На решение этих задач направлены Федеральный закон "О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера" и Федеральная целевая программа "Создание и развитие Российской системы предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях". Особое внимание в них уделяется путям и методам обучения и подготовки к действиям в условиях ЧС населения, особенно молодежи, ответственных лиц и специалистов, использованию новейших дости­жений науки и техники, снижению неблагоприятных последст­вий и т. д.

В 1998 г. в МЧС был создан Центр обучения и подготовки специалистов в области современных технологий предупреждения и ликвидации ЧС, разрабатываются также методы обучения человека постоянному вниманию к окружающей среде, адекват­ным реакциям и контролю за эмоциональным поведением, выработке мгновенной ориентации с одновременным включением целесообразной деятельности. Все это должно способствовать формированию жизненных установок рационального поведения в условиях ЧС (Чуич, Авитисов, 1999).

В резолюции Международного симпозиума "Человек и катастрофы..." (7-8 сентября 2000 г., Москва, МЧС) отмечалось, что при современном росте ЧС, ущербов и затрат на ликвидацию последствий переход ряда стран к устойчивому развитию становится нереальным без резкого повышения защитно-профилактиче­ских мер. В связи с этим поддерживается в качестве перспективной инициатива создания под эгидой ООН Международного агентства по ЧС, которое выполняло бы функции исполнительного органа реагирования.

В России созрела необходимость создания федерального органа надзора за комплексной безопасностью или закрепление этих функций за одним из существующих органов власти, а также организации единого информационного банка данных о ЧС и более широкого привлечения научных специалистов к экспер­тизе ЧС, их прогнозу и оценке ущербов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Концепция устойчивого (сбалансированного) развития, разрабатываемая и внедряемая во многих странах в качестве экологической перспективы жизнедеятельности общества, включает в себя ряд составляющих: рациональное использование экосистем, эффективную экономику и высокие показатели качества жизни населения. Важнейшим показателем эффективной экономики является энерговооруженность. Уровень развития энергетики в значительной степени определяет экономическую и политическую независимость промышленно развитой страны. Однако энергетика, наряду с другими отраслями хозяйства, обеспечивающими достойный уровень жизни населения, экологически наиболее опасна. Поэтому изучение экологических аспектов развития энергетики и ее безопасного функционирования является одним из разделов географии, в котором среди многих других задач называются и анализируются причины, дестабилизирующие окружающую природную среду и наносящие ущерб человеческому обществу. Увеличение частоты и силы проявления стихийных бедствий и техногенных катастроф в последние годы свидетельствует о том, что без решения задач по предупреждению и снижению последствий этих явлений нельзя реализовать курс на устойчивое развитие Российской Федерации.

Наиболее вероятен риск аварий и катастроф на крупных экологически опасных объектах, к которым относятся и подпорные гидротехнические сооружения (плотины и водохранилища, дамбы, перемычки, пруды-накопители и т. д.). Число аварий на них имеет тенденцию роста в связи с активизацией экстремальных природных и техноприродных процессов, что обусловлено в значительной степени непродуманной хозяйственной деятельностью, а также ошибками стратегического характера по обеспече­нию безопасности, отсутствием фундаментальных исследований, направленных на решение прикладных проблем и т. д.

Главной причиной катастроф на гидросооружениях является недостаточное гидрологическое и инженерно-геологическое обоснование проектов, приводящее к занижению экстремальных расходов воды и размеров водосбросов, неправильному выбору места сооружений, неверной оценке условий основания плотин и т. д. Особенно подвержены разрушениям земляные плотины, составляющие основную часть гидросооружений. Аварии плотин могут происходить из-за старения и износа оборудования, отсутствия своевременного ремонта и профилактики, невыполнения в полном объеме предупредительных мер и мониторинга гидроузлов, а также из-за организационно-технических неполадок, непрофессионализма и халатности персо­нала. В последние годы угрозу нормальному функционированию гидроузлов и их разрушению создают военные действия и террористические акты в зонах этно-социальных конфликтов.

