СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЯХ

Одной из наиболее важных и ответственных задач развития сектора экономики Казахстана является удовлетворение все возрастающих потребностей промышленности и сельского хозяйства в электроэнергии, в соответствии с долгосрочной программой развития энергетики нашей страны. В решении этой задачи немалую роль играет не только интенсивное строительство новых крупных гидроузлов, но и обеспечение безопасной работы эксплуатируемых гидротехнических сооружений (ГТС).

Обеспечение безаварийной работы гидроузлов связано с тем, что около 15% всех ГТС в мире вызывают сомнения их надежности, а мелкие и средние аварии происходят ежегодно на 5% гидрообъектов. Некоторые из них имеют катастрофический характер (как это произошло недавно в США или Индии) и вызывают многомиллионные убытки и большое количество человеческих жертв [1]. В нашей республике катастрофических аварий не наблюдалось, но менее значительные повреждения ГТС имели место.

В современном гидротехническом строительстве в последние десятилетия наблюдается устойчивая тенденция к возведению плотин большой высоты и длины, создающих водохранилища, объем воды в которых достигает сотен миллиардов кубических метров. С увеличением размеров плотин возрастают и нагрузки, действующие на ГТС, берега и дно водохранилища, а следовательно, растет и вероятность их значительных повреждений, которые могут привести к катастрофическим последствиям.

На земном шаре имеется более 60 тысяч водохранилищ, их объем (6,6 тыс. км3) в три раза превышает объем пресной воды всех рек. Ежегодно во всем мире вводится в эксплуатацию несколько сотен искусственных водоемов. Водохранилища предназначены для ирригации, выработки электроэнергии, регулирования паводков и половодий, а также водоснабжения, судоходства и т. д.

Регулирование речного стока водохранилищами является основным способом преобразования водоемов, позволяющим рационально использовать естественный сток, увеличить доступные водные ресурсы, приспособить их к потребностям забора воды на хозяйственные нужды. По данным отчета Международной Комиссии по плотинам за 2000 год, свыше 45 тыс. ГТС образовали крупные водохранилища и внесли значительный вклад в развитие более чем 140 стран. Половина таких ГТС была построена исключительно для ирригации (30—40% из 271 млн. орошаемых земель в мире обязаны своим существованием водохранилищам). Треть стран более половины своих потребностей в электроэнергии удовлетворяет за счет гидроэнергетики. Плотины ГЭС перекрыли крупнейшие реки планеты.

Электроэнергия, вырабатываемая на ГЭС, покрывает в среднем 20% потребностей людей на Земле. Самая высокая доля выработки энергии на ГЭС в Норвегии - 99,6%, Бразилии - 90%, Австралии - 70%, Канаде - 66%. Выработка энергии - главное и особенно важное для экономики многих стран назначение подпорных гидросооружений. Однако гидропотенциал рек, большая часть которых сосредоточена в Азии и Южной Америке, далеко не исчерпан и используется всего на 10% [2].

Кроме ирригации и выработки электроэнергии, ГТС предназначены для регулирования паводков и половодий. Такую роль они играют более чем в 70 странах, особенно важно это в Китае, где в последние годы создан ряд подпорных сооружений на больших и опасных реках для предотвращения паводковых разливов, сопровождающихся человеческими жертвами и наносящих колоссальный ущерб экономике. Водные ресурсы 12% крупных ГТС обеспечивают технологические и бытовые нужды и производство 12-16% продуктов питания во всем мире.

На сегодняшний день недостаточно оценена роль ГТС в увеличении ресурсов устойчивого стока, под которым подразумевается в основном сток рек подземного происхождения. Население земного шара увеличивается ежегодно на 90 млн. человек. Соответственно показатель естественного устойчивого стока, приходящегося на каждого жителя Земли, с ростом населения падает. Однако строительство водохранилищ трансформирует этот показатель в сторону увеличения. Обеспеченность устойчивыми суммарными ресурсами наглядно иллюстрирует роль водохранилищ в стабилизации обеспеченности населения Земли водными ресурсами в различные периоды с 1850 по 2000 г. То есть, по существу, ГТС создают искусственную базу выживания человечества.

