Прогнозирование последствий чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях Павловской ГЭС

Прогнозирование последствий чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях Павловской ГЭС

Таблица 5.2.2.

Ранжирование факторов группы I1.1 (а1-а3) и группы I1.2 (а4-а6).

Примечание. Значения (а4 или а5)<3 соответствуют условиям непревышения предельно-допустимых значений (ПДЗ) контролируемых показателей состояния ГТС, тогда как значения (а4 или а5)<5 – условиям непревышения их критических значений (КЗ). Превышение ПДЗ и КЗ свидетельствует о наступлении предельно-допустимого и аварийного состояния, соответственно.

Таблица 5.2.3.

Ранжирование факторов группы I2 (a7-a9).

Не исключается применение вышеприведенной формулы на других уровнях принятой иерархической системы факторов безопасности. Также ее рекомендуется использовать и для учета взаимовлияния «независимых» факторов безопасности.

При использовании результатов инструментальны измерений показателей состояния ГТС ранжирование факторов безопасности а4 рекомендуется выполнять в соответствии с таблицей.

Таблица 5.2.4.

Ранжирование оценок факторов группы а4 по результатам инструментальных измерений.

Принятые обозначения:

Yi – измеренное значение показателя состояния ГТС;

Ynp – прогнозируемое значение показателя состояния;

Ymax – максимальное наблюденное значение показателя состояния;

 - среднее квадратичное отклонение измеренных значений от прогнозируемых.

Методику рекомендуется применять в полном объеме при оценке уровня безопасности ГТС первого и второго классов.

Описание сценария возможной аварии по Павловскому гидроузлу.

В этой части декларации рассматривается сценарий возможного локального разрушения русловой или левобережной плотины.

Сценарий. Локальное разрушение русловой или левобережной плотины.

Условия, причины и сценарий развития:

·                    прохождение паводка с обеспеченностью от 1% до 0,1%;

·                    неполная готовность механического оборудования к пропуску паводка;

·                    заполнение водохранилища выше отметки ФПУ = 142,00;

·                    перелив воды через гребень плотины;

·                    размыв гребня и низового откоса плотины, образование прорана.

Оценка уровня риска и уровня безопасности объекта по сценарию аварии.

Согласно вышеизложенной Методике в состав факторов безопасности ГТС по сценарию включены факторы а1.2, а1.4 и а 6.9, по которым в соответствии с таблице 2 устанавливаются следующие качественные и количественные показатели:

Таблица 5.2.5.

Качественные и количественные показатели факторов безопасности по сценарию аварии.

В соответствии с этой таблицей и расчета по формуле, приведенной в Методике, оценка факторов а1 принимается равной 2,8.

Итоговая оценка фактора I1.1, характеризующего изменения нормативных оценок состояния ГТС, принимается равной значению фактора а1=2,8, как единственному в поддиапазоне 3<=a<4.

Итоговая оценка фактора а6 принимается равной значениям а6.9=1,5.

Количественное значение фактора I1.2, характеризующего отклонения контролируемых показателей ГТС и условий его эксплуатации от требований ПТЭ, принимается равным значению фактора а6=1,5.

Количественное значение фактора I1, характеризующего состояние ГТС, принимается равным значению фактора I1.1=2,8.

В соответствии с Методикой фактор I2, характеризующий возможный ущерб от аварии, не подлежит обязательному учету для сооружений II класса.

Таким образом, уровень безопасности грунтовой плотины I принимается равным I1=2,8 и характеризуется как нормальный (согласно Методике). [13, с. 44-52].

6. Оценка величины ущерба

Согласно ФЗ «О безопасности ГТС»:

«Собственник ГТС или эксплуатирующая организация несет ответственность за безопасность ГТС (в том числе возмещает в соответствии со статьями 16, 17 и 18 настоящего Федерального закона ущерб, нанесенный в результате аварии ГТС) вплоть до момента перехода прав собственности к другому физическому или юридическому лицу либо до полного завершения работ по ликвидации ГТС».

6.1 Информация об изменении проектных условий ответственности энергообъекта за причинение вреда (ущерба) в случае аварии на гидроузле

Как отмечалось выше (см. подраздел 3.1), проектирование Павловского гидроузла выполнялось исходя из требований комплексного использования водных ресурсов реки Уфы, перспективного развития энергопотребления, водоснабжения и судоходства.

За длительный период эксплуатации ГЭС произошли значительные изменения проектных условий ответственности энергообъекта – продолжался рост города Уфы, вводились его хозяйственные и промышленные объекты, отмечался рост водопользователей и водопотребителей, а также потребителей электрической энергии.

Учитывая вышеизложенное можно заключить, что аварии на гидроузле при современных условиях ответственности ГЭС чреваты серьезными последствиями. При этом, в случае аварии на водосливе, в опасной зоне может оказаться весь обслуживающий персонал ГЭС, включая охрану (данные по штатному расписанию ГЭС приведены в подразделе 2.1) и ее развитие не исключает человеческих жертв в зоне распространения волны прорыва, которое может составить, согласно [13, с. 43], 500 м и более (в зависимости от условий аварии, масштаба разрушений и действий станционного персонала). [13, c.42-44].