В этой книге прогнозу и факторам возникновения ЧС на гидротехнических сооружениях предшествует оценка перспектив строительства ГЭС в Российской Федерации и его возможных последствий с точки зрения новой роли гидроузлов в условиях перестраивающейся экономики.

Напомним, что на территории России и стран СНГ эксплуатируется более 10% водохранилищ мира, концентрирующих 20% емкости всех искусственных водоемов на Земле, освоено 20% гидроэнергетического потенциала рек, сооружены водохранилища-гиганты, т. к. наибольшая энергоотдача и наименьшая стои­мость производства единицы энергии от мощных ГЭС. Из 25 самых мощных ГЭС мира 6 построены в бывшем СССР.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Ряд ГЭС и водохранилищ по технико-экономическим показателям относятся к лучшим гидроэнергообъектам мира. Многие из них построены в суровых по природным условиям регионах или в районах с высокой сейсмичностью, уникальны по высоте или имеют конструктивные особенности.

При соблюдении природоохранных мероприятий, заложенных в проекты, гидроузлы экологически более "чистые" источники энергии, не загрязняющие воздух и водные ресурсы. Они базируются на восстанавливаемых энергоресурсах, их эксплуатация намного дешевле ТЭС и АЭС. Особенно эффективны ГЭС в сочетании с Г АЭС.

Есть и другие положительные стороны создания гидроузлов, рассмотренные в книге, но главная из них обеспечение в усло­виях экономического кризиса в стране устойчивой и эффективной работы энергетической системы. Гидроузлы функционировали стабильно и на фоне падения выработки энергии от различных источников, их годовая выработка в конце 1990-х годов превысила выработку 1990 г. на 11 млрд кВт-ч, а доля выработки энергии на ГЭС выросла с 17 до 21%.

Однако гидротехническое строительство имеет ряд известных неблагоприятных последствий, широко освещавшихся в печати. Среди них в качестве интегрального показателя большие затопления и подтопления, недостаточная подготовка ложа будущих водоемов к затоплениям, перенесение населенных пунктов, уход под воду массивов лесов и ценных в сельскохозяйственном отношении земель, нарушение важных транспортных коммуникаций, ухудшение качества воды искусственных водоемов как за счет свойств самих водохранилищ (затопление лесов, недостаточная санитарная обработка угодий, переработка берегов, замедление водообмена и др.), так и за счет сброса в них не­очищенных сточных вод базирующихся на их берегах промышленных и сельскохозяйственных предприятий и коммунальных служб.

Последствия создания плотин ГЭС на равнинных реках вызвали в начале перестройки экономики страны бурные дискуссии с требованиями спустить водохранилища, заменить выработку энергии от ГЭС нетрадиционными источниками энергии.

В этот период в связи с резким снижением объемов финансирования гидротехнического строительства и мощным общественным противодействием ему было остановлено осуществление целого ряда проектов ГЭС, в том числе без консервации уже ча­стично построенных гидроузлов, были пересмотрены параметры гидросооружений с целью снижения экономических и экологических потерь.

На протяжении 10 лет перестройки экономики и обсуждения перспектив сооружения ГЭС проектировщики предприняли определенные шаги в направлении экологизации проектов, разработали концепцию, включающую основные пути уменьшения негативного воздействия энергообъектов на окружающую природную среду. С 1990 г. была проведена экологическая паспортизация всех электростанций, в настоящее время составляются декларации безопасности.

В современных проектах ГЭС предусмотрены разработки "Социальных программ" для обеспечения комфортной жизни переселяемых жителей, создание социальной инфраструктуры. На ряде крупных гидроузлов, помимо традиционных методов мониторинга, организована система наблюдений с использованием дистанционных методов космической, аэрофото и телевизионной съемки.

Проекты ГЭС проходят государственную экологическую экспертизу, предложен целый ряд мер по снижению острых дискуссионных проблем гидротехнического строительства. Так, заслуживает внимания новое направление строительства крупных ГЭС очередями с последовательным вводом в эксплуатацию отдельных блоков.