В то же время плотины и водохранилища являются мощным фактором воздействия на природную среду и человека. Этим вопросам посвящены исследования многих специалистов, в том числе автора данной работы [3, 4]. Отметим лишь, что опыт проектирования и эксплуатации гидроэлектростанций за рубежом и у нас в стране свидетельствует о том, что наиболее существенные негативные последствия для природы и хозяйства связаны со строительством сверхкрупных и крупных равнинных водохранилищ, особенно расположенных в приустьевых районах рек. Один из главных неблагоприятных факторов создания таких водохранилищ - значительные площади затоплений, переселение жителей и отрицательное воздействие на окружающую природную среду при недостаточной изученности природных ресурсов затапливаемых регионов. Однако в настоящее время многие страны мира отказались от строительства крупных водохранилищ преимущественно энергетического назначения, особенно в равнинных условиях (за исключением Китая), и сосредоточились на проектировании средних, малых и даже микроГЭС с широким привлечением для выработки энергии солнечной инсоляции, ветра, морских приливов, термальных вод, биогаза и т. д. [5].

Сооружения, построенные на реках в различных странах мира, продемонстрировали сравнительно высокую надежность и долговечность - многие из них эксплуатируются десятки и даже сотни лет. Но повышенный интерес к безопасности гидросооружений имеет веские основания - материалы мировой статистики и события последних лет свидетельствуют о том, что полностью исключить возможность повреждения и разрушения ГТС и примыкающих к ним сооружений нельзя. Более того, вероятность аварий на гидросооружениях увеличилась наряду с ростом крупных техногенных аварий и катастроф на энергетических, химических и металлургических комплексах и т. д.

Среди причин повреждения хозяйственных объектов, в том числе гидросооружений, в последние десятилетия XX в. решающее значение приобрели социально-экономические факторы.

Создание конструкционно несовершенных промышленных объектов, урбанизация территории, наличие уязвимых, экологически опасных при разрушении инженерно-технических сооружений, к которым относятся и ГТС, и важных для жизни и деятельности людей коммуникаций увеличивают незащищенность людей, природных и хозяйственных объектов от катастрофических явлений. Рост катастроф промышленных или технологических аварий связан также с непрофессионализмом, некомпетентностью и нередко халатностью технического персонала при эксплуатации экологически опасных хозяйственных объектов, со слабой прогнозной базой, недооценкой последствий разрушений от стихийных и антропогенных факторов и другими причинами организационного характера.

Возросшая опасность повреждения и разрушения хозяйственных объектов, в том числе гидротехнических сооружений, вследствие воздействия стихийных и антропогенных факторов заставила человеческое сообщество обратить особое внимание на проблему их безопасности и объединить усилия в деле защиты от стихийных и других бедствий. Как известно, в 1987 г. Генеральная ассамблея ООН объявила о проведении международного десятилетия по уменьшению опасности стихийных бедствий. В последние годы в мире повышенное внимание уделяется проблеме безопасности ГТС. Акцент при этом делается не только на принятие мер по смягчению и устранению последствий их разрушения, но в основном на разработку комплекса защитно-профилактических мероприятий по предупреждению катастроф. Этим вопросам были посвящены два конгресса Международной комиссии по большим плотинам, а в сентябре 1992 г. Комиссия организовала симпозиум «Плотины и экстремальные паводки» по изучению причин прорыва больших плотин, риска разрушения ГТС, возможности управления риском и его снижения.

В истории гидротехники зарегистрированы многочисленные случаи разрушения и повреждения ГТС, некоторые из них имели катастрофический характер [3]. Так, в 1923 г. в Италии произошло разрушение многоарочной

12

плотины Глено высотой 75 м. В результате прорыва 5 млн. м3 воды погибло 500 человек, хозяйственный ущерб достиг 150 млн. лир. В 1927 г. в США разрушилась гравитационная плотина Сент-Френсис высотой 63 м, что вызвало гибель свыше 400 человек и убытки, превышающие 10 млн. долл.

Катастрофической аварией можно назвать крушение в 1959 г. 66-мет- ровой французской плотины Мальпассе, вызвавшее образование волны прорыва и разрушение большей части города Фрежюс, число жертв превысило 500 человек.

Более разрушительной оказалась катастрофа в 1963 г. на гидроузле Вайонт (Италия). Она была вызвана обвалом с берега в водохранилище 250 млн. м3 скальных пород. Внезапный перелив 40 млн. м3 воды через гребень плотины высотой 265,5 м вызвал образование в нижнем бьефе волны высотой 20 м. В результате было разрушено 4 населенных пункта, погибло 3 тыс. человек.

