В. Н. Азаров, доктор технических наук, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности в техносфере
 Скачать 1.59 Mb.
|
|
3.5. Гидродинамически опасные объекты 3.5.1. Общая характеристика Гидротехническим сооружением (ГТС) называется инженерное соору- жение, построенное для решения тех или других водохозяйственных задач. Все ГТС делятся на две категории: общие — применяемые в двух или нескольких различных отраслях вод- ного хозяйства; специальные — используемые только в одной отрасли водного хозяйства. 55 К общим ГТС относятся: водопроводные — создающие подпор воды, например в русле реки (пло- тины, дамбы); водопроводящие — искусственные русла (каналы, туннели, лотки, тру- бопроводы); регуляционные — устраиваемые с целью регулирования режима водного потока, защиты его дна и берегов от размыва и т. д. К специальным ГТС относятся: гидроэнергетические — здания ГЭС, уравнительные резервуары, строя- щиеся при ГЭС, и т. д.; гидросооружения водного транспорта — судоходные шлюзы, судоподъ- емники, пристани, набережные, маяки, лесоплавильные лотки и т. д.; гидросооружения водоснабжения — особые водоподъемники, насосные станции, очистные сооружения; гидросооружения для целей инженерной мелиорации — гидромелиора- тивные сооружения (дренажные устройства, шлюзы-регуляторы); сооружения рыбного хозяйства — рыбоходы, рыбоводные пруды и т. д. Наиболее важным типом общего гидросооружения является плотина с водопропускными и другими устройствами, создаваемыми при ней. Плотины устраивают с целью решения ряда задач: поднятия уровня воды в реке и регулирования этого уровня; создания хранилища для воды (водохранилища). Поднятие уровня воды в реке бывает необходимым в следующих случаях: при устройстве ГЭС; для отвода воды из реки каналом на орошение земель; улучшения условий судоходства — увеличения глубины воды и умень- шения скоростей в реке; увеличения глубин в месте устройства водоподъемников гидромелиора- тивных систем и систем водоснабжения (с увеличением таких глубин усло- вия забора воды из реки облегчаются); по санитарным соображениям и т. д. Плотины, построенные с целью поднятия уровня воды в реке, называют водоподъемными. По своему назначению плотины бывают трех видов: водоподъемные, во- дохранилищные и водохранилищные и водоподъемные. Плотины отмеченных трех видов делятся на две основные группы. Глухие плотины — это плотины, непосредственно через которые воду не сбрасывают; пропуск воды через створ плотины (если он требуется) осуще- ствляется береговыми водопропускными сооружениями или через отверстия, хотя и сделанные в теле плотины (или ее основании), но имеющие весьма малую ширину по сравнению с длиной плотины. Водосбросные (водопропускные) плотины — это плотины, по длине ко- торых устраивают достаточно широкие (по сравнению с длиной плотины) водопропускные отверстия (безнапорные или напорные). 56 Глухие плотины можно классифицировать по различным признакам. В зависимости от материала, из которого возводится тело плотины, пло- тины могут быть: грунтовыми, т. е. из обычного грунта или каменной наброски; бетонными, т. е. из искусственного камня; железобетонными и т. д. По конструктивнымпризнакам и условиям статической работы различают: гравитационные плотины (рис. 3), устойчивость которых обеспечивается благодаря их собственному весу; контрфорсные плотины (рис. 4), устойчивость которых обеспечивается благодаря не только весу самой плотины G, но и весу воды G в в объеме приз- мы; для этого контрфорсные плотины имеют большой уклон верховой грани; в конструктивном отношении они представляют собой ряд контрфорсов тре- угольной формы, на грани которых опираются плиты (или своды); арочные плотины, работающие как свод, поставленный на торец и упи- рающийся своими пятками в скальные берега (рис. 5). Рис. 3. Гравитационная плотина а б в Рис. 4. Типы контрфорсных плотин: а — массивно-контрфорсная; б — с плоскими перекрытиями; в — с арочными перекрытиями 57 Рис. 5. Арочная плотина Водосбросные (водопропускные) плотины в зависимости от характера пропуска воды через них могут быть: водосливными, водосбросный фронт которых образован поверхностными отверстиями (такие плотины главным образом и сооружаются); водопропускными, водосбросный фронт которых образован глубинными (водопропускными) отверстиями. В конструктивном отношении различают гравитационные, контрфорсные и арочные плотины. Создание водохранилищ преследует следующие цели: получить водоем для регулирования стока реки (в период многоводья во- да скапливается в водохранилище; в засушливый же период эта вода расхо- дуется из водохранилища, причем расход речной воды во времени выравни- вается); получить водоем, необходимый, например, для работы так называемых гидроаккумулирующих установок, для рыбного хозяйства и т. п. Уровень