Оценка последствий катастрофического затопления на производственном объекте (стр. 2 )

Предотвратить неблагоприятные и аварийные ситуации на плотинах и водохранилищах помогут в первую очередь прогнозы и наблюдения за опасными экзогенными процессами в период проектирования, строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений, а также осуществление ряда мероприятий: от­каз от строительства, перенос створов проектируемых или строящихся плотин, изменение конструкций сооружений, проведение укрепительных мероприятий и т. д.

При расчетах распространения прямых и обратных волн и прогнозе возможной активизации береговых процессов на других участках водохранилища особого внимания требуют створы с наименьшими сечениями, где возможны наибольшие разрушения берегов и хозяйственных сооружений.

Учитывая изложенные обстоятельства, необходимы уточнения прогнозов переработки берегов проектируемых и строящихся водохранилищ ГЭС, а также мониторинг за состоянием плотин и динамикой склонов долин в верхних и нижних бьефах гидроузлов, особенно в экстремальных ситуациях.

Серьезным фактором риска повреждения плотин и водохранилищ является их расположение в зоне многолетнемерзлых пород (ММП).

В России в зоне ММП функционирует несколько крупных ГЭС и водохранилищ - Вилюйская, Колымская, Усть-Хантай-ская, Курейская, Мамаканская и много мелких искусственных водоемов, образуемых плотинами. Все эти сооружения активно взаимодействуют с многолетнемерзлыми породами.

В северных регионах в зоне распространения ММП должны соблюдаться особые, более жесткие требования к надежности работы энергетических объектов и электроснабжению регионов, чем в умеренном климате, так как перерывы в электроснабжении при отсутствии во многих районах регулярных транспортных связей влекут за собой серьезные пос­ледствия и могут привести к гибели людей. Основная причина поврежде­ний - неучет криогенных процессов в теле плотин, их основа­ниях и в районах примыкания.

Выделяют следующие факторы, способствующие повышению температуры пород, развитию таликов в районе гидроузлов и деградации мерзлоты: влияние самих водных масс, особенно в глубоководной части водохранилищ, а также нарушение или частичное уничтожение растительного покрова; изменение гидрогеологических условий в основании плотины и на прилегающих участках; изменение микроклимата; зимние подтопления берегов в нижних бьефах вследствие перераспределения стока и сниже­ния в связи с этим глубины сезонного промерзания грунтов. Сложное взаимодействие природных ландшафтов Севера, чрезвычайно уязвимых при различных видах антропогенных воздействий, в данном случае связано с изменениями под влиянием гидроузлов условий теплообмена, температурного режима, физико-технических свойств мерзлых пород, приводящих к развитию термокарста, термоэрозии, наледообразованиям и аварийным ситуациям.

В северных районах многие плотины построены по мерзлому типу. В таких плотинах большая часть их массива находится в мерзлом состоянии. При экстремальных ситуациях: переливе паводочных вод через гребень плотины, образовании трещин, появлении фильтрации вдоль водоспусков и других сооружений в мерзлой плотине постепенно развивается проран, через который в нижний бьеф сбрасывается вода. Этот процесс протекает сравнительно медленно, т. к. мерзлые породы, слагающие тело плотины, сначала оттаивают, а затем разрушаются (Распопин, Морозов, 1995)[16].

Прежде всего криогенные процессы (термоабразия, солифлюкция, термокарст) оказывают воздействие на ложе и берега водохранилищ, являясь, наряду с волновой абразией, активным берегоформирующим фактором. На отвесных берегах водохранилищ криогенные процессы приобретают свою специфику в условиях периодического промерзания и оттаивания слагающих пород. Обрушения и отседания отличаются здесь от сходных явлений под воздействием абразии, хотя в обоих случаях главная причина неустойчивость горных пород.

Катастрофическими в условиях сурового климата могут быть последствия зимней сработки уровней и обнажения значительных площадей мелководий в хвостовой части водохранилищ мест зимовки, нагула и нереста рыб. Это ухудшает условия жизни водных животных, лишающихся свободного выхода в воду подо льдом.

Все это свидетельствует о необходимости накопления и систематизации наблюдений на функционирующих гидроузлах, разработки специальных методов прогноза взаимодействия геологических условий с подпорными сооружениями и усиления контроля за их состоянием.