В 1976 г. в США произошло разрушение грунтовой плотины Титон высотой 93 м, ущерб составил 1 млрд. долл. Человеческие жертвы оказались относительно небольшими благодаря своевременному оповещению населения.

Катастрофические разрушения произошли в 1977 г. в Бразилии на каменно-земляных плотинах Эвклидос дель Хунха, высотой 56 м, и Арнанда Саллес ди Оливейро, высотой 35 м. Серьезные аварии произошли в том же году на крупнейшей плотине Тарбелла (Пакистан), на плотине Изу (Япония), высотой 30 м. В результате катастрофы на последней ГТС разрушено более 3000 домов, погиб 21 человек.

В 1979 г. авария на гидроузле Мачху-Н (Индия) была вызвана переливом воды через гребень плотины слоем выше 3 м. В итоге было разрушено 68 деревень, смыто 12700 домов, погибли тысячи жителей.

В Советском Союзе аварии имели место в различных гидроузлах (Ши- роковский, Сегозерский, Ортотокойский, Мармарикский и др.). Данные аварий имели ограниченный характер и не принесли существенного ущерба.

Срок эксплуатации практически всех ГТС Центральной Азии превысил 30-50 лет, и это обстоятельство мировая статистика отмечает как критическое. Опасность возникновения аварийных ситуаций существенно увеличивается из-за изменения свойств материалов. Наличие большого количества плотин придает проблеме безопасной эксплуатации огромное социальное, экономическое и экологическое значение.

Разрушение плотины может повлечь за собой крайне негативные последствия для экономики и окружающей природной среды, а ущерб - превысить затраты на строительство. Вероятность аварий плотин начинает неуклонно повышаться при возрасте сооружений более 30^40 лет, о чем свидетельствует информация за последние 70 лет: в мире произошло более тысячи аварий крупных ГТС. Анализ показывает, что основные их причины - разрушение основания и недостаточная пропускная способность водосброса [6], когда вода переливается через гребень плотины (таблица 1.1).

Таблица 1.1

Причины аварий на ГТС

Причины разрушений

Частота, %

Разрушение основания плотины

40

Недостаточная пропускная способность водосброса

23

Слабость конструкции гасителя

12

Кавитационная эрозия

10

Высокое давление на плотину

5

Военные действия

3

Оползание откосов

2

Дефекты материалов

2

Неправильная эксплуатация

2

Землетрясения

1

С 1902 по 1977 г. из 300 аварий в различных странах в 35% случаев причиной было превышение расчетного максимального сбросового расхода, то есть перелив воды через гребень плотины, который приводил к разрушению основания плотины. Соотношение аварий на различных типах плотин показано в таблице 1.2.

Анализ катастрофических разрушений ряда плотин, их последствий, изучение причин и закономерностей различных рисков свидетельствует, что обеспечение безопасности ГТС не всегда имеет комплексное решение. Наиболее частые причины аварий - нарушение правил проектирования, строительства и эксплуатации, низкая эффективность государственного надзора, недостаточное финансирование мероприятий по обеспечению безопасности. Перечисленные обстоятельства хорошо согласуются с данными опыта гидротехнического строительства в Китае.

Таблица 1.2

Аварии на плотинах различных типов

Тип плотины

Частота аварий, %

Земляная

53

Бетонная гравитационная

23

Защитные дамбы из местных материалов

4

Арочная железобетонная

3

Плотины других типов

17

Возведенные в прошлом столетии ГТС во многих районах Китая несут в себе всевозможные риски разрушений. Это относится, прежде всего, к небольшим накопителям емкостью от 1 до 10 млн. м3.

Только в одной провинции Хэнань из 110 заградительных устройств к 1966 г. половина разрушилась. К 1973 г. насчитывалось 10 тыс. малых водохранилищ, из них 4,5 тыс. (более 40%) были построены с серьезными нарушениями, к которым можно отнести неправильный выбор створа плотин, проектных ошибок, низкого качества строительства и неудовлетворительной эксплуатации (рисунок 1.1).

К 1980 г. общее число аварий на ГТС достигло 2796, среди них были две большие (плотины Шиман- тан и Баньцзяо), 117 средних и 2263 малых плотин. Ежегодно в Китае подвергались авариям 110 плотин. Пик отмечен в 1973 г., когда по всей стране были разрушены 554 ГТС. Практически все аварии сопровождались человеческими жертвами и колоссатьными экономическими потерями.

