МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
"РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭКОСИСТЕМ "
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2006

УДК 627.8.059.2

РАЗРАБОТКА СЦЕНАРИЕВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙ НА

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ (ГТО)

 

А.Р. Хафизов  к.т.н., доцент; Д.Н.  Кутлияров

 ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет», г. Уфа, Россия

 

В условиях, когда масштабы антропогенного воздействия на окружающую среду достигли значительных размеров, рациональное природопользование является важнейшей национальной  и  межгосударственной  задачей. Рациональное природопользование неразрывно связано с инженерными объектами,  обеспечивающими общественное производство природных ресурсов. Только при обеспечении гарантированной бесперебойной работы объектов возможно поддержание благоприятной экологической обстановки, максимальное сохранение и воспроизводство природных ресурсов. При этом становятся актуальными вопросы технической и экологической безопасности объектов природопользования, а также реализация мер по их обеспечению.  Наиболее  опасными в этом отношении являются гидротехнические объекты (ГТО), позволяющие использовать водные ресурсы в народнохозяйственных целях. Аварии на них сопряжены с серьезными угрозами для жизни и здоровья людей, состоянию окружающей среды. Игнорирование или недоучет любого фактора, приводящего к аварии, может иметь самые непредсказуемые последствия.

В процессе моделирования состояний ГТО достаточно подробно рассматриваются все возможные неисправные и нерабочие состояния объекта. Однако предшествующие им состояния, а также события, условия, процессы, прямо или косвенно связанные с наступлением расчетных состояний, как правило, не рассматриваются. Для восполнения указанных пробелов строятся сценарии возникновения аварий и повреждений.

Среди достоинств построения и изучения сценариев возникновения аварий и нарушений при анализе надежности и безопасности ГТО могут быть отмечены следующие [1].

1. В основе разработки и изучения сценариев возникновения аварий и экологических нарушений на ГТО лежит системный анализ причин и следствий, в рамках которого наиболее полно выявляются все закономерности развития событий в системе. Системный анализ позволяет проследить цепочки событий, состояний и процессов.

2. При построении сценариев возникновения аварий и нарушений на объектах можно проследить причинно-следственные отношения между уже состоявшимися на момент анализа и возможными событиями и состояниями. В процессе описаний вероятных аварий и нарушений, можно существенно облегчить понимание задач оценки и обеспечения надежности и безопасности ГТО, способствовать разработке решений по недопущению опасных ситуаций и смягчению последствий их реализации.

3. При рассмотрении сценариев возникновения ава­рий и нарушений можно учесть как естественные причины их реализации, так и субъективные, связанные с деятельностью человека. Анализу одновременно могут подлежать экстраординарные и расчетные события, состояния, вызываемые различными эксплуатационными отказами и нарушениями.

4. Сценарии возникновения аварий и нарушений являются наиболее общими моделями, при помощи которых можно осуществить как качественный, так и количественный анализ причин аварий и нарушений на конкретном объекте. Возможность такого анализа определяется наличием и полнотой требуемой исходной информации по действующим факторам, определяющим надежность и безопасность объекта.

При построении сценариев возникновения аварий и нарушений может использоваться как прямой, так и обратный порядок анализа.

Сценарии разрушения плотины могут реализовываться в нескольких вариантах в зависимости от индивидуальных особенностей конкретной плотины (геологические условия створа, гидрологический режим реки, конструктивные особенности гидроузла и качество эксплуатации), поэтому эти особенности также должны учитываться при обосновании критериев безопасности гидроузла.

Применительно к анализу уровня безопасности ГТО разработано несколько концепций безопасности [2], опирающихся на следующие принципы:

принцип безусловного приоритета безопасности и сохранения здоровья над любыми другими элементами условий и качества жизни членов общества;

принцип приемлемых опасности и риска, в соответствии с которым устанавливаются нижний допустимый и верхний желаемый уровни безопасности, и в этом интервале приемлемый уровень безопасности и риска с учетом социально-экономических факторов;

принцип минимальной опасности, в соответствии с которым уровень риска устанавливается настолько низким, насколько это реально достижимо;

принцип последовательного приближения к абсолютной безопасности, но не ее достижения.

