Причинами аварий, сопровождающихся прорывом гидротехнических сооружений напорного фронта и затоплением прибрежных территорий, чаще всего бывают:
- разрушение основания сооружений и недостаточность водосбросов;
- воздействие сил природы (землетрясения, урагана, обвала, оползня);
- конструктивные дефекты, нарушение правил эксплуатации и воздействие паводков
Из 300 аварий плотин (сопровождавшихся их прорывом) в различных странах за 175 лет в 35% случаев причиной аварии было превышение расчетного максимального сбросного расхода (перелив воды через гребень плотины).
ПОРАЖАЮЩИХ ФАКТОРОВ при гидродинамических авариях несколько. Кроме поражающих факторов, характерных для других наводнений (утопление, переохлаждение), при авариях на гидродинамически опасных объектах поражение наносится главным образом в результате действия волны прорыва. Эта волна образуется в нижнем бьефе в результате стремительного падения воды из верхнего бьефа.
Поражающее действие волны прорыва проявляется в виде непосредственного ударного воздействия на людей и сооружения массы воды, движущейся с большой скоростью, и перемещаемых ею обломков разрушенных зданий и сооружений, других предметов.
Волной прорыва может быть разрушено большое количество зданий и других сооружений. Степень разрушения будет зависеть от их прочности, а также от высоты и скорости движения волны.
При катастрофическом затоплении угрозу жизни и здоровью людей, помимо воздействия волны прорыва, представляют пребывание в холодной воде, нервно-психическое перенапряжение, а также затопление (разрушение) систем, обеспечивающих жизнедеятельность населения.
Последствия такого затопления могут быть усугублены авариями на потенциально опасных объектах, попадающих в его зону. В зонах катастрофического затопления могут разрушаться (размываться) системы водоснабжения, канализации, сливных коммуникаций, места сбора мусора и прочих отбросов. В результате нечистоты, мусор и отбросы загрязняют зоны затопления и распространяются вниз по течению. Возрастает опасность возникновения и распространения инфекционных заболеваний. Этому способствует также скопление населения на ограниченной территории при значительном ухудшении материально-бытовых условий жизни.
ПОСЛЕДСТВИЯ АВАРИЙ на гидродинамически опасных объектах могут быть труднопредсказуемы. Располагаясь, как правило, в черте или выше по течению крупных населенных пунктов и являясь объектами повышенного риска, при разрушении они могут привести к катастрофическому затоплению обширных территорий, значительного количества городов и сел, объектов экономики, к массовой гибели людей, длительному прекращению судоходства, сельскохозяйственного и рыбопромыслового производств.
Потери населения, находящегося в зоне действия волны прорыва, могут достигать ночью 90%, а днем — 60%. Из общей численности пострадавших количество погибших может составлять ночью 75%, днем — 40%.
Наибольшую опасность представляют разрушения гидротехнических сооружений напорного фронта — плотин и дамб крупных водохранилищ. При их разрушении происходит быстрое (катастрофическое) затопление больших территорий и уничтожение значительных материальных ценностей.
Примеры
1. В июне 1993 г. произошли прорыв плотины Киселёвского водохранилища на р. Какве и сильное наводнение в г. Серове Свердловской области. Чрезвычайная ситуация возникла вследствие катастрофического паводка, образовавшегося в результате сильных дождей в заключительной фазе весеннего половодья.С резким подъемом воды в р. Какве произошло затопление 60 км2 в ее пойме, жилых массивов г. Серова и девяти других населенных пунктов. От наводнения пострадали 6,5 тыс. человек, из них 12 погибли. В зону затопления попали 1772 дома, из них 1250 стали непригодными для жилья. Пострадали многие промышленные и сельскохозяйственные объекты.
2. Плотина Сент-Франсис в Калифорнии навсегда вошла в аналоги инженерной геологии как трагический пример человеческой беспечности. Она была построена в 70 км от Лос-Анджелеса с целью накопления воды для последующего ее распределения по водопроводу Лос-Анджелеса.
