фрагменте из книги Л.К. Малик

Малик Л.К. Факторы риска повреждения гидротехнических
сооружений. Проблемы безопасности. М.: Наука, 2005. 354 с.
Плотины сами по себе опасны:
Приблизительно на 40% плотин различных типов были
зафиксированы аварии, а также прорывы напорного фронта. Из общего числа
аварий около 37% произошли на насыпных каменно-земляных плотинах
вследствие (в большинстве случаев) перелива воды через их гребень.
В историю гидротехники вошли колоссальные катастрофы, вызванные
прорывом дамб на реках Хуанхе и Янцзы, Миссисипи и Миссури, на Дунае…
Наиболее трагические последствия от повреждения плотин ГЭС и
водохранилищ имели место в США (плотины Биг Томпсон, Каньон Лейк Сен
Френсис, Титон). Причиненный ущерб от аварии на плотине Титон в
бассейне р. Колорадо превысил 1 млрд дол
Наводнения
По данным ООн за 1963-92 гг. наибольшее кол-во бедствий,
вызывающих гибель 100 человек и более, связано с наводнениями (202
случая)… За указанный период от природных и техногенных катастроф в
мире погибло около 4 млн чел, пострадало более 3,3 млрд, из них 36% от
общего числа жертв – от наводнений. В России за это время погибло около 3
тыс. чел, пострадало около 540 тыс, из них - 30% от наводнений.
В Зап. Европе при катастрофических ливневых наводнениях
затапливается около 4% территории. Самые катастрофические последствия
имело наводнение 2002г., когда погибло более 100 чел. А общий ущерб
составил около 20 млрд евро
В России общая территория земель, подвергающихся затоплению при
наводнениях составляет более 800 тыс. км кВ ( около 5% территории
страны). Угроза существует более чем для 40 крупных городов и нескольких
тыс. населенных пунктов. По данным МЧС ежегодно со 100% вероятностью
в России затапливается около 50 тыс. км кВ, среднестатистическая величина
ущерба по стране составляет около 100млрд руб. в год
В последние годы к регионам, которым наводнения наносят
максимальный ущерб, МЧС относит Приморский край, Сахалинскую и
Амурскую области, республики Бурятия, Дагестан и Кабардино-Балкария,
Краснодарский и Ставропольский края, Астраханскую и Волгоградскую
области.
Катастрофические наводнения лета 2002г. – Ставропольский и
Краснодарский края, сев Кавказ. Район Новороссийска – переполнение и
спуск водохранилища в долине р.Дюрсо. В ЮФО погибло 114 чел, ущерб –
15 млрд руб. Причины не только природные, но в значительной степени
антропогенные: несогласованность действий местных органов власти,
несанкционированный сброс воды из водохранилищ, неготовность к
действиям в ЧС.
Возможны наводнения, спровоцированные заторами льда,
формирующимися на самих водохранилищах
Наводнения весной 1998г. в ЮЗ регионах России в значительной
степени были связаны с бессистемным возведением плотин на реках с целью
создания запасов воды для летнего периода и , как следствие, с
невозможностью пропуска воды в период половодья, а также с высоким
уровнем стояния грунтовых вод. Последнее обстоятельство было вызвано
нарушением плотинами естественного стока воды и обильными дождями
1997г. В результате в условиях дождливой весны грунтовые воды вышли на
поверхность и подтопили значительные территории – в ростовской области
7675 домов (часть из них разрушена0 и 95 тыс га сельхозземель.
Чрезвычайной паводочной ситуации способствовало резкое увеличение
неконтролируемого сьроса воды из водохранилищ, в т.ч. с территории
Украины.
Большой ущерб Приморскому краю нанесли наводнение июля-августа
2002 г. Подтоплено 520 домов и 13 тыс га сельхозземель. Одна из причин
интенсивного роста уровней – сбросы воды из переполненных водохранилищ
в Китае. Четких нормативно-правовых критериев для разрешения таких
конфликтных ситуаций нет.
Главный фактор роста ущерба от наводнений – заселение
паводкоопасных территорий и расширение на них хозяйственной
деятельности. В Якутске, Тюмени и др. регионах – строительство городских
кварталов на пойменных землях. При этом строятся и противопаводочные
заградительные дамбы, что приводит к нарушению структуры природных
дренажных систем и усугубляет неблагоприятную гидрологическую
ситуацию
В 1979г. благодаря Рыбинскому водохранилищу сброс в нижний бьеф
Волжского гидроузла был снижен на 2000 м3/с. Это существенно уменьшило
ущерб на Средней и Нижней Волге. Создание водохранилищ на Москве- реке
и ее притоках практически избавило нашу столицу от наводнений.
Водохранилище на р. Зее спасает долину реки от наиболее
разрушительных
наводнений.
Паводки,
которые
до
строительства
гидроузла повторялись каждые 2-4 года, сейчас наблюдаются лишь 1 раз в
10-100 лет. Дальнейшее снижение паводковой опасности на Дальнем
Востоке планируется путем строительства серии водохранилищ в бассейне
р. Амура, с использованием нового прогрессивного метода - сооружения
каскадов низконапорных гидроэлектростанций наплавным способом
Однако водохранилища не всегда снижают риск прохождения
катастрофических
наводнений,
что
связано
с
природными
осо-
бенностями местности и режима реки. Так, в начале 1950-х годов в
Азербайджане для борьбы с наводнениями в бассейнах рек Куры и Аракса
были сооружены Мингечаурский и Бахрамтапинский гидротехнические
комплексы. Но после их ввода в эксплуатацию на реках произошло десять
разрушительных наводнений (в 1961, 1967, 1969, 1976, 1982 и др. годах).
