К гидродинамическим авариям относятся аварии, происходящие на гидротехнических сооружениях. Россия — великая водная держава, занимающая второе место в мире по объемам запасов водных ресурсов. Строительство гидротехнических сооружений (гидроэлектростанции, дамбы, водохранилища, шлюзы и т.п.) в нашей стране велось издавна, но наибольшее свое развитие получило в Советский период. Первое гидротехническое строительство в России началось в период реформ Петра I. В 1703 г. была построена Вышневолоцкая водная система, которая соединила Каспийское и Балтийское моря. Целью ее строительства было снабжение Санкт-Петербурга продовольствием и другими товарами, поставляемыми из центральной России. В Советское время строительство гидросооружений получило свое широчайшее развитие при возведении гидроэлектростанций (далее — ГЭС). На крупнейших реках: Волга, Кама, Ангара, Енисей и др. были построены целые каскады ГЭС, вырабатывающие электроэнергию, которой хватало на обеспечение нескольких регионов страны. Под воздействием водного потока, колебаний температуры, льдов, наносов, статических и гидродинамических нагрузок происходит износ механизмов и несущих конструкций гидротехнических сооружений, вследствие чего со временем растет вероятность разрушения того или иного сооружения и затопления водой прилегающей территории со смывом плодородных почв или образованием наносов на обширных территориях. На затопленных территориях частично или полностью нарушаются условия жизнедеятельности населения, под мощными волнами прорыва гибнут люди и животные.
Примеры крупных гидродинамических аварий
За всю историю строительства и использования человеком гидротехнических сооружений по различным причинам на них произошел целый ряд крупных аварий и катастроф, жертвами которых стали многие тысячи людей. Наиболее крупными из них являются следующие: 8 1923 году е г. Глено (Италия) в результате ошибок в расчетах и плохого качества работ произошел прорыв многоарочной плотины высотой 50 м. Через плотину прорвалось 5 млн м3 воды. Погибло 600 человек. 12 марта 1928 г., всего через 2 года после постройки, рухнула плотина Сент-Франсис е Калифорнии (США). Вода пронеслась по каньону разрушительной стеной, достигавшей в высоту до 40 м. Была затоплена долина на протяжении 80 км, погибло около 600 человек. Причиной аварии послужила ошибка в конструкции плотины при строительстве. 4 июля. 1935 г. в г. Ханькоу (Китай) из-за обильных ливней и повышения уровня воды в р. Хуанхэ прорвало дамбу. Погибло около 30 тысяч человек, более 5 млн лишились крова, было опустошено 15 тыс. км2 Северной Китайской равнины. 1 февраля 1953 г. из-за прорыва дамб в Северном море (Западная Европа) погибло 2000 человек и около 100 тысяч человек остались без крова. 9 октября 1963 г. в городе Вайонт (Италия) произошла одна из самых крупных аварий в истории гидротехнического строительства, унесшая жизни, по разным оценкам, от 2 до 3 тысяч человек. В чашу водохранилища за 45 с обрушился огромный горный массив длиной 2 км, площадью 2 км2 и объемом около 0,2-0,3 км3, который до этого находился в состоянии незначительной подвижности. Чаша водохранилища оказалась заполненной горной породой до высоты 175 м над уровнем воды. Оползень вызвал перелив воды через гребень плотины объемом более 50 млн м3 слоем 150-250 м. Водяной вал, прошедший со скоростью 8-12 м/с по нижележащим территориям, имел высоту до 90 м. Было разрушено несколько сел и деревень, погибли их жители. С момента возникновения оползня до полного разрушения объектов в нижнем бьефе прошло всего 7 минут. Основными причинами, послужившими началу оползня, считаются: поднятие горизонта грунтовых вод в долине, вызванное строительством плотины и продолжительные дожди летом 1963 года. Плотина устояла, хотя и выдержала нагрузку в несколько раз превышающую расчетную. На уровне гребня было смыто лишь около метра бетона. 