CC BY
168Oriental Renaissance: Innovative, R VOLUME 1 | ISSUE 4
educational, natural and social sciences О ISSN 2181-1784
Scientific Journal Impact Factor SJIF 2021: 5.423
ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ И ПОСЛЕДСТВИЯ ПРОРЫВА ПЛОТИН ПРИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ АВАРИЯХ
Саидходжаева Дилсорахон Андижанский институт сельского хозяйства и агротехнологий,
старший преподаватель;
Абдувосиев Ахмадулло Андижанский институт сельского хозяйства и агротехнологий,
ассистент Хамидов Исломбек Андижанский институт сельского хозяйства и агротехнологий,
ассистент [email protected]
Аннотация. В статье рассмотрены причины и последствия прорыва плотин и проблема влияния весенних паводковых вод на много лет функционирующих гидротехнических сооружений как гидродинамически опасных объектов, вследствие воздействия стихийных и антропогенных факторов, заставляющих гидротехническое сообщество обратить особое внимание на проблему их безопасности и объединение усилий в деле защиты от стихийных и других бедствий.
Ключевые слова: низконапорные грунтовые плотины, прорыв плотины, опасность затопления, надёжность, долговечность, авария, волна прорыва, поражающий фактор
Abstract. The jeopardy of harm and destruction of economic entities, including hydraulic structures ashydrodynamic dangerous objects is discussed. The impact of natural and anthropogenic factors guilts hydraulic community into paying special attention to the problem of security and joint efforts in the protection of natural and other disasters.
Keywords: low-pressure groundwater dam, dam break, risk of flooding, reliability, durability, accident, wavebreak, damaging factors
ВВЕДЕНИЕ
Бум гидротехнического строительства приходится на последние 30 - 40 лет, когда было построено более 85% всех существующих в мире плотин. Водохранилища стали неотъемлемой чертой ландшафта многих стран мира, важным элементом их национальной экономики.
Scientific Journal Impact Factor
Однако создание водохранилищ с площадью водного зеркала более 100 км2 началось ещё с начала 1915 г. и стало возможным в результате изменений в технологии земляных и бетонных работ, позволивших возводить крупные и сравнительно дешевые сооружения. Всего в мире построено более 100 тыс. подпорных гидротехнических сооружений, а общая площадь водохранилищ превосходит акваторию десяти Азовских морей. В настоящее время общий объем водохранилищ на Земле составляет 6500 км3, что в три раза больше объема пресной воды всех рек. Конец нашего столетия характеризуется значительными темпами освоения гидроэнергоресурсов и переходом от строительства преимущественно крупных водохранилищ энергетического значения к средним и даже малым. Сегодня не так уж много рек, на которых не было бы хоть одного водохранилища. В Узбекистане построено и находится в эксплуатации свыше 50 водохранилищ. Подпорные гидротехнические сооружения доказали свою надежность и долговечность - многие из них функционируют десятки и даже сотни лет, к примеру взять плотину Куйган-Яр на реке Кара-Даря, действующую вот уже более 80 лет.
Кабинетом Министров Республики Узбекистан издаются ряд Законов целью которого являются защита водного и земельного ресурсов, регулирование отношений, возникающих при проектировании, строительстве, вводе в эксплуатацию, эксплуатации гидротехнических сооружений, их реконструкции, восстановлении, консервации и проведении мероприятий по обеспечению безопасности при различных видах гидродинамических аварий.
А также Законы обеспечивающие безопасность государственных гидротехнических сооружений, безопасность гидротехнических сооружений предприятий республиканских и региональных энергосистем; разрабатывает и реализует государственные программы по обеспечению безопасности гидротехнических сооружений; организует государственный контроль за безопасностью гидротехнических сооружений; организует международное сотрудничество по обеспечению безопасности гидротехнических сооружений
Однако материалы мировой статистики и события недавних лет свидетельствуют о том, что аварии на гидроузлах возможны, они могут привести к повреждению и разрушению плотин и примыкающих к ним сооружений. По данным Комитета по авариям и разрушениям Международной
ЛИТЕРАТУРА И МЕТОД
Scientific Journal Impact Factor
комиссии по большим плотинам, ежегодно в мире происходит более 3 тыс. аварий, нередко с большим материальным ущербом и человеческими жертвами.