Ниже створа водоподпорных сооружений головного узла, в 5-10 км от створа расположены населенные пункты Красный Ключ, Нижняя Павловка, Яман-Елгинский ЛПХ, Кировка.[13, c. 30].

6.2 Оценка величины ущерба от аварии на Павловском гидроузле, произошедшей согласно сценарию возможной аварии

Согласно п. 7.2.3 Декларации безопасности ГТС Павловской ГЭС [13, с. 50-53], возможный ущерб от аварии, сценарий которой приведен в п. 7.2.2 этой же Декларации безопасности ГТС Павловской ГЭС, не подлежит обязательному учету для сооружений II класса.

6.3 Финансовое (имущественное) обеспечение гражданской ответственности за причинение вреда (ущерба) в случае аварии на гидроузле

Договора страхования Павловской ГЭС на случай ущерба от стихийного бедствия не имеется, в связи с отсутствием нормативно-технической документации по определению ущерба и страхования гидротехнических сооружений.

7. Технические решения, направленные на обеспечение безопасности и повышение сейсмоустойчивости

7.1 Мероприятия по проведению ремонтных, реконструктивных и других работ, направленных на обеспечение надежности и безопасности ГТС

Согласно [21, с. 11-13], после обследования ГТС Павловской ГЭС в 1998 году были предложены следующие рекомендации для обеспечения безопасности объекта:

1.                 Продолжить ремонтные работы по восстановлению бетонных поверхностей бычков нижнего бьефа и подпорных стенок отводящего канала.

2.                 Продолжить работы по инъекции фильтрующих участков бетона здания ГЭС.

3.                 Выявить пути фильтрационного потока по шву между зданием ГЭС и шлюзом.

4.                 Выполнить проект ремонта, а затем отремонтировать температурно-осадочные швы между блоками здания ГЭС.

5.                 Провести обследование автодорожного моста здания ГЭС со стороны верхнего бьефа с привлечением специализированной организации. Заказать проект и выполнить реконструкцию моста силами заинтересованных организаций.

6.                 Закончить работы по креплению левобережного откоса отводящего канала ГЭС.

7.                 Необходимо выполнить исследования вибрации элементов конструкций сооружений станции в новых условиях (после частичной модернизации и замены некоторых агрегатов).

8.                  Продолжить исследования состояния опорных конструкций генераторов.

9.                  В связи с тем, что срок эксплуатации сооружений более 40 лет, произвести многофакторные исследования всех напорных ГТС, в том числе шлюза, с оценкой прочности, устойчивости, эксплуатационной надежности, с привлечением специализированных организаций. Уточнить пропускную способность гидроузла.

10.             Постоянно вырубать кустарник и деревья с низового откоса русловой плотины для обеспечения устойчивости и прочности откоса.

11.             Провести обследование затворов с целью определения их несущей способности по фактическому состоянию.

12.             Провести освидетельствование сороудерживающих решеток (при выводе агрегата на капитальный ремонт).

13.             Дополнить паспорта оборудования и ГТС необходимыми сведениями о проведенных ремонтах, испытаниях и исследованиях.

14.             Для обеспечения надежной эксплуатации по шлюзу необходимо:

·                                            закончить работы по усилению бетона стенок камер шлюза и уменьшению фильтрации, приостановленные в 1998 г. из-за отсутствия финансирования;

·                                            в связи с продолжающимся увеличением открытия;

·                                            завершить крепление дна подходного канала для предупреждения подмыва оголовка низового пирса шлюза.

·                                            Для обеспечения безопасности напорного фронта Павловского гидроузла произвести замену рабочих ворот верхней головы шлюза.

7.2 Мероприятия, направленные на обеспечение сейсмостойкости ГТС Павловской ГЭС

Согласно [18, 107-120], для обеспечения сейсмостойкости земляных и набросных плотин может быть рекомендован ряд мероприятий, одни из которых следует проводить только на этапе проектирования и начала строительства, а проведение других возможно в период эксплуатации ГТС.

1.      Постройка плотины из разнородных грунтов с центральной противофильтрационной призмой пластичного типа (плотина с ядром) из суглинка или глинобетона, т.к. эти материалы трудно поддаются разрыхлению и трещинообразованию.

2.      Расположение слагающих плотину грунтов такое, чтобы переход от одной разновидности грунтов к другой проходил постепенно, для предотвращения образования резких границ раздела.

3.      Выравнивание мест резкого изменения каньона под плотиной плотным грунтом, либо путем особого уплотнения в верхней части (гребень) плотины тех же грунтов.

4.      Пригрузка откосов плотины слоем каменной наброски из крупного гравия или связного грунта при мощности слоя не менее 2-3 т/кв. м для предотвращения значительного оседания и выпирания откосов при землетрясении. При расчетной сейсмичности района не более 7 баллов возможно использование в качестве пригружающего слоя бетонных плит.

5.      Постановка у основания обоих откосов плотины невысоких ограждающих призм из каменной наброски, причем низовая призма одновременно будет дренажной (для предотвращения разрушения-растекания дамб и выдавливания оснований из водонасыщенных песчаных грунтов вследствие их разжижения).

6.      В тех же целях, что и мероприятия п. 5, будут достаточно эффективными невысокие шпунтовые стенки.

7.      Выполнение понура и экрана из глины, глинобетона или торфа так, чтобы они представляли собой сплошную конструкцию.

8.      Максимально возможное избегание устройства в теле плотины водосбросных труб, галерей, сифонов и т.п.

9.      Пригрузка каждого откоса слоем из наиболее крупноразмерных камней с тщательным заполнением пустот мелким камнем для набросных плотин (для ограничения деформаций).

10. Устройство невысоких упорных призм (у основания откосов каменной наброски) из кладки постелистых камней при сейсмичности 7 и 8 баллов и из бетона при сейсмичности 9 баллов. Это повышает устойчивость поверхностной толщи каменной наброски против оползания их по наклонной поверхности.

11. Увеличение пологости откосов каменно-набросного типа примерно на 10-20 % по сравнению с откосами, применяемыми без учета сейсмического фактора.

12. Уменьшение поперечных размеров ядра до пределов, допустимых по фильтрационным расчетам.

13. Подпорную стенку для массива каменной наброски следует выполнять либо из каменной кладки на прочном цементном растворе (в районе сейсмичностью 7 баллов), либо из бетона (при большей сейсмичности района).

14. Устройство шарнирного сопряжения экрана с противофильтрационным зубом.

15. Обеспечение сейсмической прочности и устойчивости стен и перекрытия дренажной галереи, устраиваемой в толще откоса каменно-набросной плотины:

·                                назначение конструкции и размеров галереи с учетом увеличения давления наброски при сейсмических условиях;

·                                выполнение перекрытий галерей из железобетона или армированного бетона.

Заключение

1.      На основе литературного обзора (раздел 1 «Чрезвычайные ситуации, характерные для данного объекта») строительство и использование гидротехнических сооружений в народном хозяйстве существенно возросло (в РБ около 1,5 тысяч ГТС). За последние годы большая часть современных ГТС функционирует 20-30 лет (Павловский гидроузел – 40 лет), т.е. они входят в период «старения» и нуждаются в особом внимании. Кроме того, часть ГТС находится либо в аварийном состоянии, либо являются бесхозными, в результате чего возросло количество аварий на них.

Гидротехнические сооружения являются потенциально опасными объектами, чрезвычайные ситуации на которых могут привести к большим человеческим жертвам и значительному материальному ущербу.

2.      Для расчета последствий чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях Павловской ГЭС, проведена оценка состояния сооружений и рассмотрено местоположение данного объекта. Показано, что некоторые сооружения Павловского гидроузла находятся в изношенном состоянии, допущены просчеты при строительстве гидроузла.

Сохраняется тенденция застройки нижнего бьефа гидроузла, продолжается рост города Уфы, находящегося на расстоянии 156 км от ГТС. Также ниже Павловской ГЭС расположено значительное количество крупных населенных пунктов, которые могут пострадать в результате аварии на ГТС.

На объекте имеется в наличии группа наблюдений за состоянием ГТС в количестве 3 человек, осуществляющая надзор за безопасностью ГТС в объеме и сроки удовлетворяющие требованиям руководящих документов, а также спасательная группа в количестве 50 человек.

3.      Показано, что существует значительное количество уязвимых мест ГТС Павловской ГЭС. В основном это ошибки и отступления от проектных решений при строительстве, которые сделали эксплуатацию ГТС довольно затруднительной, а также не укреплен левый берег отводящего канала, не оформлена рисберма отводящего канала, проект постройки ГТС выполнен без учета сейсмического воздействия. Кроме того, необходимые ремонтные работы выполняются с опозданием вследствие плохого финансирования. В процессе эксплуатации имели место отдельные случаи нарушений.

Дан анализ вероятных причин возникновения чрезвычайных ситуаций на гидросооружениях Павловской ГЭС, включающих субъективные и объективные данные (фильтрация воды в нижний бьеф, нарушения, допущенные при эксплуатации ГТС, землетрясения, оползни, паводки редкой повторяемости и другие).

4.      Рассмотрены случаи аварий, возникающих в результате сейсмического воздействия на них, а также наиболее распространенный характер повреждений плотин из грунтовых материалов (какими являются плотины гидротехнических сооружений Павловской ГЭС) при воздействии землетрясения.

Показано, что при выполнении некоторых мероприятий, направленных на повышение сейсмостойкости гидротехнических сооружений, возможно практически полное исключение разрушения плотин в результате землетрясения.

5.      Рассмотрен сценарий возникновения чрезвычайных ситуаций при использовании гидротехнических сооружений, а также расчет величины ущерба в результате реализации этого сценария.