28 марта 1965 г. е центральном районе Чили в результате землетрясения силой 8-9 баллов были разрушены плотины 11 водохранилищ при обогатительных фабриках и медных рудниках. Погибло около 200 человек. 8 августа 1975 года плотина на реке Жухэ е провинции Хэнанъ и дамба Банъцмо (Китай) были прорваны наводнением, вызванным тайфуном Нина. Дамба была сконструирована таким образом, чтобы пережить крупнейшие наводнения, которые случаются раз в тысячу лет. Однако в августе 1975 г. произошло крупнейшее за 2000 лет наводнение вследствие мощного тайфуна Нина и нескольких дней рекордных штормов. Суммарно были прорваны 62 плотины. В течение шести часов вытекло 701 миллион м3 воды, в то время как выше по течению реки на дамбе Шиманьтань за 5,5 часов вытекло 1670 миллионов м3, а за время всей катастрофы — 15 738 миллионов м3. Наводнение вызвало огромную волну воды шириной 10 километров, 3-7 метров высотой. Прилив за час ушел на 50 километров от берега и добрался до равнин, создал там искусственные озера суммарной площадью 12 000 км2. Семь провинций были затоплены, в том числе тысячи квадратных километров сельской местности и бесчисленное количество коммуникаций. В населенных пунктах, которые своевременно получили приказ об эвакуации, потери были относительно низкие. Например, только 827 человек погибло из 6000 в селе Шахедянь, недалеко от дамб Баньцяо, но в своевременно не предупреждённом селе Вэньчэн погибла половина из 36 000 населения, а село Даовеньчен было смыто с лица земли со всеми 9600 жителями. Железнодорожная магистраль Пеки н — Гуанчжоу, проходящая через Чжумадянь, была выведена из строя на 18 дней, такая же участь постигла и многие другие пути сообщения в регионе. Даже девять дней после катастрофы более миллиона людей все еще были отрезаны водой от внешнего мира; в лучшем случае, пропитание для них могло сбрасываться с самолетов. Жителей пораженных районов косили эпидемии. Существуют разные оценки числа жертв катастрофы. Официальная цифра, около 26 000 человек, учитывает лишь непосредственно утонувших при самом наводнении; с учетом же погибших от эпидемий и голода, распространившихся в результате катастрофы полное число жертв составляет, по разным оценкам, 171 000 или даже 230 000. Общее количество пострадавших — более 11 млн человек. Кроме этого, погибло свыше 300 000 голов скота и было разрушено примерно 5 960 000 зданий. 9 августа 1979 г. в штате Гуджарат (Индия.) в результате сильного ливня (за сутки выпало 55 мм осадков, что для засушливой области состав ило е е го до ву ю нор му) река Мачу была превращена в свирепое чудовище. Вода прорвала плотину Мачу-2, высота которой составляла 15 м, водяная стена 6-метровой высоты устремилась вниз, сметая по пути деревни, и ворвалась в г. Морви, застав врасплох шестидесятитысячное население. Было разрушено 68 деревень, смыто 12 700 домов. В Морви в руины было превращено 60 % жилого фонда, грязь покрыла улицы города толстым слоем, его толщина доходила до 6 м и залила нижние этажи зданий. В течение недели армия смогла эвакуировать из города 17 тысяч человек, несмотря на сильные порывы ветра и постоянный дождь. По официальным данным погибла 1000 человек (по неофициальным данным — в пять раз больше). 19 июля, 1985 г. из-за молниеносного наводнения произошло разрушение земляной дамбы на курорте Стаеа (Италия). Погибли 250 человек и около 1000 получили ранения. 