В последнее столетие в мире произошло более 1 тыс. случаев разрушения гидротехнических сооружений. Причинами были факторы не только природного, но и антропогенного характера. К первым относятся экстремальный сток; ледовые явления; нагоны; опасные метеорологические явления (бури, ураганы, ливни, снегопады, смерчи); изменения климата; землетрясения; цунами; оползни; обвалы; снежные лавины и сели; подвижки ледников; вулканические извержения:
- 9 октября 1963 года произошла авария на плотине Вайонт в Италии. В водохранилище объемом 0,169 куб. км обрушился горный массив объемом 0,24 куб. км, что привело к переливу более 50 млн куб. м воды через плотину. Водяной вал высотой 90 м за 15 минут смыл несколько населенных пунктов, что привело к гибели более 2 тыс. человек. Причиной оползня стало поднятие горизонта грунтовых вод, вызванное строительством плотины.
- 18 августа 2002 года в районе немецкого города Виттенберга не реке Эльбе из-за сильного наводнения произошло разрушение семи защитных дамб. Волна хлынула на город, пришлось срочно эвакуировать 40 тыс. человек. 19 жителей погибло, 26 пропало без вести.
- В ночь на 11 февраля 2005 года в провинции Белуджистан на юго-западе Пакистана из-за мощных ливней произошел прорыв 150-метровой плотины ГЭС у города Пасни. В результате было затоплено несколько деревень, более 135 человек погибли.
- 5 октября 2007 года на реке Чу во вьетнамской провинции Тханьхоа после резкого подъема уровня воды прорвало плотину строящейся ГЭС "Кыадат".
Антропогенный фактор заключается, главным образом, в недостаточном гидрологическом и инженерно-геологическом обосновании проектов. К аварии могут привести занижение возможных экстремальных расходов воды и размеров водосбросов, неправильный выбор места и неверная оценка условий для сооружения оснований плотин. Другие причины:- износ оборудования, организационно - технические неполадки, некомпетентность и даже халатность эксплуатационного персонала.
Достаточно вспомнить следующие аварии:
Scientific Journal Impact Factor
- 9 октября 1963 года произошла авария на плотине Вайонт в Италии. В водохранилище объемом 0,169 куб. км обрушился горный массив объемом 0,24 куб. км, что привело к переливу более 50 млн куб. м воды через плотину. Водяной вал высотой 90 м за 15 минут смыл несколько населенных пунктов, что привело к гибели более 2 тыс. человек. Причиной оползня стало поднятие горизонта грунтовых вод, вызванное строительством плотины.
- 7 августа 1994 года в Белорецком районе Башкирии произошел прорыв плотины Тирлянского водохранилища и нештатный сброс 8,6 млн куб. м воды. После интенсивных дождей из-за изношенности механизмов не удалось открыть все отверстия берегового водосброса (работало только одно) и вода из переполненного водохранилища устремилась через гребень земляной плотины, которую разрушило в течение нескольких часов, семиметровая волна прорыва снесла пос. Тирлян. В зоне затопления оказалось четыре населенных пункта, 85 жилых домов были полностью разрушены, 200 домов — частично. В результате наводнения погибло 29 человек, 786 человек осталось без крова.
Угроза прорыва плотин возросла также из-за ликвидации некоторых органов управления водным хозяйством, передачи ряда гидротехнических объектов различным собственникам. Вспомним прорыв дамбы Сардоба произошедший 1 мая 2020 года. Дамба Сардоба - сооружение "молодое"работы по ее возведению велись в 2009-2017 годах. Строилась на равнине по хорошо известной технологии. Стоимость проекта оценивалась в 404 миллиона долларов. И прорыв дамбы "Сардоба" нанес большой ущерб стране - подтоплены оказались земли в трех районах страны Узбекистан. Пять тысяч зданий пострадали. В приграничных районах подтоплены 14 населенных пунктов, эвакуированы более 30 тысяч человек.
Обследование водохранилищ и прудов накопителей отходов, проведенное совместно с Министерством по чрезвычайным ситуациям в стране, показало, что 12% водохранилищ находятся в аварийном или предаварийном состоянии. Гидротехнические сооружения, как правило, располагаются в черте или выше крупных населенных пунктов и в случае аварии представляют большую опасность для населения и хозяйственных объектов. Между тем сохраняется тенденция застройки нижних бьефов плотин в зонах возможного затопления.
