Аварии на гидродинамических опасных объектах

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Актуальность темы реферата.  В нашей стране существует более 30 тыс. водохранилищ и несколько сотен накопителей промышленных стоков и отходов. Имеется 60 крупных водохранилищ емкостью более 1 млрд м3. Гидротехнические сооружения, эксплуатируются на 200 водохранилищах и 56 накопителях отходов, являются потенциально опасными объектами.

Гидродинамически опасными объектами называют сооружения или естественные образования, создающие разницу уровней воды до (верхний бьеф) и после (нижний бьеф) них. К ним относятся гидротехнические сооружения напорного фронта: плотины, запруды, дамбы, бассейны и уравнительные резервуары, гидроузлы, малые гидроэлектростанций и сооружения, входящие в состав инженерной защиты городов и сельскохозяйственных угодий. Гидродинамические сооружения напорного фронта подразделяют на постоянные и временные. Постоянными называют гидротехнические сооружения,используемые для выполнения каких-либо технологических задач (для производства электроэнергии, мелиорации территории и т. п.). К временным относят сооружения, используемые в период строительства и ремонта постоянных гидротехнических сооружений.

Кроме того, гидротехнические сооружения подразделяют на основные и второстепенные. К основным относят сооружения напорного фронта, прорыв которых повлечет за собой нарушение нормальной жизнидеятельности населения близлежащих населенных пунктов, разрушение, повреждение жилых зданий или объектов народного хозяйства. Этих сооружений в России около 40. К второстепенным относят гидротехнические сооружения напорного фронта, разрушение или повреждение которых не повлечет за собой существенных последствий. Основные поражающие факторы гидродинамических аварий, связанных с разрушением гидротехнических сооружений,- волна прорыва и затопление местности. [1]

Цель реферата-рассмотреть аварии на гиродинамически опасных объктах.

1. Определение гидродинамически - опасных объектов

 

Гидродинамически-опасный объект (ГОО) - сооружение или естественное образование, создающее разницу уровней воды до и после него. К ним относят гидротехнические сооружения напорного типа и естественные плотины. Особенностью таких сооружений является образование волны прорыва при разрушении [1].

Верхний бьеф - верхний уровень воды и занимаемое им пространство.  
Нижний бьеф - нижний уровень воды.

Гидротехнические сооружения - это объекты, создаваемые с целью использования кинетической энергии воды (ГЭС), охлаждения технологических процессов, мелиорации, защиты прибрежных территорий (дамбы), забора воды для водоснабжения и орошения, рыбозащиты, регулирования уровня воды, обеспечения деятельности морских и речных портов, для судоходства (шлюзы).

Гидротехнические сооружения напорного типа - это плотины, создающие подъем и, следовательно, напор воды, который затем используется для вращения каких-либо механизмов: турбин, лопастей мельниц.

Здесь следует различать три термина: запруда, плотина, гидроузел.

Запруда обычно создает подъем воды, но не имеет стока или он весьма ограничен.

Плотина - сооружение, тоже создающее напор воды, но почти с постоянным ее стоком.

Гидроузел - система сооружений и водохранилища, связанных единым режимом водоперетока.

В горных районах в результате землетрясений, обвалов, оползней образуются естественные плотины (запруды), которые почти всегда представляют опасность для нижерасположенных населенных пунктов, объектов промышленности и сельского хозяйства.

Весьма опасно разрушение плотин. В таких случаях вода с большой высоты и с огромной скоростью устремляется в нижний бьеф, заливая все на своем пути. Так, в июле 1994 г. ливневые дожди привели повторно, как и в 1993 г., к переполнению Кисилевского водохранилища в Свердловской области и прорыву временной переливной перемычки. Второй год подряд около 250 домов и 12 промышленных предприятий г. Серова оказались в зоне затопления. Сходная ситуация в 1994 г. сложилась в связи с прорывом плотины Тирлянского водохранилища в Республике Башкортостан. К спасательным работам пришлось привлекать значительные силы. 
В таких случаях действуют два фактора: волна прорыва и зона затопления, каждый из которых имеет свою характеристику и для людей представляет опасность.