1.2 Наводнения

Наводнения относятся к экстремальным гидрологическим ситуациям (ЭГС), создающимся при отклонениях гидрологических характеристик от средних многолетних значений, свойственных определенному водному объекту (реке, озеру, водохранилищу) и нормативных для данной территории.

Наводнения угрожают более 70% территории суши. Это не только наиболее часто встречающееся на Земле опасное природное явление, но и наиболее часто повторяющееся в многолетней перспективе и обладающее большой разрушительной силой.

По данным ООН за гг. наибольшее количество бедствий, вызывающих гибель 100 человек и более, связано с на­воднениями (202 случая), тропическими штормами (153 случая), эпидемиями (133) и землетрясениями (102) (Кондратьев, Доченко, 1999)[17].

За указанный период от природных и техногенных катастроф в мире погибло около 4 млн человек, пострадало более 3,3 млрд, из них 36% общего числа жертв - от наводнений. В России за это время погибло от катастрофических явлений около 3 тыс. человек, пострадало около 540 тыс., из них - 30% от на­воднений [там же]. Нет отраслей хозяйства, на ко­торые не оказали бы влияния наводнения. Это влияние может быть прямым и косвенным.

Непосредственный ущерб от наводнений зависит от высоты и скорости подъема уровней воды, продолжительности их стояния, времени года, степени освоенности и экономического развития территории, плотности населения, от своевременности прогноза и принятия предупредительных мер, от наличия и эффективности защитных противопаводковых гидросооружений.

Во всем мире отмечается тенденция роста ущербов при экстремальных наводнениях в силу целого ряда причин, несмотря на повышение изученности этих явлений и предпринимаемые усилия по их предотвращению и смягчению последствий. Главным фактором непрекращающегося роста ущерба от наводнений признается в первую очередь влияние заселения паводкоопасных территорий и расширение на них хозяйственной деятельности.

В России общая площадь земель, подвергающаяся затоплениям при наводнениях составляет более 800 тыс. км2 (около 5% тер­ритории страны). Угроза существует более, чем для 40 крупных городов и нескольких тысяч других населенных пунктов.

По материалам МЧС ("Прогноз природных и техногенных катаклизмов на 2003 г.") ежегодно со стопроцентной вероятностью в Российской Федерации затапливаются около 50 тыс. км2. При этом среднестатистическая величина ущерба от наводнений по стране составляет в среднем около 100 млрд руб. в год.

В последние 9 лет особенно частые наводнения наблюдались в Архангельской, Оренбургской, Курганской, Екатеринбург­ской, Тюменской и Иркутской областях, Красноярском крае, рес­публиках Башкортостан, Якутия-Саха.

В России наблюдаются разные типы наводнений. Наиболее распространенным типом наводнений являются наводнения, связанные с интенсивным таянием снежного покрова и подъемами уровней воды на равнинных реках. Они приобретают катастрофический характер, если сочетаются с весенними дождями и обильным предзимним увлажнением почвогрунтов. Одна из причин подобных наводнений, наря­ду с гидрометеорологическими факторами (повышенные зимние осадки и раннее снеготаяние), бесконтрольное, без соответству­ющего инженерного обоснования массовое сооружение небольших прудов, плотин, запруд. Все эти емкости не всегда бывают "сработаны" к весне с тем, чтобы задержать часть паводочных вод. Но возможны и зимние наводнения от таяния снега в период оттепелей. Часты наводнения, вызванные затяжными дождями и интен­сивными ливнями.

Одними из видов борьбы с наводнениями являются защитные дамбы. Защитные дамбы не решают полностью задачу борьбы с наводнениями. Наиболее эффективным способом борьбы с высокими половодьями и паводками является перераспределение стока водохранилищами, возможности регулирования водных ресурсов определяются в основном отношением полезного объема к среднему годовому стоку реки.

Водохранилища для борьбы с наводнениями (обычно комплексного назначения) используются во всех странах мира, что позволяет на территориях ниже плотин полностью или частично избежать чрезвычайных ситуаций и бедствий, связанных с наводнениями, и значительно снизить затраты на строительство хозяйственных объектов.

Однако водохранилища не всегда снижают риск прохождения катастрофических наводнений, что связано с природными особенностями местности и режима реки.