воды в водохранилище во время его эксплуатации может меняться. В некоторых случаях одну и ту же плотину устраивают и для поднятия уровня воды в реке, и для образования водохранилища. Такая плотина будет и водоподъемной, и водохранилищной. В связи с комплексностью решения водохозяйственных проблем и по це- лому ряду других соображений очень часто некоторые из перечисленных ГТС приходится группировать в комплексы. Такие комплексы гидросоору- жений называют гидроузлами. Особенно сложными бывают речные гидроуз- лы на равнинных реках; в них обычно входят плотина, здание ГЭС, судоход- ный шлюз, какой-либо водозабор (например, для орошения земель) и т. д. 3.5.2. Аварии на гидротехнических сооружениях Практика показывает, что невозможно со стопроцентной вероятностью гарантировать безаварийную эксплуатацию напорных гидротехнических объектов. 58 Гидродинамическая авария — это происшествие, связанное с выходом из строя (разрушением) ГТС или его частей с последующим неуправляемым перемещением больших масс воды. На территории России эксплуатируется более 30 000 водохранилищ и не- сколько сотен накопителей промышленных стоков и отходов. ГТС сооруже- ния на 200 водохранилищах и 56 накопителях отходов эксплуатируются без реконструкции более 50 лет, некоторые находятся в аварийном состоянии. По мнению специалистов, общее число гидродинамически опасных объектов составляет 815, численность населения, проживающего в зонах непосредст- венной угрозы жизни и здоровью при возможных авариях на этих объектах, превышает 7 млн человек. Однако прежде чем говорить об авариях, необходимо познакомиться с некоторыми специальными терминами. Проран— узкий проток в теле (насыпи) плотины, косе, отмели в дельте реки или спрямленный участок реки, возникший в результате размыва излу- чины в половодье. Прорыв плотины — начальная фаза гидродинамической аварии, т. е. процесса образования прорана и неуправляемого потока воды, устремляю- щегося из верхнего бьефа через проран в нижний бьеф. Бьеф — участок реки между двумя соседними плотинами на реке или участок канала между двумя шлюзами. Верхний бьеф — часть реки выше подпорного сооружения (плотины, шлюза). Нижний бьеф — часть реки ниже подпорного сооружения. Рисберма— укрепленный участок русла реки в нижнем бьефе водо- сбросного ГТС, защищающий русло от размыва, выравнивающий скорость потока и т. д. Основным видом повреждений при авариях на ГТС является разрушение бетонных поверхностей конструктивных элементов сооружений, располо- женных в зоне переменного уровня воды, нарушение целостности водогаси- тельных устройств и креплений в нижних бьефах, в отдельных случаях с подмывом и опусканием бетонных плит и крепления откосов. Приведем несколько примеров наиболее крупных аварий на ГТС. 1 апреля 1956 г. произошла авария на Лужской ГЭС-2 (р. Быстрица Ленинградской об- ласти). Разрушилась русловая земляная плотина, которая была построена в 1954—1955 гг. Прорывом вынесло 500 м 3 грунта, а ширина размыва достиг- ла 32 м. Водохранилище было полностью опорожнено, подмыта бетонная опора, которая оторвалась от устоя здания станции по осадочному шву. Авария на Саяно-Шушенской ГЭС — промышленная техногенная ката- строфа, произошедшая 17 августа 2009 г. В результате аварии погибло 75 человек, оборудованию и помещениям станции был нанесен серьезный ущерб. Работа станции по производству электроэнергии была приостановле- на. Последствия аварии отразились на экологической обстановке акватории, прилегающей к ГЭС, негативно повлияли на социальную и экономическую сферу региона. 59 На ГТС постоянно воздействуют водный поток, колебания температур, льды, наносы, статистические и гидродинамические нагрузки; происходят стирания поверхности, коррозия металлов, выщелачивание бетона, гниение деревянных конструкций. Разрушение (прорыв) ГТС может произойти в ре- зультате: действия сил природы (землетрясений, ураганов, размыва плотин); износа и старения оборудования; конструкторских ошибок; некачественного выполнения строительных работ; нарушения правил эксплуатации; воздействия человека (нанесение ударов различными видами оружия). Разрушения ГТС классифицируют следующим образом: 1. Разрушения конструкций, находящихся в верхнем бьефе, подходящим потоком воды и ледоходом. 2. Размыв земляных плотин переливающимся потоком. 3. Размыв откосов русла реки и поймы в результате перепада воды, вы- званного стеснением сечения поймы. 4. Разрушение конструкций и местный размыв в русле реки потоком, сбрасываемым через водосброс. 5. Повреждение деревянных сооружений фильтрующимся потоком. 