Размыв грунтовой плотины

Рис. 1.1. Размыв грунтовой плотины

_К 1981 г. официально признанное число всех аварий на плотинах

и дамбах Китая достигло 3200, что составляет примерно 3,7% всего количества плотин страны [14, 210].

По предварительным расчетам на проведение работ по усилению безопасности плотин требуется не менее 15 млрд. долл. США. Несмотря на трудности, связанные с необходимостью изыскания таких средств, Китай последовательно осуществляет меры по укреплению безопасности плотин. При этом основное внимание уделяется эффективной работе систем обеспечения безопасности, ориентированных на предотвращение аварийных ситуаций.

На государственном уровне предприняты чрезвычайные меры по устранению допущенных ошибок в водохозяйственном строительстве, установлен жесткий контроль над всеми его этапами, от проектирования, строительства и эксплуатации объектов до материального, кадрового, научного, инженерного и правового обеспечения безопасности ГТС. Опыт Китая, который сформировался в период массового строительства плотин и объектов гидроэнергетики, имеет большое значение для Центральной Азии. Достаточно сказать, что в Киргизии и Таджикистане, например, на гидростанциях вырабатывается более 90% всей производимой в этих странах электроэнергии.

Состояние гидротехнических сооружений - одна из наиболее острых проблем и в России. В настоящее время на территории РФ эксплуатируются свыше 28500 водохранилищ, в их числе - 330 крупных (емкостью более 10 млн. м3) с общей емкостью более 800 км3 и 1500 накопителей промышленных стоков и отходов [7, 8]. В стране используется 37 водохозяйственных систем, каналов общей протяженностью свыше 3000 км, 12000 коммунальных и 51000 ведомственных систем водопроводов [9]. В нижних бьефах ГТС, в зонах потенциального затопления, проживает около 10 млн. человек. Всего же в составе водохозяйственного комплекса страны насчитывается до 65000 водохозяйственных объектов, из которых большинство составляют водоподпорные сооружения малых и средних водохранилищ, находящихся в эксплуатации 30 лет и более [7, 9].

Только в одной Нижегородской области различными предприятиями эксплуатируются 1882 гидротехнических сооружений суммарной емкостью около 2500 млн. м3 на площади 3000 м2. Из них 297 являются потенциально опасными. В самом центре области сходятся магистральные водные пути рек Волги и Оки, на севере - Горьковское водохранилище, чуть выше по течению реки Волги - Рыбинское, а на границе с Чувашией - Чебоксарское.

Вызывает серьезные опасения ухудшение технического состояния 12% напорных ГТС (плотин), т. е. 200 водохранилищ, при этом 20% накопительных стоков в РФ на 2004 г. находится в аварийном состоянии [7, 8, 10]. Вместе с тем на многих таких объектах отсутствуют службы их эксплуатации и из-за финансовых трудностей не выполняются в полном объеме текущие и капитальные ремонтно-восстановительные работы. Кроме того, значительная часть сооружений (в основном, пруды) являются бесхозными [9].

В период с 1996-2005 гг. Министерство природных ресурсов и МЧС РФ осуществило инвентаризацию всех водных объектов (водохранилищ, прудов, накопителей сточных вод и др.) и подготовило «Комплексный план мероприятий по повышению безопасности ГТС на 2003-2008 годы». Кроме этого, учитывая жизненную важность проблемы, разработан и введен в действие с 24 октября 2002 г. Государственный стандарт ГОСТ Р 22.1.11-2002, который входит в комплекс стандартов «Безопасность в ЧС» [9]. Этот стандарт устанавливает общие требования к составу и содержанию работ по наблюдению (мониторингу) водоподпорных ГТС и их оснований как потенциальных источников техногенных ЧС, а также общие требования к прогнозированию возможных последствий этих ЧС (гидродинамических аварий) на указанных сооружениях. Следовательно, в системе МЧС РФ разработан и принят важный документ, регламентирующий управление и мониторинг безопасности многочисленных объектов, зданий и сооружений, попадающих в зону аварии или прорыва ГТС в нижних бьефах гидроузлов [9].

