Введение
В последнее десятилетие все большее число специалистов и политических деятелей среди главных проблем, стоящих перед человечеством, назглвают проблему воды. Она возникает в четырех случаях:
1) когда воды нет;
2) когда ее недостаточно;
3) когда качество воды не отвечает социальным и экономическим требования населения;
4) когда из-за избытка воды обжитые территории страны С1радают от наводнений.
Первые три аспекта проблемы - порождение XX века, а четвертый существует с древнейших времен. На протяжении многих лет и даже веков люди предпринимают усилия для уменьшения опасности стихийных бедствий, но никак не могут преуспеть п этом. Возникающие стихшпше бедствия продолжают иметь место и связаны со следующими факторами:
• интенсивным ростом водонакоиления водоиотребления и водоотведения;
• распространением объектов повышенного риска (атомные электростанции, гидротехнические сооружения, хранилища токсичных веществ);
• антропогенной эрозией окружающей среды.
Одна из наиболее важных особенностей на сегодняшний день заключается в том, что последствия сильного стихийного бедствия затрагивают не только людей, проживающих в районе, где оно произошло, но и носят глобальный характер. Можно привести много примеров того, когда локальные природные катастрофы влекут гибель людей экономические, социальные или экологические последствия.
Важным является решение задачи уменьшения последствия стихийных бедствий, которая касается не только районов, где они происходят достаточно часто, но и тех районов, территории которых не подвержены непосредственно природным катастрофам.
4
Среди природных катастроф существенную роль занимают наводнения, ущерб от которых растет с каждым годом. Только за последние сто лет но данным ЮНЕСКО, от наводнений в мире погибло более 9000000 человек, и эта цифра с каждым годом продолжает расти.
Половодья и паводки на протяжении столетий приносили беды населению России и сопредельных стран. Сведения о катастрофических наводнениях не сходят со страниц газет и журналов.
Основными причинами наводнений можно считать недостаточную надежность и прочность гидротехнических сооружений связанную со следующими факторами:
1) старением;
2) несоответствием отдельных частей сооружений проектным;
3) перенапряжением материала тела плотины и основания;
4) деформациями, превышающими предел прочности и.т.д.
В России сделан качественно важш.ш прорыв в области анализа и обеспечения безопасности гидротехнических сооружений. Этому способствовали иринятие «Федерального закона «О безопасности гидротехнических сооружений» и обязательное декларирование безопасности гидросооружений, но, тем не менее, гидродинамические аварии, связанные с недостаточной надежностью и прочностью гидротехнических сооружений имеют место. Учитывая вышесказанное, целью исследований явилось - повышение безопасности труда работников обслуживающих гидротехнические сооружения, водителей транспортных средств, и жителей проживающих в зоне влияния гидротехнических сооружений сельскохозяйственного назначения. Объекты исследования — водохозяйственные и гидротехнические сооружения, образующие водохранилища небольшого объема для агропромышленного производства, расположенные на территории Брянской и Калужской области. Па защиту выносятся следующие основные положения: 1. Результаты анализа производственного травматизма, аварий. Классификация технического состояния ГТС.
5
2. Результаты обследования технического состояния гидротехнических сооружений сельскохозяйственного назначения на территории Брянской и Калужской областей.
3. Критерии несущей способности и прочности хрупких строительных материалов в области растяжения-сжатия.
4. Прочностные свойства бетона.
5. Программа расчета напряжений в основании плотин на компьютере.
6. Рекомендации но повышению охраны труда работников гидротехнических сооружений, а также надежности и безопасности гидротехнических сооружений сельскохозяйственного назначения.
Научную новизну составляют:
1. Вновь выявленные причины несчастных случаев, аварий и характер разрушения плотин.
2. Усовершенствованный метод расчета напряжений в основании плотины, отличающийся тем, что позволяет вести расчет нагрузки на сооружение и его основание но компьютерной программе.
3. Уточненные математические формулы прочности бетона с новыми значениями коэффициентов, позволяющие улучшить условия охраны труда в проектах.
Практическая ценность - повышение сроков безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений сельскохозяйственного назначения.
6
Глава 1. Анализ современного состоянии вопроса. Цель и задачи исследовании.
1.1 Анализ несчастных случаев в водном хозяйстве.
В России обеспечение безопасных условий труда является общегосударственной задачей. Решение этой задачи неразрывно связано с внедрением безопасных зданий и сооружений, безопасной техники и оборудования, автоматизацией производственных процессов, техническим перевооружением всех гидротехнических сооружений.
Охрана труда обеспечивается системой разных мер, в том числе и техническими.
Законодательство о труде запрещает ввод в эксплуатацию предприятий, не отвечающих требованиям охраны труда. Ни один образец новой машины, механизма и другого производственного оборудования не может быть передано в серийное производство, если он не отвечает требованиям техники безопасности и производственной санитарии.
