УДК 627.8.059.2

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10532 

ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ И СТЕПЕНИ РИСКА АВАРИИ НИЗКОНАПОРНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

ASSESSMENT OF THE OPERATING STATE AND THE DEGREE OF RISK OF ACCIDENTS OF LOW-PRESSURE HYDRAULIC ENGINEERING STRUCTURES

Туктаров Ренат Бариевич, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ведущий научный сотрудник, заведующий отделом, Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации, Саратовская обл., Энгельсский р-н, р.п. Приволжский

Мельникова Валентина Павловна, старший научный сотрудник, Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации, Саратовская обл., Энгельсский р-н, р.п. Приволжский

Пасовец Раиса Дмитриевна, научный сотрудник, Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации, Саратовская обл., Энгельсский р-н, р.п. Приволжский

Греков Дмитрий Алексеевич, младший научный сотрудник, Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации, Саратовская обл., Энгельсский р-н, р.п. Приволжский 

Tuktarov R.B., tuktarov.rb@gmail.com

Melnikova V.P., melnikova_vpi23@mail.ru

Pasovets R.D., raisa.pasovets@yandex.ru

Grekov D.A., greckov.dmitry@yandex.ru

Аннотация. В статье рассматриваются результаты оценки эксплуатационного состояния и степени риска аварии низконапорных гидротехнических сооружений (ГТС) на примере гидроузла Ахмато-Лавровского водохранилища, расположенного в Краснокутском районе Саратовской области. Приведен расчет вероятного вреда при тяжелом и вероятном сценариях возможной гидродинамической аварии на объекте. Согласно параметрам зоны затопления определены коэффициенты опасности аварии, уязвимости ГТС и риска вероятности возникновения чрезвычайной ситуации. Предложены мероприятия для нормального и безопасного функционирования гидротехнических сооружений при их дальнейшей эксплуатации.

Summary. The article discusses the results of assessing the operational state and the degree of risk of an accident of low-pressure hydraulic engineering structures (GTS) on the example of the Akhmato-Lavrovskoye reservoir, located in the Krasnokutsk district of the Saratov region. The calculation of the probable harm in heavy and probable scenarios of a possible hydrodynamic accident at the facility is presented. According to the parameters of the flooded zone, the coefficients of accident hazard, hydraulic engineering structure vulnerability and the risk of the likelihood of an emergency are determined. Measures are proposed for the normal and safe functioning of hydraulic engineering structures during their further operation.

Ключевые слова: гидротехнические сооружения, водохранилище, плотина, волна прорыва, сценарии аварий, коэффициент риска аварии, коэффициент опасности, коэффициент уязвимости.

Keywords: hydraulic structures, reservoir, dam, breakthrough wave, accident scenarios, accident risk coefficient, hazard coefficient, vulnerability coefficient. 

В соответствии со ст. 9 Федерального закона «О безопасности гидротехнических сооружений», «собственник ГТС и эксплуатирующая организация обязаны систематически анализировать причины снижения безопасности ГТС и своевременно осуществлять разработку и реализацию мер по обеспечению технически исправного состояния ГТС и его безопасности, а также по предотвращению аварии ГТС» [1].

Значительное количество водохранилищ в России, созданных в 60-80 годы прошлого века на местных реках с помощью отсыпки плотин, построенных без проектной документации и используемых для орошения земель, обводнения территорий, сельскохозяйственного водоснабжения, находятся преимущественно в муниципальной собственности. Анализ современного состояния использования таких ГТС показывает, что у муниципальных собственников и эксплуатирующих организаций нередко отсутствует возможность осуществления мероприятий, связанных с мониторингом технического состояния гидротехнических сооружений и проведением необходимых изысканий и ремонтных работ, что может привести к снижению их надежности и безопасности.

В настоящее время вопросы оценки эксплуатационного состояния и степени риска аварии низконапорных гидротехнических сооружений, ввиду отсутствия проектной и технической документации на объекты,  являются актуальными, поскольку получаемые сведения необходимы для прогнозирования развития возможных чрезвычайных ситуаций (ЧС) и разработки обоснованных мероприятий по их предупреждению.

Объектом исследований выбраны низконапорные ГТС Ахмато-Лавровского водохранилища, функционирующие с 1939 года и расположенные вблизи г. Красный Кут Краснокутского района Саратовской области.

Методами исследования являются обобщение и анализ материалов натурных обследований, методы оценки уровня риска; моделирование процессов возникновения аварийных ситуаций.

В состав гидроузла водохранилища входят следующие сооружения: водоподпорное сооружение (земляная насыпная плотина); водосбросные сооружения (бетонный быстроток автоматического действия, сифонный водовыпуск); ГТС специального назначения (насосная станция). Плотина – земляная, однородная; отсыпана из местных глинистых грунтов, полутвердой консистенции, проезжая. Отметки гребня плотины колеблются от 58 м до 59 м; ширина плотины по гребню – 10 м; длина плотины по гребню – 640 м; максимальная высота плотины – 11 м.

Водохранилище русловое, сезонного регулирования стока. Объем водохранилища при НПУ составляет 8,4 млн. м³ (полный); площадь зеркала – 3,9 км². Максимальная глубина у плотины при НПУ составляет 5 м.

Натурные обследования земляной плотины, проведенные в 2020 году, показали, что верховой откос имеет подмывы длиной до 10 м и шириной до 3 м. (рис. 1) [2].

