CC BY
15
РУСЛОВЫЕ ПЛОТИНЫ КАК ФАКТОР РИСКА ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ НАВОДНЕНИЙ
Н.Д. Разиньков, к.г.н., Центр мониторинга и прогнозирования ЧС Воронежской области,
г. Воронеж
Основная цель всех работ, проводящихся на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений, заключается в том, чтобы исключить возможность аварий [2].
Два примера аварийных ситуаций на реках Воронежской области природно -техногенного генезиса в результате вредного воздействия русловых гидротехнических сооружений на паводковую обстановку в поймах рек:
1) после строительства плотины в Басовой протоке на р. Дон у г. Павловска с 2006 г. значительно стал размываться левый берег Дона во время прохождения половодья. После «срыва» древесно-кустарниковой и травяной растительности с песчаного берега стал дополнительно подвергаться существенной атмосферной эрозии - особенно в 2013 г. во время выпадения аномально большого количества осадков в сентябре в г. Павловске. В сентябре 2013 г. выпало осадков фактически в 2,5 раза больше месячной нормы (122 мм при норме в 50 мм)!;
2) весной 2010 г. на реке Толучеевка в г. Калач русловая плотина шандорного типа оказалась закрытой: шандоры не были демонтированы, дополнительно, в результате поступления в реку мусора и старых деревьев верхняя часть водопропуска также была закрыта. В результате выше плотины по реке Толучеевка прибрежная территория г. Калач была затоплена. Над зимней меженью в этот год уровень воды на гидропосту на реке Подгорная (в г. Калач реки Подгорная и Толучеевка сливаются) составил 629 см, что оказалось выше зимней межени в 2009-2010 гг. на 4 м. В г. Калач в эту весну оказались затопленными 257 частных домовладений с населением 450 человек (из них 57 детей). Плотина р. Толучеевка в г. Калач проектно должна складываться и ложиться на дно нисколько не препятствуя водотоку. Однако механизм укладки плотины был разрушен ещё в начале 1970-х годов. Сама плотина до настоящего времени не числится как в Верхне-Донском управлении Ростехнадзора, так и в департаменте природопользования и экологии Воронежской области, и это русловая плотина!
Приведённые аварийные ситуации на реках фактически не стали следствием гидродинамической аварии, а явились результатом либо неправильных проектных решений, либо строительства в нарушение проекта, либо результатом неправильной эксплуатации ГТС. Об этом можно только рассуждать, так как проектную документацию не представляется возможным исследовать. Следует заметить, что проектная документация на гидротехнические сооружения в регионе в большинстве своём отсутствует, а попытки частично восстановить её часто не выдерживают критики - разработчики исходят из минимизации затрат: топоосновы используются не актуальные, гидрометеорологические исходные
данные прошлого века, геодезическая съёмка не проводится, квалификация разработчиков явно не высокая. Это отмечается в результате многочисленных проверок межведомственными комиссиями, создаваемыми и работающими либо по жалобам населения, либо по поручениям губернатора, либо по решению комиссии правительства Воронежской области по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций и обеспечению пожарной безопасности.
Существующие методические рекомендации по оценке вероятного вреда в результате аварии гидротехнического сооружения [1, 2] лишь опосредовано рассматривают такие ситуации, да и как понимать само понятие «авария ГТС» в данных случаях, ведь буквально, как таковой в обычном понимании аварии на сооружении не происходит. Например, согласно нормативно утверждённых Правил обязательного страхования гражданской ответственности владельца опасного объекта за причинение вреда в результате аварии на опасном объекте (в том числе ГТС) [3] под аварией на ГТС понимается: «... сброс воды из водохранилища, жидких отходов промышленных и сельскохозяйственных организаций, которые возникли при эксплуатации опасного объекта и повлекли причинение вреда потерпевшим». То есть, как такового сброса воды не происходит, а происходит повышение уровней воды в реках сверх обычных природных случаев для реальных обеспеченностей наводнений. Как следствие, увеличение масштабов наводнений, в том числе увеличение размывающих скоростей воды для первого выше приведённого сценария чрезвычайной ситуации.
Такие сценарии не рассматриваются и в вышедшем нормативном документе о декларировании ГТС [4], хотя и дан некоторый срез видового состава, но опять в плане возможных аварий на напорных гидротехнических сооружениях.
Обозначенная проблема, а она действительно возникает при выдаче отрицательных заключений экспертным организациям, производящим расчёты рисков аварий на ГТС, требует нормативного решения.
В профессиональных изданиях по гидротехнике данная проблема обозначена [5], т.е. дан ответ на вопрос: что следует понимать под аварией на гидротехническом сооружении. Под аварией гидросооружения предлагается понимать «неспособность им (т.е. ГТС) выполнять одну или несколько своих функций постоянно или длительно». Поэтому выделяется два вида аварий: гидродинамическая и авария, следствием которой становится «невозможным выполнения заданной функции гидросооружением». Типичными примерами второго вида аварий являются аварии на портовых сооружениях, судоходных шлюзах и т.п.
Первый вид аварий широко изучен, имеются многочисленные методики по расчёту последствий гидродинамических аварий, при этом ущерб имеет характер, прежде всего, прямого, в виде денежного выражения, имеющего место натурального вреда.
Второй вид аварий имеет характер косвенного ущерба, прежде всего, экономических потерь и длящихся экологических негативных последствий. Оценку величины риска следует определять для конкретной опасности, которая и описывается сценарием.