Спасая обширные территории от наводнений, гидроузлы сами могут стать источником катастрофических затоплений в нижних бьефах в случае повреждения плотин и формирования волны прорыва. Наиболее распространенным видом аварий на плотинах ГЭС, особенно малых, является перелив воды через гребень плотины в связи с прохождением паводков с расходами воды выше расчетных и недостаточной пропускной способностью сооружений.

Наводнения ниже плотин могут быть связаны не только с их повреждениями, но и с незапланированными сбросами излишних масс воды через гидросооружения. Особенно опасны наводнения, связанные зимними попусками из водохранилищ, формирующими подвижки льда и ледоход в нижнем бьефе, сопровождающиеся подтоплением прибрежных участков. В июле 1988 г. мощный циклон в южных и центральных рай­онах Красноярского края принес ливневые осадки большой интенсивности и продолжительности, 25 июля в районе г. Красноярска выпало на 20-80% больше месячной нормы осадков. В целом же в июле количество осадков составило 110-230% нормы. Продолжавшиеся в июле и начале августа дожди способствовали интенсивному таянию горных снегов в верховьях р. Енисея. Принявшие обильные осадки и сток от таяния снегов реки вышли из берегов, уровни воды в реках Тубе, Абакане, Подкаменной Тун­гуске поднялись на 2-2,5 м и оказались в ряде случаев выше максимальных уровней за весь период наблюдений.

Резко поднялся уровень воды в р. Енисее и Красноярском водохранилище и критическое положение при его переполнении заставило открыть пять из семи затворов водопропускных сооружений. Размеры сброса достигли 12 тыс. м3, около 3 тыс. м3/с сбрасывала недостроенная Саяно-Шушенская ГЭС. Уровень воды в нижнем бьефе Красноярской ГЭС в короткое время поднял­ся на 4 м, что вызвало наводнение с большим материальным ущербом. Были затоплены или подтоплены жилые массивы в ряде районов города, нарушена работа водозаборных сооружений, подтоплено ряд промышленных предприятий. Паводочная волна разрушила причалы, разбросала караваны барж, затопила предприятия лесного хозяйства, расположенные в долине р. Енисея, многие луга и сенокосы, пришлось спешно эвакуировать стада с островов.

Но не только интенсивные ливневые осадки и таяние снегов в горах, вызвавшие резкий подъем уровня воды в р. Енисее и на его притоках (подобный подъем последний раз наблюдался в 1902 г. и имел обеспеченность 1%), и недостаточная точность предсказания характера летнего половодья 1988 г. явились причиной наводнения. Целый ряд хозяйственно-организационных факторов, несмотря на штормовые предупреждения местных отделений Госкомгидромета, не позволил пропустить необычное летнее половодье на р. Енисее без больших потерь. Это прежде всего неготовность к заполнению ложа и работа в режиме приток-сброс Саяно-Шушенского водохранилища, которое хотя и срезало на 30% максимальные расходы в июне 1988 г., понизив этим уровни воды в Красноярске на 1,5 м, но не приняло того количества воды, которое обеспечило бы более существенную срезку волны летнего половодья. К лету 1988 г. были готовы агрегаты ГЭС, но ложе водохранилища еще не было подготовлено к затоплению: не сведен лес, не произведена санитарная обработка почвы, не вывезено полностью население, не перенесены социально-бытовые объекты из зоны затопления и т. д.

Кроме того, несмотря на то, что Красноярская ГЭС к тому времени эксплуатировалась уже 16 лет, строители не обустроили русло р. Енисея. Это усугубило последствия наводнения в нижнем бьефе из-за перекрытия или сужения ряда проток, наращивания прибрежных русловых участков, постройки хозяйственных объектов в пойме реки. Так, промплощадки Красноярского комбайнового завода, выдвинутые в русло реки, вызывают затопления прилегающих территорий в пойме р. Енисея в период высоких уровней.

Отметим, что все сооружения в нижнем бьефе Красноярской ГЭС рассчитаны на максимальный попуск из водохранилища 0,1% обеспеченности (в соответствии с "Основными правилами использования водных ресурсов Красноярского водохранили­ща"). Однако 31 июля 1988 г. сброс, равный 12000 м3/с, превышал попуск 0,1% обеспеченности. Пример рассмотренного наводнения еще раз свидетельствует о необходимости соблюдения главного правила в нижних бьефах гидроузлов и на территориях, подвергающихся периодическим затоплениям паводочными водами: не должно быть важных, недостаточно защищенных хозяйственных объектов и жилых построек, не должно быть хозяйственных объектов, стесняющих поток воды. Но нарастает тенденция все большей освоенности, застроенности и заселенности нижних бьефов и паводкоопасных территорий, вопреки печальному историческому опыту и предупреждению гидротехников и природоведческих организаций.