Возросшая опасность повреждения и разрушения хозяйственных объектов, в том числе гидротехнических сооружений, вследствие воздействия стихийных и антропогенных факторов заставила человеческое сообщество обратить особое
Scientific Journal Impact Factor
внимание на проблему их безопасности и объединить усилия в деле защиты от стихийных и других бедствий. Ликвидация последствий повреждения подпорных гидротехнических сооружений требует больших материальных затрат и времени. Но невосполнимы людские потери и опасны морально-психологические травмы. Поэтому усилия должны быть направлены на предвидение, предупреждение и прогноз последствий возможных аварийных ситуаций на гидроузлах [1].
В ходе военных действий гидродинамическими разрушениями пользовались для затопления обширных территорий наносящий большой урон врагу виде затопления местности или устранения преграды (1938 г во время войны японцев с Китаем, что привело к гибели 16 млн.китайцев. В 1944 г уничтожение немцами дамбы в Голландии, ограждавшая сушу от моря. Результат - затопление морскими водами значительнай части территории
В ходе военных действий или террористического акта «искусственное» наводнение может быть вызвано и преднамеренным характером попуска вод. Крупные гидроузлы в стратегических целях разрушались специально. Известна попытка захвата оппозиционными силами Нурекской ГЭС в Таджикистане. Сооружение гидротехнических объектов на реках может воздействовать на изменение направления, скорости течения и привести к изменению береговой линии или фарватера, а также «война дамб» между Китаем и Вьетнамом на пограничной реке Думно, приведшая в 1979 г. к вооруженному конфликту[2].
К основным гидротехническим сооружениям, разрушение которых приводит к гидродинамическим авариям, относятся плотины, водозаборные и водосборные сооружения (шлюзы). Катастрофическое затопление, являющееся следствием гидродинамической аварии, заключается в стремительном затоплении местности волной прорыва. Масштабы последствий гидродинамических аварий зависят от: параметров и технического состояния гидроузла; характера и степени разрушения плотины; объемов запасов воды в водохранилище; характеристик волны прорыва и катастрофического наводнения; рельефа местности; сезона и времени суток происшествия и многих других факторов.
ОБСУЖДЕНИЕ
страны.)
РЕЗУЛЬТАТЫ
Scientific Journal Impact Factor
Особенно большие потери населению и значительный ущерб народному хозяйству может быть причинен при каскадном расположении гидроузлов, так как в результате разрушения вышележащего гидроузла образующаяся волна будет приводить к разрушению плотин гидроузлов, расположенных ниже по течению реки.
Прорыв гидротехнических сооружений может произойти из-за воздействия сил природы (землетрясения, урагана, обвала, оползня и т.п.), конструктивных дефектов, нарушения правил эксплуатации, воздействия паводков, разрушения основания плотины и т.д., а в военное время - как результат воздействия по ним средств поражения. Однако, как правило, такие наводнения возникают из-за несвоевременного опорожнения малых водохранилищ, неготовности водоприемников, захламления русел, особенно у мостовых переходов. Из 300 аварий плотин в различных странах за период с 1902 по 2000 г.г. в 35% случаев причиной аварии было превышение расчетного максимального сбросного расхода, т.е. перелив воды через гребень плотины.
Образующаяся при этом волна имеет большую высоту и скорость движения. Для равнинных районов скорость такой волны колеблется в пределах от 3 до 25 км/ч, а для горных и предгорных районов достигает величины порядка 100 км/ч. Этот тип наводнений близок по своему характеру к наводнениям, вызванным выходом рек из своих берегов из-за продолжительных и сильных дождей (паводкам).
Отличия заключаются в большей скорости распространения наводнения, а следовательно более сжатых сроках затопления территорий и внезапности, что влечет за собой разрушение мостов, дорог, зданий, а также гибель людей и скота.
Гидротехнические сооружения напорного фронта являются гидродинамически опасными объектами (ГОО). При прорыве ГОО образуется проран, через который происходит 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.Основными поражающими факторами катастрофического затопления являются: волна прорыва (высота волны, скорость движения) и длительность затопления.