В большинстве стран мирового сообщества в настоящее время принята концепция «приемлемого риска», позволяющая использовать принцип «предвидеть и предупредить». Эту концепцию можно выразить в следующих основных принципах:

принцип оправданности деятельности по управлению безопасностью по критерию риска, которая должна согласовываться со стратегической целью управления, формулируемой как стремление к обеспечению материальных и духовных благ при обязательном условии: практическая деятельность не может быть оправдана, если выгода от этой деятельности в целом не превышает вызываемого ею ущерба;

принцип управления системой по критерию риска состоит в том, что должен учитываться весь спектр существующих опасностей и вся информация о принимаемых решениях по управлению должна быть доступна широким слоям населения;

принцип, касающийся экологических ограничений, заключается в учете требований о непревышении предельно-допустимых экологических нагрузок на экосистемы и, по существу, состоит в том, что обеспечение безопасности человека, живущего сегодня, достигалось бы путем реализации таких решений, которые бы не подвергали природную сферу разрушению, что позволило бы обеспечить безопасность и потребности человека будущего поколения.

Изложенные выше принципы использовались для разработки сценариев возникновения аварий:

Сценарий № 1. Неудовлетворительное техническое состояние водосбросных и водовыпускных сооружений, в то время когда плотина находится под напором и необходимо осуществить сброс воды в нижний бьеф. Без выполнения необходимых мероприятий по восстановлению технического состояния сооружений происходит разрушение плотины.

Сценарий № 2. Плотина находится под напором воды. На низовом откосе, в береговых примыканиях и вдоль сооружений имеются выходы фильтрационной воды с выносом грунта. Без принятия своевременных мер по предотвращению аварийной ситуации происходит размыв тела плотины на всю ее высоту.

Сценарий № 3. Происходит перелив через гребень тела плотины на проектных отметках форсированного уровня воды, при прохождении весеннего половодья 0,5% обеспеченности, с дальнейшим возможным размывом тела из-за недопустимых просадок гребня плотины.

Сценарий № 4. Проходит весеннее половодье, водосбросное сооружение и водоспуск забиты посторонними предметами. Без выполнения мероприятий по расчистке водосбросных и водоспускных сооружений происходит переполнение водохранилища, что приводит к разрушению тела плотины.

Сценарий № 5. Проходит весеннее половодье любой обеспеченности. Водосбросное сооружение находится в рабочем состоянии, но ледозащитное сооружение забито плавающими предметами. В этом случае возможно переполнение водохранилища с дальнейшим переливом воды через гребень и размывом тела плотины.

Сценарий № 6. Проходит весеннее половодье 0,5 % обеспеченности. Аварийный канал завален посторонними предметами, снегом. В этом случае возможно переполнение водохранилища с дальнейшим переливом воды через гребень и размывом тела плотины.

Сценарий № 7. Тело плотины находится под напором. Из-за длительной эксплуатации сильно размыт верховой откос в районе гребня плотины. При дальнейшем эксплуатации гребень полностью размывается со стороны верхового откоса ветровой волной, что приводит переливу и к разрушению тела плотины.

Сценарий № 8. Проходит весеннее половодье с обеспеченностью меньше 0,5 % обеспеченности, то есть объёмом и расходом больше расчетных. Через водосброс и водоспуск проходит весь объём излишних паводковых вод. Без выполнения мероприятий по предотвращению аварийной ситуации водохранилища переполняется. Происходит перелив через гребень плотины с постепенным размывом тела до отметок дна русла реки.

Сценарий № 9. Проходит весеннее половодье с поверочной 0,5 % обеспеченностью. Донный водоспуск закрыт из-за неисправности задвижек. В этом случае также может произойти переполнение водохранилища с последствиями аналогичными сценарию № 1.

Сценарий № 10. Проведение террористического акта (диверсии) на гидроузле со взрывом тела плотины. В этом случае из-за разрушения части тела плотины образуется проран, что приводит к разрушению плотины и образованию волны прорыва

Вероятные сценарии возникновения и развития аварии представлены в виде блок-схемы (рисунок). Проведенный анализ показал, что все рассмотренные возможные причины возникновения аварийных ситуаций могут привести к одному разрушению (размыву) тела плотины и образованию волны прорыва.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Блок – схема анализа вероятных сценариев возникновения и развития аварии

 

Разрушение грунтовых плотин может реализоваться в виде следующих вариантов:

за счет нарушений в результате процессов фильтрации, когда действующие градиенты напора превысят критические значения для грунтов, слагающих тело плотины и ее основание;

при переливе воды через гребень, сопровождающимся образованием прорана и формированием волны прорыва;

при нарушении прочности и устойчивости откосов;

при особых причинах (взрывы, диверсии).

