С чем можно сравнить волну прорыва
волна прорыва
3.2.5 волна прорыва: Волна перемещения, образующаяся в нижнем бьефе плотины в результате прорыва напорного фронта.
Полезное
Смотреть что такое «волна прорыва» в других словарях:
волна прорыва — Волна перемещения, образующаяся в нижнем бьефе плотины в результате прорыва напорного фронта. [СО 34.21.307 2005] Тематики безопасность гидротехнических сооружений … Справочник технического переводчика
СО 34.21.307-2005: Безопасность гидротехнических сооружений. Основные понятия. Термины и определения — Терминология СО 34.21.307 2005: Безопасность гидротехнических сооружений. Основные понятия. Термины и определения: 3.2.1 авария на гидротехническом сооружении: Характерная для гидротехнического сооружения и условий его эксплуатации потенциально… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Алтайская ГЭС — Эта статья или часть статьи содержит информацию об ожидаемых событиях. Здесь описываются события, которые ещё не произошли. Алтайская гидроэлектростанция (Горно Алтайская ГЭС, Катунская ГЭС) проектируемая ГЭС на … Википедия
Блокада Ленинграда — У этого термина существуют и другие значения, см. Блокада. Блокада Ленинграда Великая Отечественная война Вторая мировая война … Википедия
Блокада Ленинграда 1941—1944 — Блокада Ленинграда Великая Отечественная война Вторая мировая война Памятник Петру I в защитном устройстве на площади Декабристов. Август 1941 г … Википедия
Бомбардировки и артобстрелы Ленинграда — Блокада Ленинграда Великая Отечественная война Вторая мировая война Памятник Петру I в защитном устройстве на площади Декабристов. Август 1941 г … Википедия
Ленинградская битва 1941-1944 гг. — Блокада Ленинграда Великая Отечественная война Вторая мировая война Памятник Петру I в защитном устройстве на площади Декабристов. Август 1941 г … Википедия
Ленинградская битва 1941–44 годов — Блокада Ленинграда Великая Отечественная война Вторая мировая война Памятник Петру I в защитном устройстве на площади Декабристов. Август 1941 г … Википедия
Ленинградская блокада — Блокада Ленинграда Великая Отечественная война Вторая мировая война Памятник Петру I в защитном устройстве на площади Декабристов. Август 1941 г … Википедия
Глава 3. Прогнозирование чрезвычайных ситуаций природного характера (стр. 4 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 |
Основными поражающими факторами катастрофического затопления являются: волна прорыва (высота волны, скорость движения) и длительность затопления.
Волна прорыва – волна, образующаяся во фронте устремляющегося в пролом потока воды, имеющая, как правило, значительную высоту гребня и скорость движения и обладающая большой разрушительной силой.
Волна прорыва, с гидравлической точки зрения, является волной перемещения, которая, в отличие от ветровых волн, возникающих на поверхностях больших водоемов, обладает способностью переносить в направлении своего движения значительные массы воды. Поэтому волну прорыва следует рассматривать как определенную массу воды, движущуюся вниз по реке и непрерывно изменяющую свою форму, размеры и скорость.
 |
Схематично продольный разрез такой сформировавшейся волны показан на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Схематический продольный разрез волны прорыва
Начало волны называется фронтом волны, который, перемещаясь с большой скоростью, выдвигается вперед. Фронт волны может быть очень крутым при перемещении больших волн на участках, близких к разрушенному гидроузлу и относительно пологим на больших удалениях от гидроузла.
Исходными данными для расчетов параметров волны прорыва являются:
, (3.61)
коэффициент шероховатости реки h, который принимается по табл. 3.1.
Рис. 3.2. Форма поперечного сечения русла реки
Коэффициенты шероховатости естественных водотоков
Гидродинамические аварии
Фамилия, имя _________________________
Тема: Гидродинамические аварии.