Учитывая техническое состояние сооружений гидроузла для прогнозирования характеристик волны прорыва и масштабов затопления местности при разрушении плотины Ахмато-Лавровского водохранилища были рассмотрены наиболее тяжелый и наиболее вероятный сценарии гидродинамических аварий.

Наиболее тяжелым сценарием аварии на рассматриваемом ГТС является прохождение паводка редкой повторяемости, затор льда в подводящей части водосброса, переполнение водохранилища, перелив воды через гребень плотины на пониженных участках, размыв гребня и тела плотины, образование прорана и затопление территории нижнего бьефа.

– коэффициент опасности для ГТС;

– коэффициент уязвимости ГТС.

По показателю опасности превышения принятых при обосновании конструкции сооружений природных нагрузок и воздействий для ГТС Ахмато-Лавровского водохранилища отсутствует возможность возникновения (развития) потенциально опасных воздействий природного и техногенного характера ввиду длительного (более 80 лет) срока эксплуатации и работоспособного состояния сооружений.

Кроме этого, по нашему мнению, при строительстве ГТС соблюдены технологии возведения и свойства используемых материалов. Проектные решения при возведении сооружений соответствуют современным нормативным требованиям.

В тоже время режим эксплуатации и мониторинг безопасности ГТС не отвечают современным требованиям из-за отсутствия регулярных наблюдений и низкой квалификации эксплуатационного персонала. По данному показателю опасности сооружения соответствуют «малой опасности», то есть «возможна эксплуатация ГТС в штатном режиме с устранением недостатков в рамках текущих ремонтно-восстановительных работ» (устранением подмывов верхового откоса плотины [5], но по размеру материального ущерба при аварии ГТС масштаб возможной ЧС соответствующий «региональному», отвечает уровню «большой опасности» [5].

Интегральный код показателей опасности для наиболее тяжелого сценария аварии составит 0013, а для вероятного сценария аварии – 0113. Для тяжелого сценария аварии коэффициент опасности 𝜆 = 0,2813, для вероятного сценария аварии 𝜆 = 0,3438 [6].

Для тяжелого сценария аварии коэффициент уязвимости подпорного сооружения, соответствующий коду 1011, составит ν = 0,2833. Для вероятного сценария аварии коэффициент уязвимости подпорного сооружения, соответствующий коду 1012, составит ν = 0,35 [5, 6].

В соответствии с полученными коэффициентами опасности 𝜆 и уязвимости ν коэффициент риска аварии на перегораживающем сооружении составляет: для тяжелого сценария аварии Да = 0,079, для вероятного сценария аварии Да = 0,12. ГТС Ахмато-Лавровского водохранилища соответствуют «нормальному уровню безопасности» Да <0,15 [5].

Вероятность возникновения аварии на напорных ГТС определена по формуле, согласно [5]:

– вероятность возникновения аварий;

– вероятностная функция;

– коэффициент вероятности;

– коэффициент риска аварии.

Для тяжелого сценария аварии Ра = 0,00002 = 0,2∙10^-4 1/год. Для вероятного сценария аварии Ра = 0,0025 = 2,5∙10^-3 1/год.

Согласно классификации уровня риска, риск вероятности возникновения аварии ГТС можно оценить как приемлемый (допустимый), так как полученные значения вероятности возникновения аварий на напорных ГТС IV класса составляют менее 5 ∙ 10^-3 1/год [5].

Таким образом можно сделать вывод о том, что в настоящее время ГТС Ахмато-Лавровского водохранилища находятся в работоспособном состоянии. Но для нормального и безопасного функционирования ГТС водохранилища необходимы обеспечение регулярного контроля (мониторинга) показателей состояния гидротехнических сооружений и проведение текущих эксплуатационно-ремонтных работ.

Полученные результаты исследований указывают на приемлемость примененных подходов при проведении оценки и определении степени риска возникновения аварий на низконапорных гидротехнических сооружениях, эксплуатирующихся без проектной и технической документации на объекты.

Литература

1. Российская Федерация. Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений» от 21.07.1997 № 117-ФЗ (в редакции от 29.07.2018 г.) [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.consultant.ru, свободный.
2. Расчет вероятного вреда, который может быть причинен жизни, здоровью физических лиц, имуществу физических и юридических лиц в результате аварии ГТС Ахмато-Лавровского водохранилища, расположенного в Краснокутском районе Саратовской области [Текст] / ФГБНУ ВолжНИИГиМ. – Красный Кут, 2019. – 53 с.
3. Методика оперативного прогнозирования инженерных последствий прорыва гидроузлов [Текст]. Стандарт предприятия. — М.: ВНИИГОЧС России, 1997. – 40 с.
4. Российская Федерация. Правительство РФ. О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера [Электронный ресурс]: постановление Правительства РФ от 21 мая 2007 г. № 304 – Режим доступа: http://www.consultant.ru, свободный.
5. ГОСТ Р 22.2.09-2015 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Экспертная оценка уровня безопасности и риска аварий гидротехнических сооружений. Общие положения (Переиздание) – Введ. 2016-06-01.- М.: Стандартинформ, 2019. – 23 с.
6. Розанов, Н.Н. Методические рекомендации по оценке риска аварий на гидротехнических сооружениях водного хозяйства и промышленности [Текст] / Н.Н. Розанов, Н.П. Куранова. — М.: ДАР/ВОДГЕО, 2009. – 60 с.