CC BY
40
УДК 614.8
А. В. Разенков, С. О. Потапова
ФГБОУ ВО Воронежский институт-филиал Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России
ПОСЛЕДСВИЯ АВАРИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ В ПЕРИОД ПОЛОВОДИЙ И ПАВОДКОВ
В статье анализируются причины и последствия крупных аварий, приведших к человеческой гибели, на гидротехнических сооружениях Российской Федерации и других странах мира. Приведены основные проблемы безопасности гидротехнических сооружений юга России в наиболее опасный период пропуска половодий и паводков, когда увеличиваются значения сочетаний постоянных, временных, кратковременных и особых нагрузок. Снижение аварийности способствует реализация положения Федерального закона РФ «О безопасности гидротехнических сооружений». Значительный ущерб от паводков и наводнений на юге России объясняются высоким количеством бесхозяйных ГТС.
Ключевые слова: авария, гидротехническое сооружение, надежность сооружения, безопасность сооружения, паводок, наводнение, ливневые осадки, рост антропогенных нагрузок на водозаборах, старение сооружения, снижение остаточного ресурса, квалификация эксплуатационного персонала.
А. V. Razenkov, S. О. Potapova
THE DANGER OF ACCIDENTS HYDRAULIC STRUCTURES IN THE PERIOD OF FLOODS AND HIGH WATERS
The article analyzes the causes and consequences of major accidents that led to human death at hydraulic structures of the Russian Federation and other countries. The main problems of safety of hydraulic engineering constructions of the South of Russia in the most dangerous period of the admission of floods and floods when values of combinations of constant, temporary, short-term and special loadings increase are given. Reduction of accidents contributes to the implementation of the Federal law of the Russian Federation"on the safety of hydraulic structures." Significant damage from floods and floods in the South of Russia is explained by the high number of ownerless GTS.
Keywords: accident, the hydraulic engineering construction, reliability of a construction, safety of a construction, flood, flood, showers, growth of anthropogenous loadings on water intakes, aging of a construction, decrease in a residual resource, qualification of operational personnel.
Введение
По данным Международной комиссии по большим плотинам (ICOLD), созданной в 1928 г., во всем мире эксплуатируется более 800 тысяч плотин различных типов (бетонные, железобетонные, грунтовые), изкоторых около 50 тысяч имеет высоту более 15 м или при высоте от 5 до 15 м они создают водохранилище объемом более 3 млн. м3. Среднегодовая частота разрушения бетонных плотин составляет (0,5...2,0)- 10~4. Менее надежны грунтовые плотины, среднегодовая частота разрушения которых составляет (2,5...4,0)- 10 ~ [1, 2, 3, 4, 8]. Плотины из грунтовых материалов являются древнейшим видом инженерных сооружений, которые возводятся уже более 5000 лет. В общем количестве больших плотин (Н> 15 м) из грунтовых материалов составляет более 60 %, в общем количестве плотин (Н>2,0 м) - 85 - 90 %. Пик строительства гидротехнических сооружений (ГТС) с напорным
фронтом приходится на период 1950 - 1970 гг. Вероятность разрушения плотин, построенных после 70-х годов XX века, оценивается в 1 10 ~5.
Аварии гидротехнических сооружений и их последствия
Инциденты на ГТС с напорным фронтом происходят ежегодно почти на 5 % от их общего количества (по данным 1С01Л) более 3 тыс. ежегодно только на крупных плотинах). К основным группам причин аварий на ГТС с напорным фронтом относятся:
1. Недостаточная прочность или устойчивость сооружений, оснований на сдвиг, а также большие деформации - осадки, смещения, в том числе необратимые деформации.
2. Недостаточная пропускная способность водопропускных, водосбросных сооружений. Отказы механического оборудования. Засорение водопропускных сооружений плавающими телами, донными наносами.
3. Фильтрационные деформации и размыв грунтов тела и основания плотин. Суффозионный размыв грунта тела плотины контактной сосредоточенной фильтрацией.
4. Старение сооружений, ведущее к снижению их несущейспособности, что сказывается при сочетании постоянных, временных, кратковременных и особых нагрузок особенно в период половодий и наводнений.
При анализе аварий на ГТС с напорным фронтом оцениваются ошибки, допущенные в период изысканий, проектирования, строительства, ввода в эксплуатацию, эксплуатации, реконструкции и вывода из эксплуатации.
