14УДК 627.8
К ОЦЕНКЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА НА ЧИЖОВСКОМ
ВОДОХРАНИЛИЩЕ
Левкевич В.Е., к.т.н., Пастухов С «Ж
На сегодняшний день эксплуатация водохранилищ требует постоянного надзора и контроля за процессами, происходящими в них. Даже незначительные повреждения гидротехнического сооружения впоследствии могут стать причиной возникновения чрезвычайной ситуации, нанести ущерб окружающей природной среде и экономике государства, нарушению условий жизнедеятельности и безопасности населения,
В настоящее время в Республике Беларусь насчитывается около 200
о
водохранилищ., общий объём которых составляет около 10.0 км . Для нашей Республики водохранилища имеют большое социальное и экономическое значение для развития общества в целом [1].
С одной стороны водохранилища создают благоприятные условия для отдыха и занятия спортом, помогают в борьбе с наводнениями, являются источниками водоснабжения, а с другой - создание и эксплуатация водохранилищ вызывают отрицательные воздействия на прилегающие к ним территории, абразию берегов, подтопление территории и др. [1].
На рис, 1 приведена блок-схема, отображающая основные положительные и отрицательные стороны влияния водохранилищ на окружающую среду (ОС), Наиболее существенным отрицательным воздействием водохранилищ на ОС является размыв береговых склонов и незакреплённых верховых дамб и плотин, продукты разрушения которых мигрируют вдоль береговой линии водохранилищ и аккумулируются в их ложе. Кроме деформации берегов и откосов, происходит развитие русловой и поверхностной эрозии, подтопление и заболачивание территории. Так, в 2005 году в Республике Беларусь по опубликованным данным было подтоплено 69 населённых пунктов, 37 жилых домов, 264 подворья, 52 хозяйственные постройки, 21 - прочие объекты. Общая площадь подтопления составила около 55 га. Ниже в табл. 1 и 2 приведены основные морфометрические характеристики и параметры водохранилищ Свислочского каскада.
8
I
Выравнивание сезонных
колебаний уровней (борьбас наводнениями)
Источник энергии для
электростанций _(Энергетика)
Техническое и питьевое водоснабжение
Мелиорация земель
Водный транспорт (судоходство)
Рыбное хозяйство
Абразионный износ берегов
Подпор подземых и грунтовых вод (подтопление территории и заболачивание местности)
Поверхностная эррозия и суффозия
Изменение микроклимата в береговой зоне
Изменение почвенного, грунтового и растительного покрова
Оглеение почв
9001 '(£) /-оД/ 'яоАбеиэя птидЛиов^ ЭЫА1 ешАшпшонп огондднэжнп-онднемо)! хпншоэд
Из приведённых данных таблЛ видно, что большинство водохранилищ Свислочского каскада -- водоёмы руслового типа с многолетним и сезонным регулированием стока. Данные показатели свидетельствуют о том, что водохранилища производят аккумуляцию стока многоводных периодов (половодья, дождевых паводков) для использования его в маловодные годы.
Водохранилища Свислочского каскада несут значительную народнохозяйственную нагрузку. Пользователи преимущественно традиционные, однако их количество по сравнению с крупными водохранилищами страны ограничено: менее развита такая отрасль, как водный транспорт и энергетика. В качестве положительного момента можно отметить, что в последнее время малые водохранилища всё более используются для целей рекреации, что способствует повышению уровня отдыха населения, развитию водного спорта и оздоровлению нации [3].
В табл. 2 представлены основные морфометрические показатели Свислочского каскада водохранилищ. Из данных таблицы можно сделать вывод, что эксплуатируемые водохранилища относятся к категории малых [3].
