Что образуется при прорыве плотины
Что образуется при прорыве плотины
Устойчивость и прочность гидротехнического сооружения проектируется на основе максимальных расчетных значений уровня воды водоема, скорости ветра, высоты волны [9].
Причинами разрушения (прорыва) ГТС могут быть природные явления или стихийные бедствия (землетрясения, обвалы, оползни, паводки, размыв грунтов, ураганы и т.п.) и техногенные факторы (разрушение конструкций сооружения, эксплуатационно-технические аварии, конструктивные дефекты или ошибки проектирования, нарушение режима водосбора и др.), а также в ЧС военного времени – современные средства поражения (ССП) и террористические акты [14, 9].
Проран – узкий проток в теле (насыпи) плотины, косе, отмели, в дельте реки, или спрямленный участок реки, образовавшийся в результате размыва излучины в половодье.
Волна прорыва – волна, образующаяся во фронте проходящего в проран потока воды, имеющего значительную скорость движения и обладающего большой разрушительной силой.
Следовательно, поражающее действие волны прорыва ГА связано с распространением с большой скоростью воды, создающей угрозу возникновения ЧС.
Поражающий фактор ГА – волна прорыва гидротехнического сооружения. Основными параметрами ее поражающего действия являются скорость, высота и глубина волны прорыва, температура воды, время существования волны прорыва [9].
По своей физической сущности волна прорыва представляет собой неустановившееся движение потока воды, при котором глубина, ширина, уклон поверхности и скорость течения изменяются во времени (рис.1) [7].
Рис.1. Волна прорыва и ее сущность
Высота волны прорыва и скорость ее распространения зависят от объема и глубины водохранилища, площади зеркала водного бассейна, размеров прорана, разницы уровней воды в верхнем и нижнем бъефах, гидрологических и топографических условий русла реки и ее поймы. В районе нулевого створа (тела плотины) высота волны прорыва ( Н вп ) определяется по формуле [7]
Высота волны прорыва, как правило, находится в пределах 2-12м и может достигать 10-30м. Скорость распространения волны прорыва составляет 3-25 км/ч, а для горных и предгорных районов – до 100 км/ч [14, 7].
При этом статическое давление потока воды – не менее 20 кПа (0,2 кгс/см 2 ) с продолжительностью действия не менее 0,25ч [7].
Характер воздействия на объект поражающего фактора определяется гидродинамическим давлением потока воды (гидропотоком), высотой, глубиной и скоростью потока воды, уровнем и временем затопления, деформацией речного русла, загрязнением гидросферы, почв, грунтов, размыванием и переносом грунтов.
Основным последствием гидродинамической аварии является катастрофическое затопление местности.
Катастрофическое затопление – это бедствие из-за гидродинамической аварии, являющееся результатом разрушения плотины и заключающееся в стремительном затоплении волной прорыва нижерасположенной местности и возникновении наводнения. Катастрофическое затопление характеризуется следующими параметрами [14, 7]:
Катастрофическое затопление распространяется со скоростью волны прорыва и приводит через некоторое время после прорыва плотины к затоплению обширных территорий слоем воды более 0,5-10м. При этом образуются зоны затопления. Так, в РФ при разрушениях или авариях на ГТС (плотины, дамбы, перемычки, шлюзы и т.п.) в зоне затопления окажутся десятки миллионов человек, тысячи населенных пунктов, предприятий, сооружений, сельскохозяйственных земель и др. Возможный ущерб от такой гидродинамической аварии в РФ составит 250 млрд рублей [2, 10, 15].
Зона катастрофического затопления определяется заранее на стадии проектирования ГТС. В границах этой зоны выделяют участок возможного (вероятного) чрезвычайно опасного затопления, т.е. территорию, через которую волна прорыва проходит в течение 1ч после аварии на ГТС. На этой территории возможны наибольшие потери среди населения, сильные разрушения ОЭ и жилых построек. Параметры волны прорыва на данном участке принимаются: высота гребня волны (рис. 1) – более 4м, а скорость движения – свыше 2,5 м/с [7, 9]. Для каждого водохранилища (особенно объемом 50 млн м 3 ), на котором авария приводит к высоте подъема воды более 1м, по результатам прогноза разрабатываются атласы или карты затопления и характеристики волны прорыва [2, 9].
Весьма важным является прогнозирование развития и масштабов возможных последствий гидродинамических аварий на подпорных ГТС. Перечень основных прогнозируемых параметров аварии (волны прорыва) на водоподпорных ГТС, определяющих размеры бедствия и ущерб в зоне возможного затопления, приведен в табл. 6.
