Частота аварій для різних типів гребель - студопедія

Природа виникнення і класифікація факторів надзвичайної ситуації

Затоплення прибережних територій, з розташованими на них населеними пунктами, господарськими об'єктами, може наступити в результаті антропогенних причин: руйнування гідротехнічних споруд або несанкціонованих дій людини при експлуатації цих споруд (гребель; дамб; перемичок, розташованих вище за течією річки, або системи іригаційних споруд в зрошуваних районах).

Особливо великі втрати населенню і значної шкоди народному господарству може бути заподіяна під час каскадному розташуванні гідровузлів, так як в результаті руйнування вишележащего гідровузла утворюється хвиля буде призводити до руйнування гребель гідровузлів, розташованих нижче за течією річки.

Прорив гідротехнічних споруд може статися через вплив сил природи (землетрусу, урагану, обвалу, зсуву тощо), конструктивних дефектів, порушення правил експлуатації, впливу паводків, руйнування основи греблі і т.д. а у воєнний час - як результат впливу по ним засобів ураження.

Однак, як правило, такі повені виникають через несвоєчасне спорожнення малих водосховищ, неготовність водоприймачів, захаращення русел, особливо у мостових переходів. З 300 аварій гребель в різних країнах за період з 1902 р по 1977 р в 35% випадків причиною аварії було перевищення розрахункового максимального скидного витрати, тобто перелив води через гребінь дамби. Утворюється при цьому хвиля має велику висоту і швидкість руху. Для рівнинних районів швидкість такої хвилі коливається в межах 3..25 км / год, а для гірських і передгірних районів досягає величини порядку 100 км / ч.

Цей тип повеней близький за своїм характером до повеней, викликаних виходом річок із своїх берегів через тривалі і сильні дощі (паводків). Відмінності полягають в більшій швидкості поширення повені, а отже більш стислі терміни затоплення територій і раптовості, що тягне за собою руйнування мостів, доріг, будівель, а також загибель людей і худоби.

Греблі та дамби є гідротехнічними спорудами напірного фронту, що створюють різницю рівнів води.

Залежно від часу спорожнення водосховищ розрізняють два види річкового стоку: хвилю попуску (утворюється при повільному спорожнення водосховища) і хвилю прориву (утворюється при швидкому або миттєвому спорожнення водосховища).

Гідротехнічні споруди напірного фронту є гидродинамически небезпечними об'єктами (МГО).

При прориві МГО утворюється проран, через який відбувається виливши води з верхнього б'єфу в нижній і освіту хвилі прориву. Хвиля прориву - основний вражаючий фактор цього виду аварій. Вплив хвилі прориву на об'єкти подібно впливу повітряної ударної хвилі вибуху, але відрізняється від нього тим, що чинним тілом в цьому випадку є вода.

Хвиля прориву (попуски) по своїй фізичній суті являє собою несталий рух потоку води, який в своєму русі вздовж русла річки безперервно змінює висоту, швидкість руху, ширину та інші параметри (див. Рис). Вона має фази підйому рівня води і подальшого спаду рівня. Фаза інтенсивного підйому рівня води називається фронтом хвилі прориву. Фронт хвилі прориву може бути крутим при переміщенні хвилі прориву по ділянках русла, близьким до зруйнованого МГО, і щодо пологим - на значній відстані від нього.

Слідом за фронтом хвилі прориву висота її починає інтенсивно зростати, досягаючи через деякий проміжок часу максимуму, званого гребенем хвилі прориву, який рухається, як правило, повільніше її фронту. В результаті підйому хвилі відбувається затоплення заплави і прибережних ділянок місцевості.

Площа і глибина затоплення залежать від параметрів хвилі прориву і топографічних умов місцевості. Після припинення підйому настає більш-менш тривалий період руху потоку, близький до сталого. Цей період тим довший, чим більший об'єм водосховища. Останньою фазою утворення зони затоплення є спад рівнів води. Хвіст хвилі (кінець хвилі) рухається ще повільніше, ніж її гребінь.

Внаслідок відмінності швидкостей трьох характерних точок (фронту, гребеня і хвоста) хвиля поступово «розпластується» по довжині річки, зменшуючи свою висоту і збільшуючи тривалість проходження в черговому створі.

Після проходження хвилі прориву русло річки зазвичай сильно деформується внаслідок великої швидкості течії води в хвилі прориву.