Канал Вилейсжо-Мииск.ой
Рис. 2. Схема Свислочского каскада водохранилищ по [2]
В состав Свислочского каскада (рис.2) входят следующие водохранилища:
1 - Заславское водохранилище (Минское море, водохранилище Го-
нолес);
2 - водохранилище Вяча;
3 - головное водохранилище (водохранилище Поплов);
4 - водохранилище Криницы
5 - водохранилище Дрозды;
6 - Комсомольское озеро;
7 - водохранилище парка им.Горького;
8 - водохранилище ТЭЦ-2;
9 - Чижовское водохранилище (водохранилище ТЭЦ-3);
10 - Цнянское водохранилище;
11 - Петровичское водохранилище;
12 - водохранилище Волма;
13 - водохранилище Марьина Горка;
14 - Осиповичское водохранилище.
Таблица 1
Характеристики Свислочского каскада водохранилищ
Водохранилище Река, озеро, объект Вид ре-гули рова ния Район, область Тип водохранилища Основное назначе ние Характе ристика ГТС Год ввода в эксплуа-та цию
1 .Заславское (Минское море, Гонолес) р.Свисло чь р.Берези на Многолетнее Минский Минская Русловое Регулирование стока рекреа-цияводо-снабжение Земляная плотина водосброс донный водоспуск 1955
2. Вяча р. Вяча р. Свис- лочь р. Березина Сезонное Минский Минская Русловое Рекреация Земляная плотина водосброс 1970
3. Головное (Поплов) р. Свис-лочь р. Поплов Суточное Брезин- ский Минская Наливное Регулирование стока орошение рыборазведение Земляная плотина водосброс шлюз 1973
Продолжение табл, 1
Водохранилище Река, озеро, объект Вид ре-гули рова ния Район, область Тип водохранилища Основное назначе ние Характе ристика ГТС Год ввода в эксплуа-та цию
4. Водохранилище Криница р. Свис- лочь р. Березина Многолетнее Минский Минская Русловое Рекреация Земляная плотина ступень-чатый водосброс 1976
5. Дрозды р. Свис- лочь р. Березина Сезонное Минский Минская Русловое Регулиро вание стока рекреа ция водоснабжение Земляная плотина водо-сброс-подводя щий и отводя щий каналы ограждающая дамба 1976
6. Комсомольское озеро р. Свис- лочь р. Березина Сезонного Минский Минская Русловое Рекреация Земляная плотина водосброс 1973
7. Водохранилище парка им.Горького р. Свис- лочь р. Березина Сезонного г.Минск Русловое Рекреация Бетонная плотина 1976
8. Водохранилище ТЭЦ-2 р. Свис- лочь р. Березина Сезонного г.Минск Русловое Энергетика Земляная плотина водосброс 1955
9.Чижовское (ТЭЦ-3) р.Свисло чь р.Берези на Сезон ного Минский Минская Русловое Энерге тика рекреация водоснабжение Земляная плотина 1950
10. Цнянское водохранилище р. Цна р. Свис- лочь р. Березина Многолетнее г. Минск Наливное Рекреация Ограждающие дамбы водосброс 1978
Продолжение табл. 1
Водохранилище Река, озеро, объект Вид ре- гули рова ния Район, область Тип водохранилища Основное назначе ние Характе ристика ГТС Год ввода в эксплуа-та
цию
Ороше-
11 .Петрович-ское р. Волма р. Свис- лочь р. Березина Сезонного Минский Минская Русловое ние водоснабжение рыбхоз рекреация Земляная плотина 2 водо забора 1979
12. Волма р. Волма р. Свис-лочь Сезонное Чер-вень ский Минская Русловое Рыбо разведе ние, рекреация Земляная плоти на водо пуск 1932
р. Ви-
И.Марьина Горка товка р. Свис- лочь р. Березина Непериодическое Пухо-вичский Минская Русловое Рекреация Земляная плотина 1961
Энерге-
тика во-
доснаб- Земляная
жение и бетон-
М.Осипович-ское р\ Свис- лочь р. Березина Многолетнее Осипо-вичский Минская Русловое рыбхоза орошение промыт ленное водоснабжение ная плотины водоза-бор насосные станции 1963
Таблица 2
Основные морфометрические параметры некоторых водохранилищ
Свислочского каскада.