Ущерб от наиболее вероятного сценария аварии на ГТС Павловской ГЭС не подлежит учету по «Методике оперативной оценки безопасности ГТС…» разработанной ОАО «НИИЭС» в 1997 г. и рекомендованной письмом от 27.01.98 г. №02-01-3-4/82 РАО «ЕЭС России» к использованию при составлении Декларации безопасности. Поэтому для расчета возможной величины ущерба от разрушения гидроузлов предложен другой сценарий (Приложение №2), который является менее вероятным, но приводящим к большому ущербу.

6.      Предложена оценка возможной величины ущерба от аварии, произошедшей по наиболее вероятному сценарию. Показано, что в результате аварии на водосливе, в опасной зоне может оказаться весь обслуживающий персонал, включая охрану. Развитие этой аварии не исключает человеческих жертв в зоне распространения волны прорыва.

Показано, что договора страхования Павловской ГЭС на случай ущерба от стихийного бедствия не имеется.

7.      Рассмотрены мероприятия, направленные на обеспечение безопасности и повышение сейсмостойкости. В частности, мероприятия по проведению ремонтных, реконструктивных и других работ, направленных на обеспечение надежности и безопасности ГТС и мероприятия, направленные на обеспечение сейсмостойкости ГТС Павловской ГЭС (сейсмостойкость земляных и набросных плотин).

Среди мероприятий, имеющих первостепенное значение, следуют:

·                   закончить работы по креплению левобережного откоса отводящего канала ГЭС;

·                   продолжение ремонтных работ по шлюзу-водосбросу;

·                   модернизация и замена некоторых элементов контрольно-измерительной аппаратуры;

·                   выявление путей фильтрационных потоков;

·                   инъекция фильтрующих участков бетона здания ГЭС;

·                   по возможности предусмотреть мероприятия сейсмостойкости;

·                   предусмотреть договор страхования Павловской ГЭС на случай ущерба от стихийного бедствия и т.п.

8.      В Приложениях рассмотрена Методика расчета параметров затопления при разрушении гидроузлов (программа «Волна 2.0»), разработанной ЦИЭКС, ВИА им. Куйбышева, ВНИИ ГОЧС от 1998 года.

Расчет по программе «Волна 2.0» проводился по наименее вероятному сценарию: паводок редкой повторяемости – аварийный сброс – землетрясение – оползень – разрушение плотины.

В результате разрушения образуется волна прорыва, которая вызывает «сильные» разрушения зданий и сооружений, расположенных ниже створа гидроузла. Таким образом, пострадают: пгт. Нуримановского района Павловка с населением 3,9 тыс. человек, пгт. Красный Ключ с населением 3,1 тыс. человек, районный центр Нуримановского района с. Красная Горка. Кроме того, «сильные», «средние» и «слабые» разрушения будут в следующих населенных пунктах:

Красный Ключ,

Ильинка,

Чандар,

Старобирючево,

Новобирючево,

Красная Горка,

Ахлыстино,

Укман,

Кляшево,

Новые Карашиды,

Шакша,

Дудкино,

Мкр. Сипайлово,

Район Сафроновской пристани,

другие мелкие населенные пункты

В общей сложности в зону затопления и зону прохождения волны прорыва попадают жители населенных пунктов, расположенных ниже гидроузла, в количестве около 140 000 человек. Время добегания волны прорыва: от 16 мин в близких к ГТС створах и до 8 часов. Возможность вывода и вывоза населения или материальных ценностей минимальна.

Литература

1.                      Коронкевич Н.И., Малик Л.К., Барабанова Е.А. Катастрофические затопления // Военные знания (библиотечка «ВЗ»). - №10. – 1998 г.

2.                      Субботин А.С. Основы гидротехники. – Л.: Гидрометеоиздат, 1976 г. – 368 с.

3.                      Реки Башкортостана под надежной защитой (интервью с руководителем Бельского бассейнового водного управления Владимира Горячева) // «Комсомольская правда» в Башкортостане от 26 октября 2001 г.

4.                      Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений» от 23 июня 1997 г.

5.                      Белобородов В. Н. Предупреждение чрезвычайных ситуаций и повышение устойчивости функционирования организаций // Военные знания (библиотечка «ВЗ»). - №7. – 1998 г.

6.                      Гинко С. С. Основы гидротехники. – Л.: Гидрометеоиздат, 1976г. – 368с.

7.                      Водохранилища / А. Б. Авакян, В. П. Салтанкин, В. А. Шарапов. – М.: Мысль, 1987г. – 325с. – (Природа мира).

8.                      Малик Л. К., Коронкевич Н. И., Барабанова Е. А. Прогноз прохождения волны прорыва при повреждении гидроузлов // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. - №2. – 1998 г.

9.                      Малик Л. К., Барабанова Е. А. Последствия спуска водохранилищ при повреждении плотин гидротехнических сооружений // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. - №7. – 1998 г.

10.                 Тарабаев Ю. Н., Зотов Ю. М., Чагаев В. П., Шульгин В. Н. Инженерное обеспечение предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций при наводнениях. (Учебное пособие). – Новогорск, Академия гражданской защиты МЧС России, -2000 г.