Чрезвычайную ситуацию, вызванную гидродинамической аварией, относят к федеральным ЧС [3].
Наиболее предпочтительный способ определения параметров волны прорыва – использование ЭВМ и программного обеспечения “Волна – 2”, разработанного во ВНИИ ГОЧС [3]. Это позволяет спрогнозировать последствия прорыва гидроузлов, сопровождающегося образованием волны прорыва. Последствиями такой гидродинамической аварии станут разрушения зданий, сооружений, дорог, мостов, потенциально опасных объектов (ПОО) и др., находящихся в зоне воздействия этой волны [3]. По результатам анализа и оценки возможной обстановки, используя программу “Волна – 2”, органом управления ГОЧС могут быть представлены предложения по профилактике и предупреждению гидродинамической аварии.
Гидродинамические аварии: причины и последствия
Гидродинамическая авария – это чрезвычайное событие, связанное с выходом из строя (разрушением) гидротехнического сооружения или его части, и неуправляемым перемещением больших масс воды, несущих разрушения и затопления обширных территорий. К основным потенциально опасным гидротехническим сооружениям относятся плотины, водозаборные и водосборные сооружения (шлюзы).
Последствиями гидродинамических аварий являются:
Вода относится к наиболее опасным и непредсказуемым природным явлениям. Людям, чтобы обезопасить свои поселения и при этом иметь необходимый запас воды, приходится строить специальные гидротехнические сооружения. Они создают разницу в гидроуровнях. До сооружения располагается верхний бьеф (высокий уровень воды), а после – нижний.
Плотины и дамбы относятся к наиболее распространенным гидротехническим объектам. Можно встретить также запруды и водозаборные сооружения. Все они являются потенциально опасными и требуют постоянного контроля со стороны соответствующих организаций.
В результате их разрушения или поломки происходит большой неконтролируемый выброс воды, в результате чего возникает чрезвычайная ситуация сопряженная с гибелью людей, животных и многочисленными разрушениями. Это называется гидродинамической аварией (определение и презентация в энциклопедии Fireman.club).
Что делать в такой ситуации, к каким последствиям нужно быть готовым и можно ли ее предупредить, рассмотрим в данной статье.
Причины возникновения
Разрушение плотины или дамбы может происходить по естественным причинам или из-за деятельности человека. К природным силам, способным вызвать прорыв гидротехнического объекта относятся: землетрясения, паводки, сильные и продолжительные ливни, ураганы, оползни. Естественная коррозия бетонных конструкций также способна привести к аварии, но сейчас чаще всего распространены грунтовые плотины.
Различные неточности в проектировании, ошибки при сооружении объектов, дефекты материала или его низкое качество, взрывы, диверсии, военные действия вблизи гидродинамических сооружений относятся к причинам, которые связаны с человеческой деятельностью.
При обнаружении хоть малейшего риска прорыва плотины производят действия по ее укреплению и предотвращению прорыва. Во время весенних паводков осуществляется регулярный сброс воды из объекта.
В зависимости от объема и силы выброшенной воды различаются следующие виды гидродинамических аварий:
Последствия и поражающие факторы
В результате гидродинамической аварии происходит затопление местности, часто сравнимое с катастрофой. Образовавшаяся волна стремительно обрушивается на местность, расположенную в низине.
К главным поражающим факторам в таких ситуациях относят:
Силу волны при прорыве сооружения можно сравнить с ударной воздушной волной от взрыва. Однако не каждое затопление становится катастрофичным. Для получения статуса чрезвычайной ситуации учитывается его длительность, глубина, границы зоны возможного подтопления, а также высота волны и скорость потока должна быть максимальной.
К первичным последствиям гидродинамических аварий относятся:
Последующими, вторичными последствиями можно назвать:
В зоне катастрофы могут возникать частые пожары из-за обрыва и повреждения линий электропередачи. Обвалы и оползни также становятся последствием аварии в результате сильного размыва грунтового слоя.
Существуют и остаточные явления прорыва гидротехнического сооружения долговременного характера. Это изменение ландшафта, экологии, снижение плодородия почвы.
Как себя вести в зоне ЧС
В местностях с риском прорыва дамб заранее предусматривается система предварительного оповещения, а также создается план эвакуации с указанием пунктов сбора. Для оповещения используются сирены, гудки, громкоговорители, а также средства массовой информации (радио, телевидение).
