Опасные ситуации техногенного характера и защита от них: учебное пособие

Как правило, искусственные и естественные плотины имеют водостоки: для искусственных плотин – направленные, для естественных – случайно образованные (стихийные).

Существует несколько классификаций гидротехнических сооружений.

По месту расположения ГТС делятся:

• на наземные (прудовые, речные, озерные, морские);

• подземные трубопроводы, туннели.

По характеру и цели использования выделяются следующие виды ГТС:

• водно-энергетические;

• для водоснабжения;

• мелиоративные;

• канализационные;

• водно-транспортные;

• декоративные;

• лесоплавильные;

• спортивные;

• рыбохозяйственные.

По функциональному назначению ГТС классифицируются следующим образом:

• водоподпорные сооружения, создающие напор или разность уровней воды перед сооружением и за ним (плотины, дамбы);

• водопроводящие сооружения (водоводы), служащие для переброски воды в заданные пункты (каналы, туннели, лотки, трубопроводы, шлюзы, акведуки);

• регуляционные (выправителъные) сооружения, предназначенные для улучшения условий протекания водотоков и защиты русел и берегов рек (щиты, дамбы, полузапруды, берегоукрепительные, ледонаправляющие сооружения);

• водосбросные сооружения, служащие для пропуска излишков воды из водохранилищ, каналов, напорных бассейнов, которые позволяют частично или полностью опорожнять водоемы.

В особую группу выделяют специальные гидротехнические сооружения:

• ГТС для использования водной энергии – здания ГЭС и напорные бассейны;

• ГТС для водного транспорта – судоходные шлюзы, бревноспуски;

• мелиоративные ГТС – магистральные и распределительные каналы, шлюзы, регуляторы;

• рыбохозяйственные ГТС – рыбоходы, рыбоводные пруды;

• комплексные ГТС (гидроузлы) – ГТС, объединенные общей сетью плотины, каналы, шлюзы, энергоустановки и т. д.

Классы гидротехнических сооружений

Гидротехнические сооружения напорного фронта в зависимости от возможных последствий их разрушения подразделяются на классы: гидроэлектростанции мощностью 1,5 млн кВт и более относится к I классу, а меньшей мощности – ко II–IV. Мелиоративные сооружения с площадью орошения и осушения свыше 300 тыс. га относятся к I классу, а с площадью 50 тыс. га и менее – к II–IV.

Класс основных постоянных сооружений напорного фронта зависит еще от их высоты и типа грунтов основания (табл. 16).

Таблица 16

Классы основных постоянных гидротехнических сооружений напорного фронта в зависимости от их высоты и типа грунтов основания

9.2. Гидродинамические аварии

Гидродинамические аварии их причины

Гидродинамическая авария — происшествие, связанное с выходом из строя (разрушением) гидротехнического сооружения или его частей и последующим неуправляемым перемещением больших масс воды.

На ГТС постоянно воздействуют водный поток, колебание температуры, льды, наносы, статические и гидродинамические нагрузки, происходит истирание поверхности, коррозия металлов, выщелачивание бетона, гниение древесных конструкций (или их истачивание живыми организмами). Поэтому со временем растет вероятность разрушения того или иного сооружения и затопления водой прилегающей территории. Причем опасны не только прорывы плотин на больших водохранилищах – опасен прорыв задвижки в сельском пруду, разрыв водотока на территории города, предприятия.

Причинами гидродинамических аварий являются:

• результаты действия сил природы (землетрясения, ураганы, наводнения);

• износ и старение оборудования;

• воздействие человека (терроризм, нанесение ударов ядерным или обычным оружием по ГТС, крупным естественным плотинам);

• ошибки проектирования;

• некачественное выполнение строительных работ.

• размывы и перемещения больших масс грунта;

• перемещения с большими скоростями обломков разрушенных зданий и сооружений (таранное воздействие).

Прорыв плотины — начальная фаза гидродинамической аварии, то есть процесса образования прорана и неуправляемого потока воды водохранилища из верхнего бьефа, устремляющегося через проран в нижний бьеф. Основным последствием прорыва плотины является затопление местности. В зависимости от его масштабов и последствий различают:

• катастрофическое затопление;

• прорывной паводок;

• затопление, повлекшее смыв плодородной почвы или отложение наносов на обширных территориях.

Проран — узкий проток в теле (насыпи) плотины, косе, отмели, в дельте реки или определенный участок реки, возникший в результате разлива излучины в половодье. В проран устремляется волна прорыва.

Волна прорыва — волна, образующаяся во фронте устремляющегося в проран потока воды, имеющая, как правило, значительную высоту гребня и скорость движения и обладающая большой разрушительной силой таранного действия (с водой перемещаются также камни, доски, бревна, различные конструкции и проч.).

Высота и скорость волны прорыва зависят от гидрологических и топографических условий реки. Например, в равнинных районах скорость волны прорыва колеблется от 3 до 25 км/ч, в горных и предгорных местах она может достигать 100 км/ч. Высота волны прорыва изменяется от 2 до 12 м. Лесистые участки замедляют скорость и уменьшают высоту волны.

За последние 70 лет произошло более тысячи аварий на крупных гидротехнических сооружениях, в основном – из-за разрушения основания плотин (40%). Другими распространенными причинами аварий являются превышение расчетного сбросового расхода, т. е. перелив воды через гребень плотины (23%), слабость конструкции (12%) и неравномерные осадки (10%).