Проведенные
противопаводковые
мероприятия
оказались
неэффективными, т.к. реки протекают по слабо наклоненным равнинам и
несут большое количество взвешенных наносов, осаждающихся в их
руслах. В результате на ряде участков русла рек располагаются выше
прилегающей местности и водохранилища на реках Куре и Араксе,
зарегулировавшие сток, в годы с осадками выше нормы не снимают
проблему наводнений. В связи с этим полагается целесообразным
строительство гидротехнических сооружений в нижнем течении р. Куры,
что облегчило бы условия судоходства
Немало примеров разрушения плотин под влиянием паводков
неучтенной в проекте обеспеченности. Так в 1994 г в половодье в
Калмыкии было разрушено 40 земляных плотин. Наводнения ниже плотин
могут
быть
связаны
незапланированными
не
только
сбросами
с
их
повреждениями,
излишних
масс
но
воды
и
с
через
гидросооружения. Активный сброс воды из Новосибирского вдхр 18 июня
2001г. привел к затоплению 1300 садовых участков.
Особенно опасны зимние попуски. Зимой 1956-57гг. из Камского
водохранилища были вдвое против нормативного увеличены попуски,
вызвавшие ледоход на протяжении 60 км нижнего бьефа и образование
затора. Большой ущерб причинен г. Краснокамску.
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 22,5 м и оказались в ряде случаев выше максимальных уровней за весь период
наблюдений. На р. Абакан максимальный уровень был на 0,5 м выше
наблюдавшегося с 1953 г., и город был под угрозой затопления.
Резко поднялся уровень воды в р. Енисее и Красноярском
водохранилище и критическое положение при его переполнении заставило
открыть пять из семи затворов водопропускных соору- жений. 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 пред приятия лесного
хозяйства, расположенные в долине р. Енисея, многие луга и сенокосы,
пришлось спешно эвакуировать стада с островов.
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. По
данным Роскомвода, при прорыве плотин в г. Пензе в зоне затопления может
оказаться 75 тыс. человек, в г. Челябинске - 170 тыс., а в случае прорыва
плотины Волжского каскада - несколько миллионов человек.
По данным МЧС в целом во всем Приволжском регионе (от г. Воркуты
до г. Астрахани), включающем значительную часть бассейна р. Волги, в
случае прорыва плотин будут затоплены территории площадью 8 тыс. км2,
на которых проживает до 1,5 млн человек.
В истории плотиностроения известно много случаев формирования
волн вытеснения из-за обрушения горных пород и перехлеста воды через
плотину.
Самые
трагические
последствия
(большие
разрушения
и
человеческие жертвы) были вызваны полной вытеснения, образовавшейся в
результате обрушения в 1963 г. в водохранилище Вайонт на р. Пьяве
(Италия) скального оползня - массы меловых пород объемом 260-300 млн
м3, оторвавшейся от горы Ток на левом берегу долины. Высота неплеска у
берегов
водохранилища
достигла
270
м,
а
толщина
слоя
воды,
переливающейся через гребень плотины - 70 м. Бетонная плотина выдержала
перегрузки, но волна вытеснения объемом 25 млн м3 почти полностью
разрушила г. Лангароне, ряд деревень и унесла более 3000 человеческих
жизней. Катастрофа была связана с фактором наведенной сейсмичности при
заполнении водохранилища.
Неоднократно (в 1853, 1874, 1899 и 1936 гг.) из-за оползней
обрушались породы в водохранилище Лития Бей на Аляске. 11ричем в 1936
г. подводный оползень вызвал всплеск воды у берегов водохранилища
высотой 30,5 м. В 1949 г. сдвиг и обрушение рыхлых пород был причиной
всплеска воды высотой 19,8 м у берегов водохранилища Хоук Крик (США).
Много раз возникали опасные волны вытеснения из-за оползней на
водохранилище Лейк Леон в Норвегии и т.д.
ГЭС и сейсмичность
Сопоставление старых данных по сейсмичности с новой картой ОСР97 показывают, что многие плотины и водохранилища находятся в зонах с
более высокой сейсмичностью, чем принималось при их проектировании
или строительстве: Зейская ГЭС проектировалась на 6 баллов. Реально
сейсмичность территории 9 баллов, Саяно-Шушенская рассчитана на 7
баллов, реально -9. Водохранилища играют роль спускового механизма для
критически напряженной среды.
Известны случаи разрушения плотин малых ГЭС и объектов
водохозяйственного назначения в связи с недооценкой максимальных
расходов воды. Подобная авария произошла в 1993 г. на Кисилевской
грунтовой плотине высотой 18 м на р. Какве, водосбросы которой были
рассчитаны на пропуск расхода воды в 560 м3/с обеспеченностью 0,1%.
Расход переливающейся воды составил 1000 м3/с, плотина разрушилась,
вызвав гибель 15 человек и разрушение 1200 домов.
Известен и случай аварии на большой плотине, связанный с
недооценкой максимального расхода воды, - разрушение перемычки при
строительстве гидроузла на р. Араке в результате прохождения выдающегося
(наибольшего за период наблюдений) паводка весной 1971 г.
7 августа 1994 г. на плотине Тирлянского водохранилища (высотой 9,9
м и объемом 7 млн м3) в бассейне р. Белой после интенсивных дождей вследствие изношенности механизмов затворов (заваренных для прочности) не
смогли открыть все отверстия берегового водосброса (работало только одно
из них) и вода из переполненного водохранилища хлынула через гребень
земляной плотины. Плотина была разрушена в течение нескольких часов,
семиметровая волна прорыва снесла пос. Тирлян, погибли 28 человек.