CC BY
26
© Ю.К. Чяснавичюс, 2012
УЛК 504.75.05 Ю.К. Чяснавичюс
АНАЛИЗ ПОРАЖАЮЩИХ ФАКТОРОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ В РЕЗУЛЬТАТЕ АВАРИИ НА ХРАНИЛИЩАХ ЖИДКИХ ОТХОДОВ, ОКАЗЫВАЮЩИХ НЕГАТИВНОЕ ВЛИЯНИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Проанализированы поражающие факторы и составляющие вреда при авариях на гидротехнических сооружениях горной промышленности.
Ключевые слова: горное производство, негативное влияние на окружающую среду, авария, поражающий фактор, нарушение условий жизнедеятельности.
Гидротехнические сооружения (ГТС) — плотины, здания гидроэлектростанций, водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения, ... сооружения (дамбы), ограждающие хранилища жидких отходов промышленных и сельскохозяйственных . , а также другие сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов и предотвращения негативного воздействия вод и жидких отходов [1]. Такие объекты представляют потенциальную опасность для человека и окружающей среды, поскольку при возникновении на них аварии создается угроза затопления, которое может охватить значительные территории и причинить большой ущерб [2, 3].
Основная особенность ГТС как опасного объекта заключается в том, что они эксплуатируются, находясь в стоячей или движущейся воде, которая оказывает на дамбу или плотину механическое, физико-химическое и биологическое воздействия.
Если исходить из предпосылки, что в проекте сооружения учитываются все возможные внешние воздействия, а также статистические данные причин разрушения плотин и дамб, составляется декларация безопасности гидротехнического сооружения и принимаются иные меры по повыше-
нию надежности, то можно сделать логический вывод о полной уверенности безотказной работы ГТС. Однако, за счет человеческого фактора и допущений может создаться аварийная обстановка и произойти чрезвычайная ситуация. По статистике, из 15 тысяч больших плотин, в год разрушались 1—2 (вероятность 10-4).
Основными причинами разрушения ГТС являются как техногенные факторы (нарушение режима работы, ошибки проектирования или конструктивные дефекты, аварии на близлежащих объектах), так и природные (сели, оползни, паводки, землетрясения, падение метеорита и т.п.). Наиболее распространенным (до 80 % произошедших аварий) случаем прорыва напорного фронта является образование прорана в грунтовой плотине (рис. 1).
Последствия такого процесса чаще всего значительны и анализ произошедших аварий говорит об отсутствии тенденции к снижению ущерба (табл. 1).
Волна прорыва, образующаяся на нижнем бьефе, характеризует распространение с большой скоростью жидкости, создающей угрозу возникновения чрезвычайной ситуации. Ос новными параметрами ее поражающего действия являются скорость, высота и глубина.
Образование Начало разлива Разливание по подстилающей
прорана поверхности
Рис. 1. Начальная фаза аварии ГТС
Таблица 1
Наиболее крупные аварии хвостохранилиш за последние 5 лет
Дата, место Руда Тип аварии Выброс Ушерб
21.07.2011 Марга- Дамба хвосто- ? Повреждены дома и дороги,
Мяньян, Про- нец хранилища по- нарушены условия жизне-
вреждена ополз- деятельности по критерию
винция Сычуань, нями, вызванны- повреждения зданий и
Китай ми сильными дождями транспортной инфраструктуры у 272 людей, по критерию питьевой воды — у 200 000 людей (хвосты смыло в реку Фуджиань)
4.10.2010 Алюми- Прорыв дамбы 700 000 Несколько городов затопле-
Колонтар, Венг- ний хвостохранили- 2 красно- ны, 10 человек погибли, око-
рия ща го шлама ло 120 получили ранения, зона затопления — 8 км2
25.06.2010 ? Прорыв дамбы 21 420 м2 хво- Загрязнение рек Ескалера
Уанкавелика, хвостохранили- и Опамайо на 110 км вниз
Перу ща стов по течению
29.09.2009 золото Прорыв дамбы ? 11 домов смыло потоком,
Карамкен, Ма- хвостохранили- 2 человека погибли
гаданская об- ща после силь-
ласть, Россия ных дождей
14.05.2009 марганец Прорыв дамбы ? Многометровая масса
Хуаюань, Сянси хвостохранили- хвостов завалила рынок,
Туцзя-Мяоский ща объемом несколько домов и трех-
автономный ок- 50 000 м2 этажное здание. Более254
руг, провинция человек погибли и 35 по-
Хунань, Китай страдали.