Класс основных постоянных гидротехнических сооружений напорного фронта зависит также и от важности объектов, расположенных в нижнем бьефе, и от максимального расчетного напора.

Помимо изложенного класс зависит также от их высоты и типа грунтов основания.

Типы грунтов разделяются так: А - скальные, Б - песчаные, глинистые в твердом и полутвердом состоянии. В- глинистые, водо-насыщенные в пластичном состоянии.

Устойчивость и прочность гидротехнических сооружений напорного фронта задается по максимальным расчетным значениям уровня воды, скорости ветра, высоты волны. Так, например, расчетная обеспеченность уровней воды должна быть не более: для сооружений I класса- 1 раз в 100 лет (1%), II и 111 классов- 1 раза 20 лет (5%), IV класса - 1 раз в 10 лет (10%) [2].

Прорыв гидродинамически опасных объектов

Прорыв может произойти из-за воздействий сил природы (землетрясения, урагана, обвала, оползня), конструктивных дефектов, нарушения правил эксплуатации, воздействия паводков, разрушения основания, недостаточности водосбросов, а в военное время - в результате воздействия средств поражения.

При прорыве в плотине или другом сооружении образуется проран, от размеров которого зависят объем, скорость падения воды и параметры волны прорыва - основного поражающего фактора этого вида аварий. 
Волна прорыва образуется при одновременном наложении двух процессов: падения воды из водохранилища в нижний бьеф, порождающего волну, и резкого увеличения объема воды в месте падения, что вызывает подъем и переток в низинные места.

Действие волны прорыва на объекты подобно ударной волне воздушного ядерного взрыва, но отличается от него в первую очередь тем, что главным воздействующим телом (фактором) здесь является вода. 
Прорыв плотин приводит к затоплению местности и всего того, что на ней находится. Поэтому строить жилые и производственные здания в этой зоне запрещено. Однако местные власти Республики Башкортостан, Воронежской, Ростовской и Рязанской областей пренебрегают этим требованием, заведомо подвергая опасности людей.

Волна прорыва в своем движении вдоль русла реки непрерывно изменяет высоту, скорость движения, ширину и другие параметры. Поэтому она имеет зоны подъема и зоны спада. Передняя часть движущейся массы воды называется фронтом волны прорыва. Она может быть очень крутой (вблизи прорана) и относительно пологой - на значительном удалении от него.

Вслед за фронтом волны прорыва высота воды начинает интенсивно увеличиваться, достигая через некоторый промежуток времени максимума, превышающего высоту берегов реки, в результате чего и начинается затопление.

После прекращения подъема уровней по всей ширине потока наступает более или менее длительный период движения, близкий к установившемуся. Он будет тем длительнее, чем больше объем водохранилища - пока оттуда вся вода вытечет. Последней фазой образования зоны затопления является спад уровней.

После прохождения волны прорыва остается переувлажненная пойма и сильно деформированное русло реки.

Разрушительное действие волны прорыва заключается главным образом в движении больших масс воды с высокой скоростью и таранного действия всего того, что перемещается вместе с водой (камни, доски, бревна, различные конструкции).

Высота и скорость волны прорыва зависят от гидрологических и топографических условий реки. Например, для равнинных районов скорость волны прорыва колеблется от 3 до 25 км/ч, а для горных и предгорных мест имеет величину порядка 100 км/ч. Лесистые участки замедляют скорость и уменьшают высоту волны [3].

За последние 70 лет в мире произошло более тысячи аварий крупных гидротехнических сооружений. Причины их различны, но чаще всего аварии происходят из-за разрушения основания.

Процентное соотношение различных причин приведено в таблице.

Причины разрушения	Частота, %
Разрушение основания	40
Недостаточность водосброса	23
Слабость конструкции	12
Неравномерная осадка	10
Высокое давление на плотину	5
Военные действия	3
Оползание откосов	2
Дефекты материала	2
Неправильная эксплуатация	2
Землятресение	1

За период с 1902 по 1977 гг. из 300 аварий в различных странах в 35% случаев причиной было превышение расчетного максимального сбросового расхода, то есть перелив воды через гребень плотины.

Процентное соотношение аварий различных типов плотин приведено ниже.

Тип плотины                                       Частота аварий, %

Земляная                                                           53

Защитные дамбы из местных материалов    4

Бетонная гравитационная                               23

Арочная железобетонная                                  3

Плотины других типов                                    17

При прорыве плотин значительные участки местности через 15 - 30 мин обычно оказываются затопленными слоем воды толщиной от 0,5 до 10 м и более. Время, в течение которого территория может находиться под водой, колеблется от нескольких часов до нескольких суток.

В случае прорыва немедленно используются все средства оповещения: сирены, радио, телевидение, телефон и средства громкоговорящей связи.

 

2. Причины и последствия аварий

 

Причинами аварий сопровождающихся прорывом гидротехнических сооружений напорного фронта и затоплением прибрежных территорий, чаще всего бывают: разрушения основания сооружения и недостаточность водосбросов; воздействие сил природы (землятресения, урагана, обвала, оползня); конструктивные дефекты, нарушение правил эксплуатации и воздействие паводков.

Из 300 аварий плотин (сопровождающихся их прорывом) в различных странах за 175 лет в 35 % случаев причиной аварии было превышение расчетного максимального сбросного расхода (перелив воды через гребень плотины).

Поражающих факторов при гидродинамических авариях несколько. Кроме поражающих факторов, характерных для других наводнений (утопление, переохлаждение) при авариях на гидродинамически опасных объектах поражение наносится, главным образом, в результате действия волны прорыва. Эта волна образуется в нижнем бьефе в результате стремительного падения воды из верхнего бьефа.

Поражающее действие волны прорыва проявляется в виде непосредственного ударного воздействия на людей и сооружение массы воды, движущейся с большой скоростью, и перемещаемых ею обломков разрушенных зданий и сооружений, других предметов [4].

Волной прорыва может быть разрушено большое количество зданий и других сооружений. Степень разрушения будет зависеть от их прочности а также от высоты и скорости движения волны.

При катастрофическом затоплении угрозу жизни и здоровью людей, помимо воздействия волны прорыва, представляют пребывание в холодной воде, нервно-психическое перенапряжение, а также затопление (разрушение) систем, обеспечивающих жизнидеятельность населения.

Чрезвычайные ситуации в зоне затопления нередко сопровождаются вторичными поражающими факторами пожарами вследствии обрывов и короткого замыкания электрических кабелей и проводов, ополознями и обвалами в результате размыва грунта, инфекционными заболеваниями по причине загрязнения питьевой воды и резкого ухудшения санитарно-эпидимиологичекого состояния в населенных пунктах вблизи зоны затопления и районах временного размещения пострадавших, особенно в летнее время.

Последствия аварий на гидродинамически опасных объектах могут быть труднопредсказуемы. Распологаясь, как правило, в черте или выше по течению крупных населенных пунктов и являясь объектами повышенного риска, при разрушении они могут привести к катастрофическому затоплению обширных территорий, значительного количества городов и сел, объектов экономики, к массовой гибели людей, длительному прекращению судоходства, сельскохозяйственного и рыбопромыслового производств.

Потери населения, находящегося в зоне действия волны прорыва, могут достигать ночью 90%, а днем — 60%. Из общей численности населения пострадавших количество погибших может составлять ночью 75%, днем 40%.

Наибольшую опасность представляют разрушения гидротехнических сооружений напорного фронта — плотин и дамб крупных водохранилищ.