Следует отметить, что для оценки состояния ГТС ВНИИ ГОЧС МЧС РФ разработан и внедряется новый метод с применением «Мобильного диагностического комплекса технических средств оценки сейсмоопасности, устойчивости зданий, сооружений и др. строительных конструкций». Такое обследование чрезвычайно важно в современных условиях, когда многие ГТС эксплуатируются 30-40 лет (срок эксплуатации гидроузлов Волжско-Камского каскада 50-60 лет), и некоторые из них находятся в аварийном состоянии. Кроме того возрастает реальная угроза проведения террористических актов на ГТС. На основании полученных данных разрабатываются декларация безопасности ГТС и паспорт технического состояния [9].

Как известно, экономика и безопасность жизнедеятельности стран Центральной Азии тесно связаны с согласованными действиями по совместному управлению трансграничными реками, включая обеспечение безопасного содержания водохранилищ. Начиная с 1940 по 1980 г. наблюдается прирост регулирующих емкостей водохранилищ. В бассейнах Сырдарьи и Амударьи построены крупнейшие гидроэнергетические системы комплексного назначения, в перспективе предусматривается реализация масштабной программы развития гидроэнергетики.

В настоящее время на основе российско-таджикистанских договоренностей ведется строительство Сангтудинской ГЭС-1 (мощностью 670 МВт) и Рогунской ГЭС (3600 МВт) в Таджикистане.

Построенные на Сырдарье водохранилища емкостью 28 км3 позволяет осуществлять многолетнее регулирование стока с 95% использованием водных ресурсов бассейна. В бассейне Амударьи речной сток зарегулирован на 30%. Наличие в регионе большого количества напорных ГТС, аккумулирующих огромные запасы водной энергии, создают потенциальную угрозу безопасности социально-экономической инфраструктуре и природной среде. Создание новых объектов гидроэнергетики в верховьях Нарына, Вахта, Пянджа и других трансграничных водотоков значительно увеличит число плотин, к которым необходимо будет предъявить повышенные требования по обеспечению безопасной эксплуатации.

Международный опыт проектирования, строительства и эксплуатации ГТС показывает, что опасность этой угрозы может быть устранена или значительно снижена с помощью системы предотвращения аварийных ситуаций. Поэтому создание эффективной государственной системы безопасности ГТС - одно из важнейших условий предупреждения аварий. Гидротехнические сооружения в большинстве своем - уникальные объекты, что предопределяет особую специфику и сложность их эксплуатации, необходимость системного проведения работ по улучшению их технического состояния и повышению степени безопасности. Однако до настоящего времени во многих странах Центральной Азии не сформирована государственная система обеспечения безопасности гидросооружений, что снижает не только эффективность этих мероприятий, но и не позволяет разрабатывать стратегические направления взаимодействия.

Вопросы обеспечения безопасной длительной работы строящихся и эксплуатируемых ГТС чрезвычайно актуальны. Для их успешного решения необходимо эффективно использовать весь мировой опыт гидротехнического строительства - как положительный, так и отрицательный.

В нашей стране в 2005 г. Постановлением Правительства Республики Казахстан была принята «Концепция предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера и совершенствования государственной системы управления в этой области», а в начале 2007 г. утвержден «Экологический кодекс Республики Казахстан», имеющий силу закона.

В связи с новыми требованиями развития экономики Агентство Республики Казахстан по ЧС в 2001 году утвердило «Правила разработки Декларации безопасности промышленного объекта и Правила проведения экспертизы Декларации безопасности промышленного объекта». Необходимость изменения ситуации с управлением водных ресурсов отражена в «Концепции развития водного сектора экономики и водохозяйственной политики Республики Казахстан до 2010 года», принятой Правительством РК в 2002 году.

Переход к рыночной модели экономического развития, глубокая реформа системы государственного управления, появление новых угроз и вызовов со стороны международного терроризма требуют переосмысления роли и места системы ЧС и гражданской обороны в обеспечении национальной безопасности. Возникла настоятельная необходимость в создании и реализации новой идеологии противодействия катастрофам на долгосрочную перспективу, формировании принципиально иной концепции гражданской обороны, Государственной системы предупреждения и ликвидации ЧС Республики Казахстан [11].

В Киотской декларации, принятой 22 января 2005 года II Всемирной конференцией по уменьшению опасности бедствий (город Кобе, Япония), отмечено, что в борьбу с бедствиями должны включиться правительства, гражданское общество, международные организации, научные сообщества, финансовые институты, частный сектор и добровольцы. Необходимо повышать культуру предупреждения бедствий на всех уровнях от каждого конкретного человека до мирового сообщества. Проблеме снижения уровней рисков следует придать приоритетный характер в национальной политике [12].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >