УДК 627.8

РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ И СТЕПЕНИ РИСКА АВАРИИ ГТС ТОЛСТОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА КРАСНОПАРТИЗАНСКОГО РАЙОНА САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

THE RESULTS OF THE EVALUATION ASSPLOITATIONS STATUS AND THE RISK OF AN ACCIDENT GTS TOLSTOY RESERVOIR CASPARTCACHE DISTRICT OF THE SARATOV REGION 

Акпасов Антон Павлович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, исполняющий обязанности заведующего отделом, Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации, Саратовская обл., Энгельсский р-н, р.п. Приволжский

Туктаров Ренат Бариевич, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ведущий научный сотрудник, заместитель директора по науке, 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 

Akpasov A.P., 1a9@mail.ru

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 рассмотрены результаты оценки эксплуатационного состояния и степени риска аварии низконапорных гидротехнических сооружений (ГТС) на примере гидроузла Толстовского водохранилища, расположенного в Краснопартизанском районе Саратовской области. Согласно параметрам прогнозируемой 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.  In the article the results of the assessment of the operational status and the risk of an accident low-pressure hydraulic structures (HS) on the example of Tolstoy’s hydroelectric reservoir located in Krasnopartizansky district of the Saratov region. According to the parameters of the predicted flood zone, the coefficients of the accident hazard, the vulnerability of the GTS and the risk of the probability of an emergency are determined. The measures for the normal and safe functioning of hydraulic structures during their further operation are proposed.

Ключевые слова: водохранилище, плотина, водосбросное сооружение, безопасность гидротехнических сооружений, эксплуатационное состояние, оценка риска аварии. 

Keywords: reservoir, dam, spillway structure, safety of hydraulic structures, operational condition, accident risk assessment.

В настоящий момент на земном шаре все острее стоит вопрос о нехватке пресной воды для водоснабжения населения, ведения сельскохозяйственной деятельности и других нужд человека. На территории Саратовского Заволжья, которая находится в зоне рискового земледелия из-за частых засушливых летних сезонов, на протяжении XX века происходили отсыпки земляных плотин на местных реках для создания водохранилищ для местных населенных пунктов. На протяжении последних десятилетий вследствие изменения климата на планете наблюдается обмеление многих водоемов области, поэтому любая потеря объемов воды может сказаться плачевно на экологической обстановке региона, а в итоге – и на качестве жизни человека.

Огромная роль в решении вопросов орошения земель, обводнения территорий и сельскохозяйственного водоснабжения принадлежит аккумулирующим водохранилищам мелиоративного комплекса. Вместе с тем подпорные (напорные) гидротехнические сооружения, создающие эти водохранилища, являются потенциально опасными объектами, аварии которых могут нанести большой ущерб жизни и здоровью людей, населенным пунктам, сельскохозяйственным и промышленным предприятиям и окружающей среде.

Поэтому вопросы оценки эксплуатационного состояния и степени риска аварии низконапорных гидротехнических сооружений являются актуальными.

В соответствии со статьей 9 Федерального закона № 117 – ФЗ от 21 июля 1997 года «О безопасности гидротехнических сооружений» «собственник гидротехнического сооружения и эксплуатирующая организация обязаны систематически анализировать причины снижения безопасности гидротехнического сооружения и своевременно осуществлять разработку и реализацию мер по обеспечению технически исправного состояния гидротехнического сооружения и его безопасности, а также по предотвращению аварии гидротехнического сооружения» [1].

Объектом исследования были выбраны гидротехнические сооружения Толстовского водохранилища Краснопартизанского района Саратовской области, функционирующие с 1937 года.

Гидротехнические сооружения расположены на р. Толстовка, являющейся левосторонним притоком реки Большой Иргиз – левосторонний приток р. Волга. Створ плотины расположен в 1,5 км восточнее станции Рукополь Краснопартизанского района Саратовской области на расстоянии 23 км от устья реки Толстовки.

ГТС предназначены для аккумуляции волжской воды, подаваемой Саратовским каналом и вод весеннего стока с площади водосбора реки Толстовка до створа плотины (122 км²) с последующим использованием их для орошения прилегающих земель,  сельскохозяйственного водоснабжения,  водоснабжения станции Рукополь и п. Петровский.