Водохранилище Площадь водосброса в створе плотины, км2 Отметка уровня воды НПУ/УМО, м Площадь зеркала при НПУ, км2 Полный объём воды, млн. м^ Длина, км Ширина, км Глубина, м Показатель открытости Средний многолетний сток, млн. м3
максимальная средняя максимальная средняя
1 .Заславское (Минское море, Го-нолес) 596 211.8/2 05.8 26.86 103.0 9.2 4.5 2.9 8.0 3.8 7.07 129.6
2. Вяча 108 229/ 222 1.68 5.1 6.2 0.5 0.25 6.6 3.0 0.56 23.75
3.Головное (Поплов) 33 217.5/2 16.9 0.87 2.1 2.0 0.93 0.44 7.5 2.4 0.36 129.8
4. Водохранилище Криница 610 204.5/2 04.4 0.96 1.82 3.5 0.65 0.43 5.9 2.5 0.43 129.8
5. Дрозды 649 203/ 199 2.38 6.17 6.0 1.2 0.39 6.0 2.6 0.92 129.8
6. Комсомольское озеро 742 197.0/- 0.34 1.5 1.8 0.32 0.20 4.7 4.4 0.08 171 (340 с учётом вмвс
9.Чижовское водохранилище (водохранилище ТЭЦ-3) 933 188.2/- 2.80 5.6 4.8 0.8 0.7 4.6 2.0 1.4 212 (379 с учётом вмвс)
11 .Петровичское 214 184.7/1 81.2 4.8 15.0 11.5 2.0 0.41 8.2 3.18 1.51 55.4
12. Волма 600 168.1/ 166.5 0.83 1.23 1.8 0.6 0.46 4.0 1.48 0.56 110
13.Марьина Горка 3.8 167.5/1 66.5 0.69 1.02 1.55 0.52 0.33 2.2 1.48 0.47 0.63
14.0сиповичское 4370 149.5/1 48 11.87 17.5 24 1.25 0.49 5.3 1.47 8.07 829
Предметом наших исследований было выбрано Чижовское водохранилище Свислочского каскада (рис.3), которое является источником технического водоснабжения для Минской ТЭЦ-3. Данное водохранилище является водоёмом руслового типа с сезонным регулированием стока. В
состав сооружений гидроузла входят земляная плотина (левобережная и правобережная части) и водосброс. Водосбросное сооружение имеет семь пролётов для пропуска воды и шлюз-плотоход.
Рис.3. Общий вид Чижовского водохранилища
В 2005 г. нами было проведено детальное обследование сооружений Чижовского гидроузла и водохранилища с целью выявления местных и локальных разрушений и повреждений сооружений, оценки их масштабов, интенсивности развития и предполагаемых нарушений устойчивости и несущей способности. Выявленные местные нарушения в настоящее время не оказывают существенного влияния на нарушение условий целостности и общей устойчивости гидроузла, но при определённых условиях могут привести к возникновению риск-ситуаций.
При натурном обследовании Чижовского водохранилища были обнаружены определённые отклонения от нормальной эксплуатации гидротехнических сооружений. Обследование проводилось в безлёдный период с 01 по 15 ноября 2005 года. В результате обследований гидротехнических сооружений было установлено, что на земляной плотине имеются повреждения верховых откосов как защищённых бетонным покрытием, так и земляных, трещины в местах сопряжения верхового откоса с парапетом, а также склоновая эрозия вследствие стока ливневых и дождевых вод, суф-фозионный вынос грунта на поверхность в нижнем бьефе, частичное разрушение гасителей рисбермы.
Теперь остановимся на каждом виде разрушений более подробно.
В табл. 3 приведены данные, характеризующие общее состояние земляной плотины и установленные нарушения. Наиболее интенсивному повреждению подвергнута правосторонняя часть плотины. Из рис. 4 видны линейные размеры разрушения бетонного покрытия земляного откоса на участке примыкания к водосбросу.