1. Чрезвычайная ситуация, связанная с выходом из строя гидротехнического сооружения (плотины, дамбы, шлюзов) или его части называется:
а) радиационная авария б) гидродинамическая авария
2. Природные причины гидродинамических аварий:
а) землетрясения б) ураганы в) паводки г) пожары
3. Причины ГДА, связанные с деятельностью человека:
а) нарушение правил эксплуатации б) прорыв
в) засуха г) диверсионные акты
4. Границы затопления – это
а) территория, покрытая водой уровнем не более 1 м б) территория, покрытая водой длительное время
в) территория, покрытая водой при максимальном уровне воды г) русло рек, граница морей
5. Зоной катастрофического затопления называют:
а) часть зоны затопления, характеризующая большой площадью затопления с незначительными разрушениями
б) часть зоны затопления, характеризующая большой площадью затопления со значительными разрушениями и массовой гибелью людей
в) часть зоны затопления, где произошла масштабная экологическая катастрофа
6. Размер зоны затопления зависит
а) только от размеров водохранилища и напора воды
б) только от особенностей ландшафта
в) от размеров водохранилища, напора воды, гидрологических и топографических особенностей местности
7. Время затопления может составлять
а) от нескольких часов до нескольких суток б) от нескольких суток до нескольких недель
в) до нескольких месяцев г) до нескольких лет
8.Кто выдает прогноз о возможном времени прорыва:
а) гидростанция б) авиастанция в) метеостанция
9. Возможен ли смыв плодородных почв при паводках
а) да б) нет в) только глиноземов
10. С чем можно сравнить волну прорыва
а) со взрывом б) с воздушной волной при взрыве в) с подземными толчками при землетрясении
11. Что относят к прямому ущербу
а) повреждение жилых зданий б) ухудшение жизни местного населения в) уничтожение топлива и сырья
г) разрушение дорог д) затраты на эвакуацию
12. Что относят к косвенному ущербу
а) повреждение жилых зданий б) ухудшение жизни местного населения в) сокращение производства
г) разрушение дорог д) затраты на эвакуацию е) доставка продовольствия в затопленные районы
13. Действия при угрозе гидродинамической аварии …………………………………………………………….
14. Основное правило: заранее предусмотрите несколько возможных маршрутов эвакуации на возвышенные участки местности.
Использование естественных экстремальных половодий и паводков в качестве аналогов при расчете волны прорыва
Глава 5. Использование естественных экстремальных половодий и паводков в качестве аналогов при расчете волны прорыва
Проблема возможного разрушения гидроузлов – одна из наиболее актуальных проблем современности. Как показано было в главе 3, история плотиностроения свидетельствует о том, что прорывы плотин являются вполне реальными событиями.
Последствия аварий подпорных гидротехнических сооружений можно сравнить с последствиями некоторых природных катастроф – прорывом завальных озер, ледниковых запруд, прохождением селей и т. д. Находящиеся в нижних бьефах гидроузлов населенные пункты, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, различные коммуникации являются заложниками возможных ЧС при прохождении волны. Поэтому проблема безопасности плотин всегда была в центре внимания гидротехников, специалистов из профильных научно-исследовательских институтов, многих ведомственных организаций и экологической общественности.
Снизить опасность повреждения плотин и ущербов при прохождении волны прорыва на современном этапе возможно лишь при прогнозе чрезвычайных ситуаций на основе резко возрастающей роли мониторинга, усовершенствования методов прогноза, действенной службы контроля и оповещения и осуществления плана мероприятий на случай непредвиденных обстоятельств.
Прогноз и все перечисленные мероприятия не могут предотвратить стихийные бедствия и повреждения плотин, но могут уменьшить неблагоприятные последствия. Важен и краткосрочный прогноз, который не может уменьшить разрушения, но может спасти людей.
При разработке проектов крупных гидроузлов, создающих особую опасность затоплений в нижних бьефах, всегда предусматривалось составление прогноза параметров потенциальной волны прорыва. В АО «Институт Гидропроект» и его подразделениях методы прогноза начали разрабатываться еще до появления современных электронных вычислительных средств. Пионерную роль в их освоении со своей лабораторной базой сыграл АО «НИИЭС» (входивший ранее в Институт Гидропроект). Привлекались также многие ведущие научно-исследовательские институты, в первую очередь Институт гидродинамики СО АН СССР, проектные институты и кафедры. В результате была создана методология установления параметров прорывной волны. Однако еще 30-40 лет тому назад в состав обязательных разделов проектов гидротехнических сооружений не входил раздел, в котором расчетными способами определялась бы площадь затопления при прорыве напорного фронта.