10-13 июля 1993 г. на западе Свердловской области прошли сильные ливни (до 81 мм осадков за 12 часов). В Уральских горах произошло интенсивное таяние снега, сформировалось высокое снегодождевое половодье. Уровень воды в большинстве рек поднялся на 2-2,5 м. В результате интенсивного притока воды в реке Каква и перелива ее через плотину Киселевского водохранилища образовалась промоина в теле дамбы на протяжении 65 м с последующим размывом плотины на всю ее высоту. Волна прорыва высотою более 5 м ринулась в сторону г. Серова, расположенного ниже по течению реки. Зона катастрофического заполнения составила 69 км2. На пути волны оказался большой склад лесоматериалов. Волна подхватила огромную массу бревен и, приобретя дополнительно огромную разрушительную силу, обрушилась на город. В результате в городе в зоне затопления оказалось 1772 дома, из которых 1250 домов стали непригодными для жилья, были разрушены 1 железнодорожный и 5 автодорожных мостов, размыты участки железной и автомобильных дорог, затоплены территории и цеха нескольких промышленных предприятий. Во время наводнения погибло 12 и пропали без вести 8 человек, 43 человека было госпитализировано. С 5 по 9 июля 1994 г. катастрофическое затопление г. Сероеа повторилось. В результате сильных ливней Киселевское водохранилище было снова переполнено, произошел размыв плотины и прорыв паводочной волны в нижний бьеф плотины. В зоне катастрофического затопления оказались прибрежные поселки и г. Серов. 10 августа 1994 г. в результате прорыва плотины Тирлянского водохранилища у города Белорецк Республики Башкортостан были затоплены многие населенные пункты, объекты экономики и инфраструктуры. Погибло 17 и пропало без вести 76 человек, более 1000 человек осталось без крова. Ущерб составил 52,3 млрд рублей. 17 августа 2009 года произошла авария, па Саяно-Шушенской ГЭС. Авария произошла вследствие разрушения одного из гидроагрегатов. Потоки воды быстро затопили машинный зал и помещения, находящиеся под ним. Все гидроагрегаты ГЭС были затоплены, при этом на работавших гидрогенераторах произошли короткие замыкания, выведшие их из строя. Произошёл полный сброс нагрузки ГЭС, что привело к обесточи-ванию самой станции. Потоками воды и разлетающимися обломками гидроагрегатов были полностью разрушены стены и перекрытия машинного зала. В результате аварии на Саяно-Шушенской ГЭС погибло 75 человек, помещениям ГЭС был нанесен серьезный ущерб, работа станции по производству электроэнергии приостановлена на непродолжительное время, были полно -стью или ч астич -но отключены от энергоснабжения ряд промышленных предприятий, угольных шахт и разрезов. Было нарушено энергоснабжение социальных объектов в республике Хакасия, Алтайском крае, Кемеровской, Новосибирской и Томской областях. Масло из разрушенных систем и трансформаторов попало в Енисей, в результате чего образовалось пятно, которое растянулось на 130 км. От загрязнения воды нефтепродуктами погибло около 400 тонн промышленной форели в рыбоводческих хозяйствах, расположенных ниже по течению реки. В поселке Майна из-за выхода из строя фильтров очистки был приостановлен водозабор из Енисея, что вызвало нарушение централизованного водоснабжения поселка. Общая сумма ущерба составила около 7,1 млрд рублей, в том числе 63 млн рублей — экологический ущерб. Восстановление ГЭС планируется завершить к 2014 году. Авария на Саяно-Шушенской ГЭС на данный момент является крупнейшей в истории катастрофой на гидроэнергетическом объекте России и одной из самых значительных в истории мировой гидроэнергетики.
Характеристика гидродинамических аварий
Гидродинамическая авария возникает вследствие выхода из строя (разрушения) гидротехнического сооружения или его части, и характеризуется неуправляемым перемещением больших масс воды, несущих разрушения и затопления обширных территорий. К гидротехническим сооружениям относятся:
- плотины, здания гидроэлектростанций и водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения, каналы, насосные станции, судоходные шлюзы и судоподъемники
- сооружения, предназначенные для защиты от наводнений, разрушений берегов и дна водохранилищ (рек)
- дамбы и другие сооружения, предназначенные для предотвращения негативного воздействия воды.