Поэтому при проектировании, строительстве и эксплуатации производственных зданий и сооружений; разработке новых видов конструкций и другого производственного оборудования необходимо соблюдать правила охраны труда.
Правила охраны труда необходимо соблюдать и в такой важной отрасли как водное хозяйство. Потому что мы сегодня подошли к критической черте в отношение уязвимости от стихийных бедствий — наводнений, связанных с недостаточной надежностью и прочностью гидротехнических сооружений.
В последние годы в России наметилась тенденция увеличения аварийных ситуаций, а также увеличилось количество погибших и пострадавших. На рисунках 1; 2 представлена динамика аварийных ситуаций и динамика
-
1800
1600
1400
О
т
1200
1000
800
600 -
400
200
1998
2002
В Всего штехногенные ? природные п биолого-социальные
Рисунок 1 - Динамика аварийных ситуаций в России за
период 1998-2002г
140
120
100 -
§
о
p
о
f
s
О
1998
2002
И Погибло и Пострадало
Рисунок 2 - Динамика численности погибших и
пострадавших в аварийных ситуациях за период
с 1998-2002 г.
численности погибших и пострадавших в аварийных ситуациях за период с 1998 по 2002 годы.[48]
Только в 2002г. В России зафиксировано 960 аварийных ситуаций, в результате которых пострадало 11624 человека, из которых 1153 человека погибло. Заявленный материальный ущерб составил 24797 млрд. рублей.[48]
В России насчитывается около 45 тыс. потенциально опасных производств и сооружений, среди которых имеют место и гидротехнические сооружения.
В настоящее время на территории России эксплуатируется более 28,5 тыс. водохранилищ и 1,5 тыс. накопителей промышленных стоков и отходов, в том числе 330 крупных водохранилищ вместимостью более 10 млн. м . В нижних бьефах гидротехнических сооружений в зонах потенциального затопления проживает около 10 млн. человек.
По данным за 2002г., гидротехнические сооружения на 200 водохранилищах и 55 накопителях отходов находятся в аварийном состоянии (эксплуатируются без реконструкции более 50 лет). Учитывая аварийное состояние гидротехнических сооружений (1% от общего числа гидротехнических сооружений), специалисты Министерства природных ресурсов Российской Федерации прогнозируют, что в ближайшие годы может произойти 10... 15 аварий с катастрофическими последствиями.
Территория России подвержена воздействию практически всего спектра опасных природных явлений и процессов геологического, гидрологического и метеорологического происхождения. Наибольшую опасность из рассматриваемых явлений и процессов в России представляют наводнения. Социально-экономический ущерб от наводнений на территории России представлен в таблице 1.
10
Таблица 1 - Ориентировочный социально-экономический ущерб от наводнений на территории России.
Явления Число городов, подверженных воздействию Ориентировочный социально-экономический ущерб, млрд. руб./год
Возможный разовый Средне-многолетний
Наводнения 746 7,2000 13,500...14,625
В последнее десятилетие все более и более возрастает интенсивность использования водных ресурсов с развитием народного хозяйства.
Строительство прудов и водохранилищ, водозаборные сооружения и системы водоотведения оказывают существенное влияние на гидрологический режим рек и экологию водоемов. I la формирование стока рек влияет изменение климата, обусловленное как естественными, так и антропогенными факторами. Последние в свою очередь играют большую роль в частоте проявлений и увеличении разрушительной силы наводнений. Среди них следует отметить:
• Сведение (вырубка) лесов, из-за которого поверхностный сток увеличивается на 250-300%;
• Нерациональное ведение сельского хозяйства (продольная распашка склонов, переуплотнение полей при использовании тяжелой техники, переполивы в результате нарушения норм орошения);[17]
• Осушение болот, приводящее к возгоранию торфяников;
• Водонепроницаемые покрытия и плотная застройка урбанизированных территорий;
• Замена естественного покрова асфальтом, бетоном и другими искусственными покрытиями (увеличивает расходы паводка до трех раз).
В результате снижения инфильтрационных свойств почвы, в центральных районах России с XIX по XX вв. Поверхностный сток увеличился в че-
11
тыре раза, и резко возросла интенсивность паводков, что приводит к возникновению наводнений.
Ежегодно в России наводнения затапливают свыше 400 тыс. км2 (около 2% площади страны.) [1,4]. Более трехсот раз с момента основания подвергался наводнениям Санкт-Петербург. Ежегодно в течение последних четырех лет подвергается наводнениям Краснодарский край. Каждый год разливается самая большая по протяженности река Волга. [2,3] В нынешнем году большой наводок наблюдался в Кемеровской области, он сопровождался социальным риском, унесшим жизни четырех человек и материальным риском с большими убытками.
Многие наводнения живут в памяти столетиями, так как причиненные ими разрушения, число погибших людей сопоставимы с самыми кровопролитными войнами.