С целью определения приоритетных критериев безопасности, выявили наиболее частые случаи возникновения аварий по различным сценариям на ГТО, расположенных в Республики Башкортостан:

из-за длительной эксплуатации происходит старение и износ конструктивных элементов ГТО, что приводит к размыву плотины и разрушению водопропускных сооружений;

несовершенство водосбросов и ледозащитных устройств приводят к переполнению водохранилища, размыву гребня и тела плотины, отказу в работе водосбросных сооружений;

отклонения от штатных режимов эксплуатации и ремонта ГТО, при несвоевременном их устранении, приводят к аварийным ситуациям ГТО. Нарушения правил эксплуатации, также, связаны с отсутствием подробных рекомендаций по эксплуатации, составленных на основе обобщения существующих материалов по авариям.

С учетом этого в качестве критериев безопасности и рекомендаций повышающих безопасность ГТО, работающих в условиях Южного Урала (на примере Республики Башкортостан) можно рекомендовать следующее:

1. Низкое качество инженерных изысканий, которое может стать причиной ошибочных проектных решений, должно корректироваться на стадии экспертизы проекта гидроузла. Изменения в инженерно-геологических условиях и состояния грунтов в теле плотины и ее основании, проявляющиеся в виде деформаций или фильтрационных утечек после длительного периода эксплуатации могут возникнуть за счет выноса из грунтов растворимых солей, снижения их прочности за счет набухания, образования карста и т.п. В этих случаях состояние плотины и возможность ее дальнейшей эксплуатации или необходимости реконструкции должны оцениваться только на основе сопоставления данных котрольных изысканий.

2. Низкое качество обслуживания и несвоевременность выявления протечек может быть оценено на основании обследования плотины, анализа результатов инструментальных и визуальных наблюдений (по их периодичности и полноте записей в журналах и, главное, оперативности выявленных повреждений, то есть осадкам гребня, устранению обнаруженных протечек и повреждений, задерновки и крепления низового и верхового откосов). При этом качество обслуживания можно считать обеспечивающим работоспособное состояние плотины, если обследование ее состояния проводится перед и после весеннего половодья каждого дождевого паводка и после ледостава.

3. Ошибки проектирования и низкое качество строительства обычно проявляются в первые годы эксплуатации водохранилища, особенно при его заполнении до ФПУ. Признаки таких промахов проявляются в появлении выходов фильтрационных вод на низовом откосе плотины, по ее основанию в нижнем бьефе, на контактах с береговыми примыканиями и, что особенно опасно в виде протечек на сочленении грунтовой части плотины с бетонными вставками. Низкое качество строительства и ошибки в оценке несущей способности грунтов основания проявляются так же в виде сверхрасчетных просадок гребня плотины, деформаций ее низового откоса и выпоре грунтов основания.

4. Превышение срока эксплуатации и несвоевременный ремонт водопропускных сооружений являются одной из главных причин аварий на водохранилищах малого объема. Состояние таких водосбросов так же оценивается качественным критерием. Применительно к грунтовым плотинам III и IV классов этот критерий используется при оценке состояния и работоспособности водопропускных сооружений. При этом для определения степени износа и ее влияния на безотказность и пропускную способность затворов, каналов, колодцев и т.п., помимо экспертной оценки (в тех случаях, когда состояние этих сооружений вызывает тревогу), должно быть продублировано экспериментальной тарировкой этих сооружений при различных режимах пропуска воды и сочетании работающих затворов. Результаты этой тарировки следует брать за основу при принятии решения о возможности и условиях дальнейшей эксплуатации водосбросов.

Исключение рассмотренных ситуаций возникновения аварий будет способствовать минимизации вероятного риска и даст возможность более качественно управлять безопасностью ГТО в процессе проектирования, строительства и эксплуатации.

 

Библиографический список

 

1.         Векслер А.Б., Ивашинцов Д.А., Стефанишин Д.В. Надежность, социальная и экологическая безопасность гидротехнических объектов: оценка риска и принятие решений. Спб.: Изд-во ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 2002. 591 с.

2.         Измалков А.В., Бодриков О.В. Методологические основы управления риском и безопасностью населения и территорий. //Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1997. № 1. С. 48-63.