Одной из самых больших в мире считается Дамба «Нооvеr» (США), которая была построена в 1936 г. Ее высота составляет 221, а ширина — 200 метров. Сдвинуть этого гиганта река попросту не в силах. С 1985 г. дамба является национальным достоянием США. Как правило, гидротехнические сооружения располагаются в черте города или вблизи населенных пунктов выше по течению реки. Последствия аварий на таких объектах могут вызвать затопление обширных территорий, разрушение объектов экономики и привести к массовой гибели людей. К основным потенциально опасным гидротехническим сооружениям относятся плотины, водозаборные и водосборные сооружения (шлюзы), гидроэлектростанции. Разрушение (прорыв) гидротехнических сооружений происходит в результате воздействия сил природы (землетрясения, обвалы, оползни, паводки, размыв грунтов, ураганы и т.п.), человека (нарушение режима работы, террористические акты), а также из-за конструктивных дефектов или ошибок при проектировании. Основной причиной аварийности плотин, дамб, шлюзов и других гидротехнических сооружений является их неудовлетворительная эксплуатация. До 10% гидродинамически опасных объектов эксплуатируются без реконструкции более 50 лет, до 20% эксплуатируемых в стране плотин нуждается в ремонте и модернизации. На основании примерных расчетов можно представить масштаб чрезвычайных ситуаций при возникновении аварий на некоторых гидротехнических сооружениях. Например, прорыв напорного фронта Химкинского водохранилища может вызвать затопление прибрежных территорий г. Москвы до уровня 3-6 метров, прекращение судоходства, поступления питьевой воды в город, нарушение обводнения реки Москвы. При прорыве напорного фронта Цимлянского водохранилища может образоваться зона катастрофического затопления площадью свыше 5000 км2. При этом из-за прохождения прорывной волны высотой 3-12 м со скоростью до 30 км/час до устья реки Дон в зону затопления попадают города и населенные пункты, в том числе Ростов-на-Дону и Азов. Практика показывает, что невозможно со стопроцентной вероятностью гарантировать безаварийную эксплуатацию напорных гидротехнических сооружений. Поэтому так важно в целях уменьшения ущерба при гидродинамических авариях иметь заблаговременный прогноз динамики распространения волны прорыва, определить зону возможного затопления, выбрать оптимальные варианты мероприятий по защите населения и территорий и спланировать их осуществление при аварии. Последствия аварий на гидродинамически опасных объектах трудно предсказуемы, но среди них могут присутствовать:
- повреждение и разрушение гидроузлов и временное прекращение выполнения ими своих функций;
- поражение людей и разрушение сооружений волной прорыва, которая образуется в результате разрушения гидротехнического сооружения;
- катастрофическое затопление обширных территорий местности.
Катастрофическое затопление характеризуется стремительным затоплением волной прорыва нижерасположенной местности и возникновением наводнения. Катастрофическое затопление распространяется со скоростью волны прорыва и через некоторое время приводит к затоплению обширных территорий слоем воды более 0,5-10 м. При этом образуются зоны катастрофического затопления. Так, в нашей стране при разрушениях или авариях на гидротехнических сооружениях в зоне катастрофического затопления теоретически могут оказаться десятки миллионов человек, тысячи населенных пунктов, предприятий, сооружений, сельскохозяйственных земель и др. Поражающее действие волны прорыва зависит от ее высоты и скорости распространения. 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. В некоторых случаях поражающее действие волны прорыва приводит к разрушению или повреждению встречающихся на пути ее движения объектов (зданий, сооружений и др.). В зонах катастрофического затопления могут разрушаться (размываться) системы водоснабжения, канализации, сливных коммуникаций, места сбора мусора и прочих отбросов. В результате нечистоты, мусор и отбросы загрязняют зоны затопления и распространяются вниз по течению. Возрастает опасность возникновения и распространения инфекционных заболеваний. Чрезвычайные ситуации в зоне затопления часто сопровождаются такими вторичными поражающими факторами как:
- пожары из-за обрывов и короткого замыкания электрических кабелей и проводов,
- оползни и обвалы в результате размыва грунта,
- инфекционные заболевания по причине загрязнения питьевой воды и резкого ухудшения санитарно-эпидемиологического состояния, особенно в летнее время.
