Описание рассматриваемой чрезвычайной ситуации

Аварии на гидротехнических сооружениях многообразны. Наиболее опасные из них — гидродинамические аварии. Гидродинамическая авария — это авария на гидротехническом сооружении связанная с распространением с большой скоростью воды и создающая угрозу возникновения техногенной чрезвычайной ситуации (ГОСТ Р22.05-94). К основным гидротехническим сооружениям, разруше­ние (прорыв) которых приводит к гидродинамическим авариям, относятся пло­тины и шлюзы.

Плотины — это гидротехнические сооружения (искусственные плотины) или природные образования (естественные плотины), создающие разницу уровней по руслу реки. Искусственные плотины представляют собой гидротехнические соору­жения, созданные человеком для своих нужд и включающие плотины гидроэлек­тростанций, водозаборов в ирригационные системы, дамбы, перемычки, запруды и др. Естественные плотины возникают в результате действия сил природы, например, в результате оползней, селей, лавин, обвалов, землетрясений. Перед пло­тиной вверх по водотоку накапливается вода и образуется искусственное или есте­ственное водохранилище.

Участок реки между двумя соседними плотинами на реке или участок канала между двумя шлюзами называется бьефом. Верхним бьефом плотины является часть реки выше подпорного сооружения (плотины, шлюза), а часть реки ниже подпор­ного сооружения называется нижним бьефом.

Водохранилища могут быть долговременными или кратковременными. Долго­временным искусственным водохранилищем является, например, водохранили­ще верхнего бьефа плотины гидроэлектростанции, оросительной системы. Долго­временное естественное водохранилище может образоваться в результате пере­крытия реки после обвала твердых скальных пород. Кратковременные искусствен­ные плотины создаются для временного изменения направления течения реки при строительстве гидроэлектростанций (ГЭС) или других гидротехнических сооружений. Кратковремен­ные естественные плотины возникают в результате перекрытия реки рыхлым грун­том, снегом или льдом.

Прорыв плотины является начальной фазой гидродинамической аварии и представляет собой процесс образования прорана и неуправляемого потока воды водохранилища из верхнего бьефа через проран в нижний бьеф. Проран — узкий проток в теле (насыпи) плотины, косе, отмели или спрямленный участок реки, образовавшийся в результате размыва излучины в половодье.

В результате прорыва плотины возникает волна прорыва, образующаяся во фронте устремляющегося в проран потока воды, имеющая, как правило, значительные высоту гребня и скорость движения и обладающая большой разрушитель­ной силой. Высота волны прорыва и скорость ее распространения зависят от раз­мера прорана, разницы уровней воды в верхнем и нижнем бьефе, гидрологических и топографических условий русла реки и ее поймы. Скорость продвижения волны прорыва колеблется в пределах от 3 до 25 км/ч (для горных и предгорных районов — порядка 100 км/ч). Высота волны прорыва находится в диапазоне от 2 до 12 м, а иногда и более.

Основным следствием прорыва плотины при гидродинамических авариях является катастрофическое затопление местности.

Катастрофическое затопление — это гидродинамическое бедствие, являюще­еся результатом разрушения искусственной или естественной плотины и заключа­ющееся в стремительном затоплении волной прорыва нижерасположенной мест­ности и возникновении наводнения. Потенциальное катастрофическое затопление характеризуется следующими параметрами:

- максимально возможными высотой и скоростью волны прорыва;

- расчетным временем прихода гребня и фронта волны прорыва в соответствующий створ;

- границами зоны возможного затопления;

- максимальной глубиной затопления конкретного участка местности;

- длительностью затопления территории.

Затопление, вызванное прорывом плотины, распространяется вначале со скоростью волны прорыва и приводит через некоторое время после него к затопле­нию обширных территорий слоем воды от 0,5 до 10 м и более. Образуются зоны затопления. Зоной возможного затопления при разрушении гидротехнических сооружений называется часть прилегающей к реке (озеру, водохранилищу) местности, затопляемой в этом случае водой. В зависимости от последствий воздействия гидропотока, образующегося при разрушении гидротехнических сооружений, на территории возможного затопления следует выделить зону вероятного катастро­фического затопления. Этой зоной является зона вероятного затопления, на которой ожидается или возможна гибель людей, сельскохозяйственных животных или растений, повреждение или уничтожение материальных ценностей, а также ущерб окружающей природной среде (ГОСТ Р22.0.03-95). Зоны вероятного катастрофи­ческого затопления определяются заранее на стадии проектирования гидротехни­ческого сооружения. Параметры зоны зависят от размеров водохранилища, напора воды и других характеристик конкретного гидроузла, а также от гидрологических и топографических особенностей местности. Зоны вероятных, в том числе катаст­рофических, затоплений и характеристики волны прорыва отражаются на картах или в специальных атласах, составляемых для гидроузлов и крупных плотин.

К катастрофическим затоплениям местности могут привести и прорывы есте­ственных плотин, например прорывы озер, подпруженных ледником, прорывы моренных озер.

Основными поражающими факторами катастрофического затопления явля­ются динамическое воздействие волны прорыва и водного потока, а также воз­действие спокойных вод, затопивших территорию и объекты. Воздействие волны прорыва во многом аналогично действию воздушной ударной волны, образую­щейся при взрыве. Существенными отличиями этих поражающих факторов явля­ются гораздо меньшая скорость и более высокая плотность вещества у волны прорыва.

В результате крупных гидродинамических аварий могут прерываться подача электроэнергии, прекращаться функционирование ирригационных или других водохозяйственных систем, а также объектов прудового рыбного хозяйства, раз­рушаться или оказываться под водой населенные пункты и промышленные пред­приятия, выводиться из строя коммуникации и другие элементы инфраструкту­ры, гибнуть посевы и скот, выводиться из хозяйственного оборота сельскохозяй­ственные угодья, нарушаться жизнедеятельность населения и производственно-экономическая деятельность предприятий, утрачиваться материальные, культур­ные и исторические ценности, наноситься ущерб природной среде, в том числе в результате изменений ландшафта, гибнуть люди.

Вторичными последствиями гидродинамических аварий являются загрязнения воды и местности веществами из разрушенных (затопленных) хранилищ про­мышленных и сельскохозяйственных предприятий, массовые заболевания людей несельскохозяйственных животных, аварии на транспортных магистралях, ополз­ни, обвалы.

Долговременные последствия гидродинамических аварии связаны с остаточ­ными факторами затопления — наносами, загрязнениями, изменением элементов природной среды [2].

Согласно международной классификации различается по последствиям пять типов аварий на плотинах.

Примечание:

1. При разрушениях типа Р-1 и Р-2 образуется волна прорыва и затопляется территория, характеризующаяся низменностями.

2. При авариях типа П-1, П-2 и П-3 затопления, как правило, не происходит.

В связи с этим существует три состояния гидротехнического сооружения: нет повреждения, повреждение и разрушение. Следует учесть, что катастрофическое затопление может быть только при разрушении гидротехнического сооружения [6].