В настоящее время оперативное прогнозирование паводочной опасности осуществляет Агентство МЧС России по монито­рингу и прогнозированию чрезвычайных ситуаций, объединяющее более 30 ведущих организаций, головной является ВНИИ ГОЧС. Центр мониторинга располагает базой данных по опасным уровням, с которыми сопоставляются наблюдаемые и прогнозные уровни конкретных водных объектов. Научно-обоснованный прогноз уровней весеннего половодья составляет в конце зимы Росгидромет на основании данных о запасах воды в снежном покрове. Обстановка на настоящий момент отслеживается с помощью средств космического и авиационного наблюдений. По данным космических снимков производится так­же оценка ущерба от наводнений по разработанной в МЧС технологии.

1.3  Землетрясения

1.4 

Землетрясения это экстремальные природные явления, периодически возникающие и имеющие в большинстве случаев катастрофические последствия.

По числу погибших людей землетрясения занимают четвертое место среди наиболее опасных природных явлений после наводне­ний, тропических штормов и эпидемий (Воробьев и др., 1997)[18].

Среди природных факторов землетрясения представляют наибольшую опасность для плотин и водохранилищ. Статистика свидетельствует, что аварии на подпорных сооружениях в связи с сейсмическим фактором насчитывают десятки, а с учетом земляных дамб многие сотни случаев, включая высокие плотины различных конструкций.

Только за последние 30-40 лет серьезные аварии и повреждения, связанные с сейсмическим воздействием, произошли на бетонных плотинах Понтебо (высота 10 м, Алжир), Каньон Дель Пато (20 м, Перу), Синьфынцзян (105 м, Китай), Кой-на (103 м, Индия), Пакойма (113 м, США), Сефидруд (106 м, Иран), Шикань (25 м, Тайвань); на грунтовых плотинах Хеб-ген (высота 35 м), Сан-Фернандо Лоуэр (43 м), Сан-Фернандо Аппер (25 м) и Лос-Анджелес (40 м) - все в США, а также Эль-Инфирнильо (148 м) и Л а Виллита (60 м) - в Мексике, Сердже (57 м, Турция) и др. Накоплен сравнительно небольшой объем материалов о повреждениях плотин при землетрясениях, что объясняется, главным образом, малой продолжительностью функционирования гидротехнических сооружений относительно периода повторяемости сильных землетрясений и недостаточной информированностью гидротехников о произошедших авариях. Это мешает ориентироваться в вопросах достаточности запасов сопротивляемости гидроэнергообъектов сейсмическим воздействиям (Новоженин, Бронштейн, 2000)[19].

Выполненный специалистами анализ пове­дения многих типов плотин при землетрясениях в разных странах позволил сделать вывод о неодинаковой их сейсмостойкости, зависящей от способа строительства, наибольшей у каменно-набросных и каменно-земляных плотин и наименьшей у земляных. Играет роль также характер основания плотин на скальных, глинистых и других основаниях.

Далеко не все землетрясения вызывают катастрофические последствия. Как правило, если соблюдаются нормы антисейсмического строительства, плотина противостоит стихии. Размеры бедствия зависят также от сейсмостойкости объектов в зоне поражения, т. е. от воздействия вторичных поражающих факторов, которые формируются при разрушении элементов инфраструктуры.

Из-за обрушения горных пород при землетрясениях в долинах рек нередко образуются, как обсуждалось выше, "завальные" (плотинные) озера, угрожающие в случае прорыва нижерасположенным участкам.

Вторичные воздействия могут возникать и непосредствен­но во время толчков, например, обрушение горных пород и зданий может стать причиной задержек передвижений транспорта, аварийных служб, медицинской помощи и т. д.

Формирование волн прорыва из-за повреждении или разру­шении естественных или построенных плотин - одно из наиболее опасных вторичных последствий землетрясений, приводящих к затоплениям и человеческим жертвам, разрушению экологически опасных объектов, зданий, коммуникаций, систем водоснабжения, распространению инфекционных заболеваний, эпизоотии. За последние 40 лет в мире произошли 123 крупные аварии гидроэнергетических объектов, вызванные обвалами в водохранилища горных пород.