6. Разрушение земляных сооружений и склонов берегов в результате из- менения геологических условий. Последствиями гидродинамических аварий являются: повреждение и разрушение ГТС и кратковременное или долговременное прекращение его функционирования; поражение людей и разрушение сооружений волной прорыва; затопление обширных территорий. К основным поражающим факторам катастрофического затопления от- носятся: разрушительная волна прорыва; водный поток; спокойные воды, затопляющие территорию суши и хозяйственные объекты. При авариях на гидродинамически опасных объектах в нижнем бьефе в результате стремительного падения воды из верхнего бьефа образуется волна прорыва. Поражающее действие проявляется в виде непосредственно- го обрушения на людей и сооружения массы воды, движущейся с большой скоростью, и перемещаемых ею обломков зданий и сооружений, а также других предметов. Из-за крупных гидродинамических аварий гибнут люди, прерывается по- дача электроэнергии в энгергетические системы. Кроме того, разрушаются или оказываются под водой населенные пункты, выводятся из строя комму- никации и другие элементы инфраструктуры, нарушается жизнедеятель- ность населения и производственно-экономическая деятельность предпри- ятий, наносится большой ущерб природной среде, в том числе в результате изменений ландшафта. 60 Вторичными последствиями гидродинамических аварий являются за- грязнения осадочными веществами из разрушенных (затопленных) храни- лищ воды и местности, промышленных и сельскохозяйственных предпри- ятий, массовые заболевания людей и животных. Вторичными последствиями также могут быть пожары, возникающие вследствие обрывов и короткого замыкания электрических кабелей и проводов; оползни, обвалы в результате размыва грунта и т. д. При катастрофическом затоплении угрозу жизни и здоровью людей, по- мимо воздействия волны прорыва, представляют пребывание в холодной во- де, нервно-психическое перенапряжение, а также затопление (разрушение) систем, обеспечивающих жизнедеятельность населения. Долговременные последствия гидродинамических аварий связаны с оста- точными факторами затопления — наносами, загрязнениями, изменением ландшафта и других элементов природной среды. Последствия аварий исчисляются с помощью показателей материального ущерба. Материальный ущерб оценивается числом разрушенных, повреж- денных, вышедших из строя объектов и сооружений, а также в денежном выражении. К прямому ущербу относят: повреждение и разрушение ГТС, жилых, производственных зданий, же- лезных и автомобильных дорог, ЛЭП и линий связи, мелиоративных систем; гибель скота и сельскохозяйственных культур; уничтожение и порчу сырья, топлива, продуктов питания, кормов, удоб- рений; затраты на временную эвакуацию населения и перевозку материальных ценностей в незатапливаемые места; смыв плодородного слоя почвы и занесение ее песком, глиной и камнями. Косвенный ущерб определяется: затратами на приобретение и доставку в пострадавшие районы продуктов питания, одежды, медикаментов, строительных материалов и техники, кор- мов для скота; сокращением выработки промышленной и сельскохозяйственной про- дукции, замедлением темпов развития народного хозяйства; ухудшением условий жизни местного населения; невозможностью рационального использования территории, находящей- ся в зоне возможного затопления. 3.5.3. Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений и мероприятия по защите населения Требования по обеспечению безопасности ГТС при их проектировании, строительстве, вводе в эксплуатацию, эксплуатации, реконструкции, восста- новлении, консервации и ликвидации устанавливает Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений» от 21.07.1997 г. № 117-ФЗ (с изменениями от 27.12.2000 г.). 61 Деятельность по проектированию, строительству и эксплуатации ГТС может осуществляться только на основании соответствующих лицензий, вы- данных в соответствии с законодательством о лицензировании отдельных видов деятельности. Лицензии на эксплуатацию ГТС выдаются при наличии документов, под- тверждающих финансовое обеспечение ответственности собственников ГТС или эксплуатирующих организаций за последствия аварий на них. Необхо- димым условием выдачи таких лицензий является внесение ГТС в соответ- ствующий регистр (ст. 12 Федерального закона «О безопасности гидротех- нических сооружений»). За безопасностью ГТС осуществляется государственный надзор. Органы государственного надзора осуществляют контроль за соблюдением собст- венниками ГТС и эксплуатирующими организациями: норм и правил безопасности; условий лицензий на осуществление деятельности по проектированию, строительству и эксплуатации ГТС. С целью защиты населения при катастрофических затоплениях, предот- вращения или максимального уменьшения степени его поражения осуществ- ляется комплекс организационных, инженерно-технических и специальных мероприятий. При внезапной опасности разрушения плотины необходимо немедленно эвакуироваться на ближайший возвышенный участок местности. Следует