Методика расчета волны прорыва совершенствовалась с 1960 по 1983 гг. В конечном итоге она была утверждена Минэнерго бывшего СССР после согласования со Штабом гражданской обороны и вошла в состав «Инструкции по определению зоны возможных затоплений при прорыве напорных фронтов гидроузлов». Эта Инструкция регламентирует порядок и условия проведения расчетов по установлению площадей затопления при авариях гидроузлов. Методика реализована в виде машинных программ, предусматривающих различные виды аварий и катастроф – для отдельных плотин ГЭС и каскада, полного или частичного разрушения плотин с учетом меняющихся размеров прорана, с учетом боковой приточности, наличия поймы и долины реки и т. д. В каждом створе в соответствии с методикой могут быть определены необходимые параметры потока (скорости течения, глубина и ширина в каждый расчетный момент времени для всех расчетных створов). Точность установления площадей затопления при этом зависит от количества используемых для расчетов створов и точности и детальности топографических карт.
Установление площади распространения волны прорыва является главной задачей прогноза. При этом используются различные подходы к моделированию процесса. Основной методикой прогнозирования прорывных волн долгое время было их математическое моделирование при помощи численных методов уравнений Сен-Венана.
У нас в стране и в мире разработано большое число программ, позволяющих проводить численное моделирование прорывных волн, в том числе на кафедре гидравлики МИСИ (теперь МСГУ), в Вычислительном центре РАН и др. В НИИЭС разработал серию программ, при помощи которых было проведено большое количество исследований конкретных объектов и на основе численных экспериментов предложена графоаналитическая методика, дающая возможность при определенных условиях определять параметры волны прорыва, не применяя ЭВМ (Историк и др., 1998).
В настоящее время на смену термину «численное моделирование» приходит термин «компьютерное моделирование», под которым подразумевается как расчет на основании численных моделей, так и сбор и подготовка исходных данных и представление результатов исследований с применением компьютерных технологий (Бритвин и др., 2003). При этом широко применяются ГИС-технологии, представляющие сведения не только о топографии местности, но и о растительности, застройке, коммуникациях и др. данные, которые могут быть непосредственно включены в электронные топографические карты. Эта методика достаточно полно разработана и используется в АО «НИИЭС» и на географическом факультете МГУ.
На основании работ сотрудников АО «НИИЭС» разработаны, зарегистрированы Российским Агентством по патентам и товарным знакам и неоднократно использовались четыре компьютерные программы, в том числе программа «Бор» для расчета бурных потоков и волн прорыва.
Компьютерное моделирование дает возможность выдавать долгосрочные и краткосрочные прогнозы прохождения паводочных волн и волн прорыва, устанавливать границы затопляемых территорий, глубину затоплений, скорости течения и уровни воды в районах ответственных объектов, подверженных затоплению, определять параметры необходимых берегозащитных сооружений и многое другое, а также производить экономическую оценку последствий прохождения паводков и волн прорыва при разработке противопаводочных мероприятий и страховых ответственностей за последствия.
В АО «ВНИИГ им. » разработан программный комплекс, позволяющий рассчитать параметры волны прорыва и зону возможного затопления с учетом размыва грунта вдоль трассы движения потока при различных сценариях аварий на гидротехнических сооружениях. Для каждого сценария аварий создается карта возможного затопления с указанием глубины потока. Вблизи наиболее важных объектов определяется изменение скорости и глубины потока во времени, а также их максимальные значения.
Во ВНИИ ГОЧС разработана методика оперативного прогнозирования инженерных последствий прорыва плотин гидроузлов. Компьютерная программа позволяет установить параметры затопления местности – максимальную глубину и ширину затопления, время прихода волны прорыва, максимальные отметки затопления и др. Эти характеристики варьируют в зависимости от параметров разрушения гидроузла – степени повреждения плотины, размеров прорана, высоты его порога, которые задаются заранее заказчиком прогноза (Нигметов и др., 1999).
То есть все известные нам методы установления последствий волны прорыва являются решением инженерных задач и предназначены для оперативного прогнозирования.
При проектировании ряда крупных гидроузлов на территории бывшего СССР Институтом Гидропроект в свое время были рассчитаны площади возможных затоплений от прорывной волны при гипотетическом разрушении плотин. Расчеты исходили в основном из решения уравнений гидравлики и в конечном итоге, имели целью установление на крупномасштабных картах границ возможных затоплений. Оценивался и вероятный ущерб. Однако напомним, что экологические и экономические последствия оценивались проектирующими организациями с позиций того времени, когда создавались гидросооружения. В то же время, если подобные расчеты проводились 10 и более лет тому назад, они должны быть повторены в связи с изменением условий освоения территорий и форм собственности различных объектов и земель в нижних бьефах гидроузлов. Возможны и изменения природной обстановки, гидрологических условий, сейсмических воздействий и т. д.