Территория России очень сложна в сейсмическом отношении. Около четверти ее находится в зонах повышенной сейсмической опасности, оцениваемой 7 баллами и выше, более 5% опасные в сейсмическом отношении зоны (горные территории). В районах Северного Кавказа, Прибайкалья, Камчатки, Сахалина, Курильских островов можно ожидать по прогнозам специалистов землетрясения интенсивностью 9 и более баллов.

Как показали землетрясения последних лет, в целом ряде регионов России была недостаточно оценена сейсмическая опасность и в проектах многих больших плотин занижена нормативная сейсмичность. Так, Саяно-Шушенская ГЭС проектировалась на интенсивность сотрясений в 7 баллов, а в соответствии с новыми данными Института Земной коры СО РАН она оценивается в 9 баллов.

Уровень сейсмической активности в районах ГЭС по последним оценкам вырос на 1-2 и даже 3 балла. Так, Сахалинское 9-балльное землетрясение в соответствии со старой картой произошло в 6-балльной зоне, Спитакское и Рачинское 9-балльные землетрясения в 7-балльных зонах.

При создании водохранилищ, преимущественно крупных, возможно возникновение землетрясений, вызванных самими водохранилищами в результате давления больших масс воды или ее фильтрации по разломам и изменения порового давления. Эти явления стали отмечаться в первой половине XX столетия, и вначале связь возбужденной сейсмичности с заполнением водохранилища была установлена в районе оз. Марафон (Греция) спустя два года после начала его заполнения в 1931 г. и достижения максимального уровня воды. Подземные толчки стали ощущаться с начала заполнения водохранилища, но в 1938 г. произошло разрушительное землетрясение (Николаев, 1994).

Явления наведенной сейсмичности впервые были описаны Кальдером в 1945 г. после землетрясения в районе арочной плотины Гувер на р. Колорадо, зафиксированного сразу же после заполнения водохранилища в 1939 г. Наблюдения показали, что 10 из 68 построенных в США водохранилищ вызвали наведенную сейсмичность (Осипов, 2001)[13].

Самым сильным землетрясением, связанным с возведением плотин, является катастрофическое землетрясение в Индии в 1967 г. после сооружения бетонной гравитационной плотины высотой 103 м на р. Койна в районе, считавшимся малосейсмичным. Но начиная с 1962 г. в процессе наполнения водохранилища под ним на небольшой глубине начали регистрировать местные сотрясения.

Исследования показали, что частота и повторяемость возбужденных землетрясений обычно возрастает с увеличением высоты подпора воды плотиной и объема водохранилища. Но не только эти факторы определяют возбужденную сейсмичность, поскольку существует много высоких плотин и больших водохранилищ, где подобные явления не происходят. Однако, как свидетельствуют отечественный и зарубежный опыты, возбужденная сейсмичность при создании крупных водохранилищ, как правило, увеличивает повторяемость землетрясений и реже их энергию. Ряд специалистов считают, что водохранилища могут вызвать лишь слабые землетрясения с расположенными вблизи поверхности земли очагами. Сильные же землетрясения могут быть спровоцированы, а не обусловлены техногенными нагрузками.

В конце XX столетия в Министерстве энергетики Российской Федерации были предприняты конкретные шаги по осуществлению комплекса мер, направленных на обеспечение безопасности населения и объектов ТЭК, по снижению возможного ущерба при эксплуатации этих объектов, связанного с различными геодинамическими процессами, в первую очередь с землетрясени­ями. С этой целью были объединены сейсмологические и геофизические службы различных министерств и ведомств в единую федеральную систему сейсмологических наблюдений (ФССН). Главными задачами ФССН являются обеспечение оперативных прогнозов землетрясений, оповещение центральных и региональных органов власти о прогнозируемых геодинамических опасностях, организация банка сейсмологических и геодинамических данных, разработка нормативных документов по защите населения, хозяйственных объектов и территории от воздействия землетрясений и других стихийных бедствий (Савич и др., 2000) [20].

Далее, была организована служба геодинамических наблюдений, в состав которой входят отраслевые службы наблюдений в энер­гетической, нефтегазовой и угольной промышленности.

