2707
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Февралев А. В.
БЕЗОПАСНОСТЬ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям и практическим занятиям
для обучающихся по специальности по дисциплине «Безопасность гидротехнических сооружений» 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений», специализация «Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности»
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
2
УДК 626/627
Февралев А. В. Безопасность гидротехнических сооружений [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос./ А. В. Февралев; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 32 с; 1 электрон. опт. диск (CD-RW)
Даются факторы риска аварий, приводятся общие требования по безопасности ГТС, приводится состав и содержание декларации безопасности, освещаются критерии безопасности и определение риска аварии, раскрываются принципы мониторинга безопасности, рассматриваются вопросы эксплуатации ГТС и наблюдений на ГТС, описываются понятия экологической безопасности ГТС.
Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Безопасность гидротехнических сооружений» специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений», специализации «Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности»
Ключевые слова: безопасность, гидротехнические сооружения (ГТС), авария, риск аварии, мониторинг, эксплуатация.
©А. В. Февралев
©ННГАСУ, 2016.
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................. |
5 |
||
1. |
ПОНЯТИЕ «БЕЗОПАСНОСТЬ ГТС». ПОСЛЕДСТВИЯ АВАРИЙ............................. |
5 |
|
2. |
ФАКТОРЫ РИСКА АВАРИЙ .......................................................................................... |
7 |
|
|
2.1. Факторы риска............................................................................................................. |
7 |
|
|
2.2. Природные факторы ................................................................................................... |
7 |
|
|
2.3. Антропогенные факторы............................................................................................ |
7 |
|
|
2.4. Аварии подпорных ГТС ............................................................................................. |
8 |
|
3. |
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ГТС ....................... |
9 |
|
|
3.1. Требования Федерального закона №117-ФЗ............................................................ |
9 |
|
|
3.2. Требования МЧС......................................................................................................... |
9 |
|
|
3.3. Требования СНиП (СП) ............................................................................................ |
10 |
|
4. |
СОСТАВ И СОДЕРЖАНИЕ ДЕКЛАРАЦИИ БЕЗОПАСНОСТИ.............................. |
12 |
|
|
4.1. Определение Декларации безопасности................................................................. |
12 |
|
|
4.2. Состав декларации безопасности ........................................................................... |
12 |
|
|
4.3. Дополнительные требования к декларации безопасности.................................... |
12 |
|
5. |
КРИТЕРИИ БЕЗОПАСНОСТИ ...................................................................................... |
13 |
|
|
5.1. Общие сведения......................................................................................................... |
13 |
|
|
5.2. Определение критериев безопасности.................................................................... |
14 |
|
|
5.3. Критериальные значения качественных показателей состояния грунтовой |
||
плотины......................................................................................................................................... |
14 |
||
6. |
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЯ РИСКА АВАРИИ ГТС ................................................ |
15 |
|
|
6.1. Этапы определения риска......................................................................................... |
15 |
|
|
6.2. Оценка соответствия риска аварии ГТС допустимому уровню ........................... |
15 |
|
7. |
РАСЧЕТЫ ВЕРОЯТНОГО ВРЕДА ПРИ АВАРИИ ГТС............................................. |
16 |
|
8. |
ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ГТС.................................................................................. |
17 |
|
9. |
МОНИТОРИНГ БЕЗОПАСНОСТИ ГТС...................................................................... |
18 |
|
|
9.1. Общие положения..................................................................................................... |
18 |
|
|
9.2. Общие требования к системе мониторинга состояния водоподпорных |
||
гидротехнических сооружений (плотин)................................................................................... |
18 |
||
|
9.3. Состав мониторинга состояния ............................................................................... |
18 |
|
|
9.4. Общие требования к системе прогнозирования последствий гидродинамических |
||
аварий |
............................................................................................................................................ |
|
19 |
10. ПАСПОРТ БЕЗОПАСНОСТИ...................................................................................... |