Руйнівна дія хвилі прориву є результатом різкої зміни рівня води в нижньому і верхньому б'єфах при руйнуванні напірного фронту і освіти потоку, що переміщається з великою швидкістю, зміни під його впливом міцності грунту.

Основні оціночні параметри хвилі прориву (попуски):

· Максимальна в даному створі висота хвилі Нв і глибина потоку Н = Нв + hб (hб - глибина річки до проходження хвилі або побутова глибина);

· Швидкість руху СФР. Сгр. СХВ і часи добігання tфр. tгр. tхв характерних точок хвилі прориву до різних створів, розташованих нижче гідровузла;

· Тривалість проходження хвилі Тв в виділених створах, що дорівнює сумі часу підйому Тпод і спаду Тсп рівня води в них;

· Середні Vср і поверхневі Vпов швидкості течії в різних створах;

· Найбільша ширина В затоплення річкової долини.

Масштаби надзвичайних ситуацій при аварії на МГО, що супроводжуються утворенням хвилі прориву, залежать від типу і класу гідротехнічної споруди напірного фронту, від виду аварії (головним чином від розмірів прорана), від параметрів водосховища і греблі (дамби), від характеристик русла в нижньому б'єфі, а також від топографічних і гідрографічних умов місцевості, що піддається затопленню. Тому прогнозування можливого масштабу такої надзвичайної ситуації повинне здійснюватися ще на стадії проектування МГО.

Так, наприклад, від прориву греблі Антраціткой ГЕС на річці Шексне (Вологодська область) можливе утворення трьох зон катастрофічного затоплення із загальною площею 0,5 тис. Кв. км, в які потрапляють одне місто (Череповець - частково), одне селище міського типу (Шексна - частково), один сільський населений пункт з проживають в них населенням загальною чисельністю 3,6 тис. осіб.

Надзвичайні ситуації, що виникають в результаті руйнування споруд напірного фронту і характеризуються основним вражаючим фактором - хвилею прориву і, відповідно, катастрофічним затопленням місцевості, нерідко супроводжуються вторинними вражаючими чинниками:

· Пожежами - внаслідок обривів і короткого замикання електричних кабелів і проводів;

· Зсувами, обвалами - внаслідок розмиву грунту;

· Інфекційними захворюваннями - внаслідок забруднення питної води, продуктів харчування та ін.

Причини аварій, що супроводжуються проривом гідротехнічних споруд напірного фронту і утворенням хвилі прориву, можуть бути різні, як говорилося вище, але частіше за все такі аварії відбуваються через руйнування основи споруди та недостатності водоскидів. Процентне співвідношення різних їх причин наведено в таблиці.

Частота різних причин аварій гідротехнічних споруд, що супроводжуються утворенням хвилі прориву

Основною причиною прориву природних гребель, утворених при утворенні загат в річковому руслі обрушилися масами гірських порід (при землетрусах, обвалах, зсувах), або масами льоду (при русі льодовиків), є їх перелив через гребінь такої греблі і розмив її заснування.

Стійкість і міцність гідротехнічних споруд напірного фронту задається за максимальними розрахунковим значенням рівня води, швидкості вітру, висоти хвилі, що визначаються відповідно до СНиП 2.01.14-88 [3].

Всі основні причини руйнувань і аварій гребель можна класифікувати, розділивши на чотири групи:

1. Недостатня міцність (або стійкість споруд, підстав і берегів на зрушення), а також великі деформації - опади, зміщення, пучения, незворотні деформації.

2. Тривала дія поверхневого і фільтраційного потоків, що викликають механічну суфозія, ерозію матеріалів споруд і підстав; старіння матеріалу споруди, погіршення його властивостей, вивітрювання порід, засмічення дренажів.

3. Порушення нормального функціонування споруд гідровузлів при відмові затворів або засмічення водопропускних отворів плаваючими предметами, донними наносами і ін.

4. Екстраординарні впливу типу землетрусу, вибуху, різних природних катастроф, а також при перевантаженнях, викликаних аваріями на гидроузлах, розташованих вище за течією.

Основна причина аварій - перелив води через гребінь дамби, який може бути викликаний недостатньою пропускною спроможністю або несправністю водозливів, проривом вишерасположенной греблі, неправильної її експлуатацією, льодовими навантаженнями, які спостерігаються під час льодоходу та ін [6].