Поэтапное строительство ГЭС в сложных природных условиях, требующих значительных финансовых затрат, предусматривает сооружение вначале 1-й очереди сооружения. Это позволяет изучить проявившиеся негативные последствия строительства и решить вопрос о целесообразности дальнейшего осуществле­ния следующих очередей проекта. Функционирование 1-й очереди ГЭС дает также возможность быстрого оборачивания вкладываемых инвесторами средств (Пигалев и др., 2003).

Идея поэтапного строительства воплощена в новых проектах Катунской ГЭС (ныне называемой Алтайской) и Рогунского гидроузла в Таджикистане с самой высокой в мире плотиной (330 м). При поэтапном возведении Алтайской ГЭС первоначальная высота плотины составит теперь 57 м, а объем водохранилища все­го 0,2 км3, что не затронет интересы местного населения и позволит проверить выполненные прогнозы.

Возобновляемое строительство Рогунской ГЭС предусматривает сооружение 1-й очереди с высотой плотины 140 м и дальнейшее ее наращивание до 220 и даже 330 м, как планировалось ранее, если первый и последующие этапы докажут экономическую, экологическую и технологическую целесообразность возведения такого мощного гидроузла.

Определенные позиции завоевывает наплавной метод создания каскада ГЭС, разработанный для условий Дальнего Востока и подробно рассмотренный в 1-й гл. книги.

Однако необходимо напомнить, что в Восточной Сибири к числу недостатков гидроэнергетической отрасли относится ги­пертрофированное развитие ГЭС по сравнению с другими источниками энергии (т. к. энергию предполагалось передавать в ETC и на Урал), в результате чего энергобаланс такого крупного региона сильно зависит от стока рек и ставит эту отрасль в пред­кризисное положение в периоды маловодий на реках Ангаре и Енисее.

Но главное, энергетические мощности Сибири оказались "запертыми" в пределах замкнутых энергосистем. Поэтому перспе­ктивы роста гидроэнергетики здесь тесно связаны с необходимостью "разомкнуть" мощные замкнутые энергосистемы, т. к. собственные потребности в электроэнергии, по расчетам специалистов, в ближайшие годы будут расти ежегодно на 1-2%. То есть за 20 лет потребление энергии в Сибири и на Дальнем Востоке вырастет приблизительно на 40%. Кроме того, существующие резервы энергосбережения позволяют сэкономить более чем 40% потребляемой энергии.

Исследования и работы в этом направлении уже ведутся: начато строительство ЛЭП-1150 через Казахстан на Урал и ЛЭП-500 на Барнаул. Завершение строек позволит существенно сократить закупки казахстанского угля и обеспечить Урал и другие регионы дешевой сибирской энергией.

В условиях предпринимаемых энергетиками шагов по сниже­нию неблагоприятных последствий сооружения гидроэнергообъектов диссонансом звучит обращение вновь к крупномасштабному строительству ГЭС в низовьях р. Енисея.

В качестве главного постулата развития гидроэнергетики автор по-прежнему, как и в предыдущих монографиях (1978, 1990), отстаивает точку зрения о неприемлемости строительства крупных равнинных водохранилищ, особенно расположенных в приустьевых районах рек. Один из главных неблагоприятных факторов создания таких водохранилищ значительные площади зато­плений при недостаточной изученности природных ресурсов затопляемых регионов и оценке потерь от создания ГЭС. Затопление наиболее освоенных земель в долинах рек порождает целый ряд не только экологических и экономических, но и социально-этнических проблем, до сих пор не учитываемых или мало учитываемых в проектах ГЭС.

В конце XX столетия устойчивой тенденцией гидроэнергетического строительства, активно декларируемой ведущими специалистами Минэнерго, был отказ не только от сверхкрупных приустьевых равнинных водохранилищ ГЭС, но и вообще от крупных равнинных водохранилищ и перенесение гидроэнергетического строительства в горные и предгорные районы, где ареал и степень проявления негативных воздействий водохранилищ значительно меньше, чем у равнинных водоемов, и цена негативных последствий не столь велика.