11.                 Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Кн. 1. / Под ред. К. Е. Кочеткова, В. А. Котляревского, А. В. Забегаева. М.: Изд-во Ассоциации строительных ВУЗов, 1995г.

12.                 Калустян Э. С. Статистика и причины аварий плотин // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. - №3. – 1997 г.

13.                 Декларация безопасности ГТС Павловской ГЭС. Утверждена 29 сентября 1999г. Регистрационный №51/2000 (Госэнергонадзор Минтопэнерго России). Срок действия до 29. 09. 2005 г.

14.                 Справка о состоянии гидротехнических соединений Павловской ГЭС АО «Башкирэнерго» от 13 июля 1998 г. – Приложение №1 к акту обследования гидротехнических сооружений Павловской ГЭС от 28 июля 1998 г.

15.                 Справка о техническом состоянии Павловского шлюза на 1 июля 1998 г. – Приложение №2 к акту обследования гидротехнических сооружений Павловской ГЭС от 28 июля 1998 г.

16.                 Савинов О. А., Сумченко Е. И. Сейсмические воздействия на ГТС. Вып. 1. Повреждения плотин при землетрясениях. М.: Информэнерго, 1976 г.

17.                 Гупта Х., Растоги Б. Плотины и землетрясения. М.: Мир, 1979 г. (1976, Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam)

18.                 Напетваридзе Ш. Г. Сейсмостойкость гидротехнических сооружений. М.: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1959 г.

19.                 Наводнения, связанные с разрушением гидротехнических сооружений. Методические указания к лабораторной работе по курсу «Природные стихийные явления» / Составитель Цвиленева Н. Ю. – Уфа, 1999г.

20.                 Общегеографический региональный атлас «Республика Башкортостан». Издание 1-е. М.: ЦВКФ им. Дунаева, 1999г.

21.                 Акт обследования гидротехнических сооружения Павловской ГЭС от 28 июля 1998 г. Утвержден зам. рук. Департамента госрегулирования и реформирования Минтопэнерго России.

22.                 Наука – Образование – Промышленность в решении экологических проблем. Материалы докладов международной научно – технической конференции 24-25 ноября 1999г. - Уфа: изд-во УГАТУ, 1999г.

23.                 План действий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера Октябрьского района г. Уфы, 1996 г.

24.                 Авакян А. Б. Наводнения: причины, проблемы, защита // Военные знания (библиотечка «ВЗ»). - №5, 1998 г.

25.                 Кривошлыков А. Л. Анализ и оценка обстановки – основа успешного предупреждения и ликвидации ЧС // Военные знания (библиотечка «ВЗ»). - №8. – 1998 г.

26.                 Соколов Ю. И. Система оповещения и информирования населения о чрезвычайных ситуациях // Военные знания (библиотечка «ВЗ»). - №11. – 1998г.

27.                 Типовая инструкция по технической эксплуатации сооружений и водохранилищ малых ГЭС, введена в действие приказом концерна «Белэнерго» от 11.07. 2000 г. №116, - Минск, 2000г.

28.                 Рекомендации по обоснованию экологической безопасности создания ГЭС, Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды республики Беларусь, - Минск, 2000г.

29.                 Борщ С. В., Мухин В. М. Метод прогноза возможного ущерба от наводнений (на примере Московской области) // Метеорология и гидрология, - №7. – 2000г.

30.                 Нежиховский Р. А. Наводнения на реках и озерах. – Л., Гидрометеоиздат, 1988 г., 184с.

31.                 Галин Р. А. Население Республики Башкортостан, - Уфа, 1998 г.

32.                 Башкортостан, краткая энциклопедия. Уфа: Научное издательство «Башкирская энциклопедия», 1996 г.

33.                 Сейсмические сооружения за рубежом (под ред. В. Н. Насонова). По материалам Ш–й международной конференции по сейсмостойкому строительству. М.: издательство литературы по строительству, 1968 г.

34.                 Промышленная микробиология: Учебное пособие для вузов по специальности «Микробиология» и «Биология» / З. А. Аркадьева, А. М. Безбородов, И. Н. Блохина и др., под общ. ред. Н. С. Егорова. М.: Высшая школа, 1989 г., 688 с.

Приложение №1. Методика расчета параметров затопления при разрушении гидроузлов (Программа «ВОЛНА 2»)

Назначение и возможности программы «Волна 2».

Программа «Волна 2» предназначена для прогнозирования масштабов затопления местности и характеристик волны прорыва при разрушении гидроузлов. Программа позволяет оценить последствия разрушения гидроузлов при использовании в работах по исследованию аварий и катастроф данного типа.

При вычислении программой «Волна 2» определяются параметры затопления местности – максимальные: глубина затопления, ширина затопления и скорость течения, время прихода фронта, гребня и хвоста волны прорыва. Кроме того, в результате вычислений приводятся данные о максимальном расходе воды в створе, высоте волны (превышение уровня воды над уровнем бытового потока) и максимальная отметка затопления.

Подготовка исходных данных.

