13.3. Состояние гидротехнических сооружений Российской Федерации

В мире построено свыше 100 тыс. подпорных гидротехнических сооружений, в том числе около 35 тыс. больших и малых плотин. Многие крупные подпорные соору­жения эксплуатируются длительное время (30-50 лет и более), а согласно статис­тическим данным, именно после этого срока возрастает вероятность аварии и раз­рушения плотины. Увеличение числа и размеров, гидротехнических сооружений обусловливает возрастающее значение проблемы безопасности населения, прожи­вающего ниже напорных фронтов и дамб, и предотвращения крупных экологичес­ких катастроф.

Практика показывает, что невозможно со стопроцентной вероятностью гаранти­ровать безаварийную эксплуатацию напорных гидротехнических объектов. В со­ответствии с графиком Минтопэнерго РФ в 1993 г. было проведено централизо­ванное обследование состояния гидротехнических сооружений 26 тепловых и 9 гидравлических электростанций. По результатам обследования было выявле­но около 20 гидротехнических сооружений, состояние которых не обеспечивает надежность и безопасность их дальнейшей эксплуатации. Наибольшее количество нарушений отмечается на водосбросных и водопропускных сооружениях элект­ростанций. Основным видом повреждений является разрушение бетонных поверх­ностей конструктивных элементов сооружений, расположенных в зоне перемен­ного уровня воды, нарушение целостности водогасительных устройств и креплений в нижних бьефах, в отдельных случаях с подмывом и опусканием бетонных плит и крепления откосов. Далее приводятся краткие характеристики технического со­стояния некоторых из обследованных гидротехнических сооружений. Волжская ГЭС (г. Волгоград). Мощность - 2541 МВт. В состав гидроузла входят водохранилище полным объемом 31 450 млн. м³ и бетонная плотина общей длиной 3249 м и максимальной высотой 47 м. Общее состояние гидротехнических соору­жений удовлетворительное. Вместе с тем в блоках, эксплуатируемых более 30 лет, отмечается образование трещин (ширина раскрытия трещин до 0,3 мм), прогрес­сирует разрушение бетонных поверхностей водосливной плотины в зонах пере­менного уровня воды. Повреждена водосливная поверхность на участках строи­тельных швов, глубина разрушений достигает 20-40 см с обнажением рабочей арматуры. Поверхности быков имеют повреждения площадью до 1 м³ и глубиной 15-20 см.

Череповецкая ГРЭС. Мощность 630 МВт. Отмечается повреждение бетонных подводных частей водозаборного ковша блочной насосной станции и небольшие разрушения поверхностного бетона быков водосливной плотины. Орловская ТЭЦ. Мощностью 630МВт. Водохранилище объемом 3,96 млн. м³. На мо­мент обследования в аварийном состоянии была водосливная плотина гидроузла.Бетонные поверхности имеют разрушения глубиной более 10 см и многочислен­ные трещины с раскрытием до 5 мм.

Подобные повреждения конструкций отмечены и на многих других плотинах.

13.4. Аварии на гидротехнических сооружениях

Нарушения целостности конструкций плотин неизбежно приводят к различного рода авариям. Гидродинамическая авария — это происшествие, связанное с выхо­дом из строя (разрушением) гидротехнического сооружения или его частей с пос­ледующим неуправляемым перемещением больших масс воды. На территории России эксплуатируется более 30 ООО водохранилищ и несколько сотен накопителей промышленных стоков и отходов. Гидротехнические сооруже­ния на 200 водохранилищах и 56 накопителях отходов эксплуатируются без ре­конструкции более 50 лет, некоторые находятся в аварийном состоянии. По мне­нию специалистов, общее число гидродинамические опасных объектов составляет 815, численность населения, проживающего в зонах непосредственной угрозы жизни и здоровью при возможных авариях на этих объектах, превышает 7 млн. человек. Однако прежде чем говорить об авариях, необходимо познакомиться с не­которыми специальными терминами.

Проран — узкий проток в теле (насыпи) плотины, косе, отмели в дельте реки или спрямленный участок реки, возникший в результате размыва излучины в полово­дье.

Прорыв плотины — начальная фаза гидродинамической аварии, то есть процесса образования прорана и неуправляемого потока воды, устремляющегося из верхне­го бьефа через проран в нижний блеф.