Таблица 2
Влияние поражаюших факторов на компоненты окружаюшей среды
Объект влияния Волна прорыва Затопление территории
Высота Глубина Скорость Длительность Состав
Качество С/Х земель - + + + +
С/Х продукция - + + - +
Лес как сырье + - + - -
Лес как среда + + + + +
Поверхностные воды* - - - - +
Подземные воды* - - - + +
Почва, недра - - + - +
Растительность — + + + +
Животный мир + + + + +
Атмосферный воздух** - - - + +
- незначительное влияние; + значительное влияние; тут — как источник питьевой воды и сре-
да обитания организмов; ** основное воздействие на атмосферный воздух можно учитывать
как испарение с поверхности воды, далее — с подстилающей поверхности.
Основные параметры зоны затопления: площадь, глубина и длительность, однако в случае аварии хво-стохранилища не последнее место занимает химический состав хвостов.
Для предприятий по добыче разных видов ресурсов характерен определенный состав отходов, складируемых в гидроотвале (красный шлам, золошлаки, хвосты цианирования и т.п.).
При возникновении затопления, в его пределах подвергаются первичному воздействию загрязняющих веществ все компоненты биосферы: почва, поверхностные и подземные воды, растительность и животный мир.
Как видно из таблицы, значительное губительное воздействие оказывает скорость распространения жидкости и ее химический состав. В этой связи для обеспечения экологической безопасности необходимо уделить отдельное внимание точности моделирования параметров волны прорыва и анализу таких показателей, как соотношение твердой и жидкой фазы поступающих в гидроотвал отходов, скорость их консолидации, фоновое загрязнение окружающей среды в районе гидротехнического сооружения. Причем, если вредное воздействие химической составляющей жидкости при-родопользователь может без труда определить путем применения одной из многочисленных утвержденных Минприроды России методик, то скорость потока в расчете ущерба фигурирует гораздо реже.
Для определения максимальной скорости потока на определенном участке движения потока можно воспользоваться множеством уравнений, например, сравнительно достоверным и простым в применении уравнением Мэннинга:
Таблица 3
Экспериментально полученные значения коэффициента Мэннинга для разных типов поверхностей каналов
Описание канала n
Стекло, медь, пластик или дру- 0,010
гая гладкая поверхность
Гладкая, некрашеная сталь, от- 0,012
шлифованная древесина
Крашенная сталь, чугун с по- 0,013
крытием
Гладкий асфальт, глиняная 0,013
сточная труба, эмалированная
плитка
Простой чугун, жестяная труба 0,014
Кирпич с цементом, бетонный 0,015
желоб
Гладкая земля 0,018
Рыхлая земля 0,022
Гофрированная металлическая 0,024
канализация
Природный канал с камнями и 0,030
травой
Природный канал с мелким кус- 0,050
тарником
Природный канал с высокой 0,060
травой
Природный канал с высоким 0,100
кустарником
. 1-0 R2/3S1/2
n
(1)
где Я — гидравлический радиус сечения, 5 — коэффициент наклона канала (например, при падении высоты на 3 м за 100 м, 5 = 0.03), п — безразмерный коэффициент Мэннинга (табл. 3)
Для определения гидравлического радиуса сечения воспользуемся формулой (см. рис. 2):
R = A/WP
(2)
где A — плошадь поперечного сечения, WP — «wetted perimeter» — «Смоченный периметр» — длина линии раздела сред в поперечном сечении.
Рис. 2. Параметры русла
Таким образом, для решения задачи определения максимальной скорости потока, воздействующей на интересующий объект, необходимо лишь знать тип подстилающей поверхности, характеристики русла в данном сечении, относительную вы-
соту русла по отношению к уровню нижнего бьефа и глубину потока, которую можно получить применяя модели описания образования прорана, иными словами — необходимый объем исходной информации сводится к минимуму.
1. Федеральный закон от 21.07.1997 г. № 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений».
2. Chmykhalova S. Ecological safety of bosom's development 15th International Congress of Chemical and Process Engineering, CHISA 2002. 25-29 August, 2002, Praha, Czech Republic, Summaries, 5, System and Technology, p. 353.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Чмыхалова C.B. Показатели функционирования производственных объектов горной промышленности для устойчивого развития. Вторая международная конференция «Образование и устойчивое развитие «Тезисы докладов». Москва, Россия, Российский химико-технологический университет им. Л.И. Менделеева, 16-18 ноября 2004 г., С. 64—65. ЕЕ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Чяснавичюс Юлюс — научный сотрудник, Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России (федеральный центр науки и высоких технологий).
А
