1. Аварии на гидродинамических сооружениях

Гидродинамическая авария (ГА) - чрезвычайное событие, связанное с выходом их строя (разрушением) гидротехнического сооружения (или его части) и неуправляемым перемещением больших масс воды, несущих разрушения и затопление обширных территорий.

Гидродинамически опасными объектами называют сооружения или естественные образования, создающие разницу уровней воды до (верхний бьеф) и после (нижний бьеф) них. К ним относятся гидротехнические сооружения напорного фронта: плотины, запруды, дамбы, водоприемники и водозаборные сооружения, напорные бассейны и уравнительные резервуары, гидроузлы, малые гидроэлектростанции и сооружения, входящие в состав инженерной защиты городов и сельскохозяйственных угодий.

Разрушение (прорыв) гидротехнических сооружений происходит в результате действий сил природы (землетрясений, ураганов, размывов плотин) или воздействия человека (нанесения ударов ядерным или обычным оружием по гидротехническим сооружениям), а также из-за конструктивных дефектов или ошибок проектирования.

Аварии на гидродинамически опасных объектах подразделяются на следующие виды:      - прорывы плотин (дамб, шлюзов, перемычек и др.) с образованием волн прорыва, приводящие к катастрофическим затоплениям;

     - прорывы плотин (дамб, шлюзов, перемычек и др.), приводящие к возникновению прорывного паводка;

    - прорывы плотин (дамб, шлюзов, перемычек и др.), приводящие к смыву плодородных почв или отложению наносов на больших территориях.

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 ГА – волна прорыва гидротехнического сооружения. 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 (рис.1).

Рис.1. Волна прорыва

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 (Н_вп) определяется по формуле:

Н_вп=0,6(Н - Н_нб),

где Н – глубина водохранилища у плотины, м;

Н_нб - высота нижнего бьефа, м.

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.

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.

Последствия аварий на гидродинамически опасных объектах могут быть труднопредсказуемы. Располагаясь, как правило, в черте или выше по течению крупных населенных пунктов и являясь объектами повышенного риска, при разрушении они могут привести к катастрофическому затоплению обширных территорий, значительного количества городов и сел, объектов экономики, к массовой гибели людей, длительному прекращению судоходства, сельскохозяйственного и рыбопромыслового производств. 

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 0,5-10 м. При этом образуются зоны затопления. Последствия катастрофического затопления могут быть усугублены авариями на потенциально опасных объектах, попадающих в его зону.

В зонах катастрофического затопления могут разрушаться (размываться) системы водоснабжения, канализации, сливных коммуникаций, места сбора мусора и прочих отбросов. В результате нечистоты, мусор и отбросы загрязняют зоны затопления и распространяются вниз по течению. Возрастает опасность возникновения и распространения инфекционных заболеваний. Этому способствует также скопление населения на ограниченной территории при значительном ухудшении материально-бытовых условий жизни.

Зоной затопления при разрушении ГТС называется часть прилегающей к реке (озеру, водохранилищу) местности, затопляемой водой. В зависимости от последствий воздействия потока воды из-за разрушения ГТС на территории возможного затопления выделяют зону катастрофического затопления (ЗКЗ). Часть зоны затопления, в пределах которой распространяется волна прорыва, вызывающая массовые потери людей, разрушения зданий и сооружений, уничтожение других материальных ценностей и называется зоной катастрофического затопления. На ее внешних границах высота гребня волны прорыва (Н_вп) превышает 1м (рис.1), а скорость ее движения – более 10 м/с. Время, в течение которого затопленные территории могут находиться под водой, колеблется от 4ч до нескольких суток. Параметры зоны затопления зависят от размеров водохранилища, напора воды и других характеристик конкретного гидроузла, а также от гидрологических и топографических особенностей местности.

В целях снижения возможного ущерба и потерь от гидродинамических ава­рий, проводятся мероприятия, направленные на рациональное размещение производительных сил с учетом зон катастрофических затоплений, укреплении сооружений, попадающих в эти зоны, своевременное оповещение населения и объектов народного хозяйства, проведение ряда других подготовительных ме­роприятий:

- ограничение размещения населенных пунктов и объектов народного хо­зяйства в зонах возможных катастрофических затоплений;

- выполнение проектных и строительных работ по созданию гидротехни­ческих сооружений с учетом мер по снижению возможных потерь и ущерба при гидродинамических авариях;

- защита населенных пунктов и объектов народного хозяйства путем обва­лования населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий, создание дренаж­ных систем: укрепление берегов, водотоков, устройство дамб, валов для задер­жания водных потоков, накопления аварийных материалов для заделывания промоин, проранов и наращивание высоты дамб, устройства гидроизоляции зданий и сооружений, насаждения низкоствольных деревьев;

- обеспечение гидроузла надежной связью с населением, объектами на­родного хозяйства, расположенными в зоне возможного затопления, своевре­менное их оповещение об угрозе или начале затопления;

- создание системы автоматизированной сигнализации о катастрофичес­ком повышении уровней воды в нижнем бьефе гидроузла (плотины) и оповеще­ние органов РСЧС городов, населенных пунктов и экономических объектов о прорыве напорного фронта гидроузлов (плотин);

- организация обучения населения действиям в условиях катастрофичес­кого затопления. В случае опасности прорыва искусственных плотин принимают следующие меры: регулирование стока воды; плановый сброс воды из водохранилища в период весеннего паводка; своевременный спуск воды. Если существует опасность прорыва естественного водохранилища, принимают меры по укреплению стенок плотин.

При катастрофических затоплениях или их угрозе принимают следующие меры по защите населения:

- оповещение населения об угрозе катастрофического затопления и принятие необходимых мер 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;

- проведение аварийно-спасательных работ;

- оказание квалифицированной и специализированной помощи пострадавшим;

- проведение неотложных работ по обеспечению жизнедеятельности населения.