Под гидродинамической аварией понимают происшествие, которое связано с выходом из строя или разрушением гидротехнического сооружения и отдельных его частей, с последующим неуправляемым переносом огромных масс воды, создающим угрозу возникновения техногенной чрезвычайной ситуации.
Что может привести к разрушению гидротехнического сооружения?
Как вы знаете, такие сооружения подвергаются воздействию большого числа различного вида нагрузок. Это и давление водного потока, колебания температуры воздуха и, как следствие, колебания температуры воды, заиление дна.
Все это может привести к разрушению объекта и затоплению водой прилегающей территории. Немаловажным фактором, влияющим на вероятность разрушения, является и процесс выветривания, в результате которого происходит коррозия металлических и гниение деревянных конструкций, выщелачивание бетона, т.е. происходит постепенное растворение и вымывание компонентов цемента из бетонной конструкции, что приводит к ее постепенному ослаблению и дальнейшему разрушению.
Разрушение гидротехнических сооружений может возникнуть в результате землетрясений, во время военных действий или в результате террористического акта, а также из-за дефектов в конструкции и ошибок при проектировании.
Вы видите таблицу, представляющую распределение причин аварии по их частоте.
Как видно из нее, наибольший процент приходится на разрушение основания гидротехнического сооружения (вспомните аварию на плотине Сент-Френсис, в результате которой погибло около 600 человек).
Второй наиболее популярной причиной аварий, является недостаточность водосбросов (иными словами, в некоторых случаях может произойти перелив воды через гребень плотины).
В нашей стране действует Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений», в котором установлены правовые нормы, регламентирующие безопасность эксплуатации гидротехнических сооружений. Согласно этому закону, все гидротехнические сооружения делятся на две категории.
К первой относятся те сооружения, аварии на которых не способны вызвать чрезвычайную ситуацию техногенного характера.
Ко второй — сооружения, при повреждении которых возможно возникновение чрезвычайной ситуации. Сюда относят сооружения напорного фронта, т.е. те, которые создают разницу уровней воды. Напорный фронт на плотинах, шлюзах, дамбах и водосбросах позволяет удерживать огромную массу воды в чаше водохранилищ.
Разрушение какой-либо из этих конструкций сопровождается интенсивным сливом воды в нижний бьеф, в результате чего происходит разрушение плотины. При этом происходит катастрофическое затопление прилегающей к руслу территории.
Под катастрофическим затоплением понимают зону затопления, в пределах которой происходит массовая гибель людей, животных и сельскохозяйственных растений, а также значительно повреждаются или полностью уничтожаются здания и другие сооружения.
Не стоит путать такое затопление с затоплением паводковыми водами. Ведь в случае паводка, вода прибывает относительно медленно. При разрушении же гидротехнического сооружения скорость прорыва воды составляет от 3 до 25 километров в час, а в горных и предгорных районах она может достигать и 100 километров в час.
Самым распространенной гидродинамической аварией является прорыв плотины.
Прорыв плотины — это начальная фаза гидродинамической аварии. При этом образуется так называемый проран, через который и происходит неуправляемый сброс огромной массы воды из верхнего бьефа водохранилища в нижний.
Проран — это промоина, отверстие или узкий проток в плотине, дамбе, прорванной водным потоком.
Волна, образующаяся во фронте потока воды, устремляющегося в проран, и имеющая в большинстве случаев значительную высоту гребня (от двух до двенадцати метров), большую скорость распространения (от трех до двадцати пяти километров в час и выше) и обладающая большой разрушительной силой, называется волной прорыва.
Ее высота и скорость распространения зависят от многих факторов. К ним относятся размер прорана, разница уровней воды между верхним и нижним бьефом, а также гидрологические и топографические особенности местности. При этом возможные потери населения от волны прорыва могут достигать до 90% в ночные часы, и до 60% — в дневное время.
В зависимости от масштабов затопления местности и его последствий различают:
· катастрофическое затопление (о нем мы говорили ранее);
·
· прорывной паводок (паводок, возникающий при прорывах гидротехнических сооружений);
·
· затопление, повлекшее смыв плодородных почв или отложение наносов на обширных территориях.
§
В зависимости от последствий воздействия водного потока, образующегося при аварии на гидротехнических сооружениях, выделяют четыре зоны катастрофического затопления.