В научно-исследовательских и прикладных работах в области обеспечения сейсмической безопасности сооружений и оборудования электроэнергетических объектов последние полтора десятилетия принимал участие широкий круг специалистов из РАО "ЕЭС России", АО "Институт Гидропроект", РАН, Госстандарта и Госстроя России, ОАО "НИИГ им. ", АО "НИИЭС" и МЧС.

Была разработана концепция решения проблемы безопасности энергосооружений при землетрясениях, направленная на обеспечение бесперебойного энергоснабжения потребителей, сокращение ущербов и человеческих жертв (Обеспечение..., 2000) [21]. Концепция предусматривает осуществление целого ряда меро­приятий, результаты которых внедряются в практику.

Так, в АО "ЦСГНЭО" (Центре службы геодинамических наблюдений энергетической отрасли) филиале АО "Институт Гидропроект", под руководством проводится оценка современных сейсмических условий створов гидроузлов с учетом результатов наблюдений за период их эксплуатации.

В Центре мониторинга и прогнозирования ЧС МЧС регулярно анализируются факторы, позволяющие оценить сейсмическую опасность, в том числе атмосферное давление, изменение уровней воды в скважинах, геодинамические наблюдения и др. Прогноз землетрясений дается на основе анализа мониторинговой информации по различным геофизическим предвестникам. Из них наиболее значимый деформационный. Для выявления таких предвестников созданы геодинамические полигоны МЧС на Северном Кавказе и на Камчатке. Наблюдения проводятся с применением спутников, оснащенных высокоточной аппаратурой.

1.5  Недостаточное инженерно-геологическое обоснование проектов

Большинство плотин в мире являются грунтовыми (каменно-земляными и каменно-набросными), построенными из местных материалов. В наиболее развитых странах грунтовых плотин в настоящее время строится в 5 раз больше, чем бетонных, а в США - в 100 раз больше (Моисеев, 2000). Даже в таких странах, как Япония, Италия, Испания, где, как правило, строились бетонные плотины, сейчас их предпочитают строить из местных материалов.

В бывшем СССР создана самая высокая в мире (300 м) каменно-земляная плотина Нурекской ГЭС из материалов близко расположенного карьера. Грунтовые плотины возводятся на любом основании, они экономичны, менее трудоемки, более сейсмостойки. Однако более подвержены фильтрации и разрушению при переливе воды через гребень, требуют в целях безопасности более сложных и громоздких водосбросных сооружений.

Изучение специалистами причин аварий плотин различных типов показало, что большинство повреждений бетонных плотин связано с их основаниями. Из 6261 высоких бетонных плотин, зарегистрированных в Мировом регистре, в 1985 г. разрушены были лишь 0,24%, повреждены 4,3%, а остальные (около 96%) нормально функционируют до настоящего времени (Калустян, 1995; World Register..., 1985). К неверной оценке надежности оснований плотин и фильтра­ционных свойств слагающих материалов, нередко влекущей за собой неправильный выбор местоположения гидросооружения, его тип, параметры и технологические особенности строительных работ, приводит недостаточное инженерно-геологическое обоснование проектов гидротехнических сооружений. Аварии на гидроузлах, связанные с этим фактором, угрожают их безопасности и требуют скорейшего, а на некоторых сооружениях незамедлительных действий.

Подобная авария, связанная с недооценкой геологических условий и дефектами строительства, явилась причиной прорыва плотины Курейской ГЭС в зоне многолетнемерзлых пород и рассмотрена выше.

Слабая изученность геологического строения, пород и их свойств привела к затоплению деривационного туннеля Ингурской ГЭС в Грузии (не были учтены карстовые проявления слоистых известняков). Плохо выполненная гидроизоляция стала причиной фильтрации в деривационном туннеле Храмской ГЭС, раскрылись продольные межблочные швы при строительстве Шамской ГЭС в Армении, обнажилась арматура бетонной плотины Нурекской ГЭС и т. д.

Разрушения бетона в зоне переменного подпора, повреждения креплений откосов, размыв русел в нижних бьефах отмечаются гидротехниками на многих сооружениях. Например, деформация русла ниже плотин Волжской ГЭС им. и Саратовской ГЭС, незатухающая деформация сооружений на глинистых грун­тах Загорской ГАЭС, нарушение железобетонных конструкций мостовых переходов на каскаде Верхневолжских ГЭС, а также Нижегородской, Иркутской и других ГЭС, обнаруженные в процессе эксплуатации, дефекты противофильтрационных устройств Курейской, Братской и Усть-Илимской ГЭС и др.