Установленные проектирующей организацией на крупномасштабных картах границы затоплений дают общее представление о возможных затопляемых территориях (что, без сомнения, представляет большую ценность), но не отражают различную степень опасности при прохождении волны прорыва. Кроме того, параметры волн прорыва рассчитывались в основном для условий межени (Строительные нормы, СНиП, 1975). Известно также, что используемые в гидравлике методы расчета волны прорыва бывают нередко затруднены отсутствием ряда необходимых характеристик и не учитывают природных особенностей водосборов.
Немаловажен и тот факт, что карты с площадями затоплений носят закрытый характер и их использование для прогноза и характеристики потерь чрезвычайно затруднено.
В лаборатории гидрологии Института географии РАН автором с коллегами была предпринята попытка разработать основные методические подходы к расчету параметров волны прорыва, ее картографированию и оценке последствий прохождения на основе применения охарактеризованного в главе 4 метода географических аналогий. В данном случае в качестве аналога прорывной волны используются фактические половодья и паводки при различных условиях, в первую очередь при наиболее неблагоприятных – в период прохождения экстремальных расходов и уровней и образования прорана по всему периметру плотины (Малик, Барабанова, 1998, 2003; Malik, Barabanova, 1995).
В связи с этим необходимо отметить, что в используемых в большинстве случаев методах оценки параметров волны прорыва принимается положение о мгновенном образовании на плотине прорана заданных размеров (Прудовский, 1998). Автор при анализе гипотетического повреждения плотин принимал именно этот постулат плюс образование прорыва по всему периметру плотины. Однако, как показывает изучение аварий на плотинах во многих странах, такая модель катастрофы не всегда реальна, особенно для земляных плотин. Мгновенное образование прорана характерно только для бетонных плотин. При рассмотрении прорыва смешанных или чисто земляных плотин следует учитывать характер и продолжительность процесса формирования прорана. Как показал анализ повреждений даже небольших земляных плотин — Тирлянской на р. Белой и Кисилевской на р. Какве, выполненный в Гидропроекте, Всегингео, АО «НИИЭС» и др., время развития прорана не мгновенно, а измеряется часами, что отражается на параметрах волны прорыва. В таких случаях важно иметь гидрограф излива воды через проран, которым мы, к сожалению, не располагали. Поэтому результаты наших расчетов дают представление скорей о масштабах катастроф, связанных с разрушением гидроузлов и о возможных в связи с этими ЧС последствиями.
Метод географических аналогий был использован при изучении последствий гипотетических аварий на двух нижних ступенях Волжского каскада – плотинах Саратовского и Волгоградского гидроузлов, при их разрушениях по всему напорному фронту и различных сценариях развития событий и их последовательности, перечисленных ниже.
I. Разрушение плотины Волгоградской ГЭС и формирование волны прорыва в период прохождения максимальных уровней весеннего половодья на Волге в годы различной водности (этот вариант рассматривался наиболее подробно, Коронкевич и др., 1995; Малик и др., 1996).
II. Разрушение плотины Саратовской ГЭС в межень.
III. Саратовский гидроузел разрушен в половодье. При этом целесообразно рассмотреть два сценария:
— повреждена только плотина Саратовской ГЭС;
— повреждены плотины Саратовской и Волгоградской ГЭС, волна прорыва от разрушенного Саратовского гидроузла подходит к плотине Волгоградской ГЭС к моменту разрушения последней.
Во всех случаях устанавливались характеристики волн прорыва, возможные площади затопления и зоны различной степени опасности последствий разрушительного воздействия прорывной волны.
При этом были приняты следующие основные отправные положения.