Жителям, проживающим внизу нижнего бьефа, следует заранее ознакомиться с наиболее удобным эвакуационным маршрутом. Чаще всего они прокладываются к ближайшим возвышенным точкам на данной местности. В каждом доме на такой экстренный случай должен быть приготовлен рюкзак с необходимым минимальным набором вещей, у людей в погонах такой комплект называется “тревожный чемоданчик” о составе тревожного чемоданчика Вы можете прочитать в нашей статье.
Как следует себя вести, если вы услышали оповещение о прорыве плотины и приближении потока воды?
Необходимо придерживаться следующих рекомендаций четко и без паники:
В случае, если катастрофа застала вас врасплох, то попробуйте укрыться от надвигающейся волны. Для этого вполне подойдет любое место на возвышенности (дерево, верхний этаж здания, крыша дома).
Сигнал Угроза катастрофического затопления
Четко контролируйте свои запасы питьевой воды и пищи. Помните, что помощь к вам может прийти только спустя 1-2 дня. Не употребляйте продукты, которые были подтоплены. Они могут вызвать отравление.
Действия после аварии
Вернувшись домой, следует быть предельно осторожными и внимательными. Прежде чем войти в жилище, снаружи осмотрите стены и крышу на предмет сильных повреждений или разрушений. Откройте двери и окна, чтобы проветрить помещение.
В первую очередь проверьте газовое оборудование на исправность. Не прибегайте к использованию открытого огня, пока не убедитесь в отсутствии утечки газа, о действиях при утечке газа Вы можете прочитать в нашей статье. Все коммунальные системы (электропроводка, водопровод, канализация) также следует подвергнуть тщательному осмотру. Лучше, если это сделает специалист.
Воду следует откачивать постепенно. Не забудьте про подвал и колодец. Перед тем, как начать уборку, жилище следует просушить.
Для того чтобы подобные аварии происходили как можно реже следует при строительстве водоудерживающих объектов обеспечить их высокое качество и надежность. С этой целью в 1997 году был принят Федеральный закон РФ 117-ФЗ от 21.07.1997 «О безопасности гидротехнических сооружений», который закрепляет ответственность уполномоченных лиц и регулирует все вопросы касательно безопасности этих конструкций.
Самой основной предупредительной мерой гидродинамических аварий является постоянное наблюдение за состоянием плотин, а также тесное сотрудничество с метеорологическими службами.
О безопасности смотрите в видео
Предупредительные мероприятия
Если Вы проживаете на прилегающей к гидроузлу территории, уточните, попадает ли она 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 затопления 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.
Как действовать при угрозе гидродинамической аварии
При получении информации об угрозе затопления и об эвакуации безотлагательно, в установленном порядке выходите (выезжайте) из опасной зоны в назначенный безопасный район или на возвышенные участки местности.
Возьмите с собой документы, ценности, предметы первой необходимости и запас продуктов питания на 2-3 суток. Часть имущества, которое требуется сохранить от затопления, но нельзя взять с собой, перенесите на чердак, верхние этажи здания, деревья и т.д.
Перед уходом из дома выключите электричество и газ, плотно закройте окна, двери, вентиляционные и другие отверстия.
Как действовать в условиях наводнения при гидродинамических авариях
При внезапном затоплении для спасения от удара волны прорыва срочно займите ближайшее возвышенное место, заберитесь на крупное дерево или верхний этаж устойчивого здания. В случае нахождения в воде, при приближении волны прорыва нырните в глубину у основания волны.
Оказавшись в воде, вплавь или с помощью подручных средств выбирайтесь на сухое место, лучше всего на дорогу или дамбу, по которым можно добраться до незатопленной территории.
При подтоплении Вашего дома отключите его электроснабжение, подайте сигнал о нахождении в доме (квартире) людей путем вывешивания из окна днем флага из яркой ткани, а ночью – фонаря. Для получения информации используйте радиоприемник с автономным питанием. Наиболее ценное имущество переместите на верхние этажи и чердаки. Организуйте учет продуктов питания и питьевой воды, их защиту от воздействия прибывающей воды и экономное расходование.
Готовясь к возможной эвакуации по воде, возьмите документы, предметы первой необходимости, одежду и обувь с водоотталкивающими свойствами, подручные спасательные средства (надувные матрасы, подушки).
Не пытайтесь эвакуироваться самостоятельно. Это возможно только при видимости незатопленной территории, угрозе ухудшения обстановки, необходимости получения медицинской помощи, израсходовании продуктов питания и отсутствии перспектив в получении помощи со стороны.
Как действовать после гидродинамической аварии
Перед тем, как войти в здание, убедитесь в отсутствии значительных повреждений перекрытий и стен. Проветрите здание для удаления накопившихся газов. Не используйте источники открытого огня до полного проветривания помещения и проверки исправности системы газоснабжения.