Scientific Journal Impact Factor
Волна прорыва - волна, образующаяся во фронте устремляющегося в пролом потока воды, имеющая, как правило, значительную высоту гребня и скорость движения и обладающая большой разрушительной силой. Волна прорыва, с гидравлической точки зрения, является волной перемещения, которая в отличие от ветровых волн, возникающих на поверхностях больших водоемов, обладает способностью переносить в направлении
своего движения значительные массы воды. Поэтому волну прорыва следует рассматривать как определенную массу воды, движущуюся вниз по реке и непрерывно изменяющую свою форму, размеры и скорость.
Сравнение можно сделать по продольному разрезу такой сформировавшейся волны [6].
Она имеет фазы подъема уровня воды и последующего спада уровня. Фаза интенсивного подъема уровня воды называется фронтом волны прорыва.
Фронт волны прорыва может быть крутым при перемещении волны прорыва по участкам 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, который движется, как правило, медленнее ее фронта. В результате подъема волны происходит затопление поймы и прибрежных участков местности. Площадь и глубина затопления зависят от параметров волны прорыва и топографических условий местности.
После прекращения подъема наступает более или менее длительный период движения потока, близкий к установившемуся.
Последней фазой образования зоны затопления является спад уровней воды. Хвост волны (конец волны) двигается еще медленнее, чем ее гребень. Вследствие различия скоростей трех характерных точек (фронта, гребня и хвоста) волна постепенно «распластывается» по длине реки, уменьшая свою высоту и увеличивая длительность прохождения в очередном створе.
Разрушительное действие волны прорыва является результатом резкого изменения уровня воды в нижнем и верхнем бьефах при разрушении напорного фронта и образования потока, перемещающегося с большой скоростью, изменения под его воздействием прочностных характеристик грунта.
Масштабы чрезвычайных ситуаций при аварии на ГОО, сопровождающиеся образованием волны прорыва, зависят от: типа и класса
Scientific Journal Impact Factor
гидротехнического сооружения напорного фронта, вида аварии; параметров водохранилища и плотины (дамбы); характеристик русла в нижнем бьефе, а также от топографических и гидрографических условий местности, подвергаемой затоплению. Поэтому прогнозирование возможного масштаба такой чрезвычайной ситуации должно осуществляться еще на стадии проектирования ГОО.
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[8]. Причины аварий, сопровождающихся прорывом гидротехнических сооружений напорного фронта и образованием волны прорыва, могут быть различны, как говорилось выше, но чаще всего такие аварии происходят по причине разрушения основания сооружения и недостаточности водосбросов[9]
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 её размыв.
Ученые все больше внимания в последние годы обращают на последствия паводочных сбросов и сбросов воды через плотины в чрезвычайных ситуациях - не исключена активизация эндогенных процессов. Так, мощные сбросы воды в нижний бьеф могут спровоцировать «местные» землетрясения силой 1-2 балла. Спуск водохранилища вызовет также образование мелководных застойных зон, которые опасны как источники неблагоприятных бактериологических ситуаций. Последствия повреждения плотин для верхних бьефов гидроузлов сходны с последствиями искусственного сброса воды. В этом случае существенными могут быть не прямые, а косвенные потери, связанные с нарушениями водоснабжения и электроснабжения, водных путей, вынужденной переориентацией энергоемких производств. Но главные беды будут связаны с поступлением в нижний бьеф загрязненных вод, с
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Scientific Journal Impact Factor
необходимостью очистки ложа водохранилища от различных отложений, содержащих токсичные соединения, тяжелые металлы, пестициды, нефть и другие виды органических веществ, накапливающихся на дне. При этом отложения сорбируют токсические вещества до уровней, намного превышающих содержание их в водной толще. [2].
Основные параметры оценки последствий разрушения гидроузлов в нижнем бьефе.
