Предупреждён - значит, вооружён

Как предотвратить аварийные ситуации на гидротехнических сооружениях
12.06.2018
Анна Марченко

Продолжая знакомить читателей с гидроэнергетикой, нельзя не остановиться на вопросе мониторинга состояния гидротехнических сооружений. Ведь плотины ГЭС - это объекты повышенной опасности, которые требуют постоянного пристального внимания со стороны эксплуатирующих организаций.

Несмотря на то, что большинство плотин в мире построено по довольно современным проектам и технологиям (хотя есть и такие, которые возведены более века назад и до сих пор успешно служат), мировая статистика и события последних лет свидетельствуют о реальной опасности повреждения и даже разрушения гидроузлов. Вероятность аварий на гидросооружениях значительно возрастает после 30-40 лет их эксплуатации, и для нашей страны, где значительная часть гидроузлов уже прошла этот критический период, крайне актуален вопрос постоянного мониторинга состояния гидротехнических сооружений.

Под ударами стихии

Катастрофические аварии на подпорных сооружениях случались во многих регионах. В истории гидротехники записаны колоссальные катастрофы, вызванные прорывами дамб на реках Хуанхэ и Янцзы в Азии, Миссисипи и Миссури в Северной Америке, Дунае в Европе. Наиболее трагические последствия от повреждения плотин ГЭС и водохранилищ отмечены в США (плотины Биг Томпсон, Каньон Лейк, Сен Френсис, Титон). Масштаб национальных бедствий приобрели аварии во Франции - прорыв плотины Мальпассе в декабре 1959 г. (см. фото) создал волну высотой 40 м, двигавшуюся со скоростью 70 км/ч и разрушившую город Фрежюс, в Италии - Грено и Вайонт. В последнем случае пострадали более 30 тыс. человек.

Плотина Мальпассе до разрушения 2 декабря 1959 г.

Согласно материалам Международной комиссии по большим плотинам, ежегодно в мире происходит около трёх тысяч аварий на гидросооружениях. Конечно, большинство из них не приводят к катастрофическим последствиям, но в любом случае каждую аварийную ситуацию необходимо подробно исследовать с тем, чтобы не допускать её повторения в будущем.

Основные причины аварий - это недочёты проектно-технических решений, проявляющиеся при пропуске экстремальных расходов в период прохождения сверхполоводий, недостаточная прочность или устойчивость сооружений, большие деформации (осадки, смещения, пучения), а также неудовлетворительная работа эксплуатационных служб. Кроме того, причины могут быть чисто техническими (отказ затворов водосбросных сооружений из-за редкого использования, отсутствие профилактики, периодической проверки их работоспособности, аварийное прекращение подачи электроэнергии, общее старение основных фондов) или же природными (землетрясения, взрывы, ураганы и т. п.). Около четверти всех разрушений плотин обусловлены переливом воды через гребень в период большого паводка, когда уровень верхнего бьефа превышает фактическую высоту плотины, неверно рассчитанную проектировщиками. Впрочем, кто мог заранее просчитать, что в начале XXI века климат на планете окажется разбалансированным человеческой деятельностью?

Останки плотины Мальпассе в наши дни

В связи с этим особо важна задача оценки состояния гидротехнических сооружений и механического оборудования, чтобы вовремя принимать меры по предотвращению аварийных ситуаций. На раннем этапе можно предотвратить большую беду, проведя элементарный ремонт, затраты на который не идут ни в какое сравнение с ущербом, к которому способна привести авария.

Лекарство от сюрпризов

Избегать неприятностей во всех сферах человеческой деятельности, включая эксплуатацию ГЭС, помогает мониторинг - непрерывный процесс наблюдения и регистрации параметров объекта по заданным критериям. Для создания системы постоянных эксплуатационных наблюдений за различными показателями, определяющими состояние гидротехнического сооружения, на гидроузлах организуются специальные группы эксплуатации. Кроме того, мониторинг подразумевает обобщение и анализ результатов наблюдений для оценки работы плотины в целом.

Эксплуатационные наблюдения за плотинами делятся на визуальные и инструментальные.