Аварии на Киселевской (//=18 м, Ьгреб= 1920 м, Жвод НПУ = 32,0 млн. м3) 14 июля 1993 г. и на Тирлянской (//=9,85 м, Ьгреб=400 м, Жвод НПУ = 4,96 млн. м3) водохранилищных плотинах [8], приведшие к гибели людей и значительным материальным убыткам (при аварии на Киселевской плотине погибло 15 человек, ущерб составил более 40 млрд. рублей, в ценах 1993 г.; при аварии на Тирлянской плотине погибло 22 человека, ущерб составил более 41 млрд. рублей, в ценах августа 1994 г.), обусловили введение в России Федерального закона от 21.07.1997 г. № 117- «О безопасности гидротехнических сооружений» [14].
В 2017 г. исполняется 15 лет с периода прохождения катастрофического наводнения в бассейне р. Кубань (21 - 26 июня 2002 г.) и 5 лет - наводнения в бассейне р. Адагум (Крымский район Краснодарского края, 6-7 июля 2012 г.), которые послужили причиной гибели людей и значительного материального ущерба [9, 10, 11]. При пропуске паводка в июне 2002 г. в бассейнах рек юга России было разрушено более 40 тыс. жилых домов, пострадало около 380 тыс., погибло 114 человек, а ущерб составил более 18 млрд. рублей [8, 9].
Основные проблемы безопасности ГТС юга России в период пропуска половодий и паводков обусловлены:
- несовершенством законодательного, нормативно-правового и нормативно-технического обеспечения, а также их низкое исполнение;
- ведомственной разобщенностью, не позволяющей проводить единую техническую политику в области безопасности гидротехнических сооружений и предотвращения вредного воздействия вод в период пропуска половодий и паводков, а также концентрацию средств для первоочередного финансирования важнейших водохозяйственных объектов;
- низким качеством прогнозов расходов редкой обеспеченности;
- продолжающимся старением гидротехнических сооружений, средний возраст которых достигает 50 и более лет;
- невыполнением ремонтно-восстановительных работ на сооружениях из-за отсутствия необходимых средств;
- значительной несанкционированной застройкой водоохранных зон в бассейнах рек;
- низкой квалификацией эксплуатационного персонала водохозяйственных объектов;
- нерешенностью вопросов собственности на гидротехнические сооружения с напорным фронтом и др.
В результате Крымского дождевого паводка (6-7 июля 2012 г.) полностью утратили свое имущество 29 тыс. человек, частично - более 5,5 тыс. человек. Погиб 171 человек [8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]. С 11 по 15 февраля 2017 г. все мировое сообщество наблюдало в режиме реального времени аварию на самой высокой в США плотине (Н=235 м) на водохранилище Оровилл (Ж=4,3 млрд. м3), приведшую к необходимости эвакуации около 188 тыс. жителей [6, 7].
Причинами аварии на комплексе ГТС водохранилища Оровилл в феврале 2017 г. являются ошибки: - на стадии проекта приняты недостаточные толщины плит водосброса и боковых стенок, отсутствие анкеровки плит при строительстве, недоучет вибрации лотка водосброса при пропуске максимальных расходов. Геологияоснования водосброса оценена не в полной мере; - на стадии эксплуатации не приняты своевременные меры по ремонту локального разрушения лотка основного водосброса до пропуска паводкового расхода (2017 г.). Ущерб от аварии на комплексе ГТС водохранилища Оровилл оценивается в 500 млн. долл. США.
Рис. 1. Комплекс гидротехнических сооружений водохранилища Оровилл (не поврежденный): 1 - грунтовая плотина, Н=234 м; 2 - основной эксплуатационный водосброс, регулируемый затворами; 3 - запасной нерегулируемый автоматический
водосброс
В США эксплуатируется 84 тыс. водохранилищных плотин, большинство которых построено в период с 1950 по 1980 гг. Комплекс ГТС водохранилища Оровилл построен в 60-е годы (1961 - 1968 гг.).
Для сопоставления, в РФ эксплуатируется 2650 комплексов ГТС водохранилищ с объемом более 1 млн. м3. Полный их объем Ж=900 км3, а суммарная площадь зеркала 96,8 тыс. км2. В России эксплуатируется 12 тыс. дамб инженерной защиты от паводков и наводнений.
В ночь на субботу 25 февраля 2017 г. в Тацинском районе Ростовской области в результате обильного таяния снега и дождя повысился уровень воды в р. Кагальник и в малом водохранилище в районе х. Зазерский. В связи с недостаточной пропускной
способностью паводкового водосброса произошел перелив воды через гребень грунтовой плотины, что привело к образованию прорана шириной от 10 до 15 м. Возникла угроза подтопления 23 домов в х. Зазерский, где проживают 63 человека. В результате принятых мер МЧС России по Ростовскойобласти произведено отселение населения из наиболее опасных домов. Причиной аварии послужило то, что Администрация Зазерского сельского поселелния Тацинского района приняла недостаточно мер по подготовке комплекса ГТС на р. Кагальник к пропуску паводка.