Самая первая зона катастрофического затопления вплотную примыкает к гидротехническому сооружению и распространяется на расстояние от 6 до 12 километров от него. В случае аварии на этом участке образуются волны, высотой несколько метров, а скорость течения воды может достигать 10 метров в секунду.
Вторая зона (ее еще называют зоной быстрого течения, так как скорость потока воды в ней составляет около пяти метров в секунду) имеет протяженность от 15 до 25 километров.
Третья зона — это зона среднего течения, распространяющаяся на расстояние от 30 до 50 километров. Скорость потока воды в ней составляет около 3-х метров в секунду или 10-15 километров в час.
И последняя, четвертая, зона, протяженностью от 35 до 70 километров (в зависимости от рельефа местности), называется зоной слабого течения. В ней скорость водного потока составляет всего 6 — 10 километров в час.
В зоне катастрофического затопления, как правило, происходит массовая гибель людей, животных, происходит разрушение зданий и сооружений, уничтожение других материальных ценностей. Поэтому эти зоны просчитываются заранее, еще на стадии проектирования гидротехнических объектов. Информация об этих зонах в обязательном порядке должна доводиться до населения, которое работает и проживает в пределах этой территории.
К катастрофическим затоплениям местности может привести и разрушение естественных плотин. Сюда относятся прорывные сели, прорывы как обычных так и моренных озёр, подпружиненных ледников.
Ученые постоянно занимаются прогнозированием времени прорыва. Оно основано на наблюдении за подъемом уровня воды до 80 — 85% высоты перемычки водохранилища. При этом учитываются прогнозы погоды, которые делают ближайшие к водохранилищу метеостанции.
Для гидроузлов и крупных плотин составляются специальные прогнозные карты, в которых указываются возможные зоны затопления при поступлении различных объёмов воды.
Эти документы находятся как в органах управления гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций, так и в ведомствах и их службах на местах, которые возводят и эксплуатируют гидротехнические сооружения.
Однако невозможно рассчитать и предугадать все. Примером может служить трагедия, случившаяся в 1963 году на плотине Вайонт, расположенной рядом с горой Монте Ток на севере Италии.
Катастрофа, произошедшая здесь, является ярким примером того, как сочетание множества малозаметных природных факторов и ошибок людей может привести к катастрофе со страшным исходом.
В этой гористой местности не редко случались небольшие землетрясения и оползни. Но компания, возводившая плотину, решила, что серьезных проблем не должно возникнуть, и большой опасности возникновения оползней нет.
Однако, лето 1963 года выдалось необычайно дождливым и к осени того же года вода с неба вызвала никем непредвиденные последствия — случился оползень. И не просто оползень — в воду сползла часть горы Монте Ток объемом 260 миллионов кубических метров, двигающаяся со скоростью около 100 километров в час. Такое огромное количество горных пород заполнила чашу водохранилища, и колоссальный объем воды (более 50 миллионов кубометров) буквально «выплеснулся» из плотины с высоты четырехсот метров. Водяной вал, высотой 90 метров, прошелся по нижележащей территории со скоростью 8 — 12 метров в секунду.
Первыми были разрушены селения Сан-Мартино и Кассо, а затем, одно за другим, еще пять — Ривальту, Пираджо, Вилланову, Лонгароне и Фаз. В течении всего лишь пятнадцати минут, в бушующем потоке грязи, камней и воды, по различным данным, погибло от тысячи девятисот до трех тысяч человек.
Однако удивительным стало то, что в результате такой масштабной катастрофы, плотина осталась стоять, хоть ей и пришлось выдержать нагрузку, в несколько раз превышающую расчетную. Вода размыла лишь около метра бетона верхнего гребня плотины.
Итоги урока:
· Причинами гидродинамических аварий могут служить как действие сил природы, так и воздействие человека.
· К природным причинам относятся: сейсмическая активность местности, ураганы, оползни, обвалы и паводки.
· К причинам, связанным с деятельностью человека, — ошибки при проектировании и нарушение правил эксплуатации гидротехнических сооружений, конструктивные дефекты конструкций, недостаточный водосброс и перелив воды через плотину. Сюда же можно отнести военные действия и террористические акты.
· Последствия аварий на гидротехнических сооружениях трудно предсказуемы и зачастую носят катастрофический характер.
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. 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.
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». В зоне затопления оказалось около 5 тыс. домов, 35 человек погибли.