Большое внимание в этих районах уделяется средним и малым гидроузлам, которые помогут решить как комплексные, так и отраслевые проблемы хозяйства. Акцент на создание малых водохранилищ в равнинных малонаселенных районах и гидростроительство в горных и предгорных районах резко снижают негативные последствия сооружения ГЭС.

Автор, однако, показал в 7-й гл., что малые ГЭС, имея целый ряд преимуществ перед более крупными гидроэлектростанциями за счет их "экологической чистоты" (меньшего отрицательного влияния на природную среду и человека) не в состоянии удовлетворить потребности крупных промышленных регионов в электроэнергии. Они наиболее эффективны там, где социально-эко­номические условия и перспективы развития производительных сил региона не нуждаются в мощных источниках энергии, а также в отдаленных районах с рассредоточенными потребителями энергии в качестве независимого источника электроснабжения, экономящего дорогое и небезопасное в экологическом отношении привозное органическое топливо. Но отсутствие гарантированной выработки энергии в связи с прекращением работы многих небольших станций и МГЭС в зимнее время и в летнюю межень требует дублирующих источников энергии. Поэтому перспективно дополнение более крупных ГЭС малыми, что намного повышает надежность энергоснабжения и позволяет эффективно использовать гидроэнергетический потенциал рек.

Существенный вклад в электроснабжение могут внести возобновляемые источники энергии солнечное излучение, энергия приливов, ветра, тепло термальных вод и т. д. К активизации использования во всем мире этих источников энергии толкает рост промышленных выбросов, в том числе за счет сжигания углеводородного топлива и подорожание последнего.

Однако удельные затраты на единицу установленной мощности и стоимость энергии, производимой ВИЭ, при современных технологиях и методах экономического сопоставления превышают показатели от сжигания органического топлива на традици­онных электроустановках.

В России в последнее десятилетие произошли существенные сдвиги в освоении нетрадиционных источников энергии, особенно в использовании термальных вод и энергии ветра. Задача заключается в том, чтобы сделать их конкурентно способными по мощности и выработке энергии и ее стоимости по сравнению с традиционными видами производства энергии, а главное изучить экологические последствия эксплуатации, показать экономические преимущества.

В конце XX в. акцент с исследований экологических и социально-экономических последствий возведения ГЭС переместился на экстремальные ситуации и возможности повреждения плотин и водохранилищ. Аварийная ситуация, возникающая на гидроузлах в результате проявления стихийных явлений природы (экстремальные половодья, землетрясения, оползни, ураганы, сели, лавины и т. д.) или вызванная рядом антропогенных факторов (недостаточная пропускная способность водосбросов, техническая неисправ­ность оборудования, нарушения режима эксплуатации, военные действия и т. д.), создает опасность прорыва плотин, искусственного паводка и затопления территорий нижнего бьефа.

Прорывная волна часто ведет к затоплениям, подтоплениям и подъему уровня грунтовых вод, большому материальному ущербу и человеческим жертвам. В книге приведены исторические факты аварий на гидроузлах и разрушений плотин с катастрофическими последствиями. Обоснованы и проиллюстрированы на конкретных примерах возможности установления параметров волны прорыва путем использования метода географических аналогий привлечения материалов по экстремальным половодьям. Конечной целью этого раздела исследований являлось составление карт последствий повреждения гидроузлов для их нижних бьефов и установление не только общих площадей возможного затопления от прорывной волны, но и выделение зон различной степени опасности в зависимости от критериев остроты ситуаций, разработанных автором.

Подобные карты нужны для прогнозирования масштабов воздействия волны прорыва и возможных ущербов, но главное для разработки профилактических, предупредительных мер и до­ведения их до сведения соответствующих государственных и местных органов власти, общественных организаций и всех граждан, проживающих в потенциально опасных зонах. В этих зонах должны быть ограничены строительство и концентрация экологически опасных производств.

