависимости от зоны катастрофического затопления

Зона Воздействия	Общие потери	Из общего числа потерь
днем	ночью	безвозвратные	возвратные
днем	ночью	днем	ночью
1-ая зона
2-ая зона
3-я зона
4-ая зона

С целью защитить население при катастрофических затоплениях, предотвратить или максимально уменьшить степень его поражения осуществляют комплекс организационных, инженерно-технических и специальных мер.

Основные меры по защите населения при гидродинамических авариях:

своевременное оповещение населения об угрозе катастрофического затопления и принятие необходимых мер для его защиты;

самостоятельный выход населения из зоны возможного катастрофического затопления до подхода волны прорыва;

организованная эвакуация населения в безопасные районы до подхода волны прорыва;

укрытие населения на незатопленных частях зданий и сооружений, а также на возвышенных участках местности;

организация и проведение аварийно-спасательных работ в зоне затопления;

оказание квалифицированной и специализированной помощи пострадавшим;

проведение неотложных работ по обеспечению жизнедеятельности населения.

Городам и другим населенным пунктам, расположенным ниже по течению от плотин, потенциально угрожает опасность затопления. Поэтому проживающие в них люди должны знать правила безопасного поведения и порядок действий при гидродинамических авариях.

Правила безопасного поведения при гидродинамических авариях

Основное правило: заранее предусмотрите несколько возможных маршрутов эвакуации на возвышенные участки местности. Подготовьте на случай эвакуации ценности и необходимые вещи.

После поступления сообщения об опасности разрушения плотины немедленно перемещайтесь на ближайший возвышенный участок местности и оставайтесь там до тех пор, пока не прибудут спасатели или не спадет вода.

При перемещении по местности, подвергшейся затоплению, соблюдайте осторожность и сообщайте о повреждениях и разрушениях энергетических сетей, канализационных и водопроводных магистралей в соответствующие коммунальные службы.

Не употребляйте в пищу продукты, которые находились в воде, и не используйте для питья непроверенную воду. Колодцы с питьевой водой могут быть использованы после предварительного осушения (полной очистки воды).

Перед входом в здание убедитесь, что нет опасности его дальнейшего разрушения.

Войдя в помещение, не пользуйтесь спичками или другими открытым огнем в качестве источника света, а используйте батарейные фонари.

Не пользуйтесь источниками электроэнергии, пока не будет проверена электрическая сеть.

Откройте все двери и окна для просушки здания, уберите мусор и дайте возможность полам и стенам высохнуть.