Остановимся на более нетипичном случае - негативное влияние возведённого сооружения на Басовой протоке на р. Дон у г. Павловска. Что это аварийный сценарий не вызывает сомнений, так как негативные последствия очевидны, которые характеризуются как прямыми ущербами -гидродинамический размыв городской береговой черты с жилыми строениями, строениями и сооружениями промышленного объекта и объектами инфраструктуры, так и медленными (экологическими) негативными последствиями - атмосферная эрозия обнажившегося берегового склона в г. Павловске, а также деградация Басовой протоки в виде «цветения» воды летом, наметившиеся признаки заболачивания. Затянувшийся период маловодных половодий в бассейне реки Дон способствует откладыванию решения проблемы.
Основной вред, как представляется, наносится «исчезновением» городской территории с домовладениями. Данный вред в настоящее время реален. 27.02.2015 губернатором Воронежской области поручено районной администрации провести подготовительную работу по переселению жителей из аварийного места.
Анализ особенностей динамики речного потока и руслового процесса непосредственно в пределах урбанизированной территории позволяет выделить из широкого спектра факторов вредного воздействия вод лишь те, которые существенно изменяют динамику речного потока и ход руслового процесса, не рассматривая факторов, отражающихся только на качестве воды и общем санитарном состоянии водотока. В связи с этим в поле рассмотрения остаются факторы, непосредственно влияющие на гидравлические и морфометрические характеристики потока и русла:
1) факторы, изменяющие сток воды;
2) факторы, изменяющие сток наносов;
3) факторы, изменяющие геометрию речного русла.
В естественных (природных) условиях эти факторы действуют как взаимозависимые, в условиях урбанизации, а также в условиях появления русловых гидротехнических сооружений каждый фактор может действовать индивидуально, независимо от других. В зависимости от характера изменения действующих факторов (по величине и по времени) масштаб влияния их на водоток различен и будет проявляться на различных структурных уровнях руслового процесса.
Неточность в вычислении интенсивности размыва берегов связана с тем, что разрушение берегов представляет собой многофакторное явление. Оно заключается во взаимодействии двух главных процессов: обрушении масс материала, слагающего берега и удалении этого материала от подножья берегового склона. Первый из этих процессов определяется физическими характеристиками грунтов: механическим составом (глины, суглинки или пески), связностью, объёмным весом, способностью насыщения влагой, углом внутреннего трения в сухом и влагонасыщенном состоянии. При повышении уровня воды в реке происходит периодическое насыщение грунта водой в результате фильтрации со стороны реки и намокание при повышении уровня грунтовых вод, как результат капиллярного поднятия; вес грунта увеличивается,
меняется сцепление и угол внутреннего трения. В результате нарушается оптимальное соотношение физических свойств грунта и угла наклона берегового склона, и он начинает смещение. Со снижением уровня этот процесс продолжается, так как вес блоков на воздухе ещё более увеличивается. Кроме того, воды, прежде насыщавшие грунт откоса, вытекают в его основании или по какому-либо водоупору и производят суффозионную работу (кстати, что и происходит в г. Павловске). При высыхании откоса образуется система трещин, разделяющих толщу откоса на отдельные блоки, что также способствует разрушению берега.
Теоретически рассчитать достоверную скорость размыва (эрозии) берегов, очевидно, невозможно. Осреднённые скорости размыва берегов рассчитываются с использованием эмпирических, часто региональных, зависимостей. Например, выведена формула для рек средней европейской части России [6]:
Cb = 10,6I0,57Qmax0,47,
где, Cb - скорость размыва пойменных берегов;
I - уклон реки;
-5
Qmax - средний максимальный расход, м/с.
Таким образом, при средних максимальных расходах берег г. Павловска может отступать до 2,6 м - определено по среднему значению максимального расхода Дона в районе города Лиски.
Оценку риска аварийной ситуации при этом возможно производить, используя детерминистические подходы [7]. Вероятность события будет определяться задаваемой обеспеченностью расхода половодья в Дону при соответствующем расчётном расходе, а ущерб - потерей земельных участков и строений при соответствующей утрате территории.
Список использованной литературы
1. РД 03-521-02 (Приказ Ростехнадзора от 31.07.2009 № 667). Порядок определения размера вреда, который может быть причинён жизни, здоровью физических лиц, имуществу физических и юридических лиц в результате аварии гидротехнического сооружения.
2. Методические рекомендации по оценке риска аварий на гидротехнических сооружениях водного хозяйства и промышленности. 2-е издание, переработанное и дополненное. М.: «ДАР/ВОДГЕО», 2009. - 64 с.
3. Постановление Правительства РФ от 03.11.2011 №916 «Об утверждении Правил обязательного страхования гражданской ответственности владельца опасного объекта за причинение вреда в результате аварии на опасном объекте».
4. Приказ Ростехнадзора от 03.11.2011 № 625 «Об утверждении дополнительных требований к содержанию деклараций безопасности гидротехнических сооружений и методики их составления, учитывающих особенности декларирования безопасности гидротехнических сооружений различных видов в зависимости от их назначения, класса, конструкции, условий эксплуатации и специальных требований к безопасности».
5. Пупышев Н.Н. Оценка технического состояния эксплуатируемых
судоходных гидротехнических сооружений // Гидротехника, 2011. № 4 (25). -С. 46-48.
6. Беркович К.М. Русловые процессы на реках в сфере влияния водохранилищ. М.: Географический факультет МГУ 2012. - 163 с.
7. РД 03-418-01 (Утв. постановлением Ростехнадзора от 10.07.2001 № 30). Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов.