В настоящее время существенные ограничения на работу оборудования и схему использования реки в связи с фильтрацией введены на Саяно-Шушенской ГЭС фильтрация в плотине и основании, Курейской ГЭС дефекты противофильтрационных устройств, Кривопорожской ГЭС в Карелии - дефекты в зоне со­пряжения грунтовой плотины с основанием (Бритвин, 2000).

Сложная ситуация была на Саяно-Шушенской ГЭС, требующая более подробного освещения истории вопроса и современного состояния гидроузла.

С 1957 г., когда было зафиксировано трещинообразование в основании плотины Биссина в Италии, этому вопросу гидротехники уделяют повышенное внимание, т. к. у целого ряда плотин было обнаружено трещинообразование и фильтрация воды (Калустян, 1995). В Сибири подобные явления были зарегистрированы на бетонных плотинах Братской, Усть-Илимской и Саяно-Шушенской ГЭС, что связано не только с наличием зон растяжения или сжатия, но и с прочностью скальных оснований.

Проявления фильтрации в плотине Саяно-Шушенской ГЭС вызывали наибольшую озабоченность гидротехников и научной общественности.

В соответствии с материалами руководства и сотрудников этой станции (Брызгалов, 1998; Брызгалов и др., 1998) в бетоне напорной грани плотины в 1985 г. около отметки в 354 м были обнаружены трещины, когда напор достиг 80% от расчетного при нормальном подпорном уровне (НПУ) в 540 м. Глубина раскрытия трещин продолжала увеличиваться и достигла максимума после заполнения водохранилища до НПУ в 1990 г. Расход фильтрации к 1996 г. составил 458 л/с.

После возникновения сильной фильтрации опасная зона напорной грани плотины тщательно исследовалась специалистами, которые использовали натурные наблюдения и расчетные методы. С 1991 г. начались работы по ликвидации явлений фильтрации. Однако применение традиционных технологий не позволило перекрыть пути фильтрации и лишь с помощью новейших, принятых в международной практике способов подавления фильтрации (использование эпоксидных смол "Родур") удалось ликвидировать высоконапорную фильтрацию в бетоне плотины Саяно-Шушенской ГЭС. Пристальное внимание уделялось также фильтрации в районе контакта плотины с основанием, достигавшей 500 л/с против 100-150 л/с по проекту.

Рассмотренные явления фильтрации связаны с растяжением бетона и основания уникальной арочно-гравитационной плотины Саяно-Шушенской ГЭС. Такого рода плотина со своеобразным строением, сооруженная в широком створе, является единственной в мире. Проектировщики не могли предвидеть такие размеры растянутой зоны бетона и основания плотины, поэтому не предусмотрели соответствующие мероприятия по предотвращению явлений подобного масштаба.

Одновременно с техническими работами по подавлению фильтрации были предприняты меры для предотвращения повторного раскрытия трещин в бетоне и улучшения напряженно-деформированного состояния основания плотины: снижен на 1 м проектный НПУ, ограничена скорость наполнения водохранилища, в правила эксплуатации гидроузла введено требование заблаговременных холостых сбросов при пропуске половодий с приточностью выше средней, уточнены расчетная сейсмичность, для повышения надежности гидроузла разработаны дополнительные водосбросы, создана специальная лаборатория для наблюдения за состоянием гидроузла (см. гл. 4).

В 1996 г. по поводу состояния Саяно-Шушенской ГЭС была созвана экспертная комиссия РАО "ЕЭС России", включающая 30 ученых и специалистов ведущих Институтов РФ (в том числе академических). Эта комиссия, а также ряд других, работавших на Саяно-Шушенской ГЭС (начиная с комиссии Российской инженерной академии), пришли к выводу, что плотина ГЭС соответствует существующим нормативным требованиям по безопасности, устойчивости и надежности.

Однако отмечено, что, к сожалению, нередко в процессе изысканий не учитывается ряд обстоятельств, очень важных для оценки инженерно-геологических условий строительства гидроузлов, отражающихся на их безопасности. Специалисты указывают на необходимость повышения качества изысканий и уточне­ния проектных решений в процессе строительства энергообъектов. Такие уточнения коснулись ряда ГЭС Колымской, Вилюйской, Курейской, Бурейской, а также Рогунской, Ташкумырской и др. (Парабучев, 2000).