Чрезвычайные ситуации на гидроузлах часто связаны с прохождением экстремальных половодий, что требует знания характеристик расчетных максимумов стока для установления параметров водосбросов и правил пропуска высоких половодий и павод­ков. Но прогнозы экстремальных гидрологических ситуаций в Российской Федерации затруднены в связи с сокращением гидрометеорологической сети наблюдений, которая и до периода эко­номических преобразований не была достаточно насыщенной. В 1990 г. в СССР было 6000 постов и 9000 пунктов гидрологических наблюдений. В США, с территорией в два раза меньшей, было 16000 пунктов наблюдений, обеспечивающих государственный учет ресурсов поверхностных вод.

Опыт эксплуатации ГЭС показал, что в уточнениях нуждаются параметры максимального стока для гидроузлов, построенных 30 и более лет тому назад, определявшиеся по относительно коротким рядам наблюдений. Поэтому представляют большой интерес пути преобразования гидрометеорологической сети наблюдений, разрабатанные в ГГИ.

Наряду с анализом половодий и паводков, большое внимание в книге уделено экзогенным процессам, активизирующимся в результате гидротехнического строительства и угрожающим безопасности гидроузлов. При анализе фактора сейсмич­ности и его опасного проявления в отношении плотин и водохранилищ использованы новейшие исследования по этому вопросу и новая карта сейсмического районирования. Выполнен анализ взаимовлияния гидроузлов и многолетнемерзлых пород, а также аварийных ситуаций на плотинах ГЭС, связанных с криогенными процессами.

Приводятся результаты многолетних исследований автора по проблемам воздействия глобальных изменений климата на функционирование и безопасность объектов энергетики. Известно, что международные организации по проблемам глобального потепления климата (ГПК) считают необходимым практически учитывать зависимость степени потепления от темпов развития промышленности и энергетики в различных странах, определяющих размеры поступления углекислого газа в атмосферу (прото­кол Киото). Главным в решении проблемы ГПК является разработка новой стратегии развития энергетики с превалирующим ростом тех ее отраслей, которые не влияют на содержание СО2 в атмосфере. Это гидроэнергетика, не оказывающая влияния на состояние атмосферы, и нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Ряд исследователей полагают, однако, что структуру энергетического баланса менять не следует, т. к. излишки СО2 при сжигании органического топлива могут поглотить биомасса океана и наземная растительность. Поэтому возрастает роль сохранения и восстановления лесов умеренного по­яса и тропических. Следовательно, снижение поступления углекислого газа в атмосферу путем перестройки энергобаланса является одним, но не единственным способом предотвращения глобального потепления климата.

В новых климатических условиях изменится режим эксплуатации объектов энергетики в связи с тнансформацией водных ресурсов и гидрологических характеристик рек, озер и водохранилищ, прогноз которых наиболее сложен. Ненадежность прогнозов гидрологических характеристик, особенно их экстремальных значений, снижает безопасность функционирования водохозяйственных и энергетических объектов. Важным аспектом влияния ГПК на энергетику является сокращение потребностей в тепловой энергии, особенно в зимний период. При росте стока следует ожидать прироста выработки энергии на ГЭС России и стран СНГ к 2020 г. по разным оценкам на 12-16%. Выбросы углекислого газа могут сократиться за счет этого на 85 млн т.

С 1999 г. исследования различных аспектов безопасности проводятся в соответствии с Федеральной целевой программой "Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситу­аций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 г.", курируемой МЧС.

В энергетике безопасная эксплуатация гидроэнергообъектов регламентируются законом "О безопасности гидротехнических сооружений". Этот закон, а также закон "О промышленной безопасности" стимулировали разработку научно-технических программ "Безопасность энергетических сооружений" на федеральном и отраслевом уровнях. Принятые законы и программы способствуют повышению безопасности энергообъектов, включая составление деклараций о безопасности гидротехнических сооружений, а также их модернизацию, ремонт и реконструкцию, установку систем мониторинга.