Наряду с расчетами последствий разрушения плотин, выполненными НИИ «Гидропроект», в лаборатории гидрологии научного института были разработаны основные методические подходы к расчету параметров волны прорыва, ее картографированию и оценке последствий. Благодаря разработанным критериям остроты ситуации установлены зоны различной степени опасности последствий разрушительного воздействия волны прорыва. Они ранжировались следующим образом: катастрофические, значительные, ощутимые и незначительные. Каждая из названных градаций характеризуется конкретными параметрами волны прорыва и, соответственно, разными последствиями. Сочетание значений критериев остроты, определяющих ситуации в нижних бьефах поврежденных гидроузлов, может быть различным и зависит в первую очередь от: уклонов; геоморфологических особенностей долины; величины прорана; времени года (половодье на реке или межень). [6]. Влияние на обстановку в населенных пунктах и повреждения, возникающие в результате воздействия. Обстановка в населенных пунктах существенно зависит от морально-психологического состояния населения, а также инженерной обстановки[10]. На морально-психологическое состояние населения влияют степень и сроки оповещения; уровень заблаговременной подготовки населения к действиям в случае прорыва плотины или наводнения; время года и суток; скорость и высота волны прорыва; скорость подъема воды и другие факторы. Если заблаговременная подготовка не проводилась, то возникает паника, неорганизованное отступление и бегство от стихии, которые приводят к заторам и пробкам на путях эвакуации, дополнительным жертвам даже в результате образовавшейся давки. Усугубляют эту обстановку холодная, ненастная погода и темное время суток. При заблаговременном оповещении и подготовке населения идет оперативная организованная эвакуация населения и материальных ценностей, мобилизуются органы управления и спасательные команды с техникой. Оценка обстановки складывается из оценки параметров
Scientific Journal Impact Factor
волны прорыва или возникающего в результате прорыва плотины наводнения и их влияния на здания, сооружения, почву, систему жизнеобеспечения^].
Воздействие волны прорыва и возникающего в результате этого резкого подъема воды на населенный пункт может быть следующим: гидродинамический удар, воздействующий на здания и сооружения и приводящий ких разрушению; затопление водой жилищ, промышленных и сельскохозяйственных объектов, полей с выращенным урожаем, гибель скота; потеря капитальности зданий и сооружений; повреждение и порча оборудования предприятий; разрушение гидротехнических сооружений и коммуникаций, расположенных ниже разрушенного гидроузла; длительное гидравлическое давление на элементы мостов (опоры и т. п.); затопление и разрушение дорог и др
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА(REFERENCES)
1. СНиП 2.06.08-87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений.- М.: Госстрой России,2004.
2. РД. РД 153-34.2-21.342-00.Методика определения критериев безопасности гидротехнических сооружений.- М., 2000.-12с.
3. Проектирование оснований гидротехнических сооружений. П 13-83 - Л.: ВНИИГ, 1984.
4. Жарницкий В.Я., Андреев Е.В. Принципы формализации в построении математической модели оценки надежности низконапорных грунтовых плотин / Природо обустройство.-2012.- № 4.-С.39 - 44.
7. Юрченко А.Н.Совершенствование конструкций гасящих устройств и оценка их влияния на кинематическую структуру потока за многопролётной водосбросной плотиной.М.:,Энергия,2000,224с.
6. Саидходжаева Д. А., Саттиев Ю., Ишонкулов З. APPLICATION OF MODERN INNOVATIVE TECHNOLOGIES IN THE REGULATION OF WATER CONSUMPTION AND CALCULATION OF SINGLE-WALLED HYDRAULIC STRUCTURES //Актуальные научные исследования в современном мире. -2020. - №. 2-2. - С. 80-85.
7. А.Джуманазарова, Ш.Эгамбердиева, Д.Саидходжаева. Повышение эффективности использования воды. Сельское хозяйство Узбекистана. Ташкент №7, 2016.стр40
8. Саидходжаева Д. А., Ишанкулов З. М., Закиров Р. В. Оценка влияния гасящих устройств на кинематическую структуру потока за многопролётной
Scientific Journal Impact Factor
водосбросной плотиной //Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность-2018. - 2018. - С. 1040-1044.
9. Maxmudov Abdulatif, Abduvasiev Ahmadillo Davlatbek O'G'Li, Xamidov Islombek Shuxratbek O'G'Li, Abdulazizov Maqsudbek Abdulhapiz O'G'Li UCHQO'RG'ON GIDROBO'G'INIDAN FOYDALANISH JARAYONIDA SUV SARFINI ROSTLASH INSHOOTLARDAGI TAQSIMLANISHINI O'ZGARISHLARI // ORIENS. 2021. №3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/uchqo-rg-on-gidrobo-g-inidan-foydalanish-jarayonida-suv-sarfmi-rostiash-imhootiardagi-taqsimlanishmi-o-zgarishlari (дата обращения: 28.04.2021).
10. Махмудов А., Карабаев А. Н., Абдувосиев А. Влияние изменения условий эксплуатации Учкурганского гидроузла на его безопасность //Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность-2019. - 2019. - С. 1018-1020.
