Затопление местности, вызванное авариями на гидротехнических сооружениях

Затопление - это покрытие местности слоем воды той или иной высоты. Затопление прибрежных территорий с находящими­ся на них населенными пунктами, хозяйственными объектами, может наступить в результате разрушения гидротехнических со­оружений: плотин, дамб, перемычек, расположенных выше по те­чению реки или системы ирригационных сооружений в орошае­мых районах. Под термином "затопление" здесь и в дальнейшем принимается затопление местности при разрушении этих гидро­технических сооружений. Наиболее опасно разрушение крупных плотин и дамб у водохранилищ, в результате чего возникает зона катастрофического затопления.

Плотины и дамбы являются гидротехническими сооружениями напорного фронта, создающими разницу уровней воды.

Отличительная особенность таких сооружений - образование волны прорыва при их разрушении и затопление значительных территорий местности.

Spravochnik_Spas_4 . qxp 17.08.2006

Гидротехнические сооружения напорного фронта подразделя­ются на постоянные и временные /1/.

Постоянными называются гидротехнические сооружения, ис­пользуемые для выполнения каких-либо технологических задач (производство электроэнергии, мелиорация территории и т. п.).

К временным относятся сооружения, используемые в период строительства и ремонта постоянных гидротехнических сооруже­ний.

Гидротехнические сооружения подразделяются на основные и второстепенные /2, 3/. К основным относятся сооружения напор­ного фронта, прорыв которых влечет за собой нарушение нор­мальной жизнедеятельности населения близлежащих населен­ных пунктов, разрушение, повреждение жилых зданий или объек­тов народного хозяйства в результате действия волны прорыва.

К второстепенным относятся гидротехнические сооружения напорного фронта, разрушение или повреждение которых не пов­лечет за собой указанных последствий.

Гидротехнические сооружения напорного фронта являются гидродинамически опасными объектами (ГОО).

Прорыв ГОО может произойти из-за воздействия стихийных явлений (землетрясений, ураганов, обвалов, оползней и др.), конструкторских ошибок, некачественного выполнения строи­тельных работ, нарушения правил эксплуатации, воздействия па­водков, недостаточности водосбросов и др.

При прорыве ГОО образуется проран, через который происхо­дит излив воды из верхнего бьефа в нижний и образование вол­ны прорыва. Волна прорыва - основной поражающий фактор это­го вида аварий. Воздействие волны прорыва на объекты подобно воздействию воздушной ударной волны взрыва, но отличается от него тем, что действующим телом в этом случае является вода.

Волна прорыва в своем движении вдоль русла реки непрерыв­но изменяет высоту, скорость движения, ширину и другие пара­метры. Она имеет фазы подъема уровня воды и последующего спада уровня. Фаза интенсивного подъема уровня воды является фронтом волны прорыва. Фронт волны прорыва может быть кру­тым при перемещении волны прорыва на участках русла, близ­ким к разрушенному ГОО, и относительно пологим - на значи­тельном удалении от него.

Вслед за фронтом волны прорыва высота ее начинает интен­сивно возрастать, достигая через некоторый промежуток време­ни максимума, называемого гребнем волны прорыва. В результа­те подъема волны происходит затопление поймы и прибрежных участков местности. Площадь и глубина затопления зависят от параметров волны прорыва и топографических условий местности.

Spravochnik_Spas_4 . qxp 17.08.2006

После прекращения подъема наступает более или менее дли­тельный период движения потока, близкий к установившемуся. Этот период тем длительнее, чем больше объем водохранилища. Последней фазой образования зоны затопления является спад уровней воды.

После прохождения волны прорыва русло реки обычно сильно деформируется вследствие большой скорости течения воды в волне прорыва.

Разрушительное действие волны прорыва является результа­том резкого изменения уровня воды в нижнем и верхнем бьефе при разрушении напорного фронта. Воздействие потока, переме­щающегося с большой скоростью изменения под действием прочностных характеристик грунта.

Масштабы чрезвычайных ситуаций при аварии на ГОО, сопро­вождающейся образованием волны прорыва, зависят от типа и класса гидротехнического сооружения напорного фронта, от вида аварии (главным образом, от размеров прорана), от параметров водохранилища и плотины (дамбы), от характеристик русла в нижнем бьефе, а также от топографических и гидрографических условий местности, подвергаемой затоплению.

Волной прорыва может быть разрушено большое количество зданий и сооружений, находящихся в зоне ее действия. Степень их разрушения зависит от высоты подъема уровня воды и скорос­ти течения, а также от характеристик самого здания (сооружения) и его основания.

Чрезвычайные ситуации, возникающие в результате разруше­ния сооружений напорного фронта и характеризующиеся основ­ным поражающим фактором - волной прорыва и, соответствен­но, катастрофическим затоплением местности, нередко сопро­вождаются вторичными поражающими факторами: пожарами -вследствие обрывов и короткого замыкания электрических кабе­лей и проводов; оползнями, обвалами - вследствие размыва грунта; инфекционными заболеваниями - вследствие загрязне­ния питьевой воды, продуктов питания и др.

Причины аварий, сопровождающихся прорывом гидротехни­ческих сооружений напорного фронта и образованием волны прорыва, могут быть различны, но чаще всего такие аварии про­исходят по причине разрушения основания сооружения и недос­таточности водосбросов. Процентное соотношение различных их причин приведено в табл. 1.5.

Процентное соотношение аварий для различных типов плотин представлено в табл. 1.6.

Из 300 аварий плотин (сопровождающихся их прорывом) в различных странах за 175 лет в 35% случаев причиной аварии

Spravochnik_Spas_4 . qxp 17.08.2006

было превышение расчетного максимального сбросного расхода, т. е. перелив воды через гребень плотины.

Основными причинами прорыва естественных плотин, образо­ванных при запруживании речного русла обрушившимися масса­ми горных пород (при землетрясениях, обвалах, оползнях), либо массами льда (при движении ледников), являются их перелив че­рез гребень такой плотины и размыв ее.

Таблица 1.5