Решение поставленной задачи требует данные о гидроузле и местности, расположенной выше (водохранилище) и ниже по течению реки. Для этого местность разбивается на так называемые створы, то есть перпендикулярные сечения к направлению течения реки. В соответствующих сечениях определяются необходимые параметры, важнейшими из которых являются удаление от створа гидроузла, отметки горизонталей местности и расстояния между ними (см. соответствующие разделы справки). Для гидроузла и водохранилища важнейшими являются данные об объеме водохранилища, ширине и глубине водохранилища у плотины в нижнем бьефе. Эти данные можно взять из крупномасштабных карт местности и справочников.

Заключительной частью подготовки исходных данных является определение предполагаемых параметров разрушения гидроузла. Такими параметрами являются степень разрушения гидроузла и высота порога бреши. Эти параметры выбираются по желанию пользователя и могут варьироваться от нуля до единицы.

Требования к пользователю.

Использование программы требует стандартных навыков работы в среде Windows 95/98/NT. Управление функциями программы осуществляется выбором в меню интересующего раздела. Для отображения данных используется два вида панелей: таблицы и графические схемы. Все панели программы всегда являются активными, но при этом могут быть скрытыми. Для того, чтобы их увидеть и отредактировать данные, надо выбрать соответствующий раздел меню и нажать кнопку на панели управления.

Описание программы.

Программа имеет контекстную справочную систему, т.е. при вызове справки появляется та страница справки, которая соответствует открытой таблице или схеме; а также программа имеет всплывающие подсказки к некоторым элементам.

В начале работы программа загружает диалог открытия файлов данных. После выбора требуемого файла с расширением «.@vl», данные из выбранного файла заносятся в таблицы, из которых программа берет числа при запуске вычислительной процедуры. Чтобы отредактировать или просмотреть таблицы следует выбирать:

Для исходных данных:

·                    меню «Данные/Створ гидроузла»;

·                    меню «Данные/Створы по реке».

Для результатов:

·                    Меню «Результаты/Параметры прорыва»;

·                    Меню «Результаты/Профиль створа» (графическая схема).

При просмотре очередной таблицы, предыдущая становится открытой, но введенные ранее изменения сохраняются в памяти компьютера (но не сохраняются в файле).

Управление программой.

Программа «Волна 2.0» имеет удобный интерфейс для ввода, редактирования и отображения исходных данных и результатов работы. Окно программы состоит из заголовка с названием открытого файла, меню, панели управления с кнопками для быстрого доступа к основным командам, панели форматирования, панели ввода/вывода, строки состояния.

В меню «Файл»: создание, открытие, сохранение файлов, отчет о работе и выход.

В меню «Данные»: ввод, редактирование и просмотр исходных данных о створе гидроузла и створах по реке.

В меню «Вычисления»: старт вычислительным процедурам.

В меню «Результаты»: параметры прорыва – вывод на экран таблицы с результатами расчетов параметров волны прорыва, а также профиль створа (графическое представление).

В меню «Сервис»: установка различных настроек работы программы.

Панель ввода/вывода отображает таблицы данных и результатов, отчеты, а также специализированные графики и схемы.

В программе имеются панели табличного типа и графического.

Табличного типа:

·                    Створ гидроузла – для ввода данных, характеризующих водохранилище и створ гидроузла.

·                    Створы по реке – для ввода данных, описывающих местность, расположенную ниже створа гидроузла.

·                    Параметры волны прорыва – для вывода результатов вычислений программы.

Графического типа:

·                    Профиль створа – для отображения любого выбранного створа реки.

После запуска программы Volna.exe следует сформировать свой файл данных (или использовать файл примера, предварительно его переименовав). Затем следует приступить к подготовке данных, которую можно разбить на три этапа:

·                    Предварительная подготовка данных

·                    Ввод данных о створе гидроузла

·                    Ввод данных о створах по реке.

Расчет параметров волны прорыва, построение профилей створов и формирование отчета осуществляется с помощью команд меню после подготовки данных.

Предварительная подготовка данных.

Перед началом работы с программой необходимо подготовить источники исходных данных:

1. Найти географическую карту местности, расположенной возле объекта исследования (гидроузла). Желательно иметь максимально возможный масштаб карты (1:100000, 1:200000). (Выбор карты ограничивается высотой сечения горизонталей местности, а также тем, что с уменьшением масштаба уменьшается достоверность характеристик реки).

2. Найти данные, характеризующие водохранилище и содержащие:

а) объем водохранилища,

б) площадь зеркала водохранилища,

в) отметку уреза воды водохранилища,

г) глубину водохранилища у гидроузла

и прочее.

3. Найти данные, характеризующие гидроузел и содержащие:

а) Ширина водохранилища у плотины при НПУ,

б) Ширина реки в нижнем бьефе гидроузла,

с) Скорость реки в нижнем бьефе гидроузла

и прочее.

Если таких данных на карте не обнаружено, то необходимо воспользоваться какой-либо базой данных, описывающей данное гидротехническое сооружение, или определить другими возможными способами, некоторые из них приведены в справочном файле программы.