Таблица 3
Оценка деформаций земляной плотины
Левобережная часть плотины Правобережная часть плотины
Верхний бьеф
1 Трещины в месте примыкания бетонного покрытия к парапету. Длина трещины равна 1 = 0.3 м Размыв верхового земляного откоса Наибольшая величина линейной переработки берега составляет 81 = 2.5м. Объём переработки берега равен = 20.0 м3 на 1м (погонный) (рис.5,6)
2 Подмыв бетонного основания плотины Разрушение бетона у основания крепления бычков
3 Трещины в месте примыкания верхового откоса к водосбросу Наибольшая длина и глубина трещины равны 1 = 2.2 м (рис 4) Ь = 0.3 м, = 1.5 м3/мп Отсутствие упорного анкера: неправильное сопряжение бетонного покрытия земляного откоса с дном водохранилища, трещины бетонного покрытия, смывание отколовшихся частей бетона, усиление фильтрации плотины, разрушение откосов
4 Отсутствие упорного анкера; неправильное сопряжение бетонного покрытия земляного откоса с дном водохранилища, трещины бетонного покрытия, смывание отколовшихся частей бетона, усиление фильтрации плотины, разрушение откосов Нарушение стыков железобетонных плит верховых откосов (размыв и повреждение откосов)
5 Нарушение стыков железобетонных плит верховых откосов (размыв и повреждение откосов)
Нижний бьеф
1 Разрушение гасителей и частичное повреждение рисбермы Фильтрация тела плотины с суффозион-ным выносом грунта на поверхность
2 Нарушение целостности мостовых плит: образование каверн, сколов Повреждение стенки, отделяющей водосбросные пролёты от шлюза
Характеристики профиля переработки и С)ь обозначенные через У, описываются зависимостью [5]:
У^ (хьх2, х3....,х8),
где XI - характеристика волнения - высота волны 1% обеспеченности (111%);
х2 - амплитуда колебания уровня в безлёдный период - (лНбл);
х3 - длина разгона волны (В);
х4 - распределение глубин по разгону волны (Ьв);
х5 - высота берега, имеющего террасу (Нб);
х6 - уклон берегового склона (1б);
х7 - средний диаметр частиц относительно однородного грунта х8 - коэффициент неоднородности грунта (IX);
а) б)
Рис.4. Разрушение бетонного крепления земляных верховых откосов в месте примыкание к водосбросу (правобережная часть плотины)
Рис.5. Разрушение земляного откоса, не защищенного бетонным основанием
На рис. 6 показана схема повреждения земляной плотины и приведены основные показатели, характеризующие профиль переработки берегов, линейная переработка берега, м; - объём переработки берега, м3/пм.
Рис. 6. Схема повреждения земляной плотины Выводы:
В результате проведенного обследования сооружений Чижовского гидроузла установлено, что:
- теоретически возможно возникновение чрезвычайных ситуаций на гидроузле вследствие развития процессов разрушения земляной плотины и водосбросов;
- возможны различные сценарии возникновения чрезвычайных ситуаций в зависимости от динамики деформаций (локальных разрушений гидротехнических сооружений);
- необходимо дальнейшее исследование состояния ГТС различных типов водохранилищ и влияние их на ОС для выработки сценариев развития риск-ситуаций с целью их моделирования и прогнозирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авакян А.Б., ШараповВ.А., Солтанкин В.П., Водохранилища. - М: «Мышь», 1987г.
2. Широков В.М., Пидоплечко В.А. Водохранилища Белоруссии: Справочник. - Мн. Университетское, 1992г.
3. В.Е.Левкевич, П.С.Лопух. Рациональное использование и охрана прибрежных ландшафтов на водохранилищах Белоруссии. - Мн: БелНИИНТИ, 1990г.
4. В.Е.Левкевич, А.А.Ковалёв, А.И.Павловский. Ведение кадастра берегов водных объектов (озёр, водохранилищ, прудов) с помощью ПЭВМ. - Мн: «Экономир», 1994г.
5. В.Е.Левкевич. Рекомендации по прогнозированию переработки абразионных берегов малых водохранилищ, сложенных несвязными грунтами. - Мн: ЦНИИКИВР, 1984г.