29 марта 2017 г. произошла авария на Крюковском водохранилище Краснодарского края (77=8,9 м, И/НПУ= \ 1 1 млн. м3, ЖФПУ=203 млн. м3) с просадкой грунта тела плотины после реконструкции (2016 г.) на 1,5 - 2,0 м, что создало угрозу для населения в Северском районе Краснодарского края. Крюковское водохранилище введено в эксплуатацию 29 декабря 1972 г. Государственной комиссией, утвержденной приказом Министерства мелиорации и водного хозяйства СССР от 4 ноября 1972 г. № 738. Эксплуатация гидроузла осуществляется Северским филиалом ФГБУ «Управление «Кубаньмелиоводхоз» Минсельхоза России. Гидротехнические сооружений Крюковского водохранилища относятся к IV классу. Декларация безопасности ГТС Крюковского водохранилища утверждена 26 ноября 2014 г. на 3 года (до октября 2017 г.) на период реконструкции. Уровень безопасности ГТС Крюковского водохранилища на период утверждения декларации безопасности ГТС - неудовлетворительный. Период эксплуатации Крюковского водохранилища- 45 лет (с 1972 по 2017 гг.). Авария произошла в месте, где оградительная дамба проходит над старым руслом р. Аушедз, т.е. месте слабых грунтов по несущей способности (глины иловатые, полутвердые). Общая протяженность сооружения напорного фронта ГТС Крюковского водохранилища составляет 28 903 м (Западная дамба -3 000 м, Северная дамба - 11 671 м, Юго-Восточная дамба - 8 729 м и т.д.)
Просадка грунта тела дамбы произошла 29 марта 2017 г. в районе Северной дамбы Крюковского водохранилища на длине -300 м. Комплекс ГТС Крюковского водохранилища имеет следующие параметры:
- максимальная высота грунтовой водооградительной дамбы - 8,9 м;
- длина напорного фронта по гребню - 28 903 м;
- ширина по гребню - 5,0 м;
- отметка гребня дамбы - 18,00 м;
-НПУ- 14,40 м;
-ФПУ- 16,50 м;
-УМО- 11,35 м;
- максимальная ширина по основанию -31,7м;
- объем воды:
- при НПУ (14,40 м) - 111 млн. м3;
- при ФПУ (16,50 м) - 203 млн. м3;
- при УМО (11,35 м) - 10 млн. м3;
- полезный объем - 101 млн. м3;
- площадь зеркала
- при НПУ - 40,2 км2;
- при ФПУ - 54,8 км2;
-при УМО-21,0 км2.
Авария на ГТС Крюковского водохранилища соответствует чрезвычайной ситуации регионального характера (более 5 млн. руб., но менее 500 млн. руб.). К причинам аварии на Крюковском водохранилище относится недостаточность инженерно-геологических изысканий проекта реконструкции дамб напорного фронта, особенно в местах слабых грунтов по несущей способности, низкое качество проектных, строительных работа контроль за их реализацией.
1. Оценку безопасности эксплуатации комплексов ГТС необходимо начинать с выявления причин их возможных аварий (факторов риска), изучения статистики видов аварий и их последствий, сопутствующих процессов, явлений, усиливающих или ослабляющих разрушительное воздействие на объекты экономики и населения.
2. Опыт эксплуатации комплексов ГТС в различных странах свидетельствует, что полностью исключить чрезвычайные ситуации невозможно, но необходимо свести их или их последствия к минимуму с помощью постоянного мониторинга для ГТС высокой опасности и периодического - для ГТС низкой опасности. Для безаварийного пропуска половодий и паводков большое значение имеет подготовленность всех элементов комплекса ГТС, а также его эксплуатационного персонала.
