Причины и виды гидродинамических аварий

Разрушение (прорыв) гидротехнических сооружений происходит в результате действия сил природы (землетрясений, ураганов, размывов плотин, износа и старения оборудования) или воздействия человека (нанесение ударов ядерным или обычным оружием по гидротехническим сооружениям, крупным естественным плотинам), а также из-за конструктивных дефектов или ошибок проектирования.

В 1997 г. в Российской Федерации был принят Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений». В Законе были установлены правовые нормы, регламентирующие безопасность эксплуатации гидротехнических сооружений.

Плотины, дамбы, шлюзы, водосбросы образуют так называемый напорный фронт, который позволяет удерживать воду в чаше водохранилищ. В случае их разрушения вода начинает интенсивно изливаться в нижний бьеф, разрушая тело плотины и быстро распространяясь по прилегающим к руслу территориям. Образуются обширные зоны катастрофического затопления, которые по характеру воздействия значительно отличаются от паводковых вод. При наводнениях вода прибывает относительно медленно, тогда как при разрушении гидросооружений волна прорыва, подобно цунами, сметает по пути распространения любые строения на огромной территории, в том числе даже очень прочные конструкции гидросооружений, расположенных ниже по течению реки.

Классическим примером гидродинамической аварии является прорыв плотины.

Прорыв плотины – начальная фаза гидродинамической аварии, то есть процесса образования прорана и неуправляемого потока воды водохранилища из верхнего бьефа, устремляющегося через проран в нижний бьеф.

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

Волна прорыва – волна, образующаяся во фронте устремляющегося в проран потока воды, имеющая, как правило, значительные высоту гребня и скорость движения и обладающая большой разрушительной силой.

Высота волны прорыва и скорость её распространения зависят от размера прорана, разницы уровней воды в верхнем и нижнем бьефе, гидрологических и топографических условий русла реки и её поймы.

Скорость продвижения волны прорыва колеблется от 3 до 25 км/ч (для горных и предгорных районов – примерно 100 км/ч). Высота волны прорыва, как правило, находится в диапазоне от 2 до 12 м. Основным следствием прорыва плотины при гидродинамических авариях является затопление местности.

В зависимости от его масштабов и последствий различают: катастрофическое затопление; прорывной паводок; затопление, повлекшее смыв плодородных почв или отложение наносов на обширных территориях.

Основным следствием прорыва плотины при гидродинамических авариях является катастрофическое затопление местности.

Катастрофическое затопление – гидродинамическое бедствие, являющееся результатом разрушения искусственной или естественной плотины и заключающееся в стремительном затоплении волной прорыва ниже расположенной местности и возникновении наводнения.



Катастрофическое затопление в Крымске (2012)
Катастрофическое затопление распространяется со скоростью волны прорыва и приводит через некоторое время после прорыва плотины к затоплению обширных территорий слоем воды от 0,5 до 10 м и более.

Зоной возможного затопления при разрушении гидротехнических сооружений называют часть прилегающей к реке (озеру, водохранилищу) местности, затопляемой водой.

В зависимости от последствий воздействия гидропотока, образующегося при разрушении ГТС, на территории возможного затопления следует выделить зону катастрофического затопления, в пределах которой распространяется волна прорыва, вызывающая массовую гибель людей, разрушение зданий и сооружений, уничтожение других материальных ценностей. В связи с этими опасными последствиями зоны возможного катастрофического затопления определяются заранее, ещё на стадии проектирования гидротехнических объектов, и информация об этом, по правилам, доводится до сведения лиц, работающих и проживающих в этих зонах.

Время, в течение которого затопленные территории могут уйти под воду, колеблется от 4 часов до нескольких суток.

К катастрофическим затоплениям местности могут привести и прорывы естественных плотин (прорывные сели, прорывы озёр, подпруженных ледников, прорывы моренных озёр).

Необходимо знать, что все зоны возможных, в том числе катастрофических, затоплений и характеристики волны прорыва наносятся на карты или специальные атласы, составляемые для гидроузлов и крупных плотин. Держателями этих документов являются органы управления ГО и ЧС, министерства, ведомства и их службы на местах, возводящие и эксплуатирующие гидротехнические сооружения.

За последние 70 лет произошло более тысячи аварий крупных гидротехнических сооружений, большая часть из них – из-за разрушения основания плотин. Другой распространённой причиной аварий было превышение расчётного максимального сбросового расхода, то есть перелив воды через гребень плотины.

Наибольшее число погибших от прорыва плотины было зафиксировано в августе 1975 г., когда почти одновременный прорыв плотин Баньчжао и Шимантань в китайской провинции Хэнань вызвал гибель 230 тыс. человек.

Иными причинами аварий на гидротехнических сооружениях являются: слабость конструкции, неравномерная осадка, сползание откосов, землетрясения, военные действия, неправильная эксплуатация.

Возможно и сочетание ряда неблагоприятных факторов, которые подчас трудно предусмотреть в расчётах. Примером подобной аварии может служить вайонтская катастрофа, произошедшая в горах Италии в 1963 г.

В верховьях бурной реки Пьявы, к северу от Венеции, в 1960 г. была построена мощнейшая плотина Вайонт высотой 265 м, шириной 20 м. В те годы она считалась одной из самых высоких в мире.

Перед строительством были проведены подробные геологические исследования, в результате которых было признано, что большой опасности оползней не существует.

Однако поздним вечером 9 октября 1963 г. со стороны горы Монте-Тоц послышалась серия резких ударов, и весь склон её обрушился. 100 млн м³ камней рухнуло в водохранилище со скоростью 100 км/ч.