На рисунках 3; 4; 5 приведены данные о количестве наводнений на континентах земного шара и распределение наводнений по их продолжительности в днях.[3, 53]
Анализ наводнений представленный на рисунках 3; 4; 5 показывает, что во всем мире, включая Россию, наблюдается тенденция значительного роста ущербов от этих катастрофических явлений.
Еще одна причина, приводящая к наводнениям, связана с разрушением плотин.
Так в 1993 и 1994 годах произошло разрушение Киселевской и Тирлян-ской плотин на Урале [35], послужившее причиной гибели людей и значительных материальных убытков. Эти аварии дали новый толчок проблеме обеспечения безопасности напорных гидротехнических сооружений, которая имеет техническую и социальную сторону.
Социальная сторона проблемы связана с количеством погибших и пострадавших людей от последствий гидродинамической аварии.
12
2Z2
Рисунок З - Количество наводнений на континентах земного шара
i
Количество наводнени
щ в
8
о о
о л
о а
о ш
К) о
О й
О X
ГС
о
и
1
fa
о
ч
\
•---- ...--
14
до 3 0 дней
4-7 дней
-14 дней 15-21 дней 22-30 дней более 30 дней
12000 Н2001 П2002
Рисунок 5 - Количество наводнений по их продолжительности в днях
15
Техническая сторона проблемы — это обеспечение надежности эксплуатации плотин.
Плотины, как и другие инженерные сооружения, подчиняются закону естественного старения. Для них выделяют три различных периода по интенсивности отказов в работе:
1. Начальный
2. Нормальной эксплуатации
3. Старения.
Главным показателем надежности гидротехнического сооружения является его долговечность, то есть способность плотины создавать безаварийную работоспособность в течение расчетного периода эксплуатации. В связи с указанными выше причинами (изменение климата, вырубка лесов, нерациональное ведение сельского хозяйства, осушение болот и т.д.) наметилась тенденция к увеличению показателей аварийности всех сооружений и техногенных катастроф, включая гидротехнические объекты.[20]
Под аварией понимается опасное техногенное происшествие, создающее на объекте, определенной территории угрозу жизни и здоровью людей и приводящее к разрушению зданий, сооружений, оборудования и транспортных средств, нарушений производственного и транспортного процесса, а также нанесению ущерба окружающей природной среде.[58,68]
Сохранить работоспособность и обеспечить долговечность плотин вследствие их старения можно путем проведения своевременного ремонта и усилением ослабленных элементов сооружения. Но для этого необходимы разработки инженерных мероприятий, повышающие способность сооружения воспринимать экстремальные нагрузки в течение всего срока эксплуатации сооружения.
Недостаточная прочность сооружений и непредсказуемые воздействия, вызванные большим паводком, послужили причиной разрушения Киселевской в 1993 и Тирлянской в 1994 гг. плотин. [35]
16
Разрушение Киселевской [35] плотины (создающей водохранилище комплексного назначения: гидроэнергетики, водоснабжения и рыборазведения) произошло 14 июля 1993 года. Из-за недостаточной пропускной способности бетонных водосбросов, рассчитанных на пропуск паводка повторяемостью
т
один раз в тысячу лет (Р = 0,1%; Р =---100%, (1.1) где m - порядковый но-
п + 1
мер члена ряда; п - количество лет наблюдений) [31] равного 560 м3/с, произошло разрушение грунтовой плотины высотой 18 метров, вследствие перелива воды через ее гребень. Приток воды в водохранилище по фактическим данным на утро достиг 1000 м /с и продолжал увеличиваться. В 11ч. мин в тот же день зафиксирован размыв плотины на длине 70 метров по всей высоте. После прорыва плотины уровень воды в водохранилище стал спадать и к вечеру достиг низкой отметки.
Нерегулируемое опорожнение водохранилища привело к гибели 15 человек, разрушению 1200 домов в нижерасположенных поселках, затоплению ценных сельскохозяйственных угодий, убыткам, превысившим 40 млрд. рублей (на июль 1993 г.)
Таким образом, негативные социальные последствия аварии оказались выше, чем при разрушении грунтовой плотины Титон в СШЛ, на порядок большего объема, где (погибло 2 человека).
Недостаточная прочность бетонных элементов гидротехнических сооружений привела к катастрофе Тирлянской плотины, которая произошла 8 августа 1994 года. Разрушение бетона в основании водосброса и водозабора, образование полости размером 0,4 * 1 метр под бетонной плитой, трещина длиной до 15 метров в основании промежуточного быка, отсутствие жесткой связи бычков водосбросов с днищем - это повреждения, которые послужили причиной разрушения грунтовой плотины, высотой 9,85 м, создающей водохранилище агропромышленного назначения. Одновременно с грунтовой плотиной были разрушены: левобережный бетонный устой и лоток водосброса. |