3. Гидрологический прогноз особенно важен для комплексов ГТС, расположенных в горных, предгорных территориях, сейсмоопасных районах, для длительно эксплуатирующихся сооружений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Розанов Н.С. Аварии и повреждения больших плотин / Н.С. Розанов, А.И. Царев, Л.П. Михайлов [и др.]; под ред. A.A. Борового. -М.: Энергоиздат, 1986. - 127 е.;
2. Повреждения и аварии грунтовых плотин: в кн. Вероятностные методы оценки надежности грунтовых гидротехнических сооружений. Т. 1. - СПб.: Изд-во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 2003. - С. 20 - 76.;
3. Малаханов В.В. Классификация состояний и критерии эксплуатационной надежности гидротехнических сооружений / В.В. Малаханов // Гидротехническое строительство. - 2000. - № 11. - С. 8 - 14;
4. Гидротехнические сооружения (речные) / Под ред. Л.Н. Рассказова; изд. 2-е, испр. и доп. - М.: Изд. АСВ, 2011. - Ч. 1. - 584 е.; Ч. 2 - 536 е.;
5. Лурье П.М. Река Кубань: гидрография и режим стока / П.М. Лурье, В.Д. Панов, Ю.Ю. Ткаченко. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. - 498 е.;
6. California Dam Crisis Could Have Been Averted. - Режим доступа: https://www.scientificamerican.com/article/california-dam-crisis-could-havebeen-averted/ - Дата обращения: 18.04.2017;
7. California requests $440 mn for flood control after dam crisis. - Режим доступа: https://www.yahoo.com/news/california-requests-440-mn-floodcontrol-dam-crisis-230243914. html - Дата обращения: 18.04.2017;
8. Фролов Д.И. Федеральному закону N 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений» 15 лет / Д.И. Фролов, В.А. Волосухин. - Новочеркасск, ЛИК, 2012. - 36 е.;
9. Волосухин В.А. Наводнения: проблемы снижения ущербов. Обоснования защиты / В. А. Волосухин, Е.А. Чижов, А.Е. Чижов и др. // Гидротехника. - № 1. - 2011. - С. 82 - 86.;
10. Волосухин В.А. Наводнения на горных реках Черноморского побережья // Гидротехника. - № 1. - 2011. - С. 22 - 26;
11. Волосухин В.А. Наводнения на Кубани. Проблемы и задачи / В.А. Волосухин, О.М. Щурский // Гидротехника. 2012. - № 4;
12. Волосухин В.А. Наводнения в п. Новомихайловском Краснодарского края: Обоснование защиты // Гидротехника. - 2012. - №4;
13. Волосухин В.А. Решению водохозяйственных проблем на европейской территории России - приоритетное значение // Гидротехника. - 2017. - № 1 - С. 64 - 68;
14. Сборник нормативно-методических документов, применяемых при декларировании безопасности гидротехнических сооружений / Под общ. ред. В.А. Волосухина. - Изд. 18-ое, испр. и доп. - Новочеркасск, ЮРГПУ (НПИ), 2014. - Т. I. - 601 е.; Т. II. - 713 е., Т. III. - 523 е., Т. IV. 485 е.;
15. Приказ Ростехнадзора от 19 августа 2011 № 480 «Об утверждении порядка проведения технического расследования причин аварий, инцидентов и случаев утраты взрывчатых материалов промышленного назначения на объектах поднадзорных Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору». - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/902297525 - Дата обращения: 18.04.2017.
УДК 004.942
М.В. Рыжих, Е.Н. Трофимец
ФГОБУ ВО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ОСНОВЕ «ДЕРЕВА РЕШЕНИЙ»
В статье предложена модель минимизирующая риски аварий на опасных производственных объектах с использованием «дерева решений»; представлен ситуационный процесс причинно-следственных связей аварии с выбросом аварийно химически опасных веществ.
Ключевые слова: чрезвычайная ситуация, прогнозирование, модель, пожарная безопасность, инструмент «SmartArt».
M V. Ryzhikh, E.N. Trophimets
FORECASTING OF EMERGENCIES BASED ON THE «DECISION TREE»
The article proposes a model that minimizes the risks of accidents at hazardous production facilities using a "décision tree"; présents a situational process of cause-and-effect relationships of accidents with the release of chemically hazardous substances.
Keywords: emergency situation, forecasting, model, fire safety, tool «SmartArt».
Информация об угрозах: природных; техногенных; биолого-социальных; экологических; транспортной и информационной безопасности, конфликтных угроз; управленческих (информационных) рисков, в том числе по вопросам предупреждения, мониторинга, прогнозирования, сбора, обработки, анализа информации напрямую связана с математикой.
Математическое образование следует рассматривать как важнейшую составляющую в системе фундаментальной подготовки современного специалиста МЧС России. Математический аппарат и компьютерные системы являются мощным средством при моделировании и прогнозировании чрезвычайных ситуаций (ЧС).
В данной работе фокус внимания смещен на метод «дерева решений». На рисунке 1 представлена блок-схема «Дерево отказов и дерево событий». Блок-схема построена с целью прогнозирования последствий чрезвычайных ситуаций, например, аварии с выбросом АХОВ [1, 2]. Будем считать, что данная авария возникла при переливе горючего вещества из подвижного резервуара в стационарный по причине переполнения емкости для хранения топлива и отключения насосов.
Дерево отказов, а именно, левая часть диаграммы, строилась дедуктивно, в отличие от дерева событий, правой части диаграммы, которая строилась от центрального события к возможным сценариям.
Для исследования аварии было принято в рассмотрение 13 сценариев, которые зависели от условий трансформации, истечения, распространения и разрушительного