Затем необходимо выбрать меню “Файл/Создать”, для того чтобы очистить таблицы исходных данных и приготовится к вводу новых.

После создания файла имеется возможность задать или изменить название проекта, которое дается автоматически (предыдущее действие). Для этого необходимо выбрать меню “Данные/Изменить название...” и в строку ввода, на появившейся панели, ввести любое название, которое необходимо только для удобной идентификации проекта.

После проведенных действий можно приступить к вводу данных. Для этого необходимо перейти к таблице Створ гидроузла.

Данные о створе гидроузла.

Используя карту местности и/или специализированные базы данных, заполняется таблица исходных данных створа гидроузла, для этого необходимо выбрать меню “Данные/Створ гидроузла” и ввести в таблицу числовые значения, расчетная схема гидроузла приведена ниже. Под НПУ понимается нормальный подпорный уровень водохранилища.

Исходные данные можно разделить на постоянные и переменные, постоянные - данные не зависящие от каких-либо условий; переменные - данные, зависящие от паводков, размеров разрушения и т.п.; а также см. порядковый список.

Пост. - постоянные, Перем. - переменные значения.

1.       Объём водохранилища при НПУ   Wв   млн.м3

(Пост.)

2.       Глубина водохранилища у плотины при НПУ Hв      м

(Пост.) Определяется по карте или таблицам.          

3.       Площадь зеркала водохранилища при НПУ     Sв    млн.м2

(Пост.) Определяется по карте или таблицам.          

4.       Ширина водохранилища у плотины при НПУ  Bв    м

(Пост.) Определяется по карте или таблицам.          

5.       Глубина реки в нижнем бьефе гидроузла         Hбо  м

(Перем.) Берётся из карты по ближайшим к гидроузлу знакам. Необходимо учитывать при паводках и т.п.               

6.       Ширина реки в нижнем бьефе гидроузла         Bбо  м

(Перем.) Берётся из карты по ближайшим к гидроузлу знакам. Необходимо учитывать при паводках и т.п.               

7.       Скорость течения в нижнем бьефе гидроузла  Vбо  м/с

(Перем.) Берётся из карты по ближайшим к гидроузлу знакам.

8.       Глубина вдхр. у плотины на момент разрушения гидроузла Hpм

(Перем.) Зависит от наполнения водохранилища.              

9.       Степень разрушения гидроузла       Ep  

(Перем.). Изменяется от 0 до 1 (мин - макс).            

10.     Высота порога бреши  p      м

(Перем.) Определяется относительно дна водохранилища у гидроузла, диапазон: от 0 до Hв м     

11.     Отметка уреза воды водохранилища при НПУ           Zв    м

(Пост.) То есть отметка над уровнем моря.              

12.     Количество постоянных створов по длине реки       N     

Определяется пользователем, не должно превышать числа определённых створов из таблицы “Створы по реке” (в данной версии ограничено 8 створами).                 

Затем необходимо перейти к заполнению таблицы Створы по реке.

Данные о створах по реке.

Используя карту местности заполняется таблица “Створы по реке”. Для этого следует выбрать меню “Данные/Створы по реке” и заполнить таблицу ввода данных в соответствии с инструкцией:

1. Разделить местность, расположенную ниже гидроузла, на линейные участки (створы), может быть проведено до 8 створов. Следует проводить створы в местах, необходимых для принятия решения, (также см. рис. Расчетная схема створов по реке).

2. Провести сечения, перпендикулярные течению реки для каждого участка (створа).

3. Для каждого створа определить необходимые параметры (см. рис. Створ реки) и заполнить таблицу “Створы по реке” (см. ниже).

Необходимые исходные данные:

1.       Удаление i-го створа от створа гидроузла        Lci    км

Lc[i]>Lc[i-1]                 

БЫТОВОЙ ПОТОК:

2.       Отметка уреза воды     Zбi   м

3.       Глубина     Hбi   м

4.       Ширина      Bбi   м

5.       Скорость течения        Vбi   м/с

ЛЕВЫЙ БЕРЕГ и ПРАВЫЙ БЕРЕГ

6-7.    Высота бровки берега  Hm   м

Если не известно значение, то Hm=0               

8-9.    Ширина поймы реки    Bп    м

Если не известно значение, то Bп=0                

10-11.         Отметка 1-й горизонтали местности       z1     м

12-13.         Расстояние от оси реки до 1-й г.м.         B1    м

14-15.         Отметка 2-й горизонтали местности       z2     м

16-17.         Расстояние от оси реки до 2-й г.м.         B2    м

18-19.         Отметка 3-й горизонтали местности       z3     м

Для упрощения ввода, проставляются Нули             

20-21.         Расстояние от оси реки до 3-й г.м.         B3    м

Для упрощения ввода, проставляются Нули             

В некоторых ячейках таблицы “Створы по реке” заранее проставлены нулевые (0) значения для ускоренного ввода данных.