Организациями энергетической отрасли широко используются современные методы натурных наблюдений за состоянием эксплуатируемых гидротехнических сооружений с привлечением инструментальных данных, визуальных наблюдений и с построением прогнозных моделей. Ведутся комплексные научно-исследовательские работы по безопасности конкретных энергообъектов и предотвращению отдельных неблагоприятных воздействий.

В настоящее время разрабатываются новые методы противодействия авариям и катастрофам, принимаются превентивные меры по предупреждению и предотвращению ЧС. Главный этап разработки превентивных мер прогноз ЧС с оценкой причин их возникновения. С прогнозом связано управление природными и техногенными рисками повреждения гидроузлов, измеряемыми вероятной величиной потерь за определенный промежуток времени. Для такого управления необходимы: изучение факторов риска, предвидение опасных явлений, предсказание их силы и зон распространения, мониторинг гидросооружений, установление уровня приемлемого риска, исходя из экологических и социаль­но-экономических последствий, проведение защитных мероприятий, опирающееся на законодательные акты, а также спасательные и восстановительные работы, оценка ущербов.

Оценки ущербов при ЧС на гидросооружениях, в том числе от природных наводнений и волн прорыва, не имеют единой методики; во многих странах отсутствует их систематический учет или оцениваются лишь прямые потери, связанные с непосредственными разрушительными действиями. Но важны и косвенные ущербы, которые определяются вторичными последствиями и могут проявляться через определенный промежуток времени, не иметь выраженной территориальной принадлежности и характеризоваться каскадным эффектом. То есть вторичные последст­вия порождают следующую волну последствий и новых косвен­ных ущербов. Синергетический эффект последствий ущербов трудно прогнозируем и не во всех случаях может быть оценен.

Катастрофам и ущербам на гидротехнических сооружениях, повлекшим за собой большие человеческие жертвы, уделяется повышенное внимание. Так, две однотипные аварии на р. Пьяве в Италии, вызванные оползнями в водохранилища Понтезеи и Вайонт, по-разному изучены и нашли отражение в публикациях и международных документах. Авария перелив воды через гребень плотины Понтезеи в 1959 г. известна в общих чертах, т. к. она не сопровождалась человеческими жертвами. А катастрофа на плотине Вайонт в 1963г., приведшая к гибели 1899 человек, вошла в историю гидротехнического строительства и почти всегда приводится в качестве примера.

В книге показано, что число человеческих жертв при авариях и катастрофах на гидротехнических сооружениях может быть гораздо меньше, если критические ситуации будут предсказаны или предприняты меры по предотвращению негативных последствий. В ряде разделов монографии приводятся примеры, иллюстрирующие эффективность превентивных мер. К их числу относится широкое внедрение результатов научно-исследовательских работ по проблеме снижения риска и последствий ЧС в практику проектирования и эксплуатации гидротехнических сооружений. Должны получить дальнейшее развитие экономические механизмы регулирования безопасности, в том числе страхование. Необходимо наладить систему обучения "командного состава" руководителей различного ранга, включая руководителей общественных организаций, действиям в условиях ЧС, обучения населения правилам поведения при ЧС, а также создать систему координации и управления безопасностью на различных уровнях. Следует тщательно изучать последствия прошлых катастроф, чтобы не повторять ошибок.

В заключение отметим, что автор давно придерживается точки зрения о необходимости гласного обсуждения гидротехнических проектов. Это возможно при их широком научно-популярном изложении в печати с обоснованием целей и характеристикой ожидаемых последствий, с предложением альтернативных вариантов и т. д. Для этого целесообразны выпуск специального журнала или использование других средств массовой информации, освещающих содержание проектов и мнения специалистов, что станет основой для обсуждения. Без сомнения, специалисты обязаны прислушиваться к мнению общественности. Однако поскольку общественность может быть необъективно экстремистски настроена, проектировщики и ученые, обосновывающие проект, должны занимать объективную позицию, основанную на результатах научных исследований, т. е. гласность должна сочетаться с высокой степенью компетентности.