20 |
||
11. КЛАССИФИКАЦИЯ ЧС............................................................................................... |
21 |
||
12. КЛАСС ОПАСНОСТИ ГТС.......................................................................................... |
22 |
||
13. РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ |
|||
..............................................................................................................................................РИСКА |
|
|
23 |
14. РОССИЙСКИЙ РЕГИСТР ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ |
................... 24 |
||
15. ИНФОРМИРОВАНИЕ ОБЩЕСТВЕННОСТИ ОБ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЯХ 25 |
|||
|
15.1. Общие положения................................................................................................... |
25 |
4 |
|
15.2. Системы оповещения населения ........................................................................... |
25 |
16. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГТС ................................................................................................ |
26 |
16.1. Нормативные документы по эксплуатации ГТС.................................................. |
26 |
16.2. Основные положения правил эксплуатации ГТС................................................ |
26 |
16.3. Основные положения правил эксплуатации водохранилищ .............................. |
26 |
17. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ГТС .............................................................. |
27 |
17.1. Понятие об экологической безопасности ............................................................. |
27 |
17.2. Вредные воздействия ГТС на окружающую среду ............................................. |
27 |
17.3. ГТС и природно-технические системы................................................................. |
28 |
17.4. Категории ПТС........................................................................................................ |
28 |
17.5. Обеспечение устойчивости ПТС ........................................................................... |
28 |
18. НАТУРНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ НА ГТС....................................................................... |
29 |
18.1. Состав наблюдений................................................................................................. |
29 |
18.2. Приборы инструментальных наблюдений............................................................ |
29 |
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ................................................................................................... |
30 |
5
ВВЕДЕНИЕ
Обучающиеся в ННГАСУ по специальности 08.05.01 «Строительство уникальных
зданий и сооружений», специализация «Строительство гидротехнических соору-
жений повышенной ответственности» изучают дисциплину «Безопасность гидротехнических сооружений».
В настоящем пособии в тезисной форме изложены основные положения этой дисциплины. Пособие предназначено для изучения основных положений дисциплины, а также для выполнения расчетно-графической работы (ргр). Объем дисциплины дан ниже.
6
1.ПОНЯТИЕ «БЕЗОПАСНОСТЬ ГТС». ПОСЛЕДСТВИЯ АВАРИЙ
ВРоссийской Федерации уделяется значительное внимание безопасности гидротехнических сооружений, свидетельством чему является, прежде всего, Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений» №117-ФЗ, принятый Госдумой 23.06.97 г. [1].
Под безопасностью гидротехнических сооружений, в соответствии с этим законом №117-ФЗ, понимается свойство гидротехнических сооружений, позволяющее обеспечивать защиту жизни, здоровья и законных интересов людей, окружающей среды и хозяйственных объектов.
Гидродинамическая авария – это чрезвычайное событие, связанное с выходом из строя (разрушением) гидротехнического сооружения или его части, и неуправляемым перемещением больших масс воды, несущих разрушения и затопления обширных территорий.
К основным гидротехническим сооружениям, разрушение которых приводит к гидродинамическим авариям, относятся плотины, дамбы, перемычки, водозаборные и водосбросные сооружения (шлюзы). Последствиями гидродинамических аварий являются:
- повреждение и разрушение гидроузлов и кратковременное или долговременное прекращение выполнения ими своих функций;
- поражение людей и разрушение сооружений волной прорыва, образующейся в результате разрушения гидротехнического сооружения, имеющей высоту от 2 до 12 м и скорость движения от 3 до 25 км/ч (для горных районов – до 100 км/ч);
- катастрофическое затопление обширных территорий слоем воды от 0,5 до 10 м и бо-
лее.
7
2.ФАКТОРЫ РИСКА АВАРИЙ
2.1.Факторы риска
|
Природные факторы |
|
Антропогенные факторы |
1. |
Половодья и паводки |
1. |
Неверная гидрология |
2. |
Ледовые явления |
2. |
Неправильная геология |
3. |
Бури, ураганы, смерчи |
3. |
Износ оборудования |
4. |
Изменения климата |
4. |
Неправильная эксплуатация |
5. |
Оползни, обвалы |
5. |
Некомпетентность |
6.Халатность
7.Военные и террористические действия
8.Аварии на соседних предприятиях
2.2.Природные факторы
1.Половодья и паводки – образование расходов воды, превыщающих расходы, предусмотренные проектом, в результате катастрофических природных явлений.