Примечание:

Имеется возможность добавлять, переставлять столбцы исходных данных. Для этого надо нажать мышью на шапку столбца и не отпуская кнопку мыши переместить столбец на новое место, при этом столбец поменяет свой номер на новый.

Если таблицы данных заполнены полностью, в соответствии с требованиями можно перейти к вычислениям параметров прорыва.

Вычисление параметров волны прорыва.

После того как таблицы данных будут полностью заполнены в соответствии с требованиями необходимо сохранить данные в файле выбрав меню “Файл/Сохранить”.

Затем можно перейти к вычислению параметров волны прорыва, для этого необходимо выбрать любой из предложенных способов запуска процедуры:

·                    или выбрать меню “Вычисления/Параметры прорыва”,

·                    или нажать кнопку на панели управления

·                    или нажать кнопку на клавиатуре “F12”.

После запуска на мониторе появится панель, характеризующая процесс выполнения вычисления, по окончании вычислений панель будет скрыта.

Если данные не отвечают установленным требованиям, то появится сообщение об ошибке, и вычисление будет прервано. Таблица “Параметры волны прорыва” останется без изменения.

При успешном вычислении появится таблица “Параметры волны прорыва” с результатами. Результаты будут даны для количества створов, заданных в таблице “Створ гидроузла”.

Вместе с появлением таблицы, будет сделано доступным меню “Результаты/Профиль створа” и соответствующая кнопка на панели управления.

Ошибок в работе программы, способных привести к ‘’зависанию’’ компьютера не обнаружено. При правильном и полном вводе данных, ошибок в вычислении также не обнаружено, т.е. если:

·                   Десятичные части данных отделены от целых запятой, если при этом в Win95/98/NT в “Язык и стандарты” в разделе “Числа” установлен соответствующий разделитель - запятая.

·                   Число исследуемых створов в таблице данных об “i”-створе, не меньше числа “N” из таблицы данных о створе гидроузла.

·                   Данные соответствуют условиям, описанным в соответствующих разделах.

·                   Возможна ошибка, если высота порога бреши p больше глубины водохранилища у плотины на момент разрушения гидроузла Hp, т.е. p > Hp.

В случае ошибок такого рода, программа прекратит выполнение команды пользователя, и будет готова к изменениям в таблицах.

Параметры волны прорыва (результаты вычислений).

При успешном вычислении появится таблица результатов расчетов “Параметры волны прорыва”, которая содержит временные и количественные характеристики волны прорыва для “N” створов.

Ниже приведена таблица результатов.

1.       Удаление створа от гидроузла        Lci   км

2.       Максимальный расход воды в створе     Qi     т.м3/с

ВРЕМЯ

3.       Добегания фронта волны       Tфi  мин

4.       Добегания гребня волны        Tгр мин

5.       Добегания хвоста волны        Tхi  мин

6.       Затопления  Tзт  мин

7.       Максимальная скорость течения    Vi     м/c

8.       Высота волны      Hгi  м

9.       Максимальная глубина затопления          Hi     м

10.     Максимальная отметка затопления Zi     м

Максимальная ширина затопления

11.     По Левому берегу,      м

12.               По Правому берегу, м

Максимальная ширина затопления дается от оси реки.

Последствия.

По полученным результатам можно оценить возможные последствия затопления.

Ниже приведена краткая таблица последствий (подробности следует искать в другой документации).

Для этого необходимо выбрать меню Результаты/Профиль створа. [19, а также файл Volnhelp.hlp]

Приложение №2. Расчет параметров волны прорыва и затопления местности при разрушении гидроузла

В сценарии возможной аварии на гидроузле, изложенном в Декларации безопасности Павловской ГЭС, а также в результатах расчета возможного ущерба от этой аварии, уровень безопасности оценивается как нормальный, а возможный ущерб от аварии не подлежит обязательному учету для сооружений 2-го класса. Поэтому в дипломной работе расчет возможных последствий от аварии производился не по предложенному сценарию в декларации безопасности, а по сценарию с большой редкостью, а, следовательно, и ущербом. Сценарий этой возможной аварии представлен на приведенной ниже схеме на стр. 63.

Сценарий. В результате паводка редкой повторяемости гидротехнические сооружения Павловской ГЭС не смогли обеспечить постепенный сброс воды из верхнего бьефа, т.к. шлюз-водосброс находился в неработоспособном состоянии, а также другое механическое оборудование было не полностью подготовлено к пропуску паводка.

Резкий (аварийный) сброс воды вызвал гидравлический удар, в результате которого началось землетрясение мощностью 3-4 балла.

Гидротехнические сооружения построены без учета сейсмостойкости, в результате чего начался процесс разрушения плотины всего напорного фронта ГТС.

Кроме того, землетрясение вызвало оползень, после которого в водохранилище оказалась огромная масса различных пород, складывающих берег водохранилища. Увеличение объема воды в верхнем бьефе обеспечило поднятие уровня воды выше отметки ФПУ = 142,00, произошел перелив воды через гребень плотины и начался размыв гребня и низового откоса плотины. Это ускорило процесс разрушения плотины напорного фронта ГТС.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5