Аварийные ситуации на различных участках гидроузлов возникают в результате несоблюдения проектных отметок уровней и нестандартных условий эксплуатации в течение длительного времени. Известно, что Нижнекамская ГЭС эксплуатируется с подпорной отметкой, не соответствующей проектной. Поэтому Боткинская ГЭС функционирует при отсутствии подпора со стороны водохранилища Нижнекамской ГЭС. Кроме того, вследствие трансформации русла р. Камы уровни нижнего бьефа Вот-кинской ГЭС оказались на 1 м ниже проектных. Эти обстоятель­ства, а также работа Боткинской ГЭС со значительными суточ­ными изменениями нагрузки и, соответственно, со значительны­ми колебаниями уровней нижнего бьефа вызвали, по материалам и (1997), размыв и разрушения слабо закрепленных участков в зоне переменного подпора, а именно, значительные деформации левобережного откоса отводящего канала (просадки и разрушения плит крепления) и местные деформации дна. Это потребовало выполнения в гг. укрепительных работ на левом откосе канала. Резкие изменения уровня нижнего бьефа и ледовые явления привели также к вымыву грунта из низового откоса русловой земляной плотины. Образовавшиеся языки промоин были засыпаны в 1995 г. силами работников ГЭС. Для безопасной эксплуатации плотины Воткинской ГЭС в остро пиковом режиме рекомендовалось выполнить защитные крепления откоса земляной плотины и работы по предотвращению деформации отводного канала.

Таким образом, основными факторами повреждения или разрушения плотин являются их возраст, экстремальные, сверхрасчетные расходы воды, недостаточная пропускная способность водосбросов, неисправность механического оборудования, нарушение прочности (устойчивости) сооружений, нарушение фильтрационной прочности различных частей гидроузлов, большие потери на фильтрацию, эксплуатация гидроузлов в нерасчетных режимах. Ошибки в расчетах объемов воды, которые могут поступать в водохранилище, неправильный выбор места сооружений, неверная оценка в проекте условий основания плотины, дефекты конструкций могут стать причинами разрушения плотин. Непосредственными причинами повреждений и нарушений могут быть как случайные отклонения от расчетных значений, так и ошибки в прогнозах и расчетах при проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений, а также нерасчетные ситуации, вызванные спонтанно проявляющимися явлениями природы и преднамеренными или непреднамеренными действиями людей.

1.6  Войны и политические конфликты

Большую опасность в современном мире представляют чрезвычайные ситуации (ЧС), связанные с политическими, национально-религиозными и военными конфликтами. Любая война с точки зрения ее воздействия на население страны, ее производственно-экономический потенциал, природную среду может рассматриваться как крупномасштабная чрезвычайная ситуация (Авдотьин, Самсонов, 1999). Чрезвычайные ситуации различают по большому числу признаков, описывающих явления с различных сторон их природы и свойств. Прежде всего ЧС классифицируют по масштабам распространения чрезвычайных событий, при этом принимается во внимание тяжесть последствий, которая и при небольшой площади ЧС может быть огромной (Воробьев и др., 1997).

В соответствии с "Положением о классификации ЧС природного и антропогенного характера", утвержденного правительством Российской Федерации, ЧС подразделяют на локальные, местные, территориальные, региональные, федеральные и трансграничные. К последним относятся ЧС, поражающие факторы которых выходят за пределы РФ, или ЧС, которые произошли за рубежом, но затрагивают территорию РФ. Эта классификация базируется на учете числа пострадавших людей, нарушений условий жизнедеятельности, размеров материального ущерба и зон проявления ЧС. Но в целом все возможные виды ЧС подразделяют прежде всего на конфликтные и бесконфликтные. К конфликтным относятся войны, экстремистская политическая борьба, этносоциальные противоречия, столкновения на религиозной почве, терроризм, разгул уголовной преступности и т. д. Во время указанных конфликтов могут пострадать экологически опасные производства, в том числе гидротехнические сооружения, и может быть причинен серьезный ущерб населению и экономике на значительных территориях.

В период войн гидротехнические сооружения обычно либо разрушаются, либо используются в военных интересах воюющих сторон.

С древнейших времен в военной гидротехнике совершенствовались и использовались методы наиболее эффективного разрушения гидротехнических сооружений с целью нанесения максимального урона неприятелю (Калустян, Горбушина. 2003).