Проверьте исправность электропроводки, труб газоснабжения, водопровода и канализации. Пользоваться ими разрешается только после заключения специалистов об исправности и пригодности к работе. Просушите помещение, открыв все двери и окна. Уберите грязь с пола и стен, откачайте воду из подвалов. Не употребляйте пищевые продукты, которые находились в контакте с водой.
Причины и виды гидродинамических аварий
Урок 19. ОБЖ 8 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Причины и виды гидродинамических аварий»
Под гидродинамической аварией понимают происшествие, которое связано с выходом из строя или разрушением гидротехнического сооружения и отдельных его частей, с последующим неуправляемым переносом огромных масс воды, создающим угрозу возникновения техногенной чрезвычайной ситуации.
Что может привести к разрушению гидротехнического сооружения?
Как вы знаете, такие сооружения подвергаются воздействию большого числа различного вида нагрузок. Это и давление водного потока, колебания температуры воздуха и, как следствие, колебания температуры воды, заиление дна.
Все это может привести к разрушению объекта и затоплению водой прилегающей территории. Немаловажным фактором, влияющим на вероятность разрушения, является и процесс выветривания, в результате которого происходит коррозия металлических и гниение деревянных конструкций, выщелачивание бетона, т.е. происходит постепенное растворение и вымывание компонентов цемента из бетонной конструкции, что приводит к ее постепенному ослаблению и дальнейшему разрушению.
Разрушение гидротехнических сооружений может возникнуть в результате землетрясений, во время военных действий или в результате террористического акта, а также из-за дефектов в конструкции и ошибок при проектировании.
Вы видите таблицу, представляющую распределение причин аварии по их частоте.
Как видно из нее, наибольший процент приходится на разрушение основания гидротехнического сооружения (вспомните аварию на плотине Сент-Френсис, в результате которой погибло около 600 человек).
Второй наиболее популярной причиной аварий, является недостаточность водосбросов (иными словами, в некоторых случаях может произойти перелив воды через гребень плотины).
В нашей стране действует Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений», в котором установлены правовые нормы, регламентирующие безопасность эксплуатации гидротехнических сооружений. Согласно этому закону, все гидротехнические сооружения делятся на две категории.
К первой относятся те сооружения, аварии на которых не способны вызвать чрезвычайную ситуацию техногенного характера.
Ко второй — сооружения, при повреждении которых возможно возникновение чрезвычайной ситуации. Сюда относят сооружения напорного фронта, т.е. те, которые создают разницу уровней воды. Напорный фронт на плотинах, шлюзах, дамбах и водосбросах позволяет удерживать огромную массу воды в чаше водохранилищ.
Разрушение какой-либо из этих конструкций сопровождается интенсивным сливом воды в нижний бьеф, в результате чего происходит разрушение плотины. При этом происходит катастрофическое затопление прилегающей к руслу территории.
Под катастрофическим затоплением понимают зону затопления, в пределах которой происходит массовая гибель людей, животных и сельскохозяйственных растений, а также значительно повреждаются или полностью уничтожаются здания и другие сооружения.
Не стоит путать такое затопление с затоплением паводковыми водами. Ведь в случае паводка, вода прибывает относительно медленно. При разрушении же гидротехнического сооружения скорость прорыва воды составляет от 3 до 25 километров в час, а в горных и предгорных районах она может достигать и 100 километров в час.
Самым распространенной гидродинамической аварией является прорыв плотины.
Прорыв плотины — это начальная фаза гидродинамической аварии. При этом образуется так называемый проран, через который и происходит неуправляемый сброс огромной массы воды из верхнего бьефа водохранилища в нижний.
Проран — это промоина, отверстие или узкий проток в плотине, дамбе, прорванной водным потоком.
Волна, образующаяся во фронте потока воды, устремляющегося в проран, и имеющая в большинстве случаев значительную высоту гребня (от двух до двенадцати метров), большую скорость распространения (от трех до двадцати пяти километров в час и выше) и обладающая большой разрушительной силой, называется волной прорыва.
Ее высота и скорость распространения зависят от многих факторов. К ним относятся размер прорана, разница уровней воды между верхним и нижним бьефом, а также гидрологические и топографические особенности местности. При этом возможные потери населения от волны прорыва могут достигать до 90% в ночные часы, и до 60% — в дневное время.
В зависимости от масштабов затопления местности и его последствий различают:
· катастрофическое затопление (о нем мы говорили ранее);
· 
· прорывной паводок (паводок, возникающий при прорывах гидротехнических сооружений);
· 
· затопление, повлекшее смыв плодородных почв или отложение наносов на обширных территориях.