3.1 Поражающие факторы

Катастрофическое затопление, являющееся следствием гидродинамической аварии, заключается в стремительном затоплении местности волной прорыва. Масштабы последствий гидродинамических аварий зависят от параметров и технического состояния гидроузла, характера и степени разрушения плотины, объемов запасов воды в водохранилище, характеристик волны прорыва и катастрофического наводнения, рельефа местности, сезона и времени суток происшествия и многих других факторов.

Основными поражающими факторами катастрофического затопления являются: волна прорыва (высота волны, скорость движения) и длительность затопления.

Волна прорыва – волна, образующаяся во фронте устремляющегося в пролом потока воды, имеющая, как правило, значительную высоту гребня и скорость движения и обладающая большой разрушительной силой.

Волна прорыва, с гидравлической точки зрения, является волной перемещения, которая, в отличие от ветровых волн, возникающих на поверхностях больших водоемов, обладает способностью переносить в направлении своего движения значительные массы воды. Поэтому волну прорыва следует рассматривать как определенную массу воды, движущуюся вниз по реке и непрерывно изменяющую свою форму, размеры и скорость.

3.2 Расчёт параметров волны прорыва

Схематично продольный разрез такой сформировавшейся волны показан на рис. 3.1.


h - бытовой уровень воды в реке; H - высота волны; Нп - высота потока

Рис. 3.1. Схематический продольный разрез волны прорыва

Начало волны называется фронтом волны, который, перемещаясь с большой скоростью, выдвигается вперед. Фронт волны может быть очень крутым при перемещении больших волн на участках, близких к разрушенному гидроузлу и относительно пологим на больших удалениях от гидроузла.

Зона наибольшей высоты волны называется гребнем волны, который движется, как правило, медленнее, чем ее фронт. Еще медленнее движется конец волны - хвост волны. Вследствие различия скоростей этих трех характерных точек волна постепенно растягивается по длине реки, соответственно уменьшая свою высоту и увеличивая длительность прохождения. При этом, в зависимости от высоты волны и уклонов реки на различных участках, а также неодинаковой формы и шероховатости русла и поймы, может наблюдаться некоторое временное ускорение движения гребня, с «перекашиванием» волны, т. е. с относительным укорочением зоны подъема по сравнению с зоной спада.

Так как волна прорыва является основным поражающим фактором при разрушении гидротехнического сооружения, то для определения инженерной обстановки необходимо определить ее параметры: высоту волны - (Нв), глубину потока - (Н), скорость движения и время добегания различных характерных точек волны (фронта, гребня, хвоста) до расчетных створов, расположенных на реке ниже гидроузла (Vфр, Vгр, Vхв и tфр, tгр, tхв), а также длительности прохождения волны через указанные створы - (Т), равной сумме времени подъема уровней - (Тпод) и времени спада - (Тсп) или разницы между (tхв и tгр).

Исходными данными для расчетов параметров волны прорыва являются:

- объем водохранилища (Wв) млн. м3;

- ширина водохранилища перед плотиной - Вw, м;

- глубина водохранилища перед плотиной - Нв, м;

- глубина реки ниже плотины - hб, м;

- отметка уровня воды водохранилища перед плотиной - Ув, м;

- отметка уровня воды в реке ниже плотины - Ур, м;

- уклон дна реки – i.

- ширина бреши - В, м;

- коэффициент шероховатости реки h, который принимается по таблице 1

Объем водохранилища Wв, млн. м3, рассчитывается по формуле

, (1)

где Нв - глубина водохранилища перед плотиной, м;

Sв - площадь зеркала водохранилища (площадь затопления), м2.