2.Ледовые явления – образование катастрофических параметров этих явлений (толщины, размеров льдин, заторы, зажоры):
- зажор – заполнение живого сечения водотока шугой (внутриводным льдом); в результате – подъем уровня воды без увеличения расходы. Обычно в начале зимы, в период осеннего ледохода.
- затор – заполнение живого сечения водотока поверхностным льдом из-за какой-либо преграды. Чаще весной, в период весенненго ледохода. Преграда - обычно неподвижный лед.
3.Буря – сильный ветер со скоростью 15-20 м/с и более. Ураган – буря со скоростью
ветра более 30 м/с. Смерч (торнадо) - |
атмосферное явление, представляющее со- |
бой стремительный воронкообразный вихрь. |
|
4. Изменения климата:
- изменение температуры воздуха вне пределов многолетних наблюдений; - изменение количества осадков; - изменение ветрового режима;
- изменение количества испарений. 5. Обвалы, оползни:
-обвал – отрыв и падение масс горных пород под действием силы притяжения. Обвалы возникают на склонах речных берегов и долин, в горах, на берегах морей.
-оползень – отделившаяся масса рыхлых пород, медленно и постепенно оползающая по наклонной плоскости отрыва; чаще всего оползни возникают на берегах водохранилищ или откосах грунтовых плотин.
2.3.Антропогенные факторы
1.Неверная гидрология – занижение максимальных расходов.
2.Неправильная геология – неправильное определение состава грунтов и их физикомеханических характеристик.
8
3.Износ оборудования – исчерпание технического ресурса оборудования без капитального ремонта или замены.
4.Неправильная эксплуатация – эксплуатация, выполняемая не по утвержденным правилам или вообще без правил.
5.Некомпетентность – эксплуатация необученным персоналом.
6.Халатность – игнорирование эксплуатационным персоналом выполнения необходимых действий.
7.Военные и террористические действия.
8.Аварии на соседних объектах.
2.4. Аварии подпорных ГТС
Аварии подпорных ГТС происходят по основным причинам, сгруппированным на представленной ниже схеме.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПОДПОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перелив воды через |
|
|
|
|
Нарушение фильтрационной |
|
|
|
|
|
Обрушение |
|
|
|
Ошибки проектирова- |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
гребень |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прочности |
|
|
|
|
|
|
откосов и берегов |
|
|
ния и эксплуатации |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Противофильтрационных элементов и дренажей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
М аксимальные расходы, превышающие расчетные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Низкая пропускная способность водосбросных сооружений |
|
|
|
|
|
|
Техногенный паводок из-за значительных сбросов воды выше расположенных водоемов |
|
|
Грунтов тела плотины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Занижение расчетных максимальных расходов |
|
|
|
|
|
Неверный выбор конструкций гидросооружений |
|
Отсутствие контроля состояния сооружений и уровней бьефов |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
Авария водосбросных сооружений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Грунтов на контакте с другими сооружениями |
|
|
Низовых и верховых откосов |
|
|
|
Экранов и защитных покрытий |
|
Берегов |
|
|
|
Слабые знания правил эксплуатации |
|
|
|
Несвоевременный ремонт |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Грунтов основания сооружений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Грунтов береговых примыканий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Основные причины возникновения аварий на подпорных ГТС
9
3.ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ГТС
3.1.Требования Федерального закона №117-ФЗ
Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений осуществляется на основании следующих общих требований:
обеспечение допустимого уровня риска аварий гидротехнических сооружений; представление деклараций безопасности гидротехнических сооружений; государственный надзор за безопасностью гидротехнических сооружений; непрерывность эксплуатации гидротехнических сооружений; осуществление мер по обеспечению безопасности гидротехнических сооружений, в
том числе установление критериев их безопасности, оснащение гидротехнических сооружений техническими средствами в целях постоянного контроля за их состоянием, обеспечение необходимой квалификации работников, обслуживающих гидротехническое сооружение;
необходимость заблаговременного проведения комплекса мероприятий по максимальному уменьшению риска возникновения чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях;
ответственность за действия (бездействие), которые повлекли за собой снижение безопасности гидротехнических сооружений ниже допустимого уровня.