В состав гидроузла входят:

• земляная насыпная плотина;
• паводковый водосброс открытого типа двухпролетный с плоскими металлическими затворами, с быстротоком, рисбермой, отводящим каналом, ледозащитным сооружением;
• трубчатый донный водовыпуск;
• насосная станция.

ГТС Толстовского водохранилища относятся к III классу (сооружение средней опасности).

Плотина земляная, однородная, отсыпана из местного суглинистого грунта, была возведена в 1937 году, после чего неоднократно реконструировалась (рисунок 1).

Насосная станция предназначена для забора воды из водохранилища на водоснабжение ст. Рукополь и п. Петровский.

Учитывая техническое состояние сооружений гидроузла для прогнозирования характеристик волны прорыва и масштабов затопления местности при разрушении ГТС Толстовского водохранилища, были рассмотрены наиболее тяжелый и наиболее вероятный сценарии гидродинамических аварий.

При нынешнем состоянии ГТС Толстовского водохранилища для наиболее тяжелого сценария возникновения аварии характерны: отказ гидромеханического оборудования в период прохождения паводка и, как следствие, резкое увеличение объема и подъем уровня воды в водохранилище выше отметки ФПУ, размыв гребня плотины с переливом воды на низовой откос плотины с образованием прорана, увеличение размеров прорана из-за размыва грунтов тела плотины и расходов, поступающих в нижний бьеф, формирование в нижнем бьефе волны прорыва, распространяющейся по речной долине до устья р. Толстовки.

Наиболее вероятным сценарием аварии является взрыв по неустановленной причине на участке газопровода, проходящего внутри тела плотины с образованием воронки, дно которой находится ниже отметки НПУ, истечение воды в нижний бьеф через образовавшийся проран.

Оценка риска аварии производится на основании экспертного анализа уровня опасности аварии и уровня уязвимости ГТС. Для оценки уровня риска аварии вначале рассчитывается коэффициент риска D_a на основе принципа пересечения этих событий, т. е.:

где λ  – коэффициент опасности аварии для ГТС (0< λ <1);

v – коэффициент уязвимости ГТС (0<v <1).

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

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, но по размеру материального ущерба при аварии ГТС масштаб возможной ЧС соответствующий «региональному», отвечает уровню «большой опасности» [2, 4].

Интегральный код показателей опасности для наиболее тяжелого сценария аварии составит 0111, а для вероятного сценария аварии – 2001. Для тяжелого сценария аварии коэффициент опасности λ = 0,2333, для вероятного сценария аварии λ = 0,2667.

Для тяжелого сценария аварии коэффициент уязвимости подпорного сооружения, соответствующий коду 1112, составит v = 0,4. Для вероятного сценария аварии коэффициент уязвимости подпорного сооружения, соответствующий коду 1111, составит v = 0,3333.

В соответствии с полученными коэффициентами опасности λ и уязвимости v коэффициент риска аварии на перегораживающем сооружении составляет: для тяжелого сценария аварии D_a = 0,093, для вероятного сценария аварии D_a = 0,089. ГТС Толстовского водохранилища соответствуют «нормальному уровню безопасности» D_a <0,15.

Вероятность возникновения аварии P_a(ГТС) рассчитывается по формуле:

где D_k – катастрофическое значение дозы вредного воздействия (=1,0);

D_доп      – допустимое значение дозы вредного воздействия, выше которого не обеспечивается нормальный уровень безопасности ГТС (= 0,15);

β – коэффициент вероятности, зависящий от класса капитальности гидротехнического сооружения (для III класса β).

Для тяжелого сценария аварии Р_а = 0,00005 = 0,5∙10^-4 1/год. Для вероятного сценария аварии Р_а = 0,00004 = 0,4∙10^-4 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 III класса составляют менее 2,5 ∙ 10^-3 1/год.

Таким образом можно сделать вывод о том, что в настоящее время ГТС Толстовского 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. 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.
3. ГОСТ 19185-73. Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения. – Введ. 1973-10-31.- М.: Издательство стандартов, 1974. – 70 с.
4. ГОСТ Р 22.2.09-2015. Экспертная оценка уровня безопасности и риска аварий гидротехнических сооружений. – Введ. 2016-06-01.- М.: Стандартинформ, 2019 – 23 с.
5. Железняков Г.В. Гидротехнические сооружения [Текст] / Г.В. Железняков, Ю. А. Ибад-Заде, П.Л. Иванов и др.; Под общ. ред. В.П. Недриги. – М.: СТройиздат, 1983. – 543 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.