Уклон дна реки i, рассчитывается по формуле

, (2)

где W - объем водохранилища, млн. м3;

hб - глубина реки ниже плотины, м;

М - параметр, характеризующий форму поперечного сечения реки, который принимается по рисунку 1 Приложения Б;

Вср - средняя ширина реки на высоте hб, м.

При расчете параметров волны прорыва принимаются следующие допущения:

- разрушение гидроузла, или его части, происходит мгновенно;

- степень разрушения напорного фронта (линии сооружений), поддерживающих напор гидроузла, принимается в процентах (или в долях) от его длины по урезу воды в водохранилище. При частичных разрушениях считается, что брешь образуется одна и находится в самом глубоком месте;

- глубина бреши считается доходящей до дна водохранилища;

- изменение бреши с течением времени не учитывается, ее форма и размеры считаются постоянными;

- инерционные силы, при определении времени опорожнения водохранилища, не учитываются, т. е. считается, что уровень воды в водохранилище при его опорожнении, все время остается горизонтальным;

- русло реки и долина реки, затапливаемые при прохождении волны прорыва, схематизируются;

- река по длине считается состоящей из участков с однородными ширинами, глубинами, уклонами и шероховатостями (расчетных участков);

- шероховатость русла и поймы принимается средней для всего сечения и расчетного участка и не зависящей от глубины наполнения долины реки;

- расчет основных параметров волны прорыва производится по динамической оси потока.

Алгоритм расчёта

На основе исходных данных с учётом характеристики русла и поймы реки, наличия населённых пунктов, объектов экономики, сооружений исследуемый участок реки разбивается на несколько расчетных участков, ограниченных створами. Результаты наносятся на карту. Определение высоты волны прорыва Н, м

Н = 0,6Нв - hб, (3)

где Нв - глубина водохранилища перед плотиной, м;

hб - глубина реки ниже плотины, м.

2. Определение времени прохождения волны прорыва через створ разрушенной плотины (время полного опорожнения водохранилища) Т, ч

, (4)

где WB - объем водохранилища, млн. м3;

А - коэффициент кривизны водохранилища, для ориентировочного расчета принимается равным 2;

М - параметр, характеризующий форму русла реки, принимается по рисунку 1 Приложения Б;

В - ширина прорыва, м;

Нв - глубина водохранилища перед гидроузлом, м.

3. Определение времени добегания волны прорыва до 1-го створа, t1, ч

, (5)

где L1 - длина I-го участка реки, км;

V1 - скорость движения волны прорыва на 1-м участке, определяемая по таблице 2 Приложения Б, км/ч.

4. Определение времени добегания волны прорыва до 2-го створа, t2, ч

, (6)

где L2 - длина второго участка (т. е. от первого до второго створа), км;

V2 - скорость движения волны прорыва на 2-м участке, определяемая по таблице 2 Приложения А, км/ч.

Для получения параметров волны прорыва в последующих створах поступают аналогичным способом с учетом примечания к таблице 1

По полученным данным о волне прорыва во всех створах строится график движения волны прорыва

3.3 Построение графика движения волны прорыва

Рассмотрим последовательность построения графика движения волны прорыва на примере.

Пример.

В результате землетрясения на реке полностью разрушен гидроузел. Пример выполнения расчётной схемы участков реки приведён на рисунке 1 Приложения В

Характеристика водохранилища и реки ниже плотины:

объем водохранилища Wв - 72 млн. м3;

ширина водохранилища перед плотиной В - 110 м;

глубина водохранилища перед гидроузлом Н - 42 м;

глубина реки ниже плотины hб - 3,2 м;

скорость течения Vб = 1 м/с;

форма (сечения) долины в створе гидроузла - параболическая;

река равнинная с хорошо разработанным руслом, поймы узкие, местами средние, без больших сопротивлений;

Мост находится от плотины на расстоянии 35 км;

Населённый пункт находится от бытового уровня воды на высоте hН. П - 32 м.

Требуется определить:

параметры волны прорыва на 45 км участка реки и построить график ее движения;

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7