6.6. Гидротехнические сооружения

6.6.1. Общие сведения и понятия

Количество водохранилищ на Земле составляет более 60 тысяч, их суммарный объем превышает 6,5 тыс. км при общей площади водного зеркала равной 400 тыс. км . Из всех плотин, образующих водохранилища, на 0,6% из них произошли аварии, а 0,2% плотин перестали эксплуатироваться из-за повреждений или разрушений. Однако последствия этих аварий составили печальные страницы в истории строительства плотин. Была установлена определенная тенденция роста ущерба, выражаемая прежде всего числом погибших людей при авариях, с увеличением высоты плотин и объемом водохранилищ. Размеры ущерба такде связаны с ростом освоенности и заселенности долин рек ниже гидротехнических сооружений.

Конец ХХ века характеризуется усилением и учащением катастрофических природных явлений, приводящих к росту аварийных ситуаций и масштабов экологических бедствий. Выросла опасность разрушений крупных экологически опасных производств и сооружений (к которым относятся и плотины гидроузлов) не только из-за природных бедствий, но и в связи с техногенными катастрофами и учащением военных конфликтов на этносоциальной и религиозной почве, а также террористических актов.

Ликвидация последствий повреждений подпорных гидротехнических сооружений требует больших затрат и времени. Но невосполнимы людские потери и опасные морально-психологические травмы. Поэтому усилия должны быть направлены на предвидение, предупреждение и прогноз последствий возможных аварийных ситуаций.

Немало проблем может создать нынешнее состояние гидротехнических сооружений металлургических предприятий, в частности, Алапаевского, Лысьвенского и Соткинского водохранилищ, шламонаполнителей Челябинского электрометаллургического и Белорецкого металлургического комбинатов. В аварийном и предаварийном состоянии находится ряд гидроузлов в Челябинской области, в нижних зонах которых проживает от 65 до 300 тыс. человек. Не лучшее положение дел на гидротехнических сооружениях еще 14 водохранилищ.

Во многом это объясняется тем, что при проведении приватизации и акционировании крупных промышленных предприятий наличие в составе их основных фондов водохранилищ часто не учитывалось. В результате появилась примерно одна тысяча бесхозных потенциально опасных водоемов. Следствием этой и других причин явилось разрушение и повреждение многих гидротехнических сооружений. В качестве примеров можно привести прорывы плотин на Киселевском водохранилище в Свердловской области, Тирлянском в Башкортостане, Людиновском в Калужской области, на многих прудах в Калмыкии, Ростовской и Волгоградской областях. Порой они сопровождались человеческими жертвами и вредными экологическими последствиями.

В настоящее время данная проблема регулируется с помощью принятого 23.06.1997 г. Государственной Думой Федерального закона № «О безопасности гидротехнических сооружений». В нем, в статье 9, указаны обязанности собственника гидротехнического сооружения и эксплуатирующей организации. Там говорится, что собственник или эксплуатирующая организация несет ответственность за безопасность гидротехнического сооружения (в том числе возмещает ущерб, нанесенный в результате аварии гидротехнического сооружения).

Данный Федеральный закон распространяется на все гидротехнические сооружения, которые указаны в этом законе, и повреждение которых могут привести к возникновению ЧС. Законодательство о безопасности гидротехнических сооружений состоит из указанного Федерального закона и принимаемых в соответствии с ним законов и иных нормативных правовых актов РФ. Если международным договором РФ установлены иные правила, чем те, которые предусмотрены настоящим Федеральным законом, то применяются правила международного права.

Анализ статистики случаев повреждения гидротехнических сооружений позволил специалистам Роскомвода сделать заключение, что на территории РФ в ближайшие годы может произойти 10 – 15 катастроф подобного рода.

Строительство гидротехнических сооружений развивалось в разных странах в соответствии с общим ходом развития в них водного хозяйства. Искусство строить гидротехнические сооружения было известно с древних времен, причем довольно крупные сооружения создавали уже при рабовладельческом строе. В Египте за 4000 лет до нашей эры была построена платина Комейн. Относительно сложные сооружения для орошения возводили в IX – VIII вв. до нашей эры в Урарту и Хорезме - древних государствах, расположенных на территории Азии. За 500 лет до нашей эры проводили работы по регулированию русл рек Тигр и Ефрат. В феодальный период, когда из-за частых войн и междуусобиц экономика не могла широко развиваться, гидротехническое строительство свелось к устройству малых сооружений – водных мельниц, небольших сооружений для водоснабжения городов (римский водопровод) и замков. Развитие торговли и ремесел потребовало улучшения судоходных условий рек, и в Европе в XIV веке нашей эры строят первые судоходные шлюзы.

В XVII – XVIII веках феодальный строй начал себя изживать, появились мануфактуры, начался подъем промышленности и торговли. В XVII - начале XIX в. развитие гидротехнического строительства в России и в других странах наблюдалось в основном в области водного транспорта и гидроэнергетики (устройство простейших гидроустановок) возводились также заводские плотины – главным образом деревянные и земляные. В России были построены еще Мариинская, Тихвинская и Вышневологодская водные системы. С развитием капитализма, после изобретения в начале XIX в. железной дороги и паровой машины строительство водных путей и громадных гидроустановок замедлилось. Новый подъем гидротехнического строительства начался в конце XIX – начале ХХ в. после изобретения гидравлических турбин и внедрения в промышленность электричества, когда стали возводиться гидроэлектростанции, а также появления новых строительных материалов – бетона и железобетона.