Видно воочию

Визуальные наблюдения предусматривают глазомерную оценку состояния сооружений и их общий осмотр с применением простейших измерительных приборов (рулетки, поплавка, лота и др.). Непременные условия таких наблюдений - ведение полевых журналов, эскизных зарисовок деформированных участков сооружений с привязкой к пикетажу (т. е. постоянным знакам, закреплённым на местности), а при возможности - фотографирование.

Последствия катастрофы для города Фрежюс

Группа эксплуатации регулярно в течение года проводит визуальные осмотры, причём в наиболее напряжённые периоды (например, при пропуске паводка через водосбросные сооружения) наблюдения производят чаще. Помимо этого, независимо от установленных сроков, плотину и прилегающие к ней участки осматривают после бурь, сильных ливней и продолжительных дождей.

Так на гидротехнических сооружениях организуют общий контроль за состоянием плотины и отдельных её частей, выявляют отклонения работы сооружения от режима, установленного проектом и производственными инструкциями, а также фиксируют происшедшие деформации.

По приборам

Группа эксплуатации ведёт инструментальные наблюдения с помощью контрольно-измерительной аппаратуры (датчики, пьезометры, водосливы, контрольные реперы и марки, щелемеры и др.). Местоположение КИА определяется проектом, устанавливают её в процессе строительства плотины или перед началом заполнения водохранилища водой.

Инструментальные наблюдения проводят регулярно по заранее составленной программе или плану. Следует учитывать, что только непрерывные наблюдения, проводимые в строго установленные сроки, представляют интерес для обобщения и выдачи заключений о работе плотины - как с теоретической, так и с практической точек зрения. Поэтому все записи следует вести регулярно и в строго определённой последовательности.

Поскольку все явления, фиксируемые КИА (осадки, деформации, смещения и др.), более активно протекают в начальный период эксплуатации плотин, интервалы наблюдений не остаются постоянными. Так, в первые месяцы уровни воды в пьезометрах замеряют раз в 5-7 дней, далее, после стабилизации уровня фильтрующейся воды в теле плотины, - ежемесячно.

Пьезометрические скважины

Особо важны наблюдения за процессами фильтрации в теле плотины и её основании. Проблема в том, что выклинивание дренажных вод на сухом откосе и вынос грунта из тела плотины нарушают устойчивость плотины и могут привести к её размыву. Такие наблюдения ведут с помощью скважинных пьезометров, которые позволяют определить положение депрессионной кривой в теле плотины.

Для замера уровней воды в пьезометрах применяют хлопушки, поплавки с противовесом и электроконтактные приборы. Эти приборы опускают в трубу пьезометра на шнуре или стальной ленте, которые служат одновременно и мерными устройствами для определения расстояния от фиксированной точки на обрезе трубы до уровня воды в пьезометре.

Количество пьезометрических створов на плотине зависит от её длины по гребню и состава грунта тела плотины. Расстояние между створами обычно не должно превышать 100 метров. Во всех случаях, когда уровень текущей депрессионной кривой повышается относительно ранее стабилизированной, замеры производят чаще, одновременно выясняя причины отклонения и выполняя работы, обеспечивающие снижение уровня до стабилизированного. Такие превышения чаще всего бывают связаны с неудовлетворительной работой дренажной системы.

Геодезический контроль

С помощью аппаратуры также ведут контроль за вертикальной осадкой тела и основания плотины. Наблюдения производят путём нивелирования контрольных точек (глубинных и поверхностных реперов), установленных в основании плотины и по её внешнему контуру.

Наблюдения за осадками по реперам в первые годы эксплуатации плотин производят раз в 15-30 дней, по мере стабилизации осадок - реже. Если в результате наблюдений выяснится, что гребень плотины опустился ниже проектных отметок, принимается решение о наращивании высоты плотины, иначе возможен перелив воды через её гребень со всеми вытекающими последствиями.

* * *

Помимо решения названных задач группы эксплуатации на гидросооружениях постоянно проводят множество разнообразных мероприятий. Мониторинг состояния гидротехнического сооружения как системы, находящейся под воздействием многочисленных нагрузок, - сложная и ответственная задача. Поэтому сегодня в развитых странах активно внедряют системы автоматического контроля, о которых мы подробнее расскажем в одном из следующих номеров газеты.

Источник: Энерговектор

Читайте другие наши материалы