Заполнять водохранилище начали в 1927 г., но вода достигла максимального уровня лишь 5 марта 1928 г. К тому времени просачивание воды через плотину уже вызывало беспокойство у местных жителей, но необходимых мер принято не было. Наконец, 12 марта 1928 г. вода прорвалась через толщу грунта, и под ее напором плотина рухнула. Это было страшное зрелище. Вода промчалась по каньону как стена высотой около 40 м. Через 5 минут она снесла электростанцию, находившуюся в 25 км вниз по течению. Все живое, все постройки были уничтожены. Затем вода устремилась в долину. Здесь ее высота уменьшилась, а разрушительная сила несколько ослабела, но осталась достаточно опасной. Немногим в верхней части долины удалось остаться в живых. Это были люди, случайно спасшиеся на деревьях или на плывущих в потоке обломках.
К тому времени, когда наводнение достигло прибрежной равнины, оно представляло собой грязную волну шириной 3 км, катившуюся со скоростью быстро идущего человека. Позади волны долина была затоплена на 80 км. Во время этого наводнения погибло более 600 человек.
3. 09.10.1963 года такая беда произошла на плотине Вайонт в Италии. В небольшое водохранилище, имеющее объем всего 0,169 км3, обрушился массив гор с объемом 0,24 км3, что ознаменовалось переливом более чем 50 миллионов м3 воды через плотину. Получился вал воды высотой 90 метров. Он всего за 15 минут уничтожил несколько небольших населенных пунктов и две тысячи человек. А все произошло из-за поднятия горизонта местных грунтовых вод, причиной чего стало строительство плотины.
4. 07.08.1994 года в Башкирии, в Белорецком районе, прорвало плотину Тирлянского водохранилища. Произошел нештатный сброс воды – 8,6 миллионов м3. Затопило четыре небольших населенных пункта, было полностью разрушено 85 хороших жилых домов, частично – 200. Погибло 29 человек, без крова осталось 786.
5. 18.08.2002 года из-за сильнейшего наводнения на реке Эльбе в районе города Виттенберга, Германия, разрушилось семь защитных дамб. Громадное количество воды хлынуло на город, эвакуировали в срочном порядке 40 000 человек, 19 – погибло, 26 – пропало.
6. 11.03.2005 года на юго-западе Пакистана, провинция Белуджистан, шли мощные ливни. Из-за них произошел прорыв плотины ГЭС длиной 150 метров у города Пасни. Затопило несколько деревень, 135 человек погибло. 05.10.2007 года в провинции Вьетнама Тханьхоа на реке Чу произошел резкий подъем водного уровня, была прорвана плотина строящейся ГЭС “Кыадат”. Пять тысяч домов оказались в зоне затопления, погибло 35 человек. Это самые известные гидродинамические аварии, примеры, известные всем.
7. Трагедия на Саяно-Шушенской ГЭС К сожалению, в нашей стране не так давно произошла очень крупная катастрофа. Гидродинамические аварии в России не закончились Башкирией. 17.08.2009 года произошла крупнейшая в мире авария на Саяно-Шушенской ГЭС. Она должна была закрыть серию аварий, произошедших на гидроэлектростанциях, когда роторы агрегатов выходят из своих шахт. Поверхностное, предвзятое расследование этой катастрофы не дает гарантий на этот счет. Ведь для установления причин того, что случилось с гидрогенератором, недостаточно определить, почему и каким способом разрушались шпильки крепления железной крышки его турбины. Нужно найти причины выхода ротора агрегата из своей шахты. И почему так неожиданно произошло переполнение и затопление объема машинного зала и других нижележащих станционных помещений, что привело к гибели персонала. Все едины только в том, что агрегат выталкивало давление воды, при котором он работал тем утром. Когда гидроагрегат входил в зону, не рекомендованную к работе, случился обрыв шпилек самой крышки турбины. Дальше вода начала свое воздействие на ротор с крышкой турбины и крестовиной, они начали движение вверх. То есть агрегат не мог быть выдавлен под воздействием давления воды. Заключение специалистов не согласуется с физическими законами. Результаты расчетов подтверждают, что второй гидроагрегат выходил самостоятельно из шахты, когда рабочее колесо вращалось не в турбинном режиме, а в моторном, в режиме винта гребного.