Тактика спасательных работ и ликвидации последствий при прорыве плотины водохранилища

Процентное соотношение аварий для различных типов плотин представлено в таблице.

Частота аварий для различных типов плотин

Основной причиной прорыва естественных плотин, образованных при образовании запруд в речном русле обрушившимися массами горных пород (при землетрясениях, обвалах, оползнях), либо массами льда (при движении ледников), является их перелив через гребень такой плотины и размыв ее основания.

Устойчивость и прочность гидротехнических сооружений напорного фронта задается по максимальным расчетным значениям уровня воды, скорости ветра, высоты волны, определяемым в соответствии со СНиП 2.01.14-88 [3].

Все основные причины разрушений и аварий плотин можно классифицировать, разделив на четыре группы:

1. Недостаточная прочность (или устойчивость сооружений, оснований и берегов на сдвиг), а также большие деформации – осадки, смещения, пучения, необратимые деформации.

2. Длительное воздействие поверхностного и фильтрационного потоков, вызывающих механическую суффозию, эрозию материалов сооружений и оснований; старение материала сооружения, ухудшение его свойств, выветривание пород, засорение дренажей.

3. Нарушение нормального функционирования сооружений гидроузлов при отказе затворов или засорения водопропускных отверстий плавающими предметами, донными наносами и др.

4. Экстраординарные воздействия типа землетрясения, взрыва, различных природных катастроф, а также при перегрузках, вызванных авариями на гидроузлах, расположенных выше по течению.

Основная причина аварий – перелив воды через гребень плотины, который может быть вызван недостаточной пропускной способностью или неисправностью водосливов, прорывом вышерасположенной плотины, неправильной ее эксплуатацией, ледовыми нагрузками, наблюдаемыми во время ледохода и др [6].

Анализ рассматриваемой чрезвычайной ситуации в сравнении с реально происшедшими авариями в истории

Разрушение плотины в рассматриваемой чрезвычайной ситуации произошло по следующему сценарию:

- прохождение паводка редкой повторяемости с обеспеченностью от 0,1 до 0,01%;

- неполная готовность механического оборудования к пропуску паводковых вод;

- заполнение водохранилища выше отметки ФПУ = 142,00;

- перелив воды через гребень плотины;

- размыв гребня и низового откоса плотины, начало образования прорана;

- резкий сброс воды;

- землетрясение мощностью 3-4 балла как результат гидравлического удара;

- частичное разрушение плотины.

Анализ данного сценария развития аварии показывает, что в данном случае имел место комплекс наиболее распространенных причин: разрушение основания (размыв гребня и низового откоса – 40%), конструктивные недостатки (плотина построена без учета сейсмического воздействия – 12%), неправильная эксплуатация (неподготовленность к пропуску паводка, допущение резкого сброса – 2%) и землетрясение (1%). Таким образом, рассматриваемая чрезвычайная ситуация отражает причины и последствия наиболее повторяющихся аварий, происшедших на гидротехнических сооружениях.

Гидротехнические сооружения расположены на реке Уфе. Площадь водосброса – 46 500 км2. Расчетный максимальный расход воды обеспеченностью 0,1% - 8 200 м3/сек (проверочный расчетный случай).

Строительство началось в 1950 г., завершилось в 1961 г. Все гидросооружения по ГОСТ 3315-46 отнесены ко второму классу. В состав гидроузла входят: здание ГЭС совмещенное с водосливом, подводящий канал, отводящий канал, глухие русловая и левобережная грунтовые плотины, шлюз-водосброс, водохранилище. Длина напорного фронта гидротехнических сооружений – 810 м.

Расчетный сбросной расход воды через водопропускные сооружения при нормальном (НПУ=140, 00) – 6515 куб. м/сек и форсированном (ФПУ=142, 00) – 8035 куб. м/сек подпорных уровнях соответственно. Максимальный сбросной расход через гидроузел, определенный Правилами эксплуатации Павловского водохранилища (1995 г.), составляет 8050 куб. м/сек.

Полный объем водохранилища – 1 410 млн. м3. Полезный объем водохранилища – 895 млн. м3. В соответствии с картами оценки сейсмического районирования (ОСР-97), применяемыми с 1998 года в качестве нормативно-технических документов, для района расположения гидроузла подтверждена сейсмическая активность 5 баллов [4].

Характеристика чрезвычайной ситуации

В результате паводка редкой повторяемости (0,1- 0,01 % обеспеченности) уровень воды в водохранилище увеличивается с большой скоростью. Вследствие неподготовленности механического оборудования, в том числе шлюза-водосброса, постепенный сброс паводковых вод не проводился. Происходит переполнение водохранилища выше отметки ФПУ=142,00, после которого произошел перелив воды через гребень, его размыв и размыв низового откоса, начинается образование прорана.

Во избежание разрушения плотины производится резкий сброс воды, т.к. техническое состояние шлюза-водосброса не позволяет сделать это постепенно. Гидравлический удар вызывает землетрясение мощностью 3-4 балла, которое, вследствие того, что строительство плотины проводилось без учета сейсмического воздействия, разрушает плотину.

Общий коэффициент разрушения плотины с учетом сейсмовоздействия и перелива через гребень и размыва составляет 0,3.

Время года: 26 апреля (весеннее половодье).

Время суток: 12.00.

Температура воздуха - +15-17 °С.

Температура воды - + 5-7°С.

Активное снеготаяние, в результате чего в некоторых районах на асфальтированных дорогах лужи, грязь, грунтовые дороги труднопроходимы.

На рисунке 1 приведена карта местности района гидроузла.

Характеристика населенного пункта

Гидроузел запроектирован и построен в целях комплексного использования водных ресурсов реки Уфы, с учетом перспективного развития энергопотребления, водоснабжения и судоходства. Водохранилище используется для перевозки пассажиров, сухогрузов, нефтепродуктов, леса, лесоматериалов и в целях рекреации. На берегах водохранилища расположено 11 учреждений отдыха: туристические базы, базы отдыха, детские и спортивные лагеря.