Последствия катастрофического затопления могут быть усугублены авариями на потенциально опасных объектах, попадающих в его зону. Общие потери населения при гидродинамической аварии могут достигать ночью 90%, а днем — 60%.
Действия населения при гидродинамических авариях
Городам и другим населенным пунктам, расположенным ниже по течению от плотин, угрожает опасность затопления. Поэтому проживающие в них люди должны знать правила безопасного поведения и порядок действий при гидродинамических авариях. Если вы проживаете на прилегающей к гидроузлу территории:
- уточните, попадает ли территория вашего проживания в зону воздействия волны прорыва и возможного катастрофического затопления;
- узнайте, расположены ли вблизи места вашего проживания возвышенности, и каковы кратчайшие пути движения к ним;
- изучите сами и ознакомьте членов семьи с правилами поведения при воздействии волны прорыва и затоплении местности с порядком общей и частной эвакуации;
- заранее уточните место сбора эвакуируемых;
- составьте перечень документов и имущества, вывозимых при эвакуации;
- запомните места нахождения лодок, плотов, других плавсредств и подручных материалов для их изготовления.
При угрозе возникновения гидродинамической аварии:
- отключите воду, газ и электричество;
- перенесите на верхние этажи здания (чердак) ценные предметы и вещи;
- окна и двери первых этажей домов при необходимости забейте досками или фанерой;
- соберите личные документы, деньги и ценности, медицинскую аптечку, комплект верхней одежды и обуви по сезону, постельное белье и туалетные принадлежности, трехдневный запас продуктов питания. Вещи и продукты лучше уложить в чемоданы (рюкзаки, сумки);
- будьте в готовности по первому сигналу прибыть на сборный эвакуационный пункт для регистрации и отправки в безопасный район.
При возникновении гидродинамической аварии:
- не поддавайтесь панике и не теряйте самообладания;
- как можно быстрее займите ближайшее безопасное возвышенное место, верхний этаж здания, чердак или крышу дома и будьте готовы к эвакуации по воде, в том числе с помощью подручных плавсредств;
- до прибытия помощи, если вам не угрожает опасность, оставайтесь на выбранном безопасном месте;
- примите меры, позволяющие спасателям своевременно себя обнаружить. В светлое время суток для этого необходимо использовать белое или цветное полотнище путем вывешивания его на высоком месте, а в ночное время — фонарик, которым необходимо подавать световые сигналы;
- организуйте учёт и защиту продуктов питания и питьевой воды;
- самостоятельную эвакуацию на незатопленную территорию можно проводить только в случаях необходимости оказания помощи пострадавшим или продолжения роста уровня воды. Для этого используйте личные лодки или катера, плоты из бревен и других подручных материалов. При эвакуации необходимо соблюдать меры безопасности: входить в лодку, катер по одному, во время их движения не садиться на борта, не меняться местами и не толкаться.
Если вода застала вас на улице:
- необходимо срочно выйти на возвышенное место или забраться на прочное развесистое и высокое дерево;
- если вы все же оказались в воде, то плывите к ближайшему незатопленному участку под углом к течению. Для этого используйте все предметы, способные удержать вас на воде: бревна, доски, обломки деревьев и т.п. В местах с большим количеством водорослей или травы избегайте резких движений, чтобы не запутаться.
После спада воды:
- вернитесь, по возможности, в место проживания;
- не входите в поврежденные здания и помещения до получения на это разрешения от спасателей;
- перед входом в здание убедитесь, что вам не угрожает опасность, остерегайтесь порванных или провисших электрических проводов;
- не включайте электроприборы и не пользуйтесь спичками или другим открытым огнем до проверки специалистами состояния электрической сети;
- при обнаружении разрушений и повреждений здания немедленно сообщите в коммунальные службы или спасателям;
- откройте все двери и окна для удаления накопившихся газов и просушки помещения;
- не употребляйте в пищу продукты, попавшие в воду; пить можно только чистую воду, привезенную спасателями;
- окажите посильную помощь пожилым людям и детям.