Бьеф — участок реки между двумя соседними плотинами на реке или участок ка­нала между двумя шлюзами.

Верхний бьеф - часть реки выше подпорного сооружения (плотины, шлюза). Нижний бьеф — часть реки ниже подпорного сооружения. Рисберма - укрепленный участок русла реки в нижнем бьефе водосбросного пи­ротехнического сооружения. Она защищает русло от размыва, выравнивает ско­рость потока и т. д.

Приведем несколько примеров аварий на гидротехнических сооружениях. Лужская ГЭС-2 (р. Быстрина Ленинградской области). 1апреля 1956 г. произошла авария - разрушилась русловая земляная плотина, которая строилась в 1954-1955 гг. Прорывом вынесено 500 м³ грунта, а ширина размыва достигла 32 м. Водохра­нилище было полностью опорожнено, подмыта бетонная опора, которая оторвалась от устоя здания станции по осадочному шву.

Осенью 1962 г. на реке Оке размыло 80 погонных метров земляной дамбы Кузь­минского гидроузла. Авария произошла потому, что своевременно не подняли зат­воры и не уложили конструкции плотины. Быстро и в большом количестве образовался внутриводный лед, который закупорил водосливную часть плотины, и вода поднялась выше нормального подпорного уровня на 2 м.

Для обеспечения водой нижнего бьефа Иркутской ГЭС и лесосплава в период стро­ительства гидроэлектростанции, после перекрытия Ангары проводились холостые сбросы воды из водохранилища. Объем сбросов доходил до 1700-2200 м³/с. 1 июля 1958 г. для холостого сброса открыли пять отверстий водосбросов совмещенных агрегатов, а 2 июля в связи с неожиданной остановкой работы одного агрегата от­крыли еще одно отверстие. Сбрасываемый расход был неравномерно распределен по фронту водобойного колодца, что создало большой водоворот, направленный в сторону берега отводящего канала. В результате произошел подмыв откоса кана­ла, который еще не был закреплен.

При строительстве Новосибирской ГЭС 25 октября 1956 г. начались работы по перекрытию реки Обь. 27 октября в створе перекрытия у наплавного моста со сто­роны левого берега создались очень тяжелые гидравлические условия. В результа­те ураганного ветра и скорости течения 4 м/с сильно возросли гидравлические сопротивления, а следовательно, и нагрузка на оттяжки понтонного моста, кото­рые не выдержали и лопнули. Наплавной понтонный мост был сорван, унесен во­дой и затонул. Понтоны затонули на расстоянии 200 м ниже створа, а настил был унесен вниз по течению на 10 км.

Для сравнения приведем характеристики крупнейших катастроф гидротехниче­ских сооружений, произошедших за рубежом в 1918-1960 гг. (табл. 13.2).

Таблица 13.2. Основные характеристики крупнейших катастроф 1918-1960 гг. Название гидроузла,	Высота	Число	Причины разрушения
страна, тип плотины	плотины	, м жертв, ч
Глено, Италия,	50	600	Ошибки расчета, плохое качество
многоарочная			работ
Франсисквито, США,	63	400	Геологическая трещина в основании
Гравитационная,
криволинейная в плане
Моларе, Италия,	47.5	100	Расходы воды 2200 м3/с
гравитационная			при водосбросе, расчитанном на 800 м3/с
Хабра, Алжир,	35	—	Расход воды при водосбросе
гравитационная			значительно превышал расчетный
Рибаделаго, Испания,	33,5	140	Нарушение швов, неравномерная
контрфорсная			осадка контрфорсов
Мальпассе, Франция,	60	400	Разрушение гнейсов левобережного
тонкая арка			примыкания
Орос, Бразилия,	54	40	Катастрофический паводок в период
земляная (недостроенная)			строительства

В результате повышенных нагрузок на основание водохранилищ при их наполне­нии, а также воздействия воды как смазки на тектонические трещины в районах во­дохранилищ может повыситься сейсмическая активность. Подобные явления отме­чались в период наполнения водохранилищ Боулдер (США) - объем 41,5 млрд. м³,

Кариба (Замбия) - объем 175 000 млн м³ и др. Землетрясение в районе г. Кайнан- гар (Индия), последовавшее за наполнением водохранилища Койна (2780 млн м³ привело к гибели 200 человек.