Аварии на гидротехнических сооружениях

На территории России эксплуатируется более 30 ООО водохранилищ и несколько сотен накопителей промышленных стоков и отходов.

Проран — узкий проток в теле (насыпи) плотины, косе, отмели в дельте реки или спрямленный участок реки, возникший в результате размыва излучины в половодье.

Прорыв плотины — начальная фаза гидродинамической аварии, то есть процесса образования прорана и неуправляемого потока воды, устремляющегося из верхнего бьефа через проран в нижний бъеф.

Бьеф - участок реки между двумя соседними плотинами на реке или участок канала между двумя шлюзами.

Вехний бьеф - часть реки выше подпорного сооружения (плотины, шлюза). Нижний бьеф — часть реки ниже подпорного сооружения.

Рисберма - укрепленный участок русла реки в нижнем бьефе водосбросного пиротехнического сооружения. Она защищает русло от размыва, выравнивает скорость потока и т. д.

Приведем несколько примеров аварий на гидротехнических сооружениях. Лужская ГЭС-2 (р. Быстрнца Ленинградской области). Іапреля 1956 г. произошла авария — разрушилась русловая земляная плотина, которая строилась в 195-І -1955 гг.

Осенью 1962 г. на реке Оке размыло 80 погонных метров земляной дамбы Кузьминского гидроузла. Авария произошла потому, что своевременно не подняли затворы и не УЛОЖИЛИ конструкции плотины. Быстро и в большом количестве оора-

зовался внутриводный лед, который закупорил водосливную часть плотины, и вода поднялась выше нормального подпорного уровня на 2 м.

Для обеспечения водой нижнего бьефа Иркутской ГЭС и лесосплава в период строительства гидроэлектростанции, после перекрытия Ангары проводились холостые сбросы воды из водохранилища. Объем сбросов доходил до 1700-2200 м3/с. 1 июля 1958 г. для холостого сброса открыли пять отверстий водосбросов совмещенных агрегатов, а 2 июля в связи с неожиданной остановкой работы одного агрегата открыли еще одно отверстие. Сбрасываемый расход был неравномерно распределен по фронту водобойного колодца, что создало большой водоворот, направленный в сторону берега отводящего канала. В результате произошел подмыв откоса канала, который еще не был закреплен.

При строительстве Новосибирской ГЭС 25 октября 1956 г. начались работы по перекрытию реки Обь. 27 октября в створе перекрытия у наплавного моста со стороны левого берега создались очень тяжелые гидравлические условия. В результате ураганного ветра и скорости течения 4 м/с сильно возросли гидравлические сопротивления, а следовательно, и нагрузка на оттяжки понтонного моста, которые не выдержали и лопнули. Наплавной понтонный мост был сорван, унесен водой и затонул. Понтоны затонули на расстоянии 200 м ниже створа, а настил был унесен вниз по течению на 10 км.

Для сравнения приведем характеристики крупнейших катастроф гидротехнических сооружений, произошедших за рубежом в 1918-1960 гг. (табл. 13.2).

Таблица 13.2. Основные характеристики крупнейших катастроф 1918-1960 гг. Название гидроузла, страна, тип плотины Высота плотины,м Число жертв, ч Причины разрушения Глено, Италия, многоарочная 50 600 Ошибки расчета, плохое качество работ Франсисквито, США, Гравитационная, криволинейная в плане 63 400 Геологическая трещина в основании Моларе, Италия, гравитационная 47,5 100 Расходы воды 2200 м3/с

при водосбросе, расчитанном на 800 м3/с Хабра, Алжир, гравитационная 35 — Расход воды при водосбросе значительно превышал расчетный Рибаделаго, Испания, контрфорсная 33,5 140 Нарушение швов, неравномерная осадка контрфорсов Мальпассе, Франция, тонкая арка 60 400 Разрушение гнейсов левобережного примыкания Орос, Бразилия, земляная (недостроенная) 54 40 Катастрофический паводок в период строительства

В результате повышенных нагрузок на основание водохранилищ при их наполнении, а также воздействия воды как смазки на тектонические трещины в районах водохранилищ может повыситься сейсмическая активность. Подобные явления отмечались в период наполнения водохранилищ Боулдер (США) - объем 41,5 млрд м3,

Кариба (Замбия) - объем 175 ООО млн м’ и др.

привело к гибели 200 человек. 13.5.

Причины и виды гидродинамических аварий

На ГГС постоянно воздействуют водный поток, колебания температур, льды, наносы, статистические и гидродинамические нагрузки, происходят стирания поверхности, коррозия металлов, выщелачивание бетона, гниение деревянных конструкций.

Разрушение (прорыв) гидротехнических сооружений происходит в результате: ?

действия сил природы (землетрясений, ураганов, размыва плотин); ?

износа и старения оборудования; ?

конструкторских ошибок; ?

некачественного выполнения строительных работ; ?

нарушения правил эксплуатации; ?

воздействия человека (нанесение ударов различными видами оружия). Разрушения ГТС можно классифицировать следующим образом: 1.

Разрушения конструкций, находящихся в верхнем бьефе, подходящим потоком воды и ледоходом. 2.

Размыв земляных плотин переливающимся потоком. 3.

Размыв откосов русла реки и поймы в результате перепада воды, вызванного стеснением сечения поймы. 4.

Разрушение конструкций и местный размыв в русле реки потоком, сбрасываемым через водосброс. 5.

Повреждение деревянных сооружений фильтрующимся потоком. 6.

Разрушение земляных сооружений и склонов берегов в результате изменения геологических условий.

Причиной 35% из 300 аварий плотин (сопровождающихся их прорывом), произошедших в различных странах за 175 лет, было превышение расчетного максимального сбросного расхода, то есть перелив воды через гребень плотины. Причины аварий, сопровождающихся прорывом гидродинамических сооружений напорного фронта и образованием волны прорыва, могут быть различными, по чаще всего они происходят из-за разрушения основания сооружения и недостаточности водосбросов (табл. 13.3).

Земляные и каменно-земляные плотины разрушаются, как правило, не полностью Чаще всего возникает проран шириной 0,20-0.35 м в зависимости от длины плотины.

Таблица 13.3. Причины аварий гидротехнических сооружений Причина разрушения Частота, % Разрушение основания 40 Недостаточность водосброса 23 Конструктивные недостатки 12 Неравномерная осадка 10 Высокое пороговое (капиллярное) давление (в намытой плотине) 5 Военные действия 3 Сползание откосов 2 Дефекты материалов 2 Землетрясение 1 Неправильная эксплуатация 2 Количество аварий на плотинах различных типов представлено в табл. 13.4. Таблица 13.4. Частота аварий для различных типов плотин Тип плотины Количество аварий, % Земляная плотина 53 Защитные дамбы из местных материалов 4 Бетонная гравитационная 23 Арочная железобетонная 3 Плотины других типов 17 Всего 100 13.6.