§ 
В зависимости от последствий воздействия водного потока, образующегося при аварии на гидротехнических сооружениях, выделяют четыре зоны катастрофического затопления.
Самая первая зона катастрофического затопления вплотную примыкает к гидротехническому сооружению и распространяется на расстояние от 6 до 12 километров от него. В случае аварии на этом участке образуются волны, высотой несколько метров, а скорость течения воды может достигать 10 метров в секунду.
Вторая зона (ее еще называют зоной быстрого течения, так как скорость потока воды в ней составляет около пяти метров в секунду) имеет протяженность от 15 до 25 километров.
Третья зона — это зона среднего течения, распространяющаяся на расстояние от 30 до 50 километров. Скорость потока воды в ней составляет около 3-х метров в секунду или 10-15 километров в час.
И последняя, четвертая, зона, протяженностью от 35 до 70 километров (в зависимости от рельефа местности), называется зоной слабого течения. В ней скорость водного потока составляет всего 6 — 10 километров в час.
В зоне катастрофического затопления, как правило, происходит массовая гибель людей, животных, происходит разрушение зданий и сооружений, уничтожение других материальных ценностей. Поэтому эти зоны просчитываются заранее, еще на стадии проектирования гидротехнических объектов. Информация об этих зонах в обязательном порядке должна доводиться до населения, которое работает и проживает в пределах этой территории.
К катастрофическим затоплениям местности может привести и разрушение естественных плотин. Сюда относятся прорывные сели, прорывы как обычных так и моренных озёр, подпружиненных ледников.
Ученые постоянно занимаются прогнозированием времени прорыва. Оно основано на наблюдении за подъемом уровня воды до 80 — 85% высоты перемычки водохранилища. При этом учитываются прогнозы погоды, которые делают ближайшие к водохранилищу метеостанции.
Для гидроузлов и крупных плотин составляются специальные прогнозные карты, в которых указываются возможные зоны затопления при поступлении различных объёмов воды.
Эти документы находятся как в органах управления гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций, так и в ведомствах и их службах на местах, которые возводят и эксплуатируют гидротехнические сооружения.
Однако невозможно рассчитать и предугадать все. Примером может служить трагедия, случившаяся в 1963 году на плотине Вайонт, расположенной рядом с горой Монте Ток на севере Италии.
Катастрофа, произошедшая здесь, является ярким примером того, как сочетание множества малозаметных природных факторов и ошибок людей может привести к катастрофе со страшным исходом.
В этой гористой местности не редко случались небольшие землетрясения и оползни. Но компания, возводившая плотину, решила, что серьезных проблем не должно возникнуть, и большой опасности возникновения оползней нет.
Однако, лето 1963 года выдалось необычайно дождливым и к осени того же года вода с неба вызвала никем непредвиденные последствия — случился оползень. И не просто оползень — в воду сползла часть горы Монте Ток объемом 260 миллионов кубических метров, двигающаяся со скоростью около 100 километров в час. Такое огромное количество горных пород заполнила чашу водохранилища, и колоссальный объем воды (более 50 миллионов кубометров) буквально «выплеснулся» из плотины с высоты четырехсот метров. Водяной вал, высотой 90 метров, прошелся по нижележащей территории со скоростью 8 — 12 метров в секунду.
Первыми были разрушены селения Сан-Мартино и Кассо, а затем, одно за другим, еще пять — Ривальту, Пираджо, Вилланову, Лонгароне и Фаз. В течении всего лишь пятнадцати минут, в бушующем потоке грязи, камней и воды, по различным данным, погибло от тысячи девятисот до трех тысяч человек.
Однако удивительным стало то, что в результате такой масштабной катастрофы, плотина осталась стоять, хоть ей и пришлось выдержать нагрузку, в несколько раз превышающую расчетную. Вода размыла лишь около метра бетона верхнего гребня плотины.
· Причинами гидродинамических аварий могут служить как действие сил природы, так и воздействие человека.
· К природным причинам относятся: сейсмическая активность местности, ураганы, оползни, обвалы и паводки.
· К причинам, связанным с деятельностью человека, — ошибки при проектировании и нарушение правил эксплуатации гидротехнических сооружений, конструктивные дефекты конструкций, недостаточный водосброс и перелив воды через плотину. Сюда же можно отнести военные действия и террористические акты.
· Последствия аварий на гидротехнических сооружениях трудно предсказуемы и зачастую носят катастрофический характер.