оставаться в безопасном месте до прибытия спасателей или до тех пор, пока вода не спадет или не будет передано официальное сообщение о том, что опасность миновала. Самоэвакуация населения на незатопленную территорию проводится в случае утраты уверенности в получении помощи со стороны. Для самоэва- куации по воде используются личные лодки или катера, плоты из бревен и подручных материалов. После спада воды следует остерегаться оборванных и провисших про- водов и немедленно сообщать о таких повреждениях, а также о разруше- нии канализационных или водопроводных магистралей в соответствую- щие коммунальные службы. Нельзя употреблять в пищу продукты, кото- рые находились в контакте с водными потоками. Перед употреблением необходимо проверить всю питьевую воду; колодцы осушить, т. е. выка- чать из них воду. Прежде чем войти в здание, надо осмотреть конструктивные поврежде- ния и убедиться, что нет опасности разрушения. Затем в течение нескольких минут помещение необходимо проветрить. В качестве источника света не следует использовать спички или светильники. Рекомендуется применять фонари на батарейках. Нельзя включать источники электроэнергии, пока не будет проверена электрическая сеть. Следует открыть все двери и окна для просушки полов и стен здания, убрать весь влажный мусор. 62 3.6. Транспортные коммуникации 3.6.1. Характеристика общего состояния подземных транспортных коммуникаций в России По протяженности подземных трубопроводов для транспортировки неф- ти, газа, воды и сточных вод Россия занимает второе место в мире после США. Однако нет другой страны, где эти трубопроводные магистрали были бы так изношены. По оценкам специалистов МЧС России, аварийность на трубопроводах с каждым годом возрастает, и в ХХI век эти системы жизне- обеспечения вошли изношенными на 50…70 %. Утечки из трубопроводов приносят стране огромный экономический и экологический ущерб. Особенно большое количество аварий происходит в городах в результате утечек воды из изношенных канализационных, тепловых и водопроводных сетей. Из разрушенных трубопроводов вода просачивается в грунт, в резуль- тате чего повышается уровень грунтовых вод, возникают провалы и просад- ки грунта, что ведет к затоплению фундаментов и в конечном счете грозит обрушением зданий. Зарубежный опыт показывает, что эту проблему можно решить, если вместо стальных трубопроводов применять трубы из пластмассы, а проклад- ку новых и ремонт изношенных труб осуществлять не открытым, а бестран- шейным способом. Преимущества ремонта трубопроводов бестраншейным методом очевидны: затраты на ремонт снижаются в шесть-восемь раз, а про- изводительность работ возрастает в десятки раз. В предаварийном состоянии находятся промысловые трубопроводные системы большинства нефтедобывающих предприятий России. Всего на тер- ритории Российской Федерации находится в эксплуатации 350 тыс. км внут- рипромысловых трубопроводов, на которых ежегодно отмечается свыше 50 тыс. инцидентов, приводящих к опасным последствиям. Основными при- чинами высокой аварийности при эксплуатации трубопроводов является со- кращение ремонтных мощностей, низкие темпы работ по замене отработав- ших срок трубопроводов на трубопроводы с антикоррозионными покрытия- ми, а также прогрессирующее старение действующих сетей. Только на месторождениях Западной Сибири эксплуатируется свыше 100 тыс. км про- мысловых трубопроводов, из которых 30 % имеют 30-летний срок службы, однако в год заменяется не более 2 % трубопроводов. В результате ежегодно происходит до 35…40 тыс. инцидентов, сопровождающихся выбросами неф- ти, в том числе в водоемы, причем их число ежегодно увеличивается, а зна- чительная часть подобных происшествий преднамеренно скрывается от уче- та и расследования. При общей динамике аварийности, по оценкам экспертов, причинами разрыва трубопроводов являются: гидроудары, перепады давления и вибрации — 60 %; коррозионные процессы — 25 %; природные явления и форс-мажорные обстоятельства — 15 %. 63 В течение всего срока эксплуатации трубопроводы испытывают динами- ческие нагрузки (пульсации давления и связанные с ними вибрации, гидро- удары и т. д.). Они возникают при работе нагнетательных установок, сраба- тывании запорной трубопроводной арматуры, случайно возникают при оши- бочных действиях обслуживающего персонала, аварийных отключениях электропитания, ложных срабатываниях технологических защит и др. Техническое же состояние эксплуатируемых по 20—30 лет трубопровод- ных систем оставляет желать лучшего. Замена изношенного оборудования и трубопроводой арматуры в последние 10 лет ведется крайне низкими тем- пами. Именно поэтому наблюдается устойчивая тенденция увеличения ава- рийности на трубопроводном транспорте на 7…9 % в год, о чем свидетель- ствуют ежегодные государственные доклады. |