3.2. Требования МЧС
Из Приказа МЧС РФ от 28 февраля 2003 г. № 105 [21]:
К основным требованиям по предупреждению чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных объектах и объектах жизнеобеспечения относятся:
-разработка распорядительных и организационных документов по вопросам предупреждения чрезвычайных ситуаций;
-разработка и реализация объектовых планов мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций;
-прогнозирование чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера, определение и периодическое уточнение показателей риска чрезвычайных ситуаций для производственного персонала и населения на прилегающей территории;
-обеспечение готовности объектовых органов управления, сил и средств к действиям по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций;
-подготовка персонала к действиям при чрезвычайных ситуациях;
-сбор, обработка и выдача информации в области предупреждения чрезвычайных ситуаций, защиты населения и территорий от их опасных воздействий;
-декларирование безопасности, лицензирование и страхование ответственности за причинение вреда при эксплуатации опасного производственного объекта и гидротехнического сооружения;
-создание объектовых резервов материальных и финансовых ресурсов для ликвидации чрезвычайных ситуаций.
-разработка плана действий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций и документация, регламентирующая деятельность объекта, которая включает:
а) порядок учета отклонений технологических параметров до опасных значений;
10
б) систему анализа причин отклонений от требований безопасности и учета всех неполадок, временных остановок технологического процесса, оборудования с разработкой мер по предупреждению чрезвычайных ситуаций;
- создание системы оповещения.
Потенциально опасные объекты подразделяются по степени опасности в зависимости от масштабов возникающих чрезвычайных ситуаций на пять классов:
1 класс - потенциально опасные объекты, аварии на которых могут являться источниками возникновения федеральных и/или трансграничных чрезвычайных ситуаций;
2 класс - потенциально опасные объекты, аварии на которых могут являться источниками возникновения региональных чрезвычайных ситуаций;
3 класс - потенциально опасные объекты, аварии на которых могут являться источниками возникновения территориальных чрезвычайных ситуаций;
4 класс - потенциально опасные объекты, аварии на которых могут являться источниками возникновения местных чрезвычайных ситуаций;
5 класс - потенциально опасные объекты, аварии на которых могут являться источниками возникновения локальных чрезвычайных ситуаций.
3.3. Требования СНиП (СП)
Согласно СП 58.13339.2012 [22]:
в составе проекта гидротехнических сооружений следует разрабатывать специальный проект натурных наблюдений за их работой и состоянием, как в процессе строительства, так и при эксплуатации для своевременного выявления дефектов и неблагоприятных процессов, назначения ремонтных мероприятий, предотвращения отказов и аварий, улучшения режимов эксплуатации и оценки уровня безопасности и риска аварий.
Проект натурных наблюдений должен включать:
-перечень контролируемых нагрузок и воздействий на сооружение;
-перечень контролируемых и диагностических показателей состояния сооружения и его основания, включая критерии безопасности;
-программу и состав инструментальных и визуальных наблюдений;
-технические условия и чертежи на установку контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), спецификацию измерительных приборов и устройств;
-структурную схему и технические решения системы мониторинга состояния сооружений, природных и техногенных воздействий на них, включая состав ее основных технических и программных средств, определяемый по таблице Ж.1 приложения Ж;
-инструктивные и методические рекомендации по проведению натурных наблюдений за работой и состоянием сооружений.
В составе проекта гидротехнических сооружений должны быть разработаны критерии их безопасности.
Перед вводом в эксплуатацию и в процессе эксплуатации гидротехнических сооружений критерии безопасности должны уточняться на основе результатов натурных наблюдений за состоянием сооружений, нагрузок и воздействий, а также изменений характеристик материалов сооружений и оснований, конструктивных решений.
В соответствии с действующим законодательством гидротехнические сооружения, повреждения которых могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций, на всех стадиях их создания и эксплуатации подлежит декларированию безопасности.