В середине ХХ в. водохозяйственное строительство продолжало интенсивно развиваться, чему способствовал общий подъем уровня науки и техники. Было построено много выдающихся гидротехнических сооружений. Высота отдельных плотин достигала 200 – 300 метров (высота плотины в Италии составляет 266 метров, плотины Нурекской ГЭС – 305 м, Черкейской – 236 м), объемы бетонных работ по гидроузлам достигают нескольких миллионов кубометров, а объемы земельно-скальных работ – десятков млн. м (например, грунтовая плотина Тарбела в Пакистане имеет объем 120 млн. м ).

В настоящее время на территории РФ эксплуатируется более 30 тысяч водохранилищ и несколько сотен накопителей промышленных стоков и отходов, из них с объемом более 1 млн. м соответственно 2500 и 400. Имеется около 60 крупных водохранилищ емкостью более 1 млрд. м . При этом гидротехнические сооружения на 200 водохранилищах и 56 накопительных отходов, в том числе эксплуатируемые РАО «ЕЭС России» и Минтрансом России, находятся в аварийном состоянии (эксплуатируются без реконструкции более 50 лет). Располагаясь, как правило, в черте или выше крупных населенных пунктов и являясь объектами повышенного риска, такие объекты с их плотинами при разрушении могут привести к катастрофическому затоплению обширных территорий, значительного количества городов и сел, объектов экономики, к массовой гибели людей, длительному прекращению судоходства, сельскохозяйственного и рыбопромыслового производства.

Основные понятия

Гидротехнические сооружения – плотины, здания гидроэлектростанций, водосборные, водопропускные и водовыпускные сооружения, туннели, каналы, насосные станции, судоходные шлюзы, судоприемники, сооружения, предназначенные для защиты от наводнений и разрушений берегов водохранилищ, берегов и дна русел рек, сооружения (дамбы), ограждающие хранилища жидких отходов промышленных и сельскохозяйственных

организаций, устройства от размывов на каналах, а также другие сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов и предотвращения вредного воздействия вод и жидких отходов.

Эксплуатирующая организация – государственное или муниципальное унитарное предприятие либо организация любой другой организационно-правовой формы, на балансе которой находится гидротехническое сооружение.

Собственник гидротехнического сооружения РФ – субъект РФ, муниципальное образование, физическое или юридическое лицо независимо от его организационно-правовой формы, имеющее права владения, пользования и распоряжения гидротехническим сооружением.

Чрезвычайная ситуация – обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии гидротехнического сооружения, которая может повлечь или повлекла за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или ущерб окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушения условий жизнедеятельности людей.

Безопасность гидротехнических сооружений – свойство гидротехнических сооружений, позволяющее обеспечивать защиту жизни, здоровья и законных интересов людей, окружающей среды и хозяйственных объектов.

Декларация безопасности гидротехнических сооружений – предельные значения количественных и качественных показателей состояния гидротехнического сооружения и условий его эксплуатации, соответствующие допустимому уровню риска аварии гидротехнического сооружения и утвержденные в установленном порядке федеральными органами исполнительной власти, осуществляющими государственный надзор за безопасностью гидротехнических сооружений.

Оценка безопасности гидротехнических сооружений – определение соответствия состояния гидротехнического сооружения и квалификации работников эксплуатирующей организации нормам и правилам, утверждаемым в порядке, определенном настоящим Федеральным законом.

Допустимый уровень риска аварии гидротехнического сооружения – значение риска аварии гидротехнического сооружения, установленное нормативными документами.

Территория гидротехнического сооружения – территория в пределах границ землеотвода, установленных в соответствии с земельным законодательством РФ.

Обеспечение безопасности гидротехнического сооружения – разработка и осуществление мер по предупреждению аварий гидротехнического сооружения.

Основная проблема гидротехники

Одной из самых сложных и актуальных проблем гидротехники является обеспечение кавитационной безопасности водосборных гидротехнических сооружений.

Кавитация – процесс образования, перемещения и разрушения полостей капельной жидкости под действием изменяющегося давления. В гидротехнических сооружениях изменение давления связано с обтеканием тел потоком и в этом случае имеет место гидродинамическая кавитация.

В последнее время серьезные кавитационные повреждения произошли на гидроузлах: «Фенг Мен Ти» и «За Хи» в КНР, Дворжак и Либб в США, Гурии в Венесуэле, Кебан в Турции, Тарбела в Таджикистане, Саяно-Шушенском в России и других. Характерно то, что как частота, так и тяжесть повреждений не уменьшалась по сравнению с предыдущим периодом. Это объясняется, во-первых тем, что во всем мире сохраняется устойчивая тенденция к строительству гидроузлов с уникальными параметрами, во-вторых – тем, что до недавнего времени достигнутый уровень знаний не позволяет создать надежную методику прогноза кавитационной эрозии.