1) Размеры ущерба и потери в случае разрушения плотин гидроузлов зависят не только от их параметров, скорости продвижения волны и размеров затопления долин рек, связанных в значительной степени с их геоморфологическим строением и ландшафтными особенностями территории, но и от времени прорыва, освоенности долин, плотности их заселения, а также от заблаговременности оповещения населения. Если волна прорыва сформируется в период прохождения весенне-летнего половодья, особенно его максимума, спуск воды из водохранилищ суммируется с паводочной волной и может вызвать наиболее неблагоприятные последствия. Прохождение волны прорыва в летнюю межень принесет относительно меньший ущерб, чем в половодье. Очень опасны зимние затопления, нарушающие условия зимовки рыбы на Нижней Волге.
2) Наиболее неблагоприятные условия будут, вероятно, создаваться в том случае, когда проран в теле плотины образуется по всему ее периметру во время прохождения экстремальных расходов.
3) Для расчетов продвижения волны прорыва целесообразно использовать коэффициенты распластывания экстремальных весенне-летних половодий и паводков, принимаемых в качестве аналога продвижения волны прорыва.
4) Первоначальная высота волны прорыва отражает перепад уровней от верхнего к нижнему бьефу гидроузла; далее вниз по течению она будет накладываться на естественные сезонные уровни. То есть высота волны прорыва в нижнем бьефе складывается из перепада высот уровней верхнего и нижнего бьефов и высоты сезонного уровня (половодья, паводков или межени), с учетом коэффициентов распластывания волн половодья на конкретных участках долины реки.
5) Время добегания волны прорыва устанавливается по аналогии со временем прохождения максимума экстремального фактического половодья или паводка (по данным наблюдений гидрологических станций и водомерных постов) на участке реки ниже гидроузла и его градация начинается со значений до 1 часа, затем с 1 часа до 4 часов, в соответствии с существующими нормами и правилами эвакуации населения (при времени добегания волны после разрушения напорного фронта до 4 часов эвакуация населения проводится немедленно). Затем в качестве граничных условий приняты пределы прихода фронта волны с 4 до 24 часов и более 24 часов, когда последствия могут быть соответственно ощутимыми и незначительными за счет распластывания волны прорыва и осуществления предупредительных мер.
В зависимости от выполненной ранее дифференциации наводнений природного и антропогенного происхождения с учетом социального фактора и материального ущерба (гл. 3, табл. 4) последствия разрушения гидроузлов ранжируются следующим образом: катастрофические, значительные, ощутимые и незначительные.
Конечной целью является составление прогнозных карт, отражающих не только внешние границы и общие площади затоплений от прорывной волны в нижнем бьефе и выявление попадающих в зону затоплений населенных пунктов, промышленных объектов и коммуникаций, но главное – благодаря разработанным автором критериям остроты ситуации, установление зон различной степени опасности и последствий разрушительного воздействия волны прорыва (табл. 7).
Таблица 7. Оценка последствий разрушения гидроузлов.
Критерии остроты ситуации
Время добегания волны прорыва,
Затопления больших территорий (в том числе вне границ долин), паралич хозяйственной деятельности, полное изменение уклада жизни, огромный материальный ущерб, гибель людей
Частичное или полное затопление долины реки, существенные нарушения производственной деятельности и резкие изменения уклада жизни, массовая эвакуация населения и материальных ценностей, значительный материальный ущерб
Затопления сравнительно больших участков речных долин, отдельные нарушения уклада жизни и производственной деятельности людей, частичная эвакуация населения, ощутимый материальный ущерб.
Небольшие подъемы уровней воды и площади затоплений, сохранение режима жизни и производственной деятельности, незначительный материальный ущерб
Напомним еще раз, что сочетание значений критериев остроты, определяющих ситуации в нижних бьефах поврежденных гидроузлов, может быть разнообразным, в зависимости от уклонов, геоморфологических особенностей долины, величины прорана, времени года (половодье на реке или межень) и т. д.
Использование метода географических аналогий дало возможность установить количественные характеристики волны прорыва и последствия аварий для различных сценариев повреждения двух плотин на Нижней Волге и дать качественное толкование событий.
При разрушении плотины Саратовской ГЭС в межень волна прорыва постепенно и полностью распластывается в пределах Волгоградского водохранилища, являющегося нижним бьефом Саратовского гидроузла, и отметки уровней на подходе волны к плотине Волгоградской ГЭС будут по нашим расчетам ниже уровней при пропуске половодья с обеспеченностью 0,01% и форсированных уровней Волгоградского гидроузла. То есть формирование волны прорыва от разрушения Саратовского гидроузла в межень не создаст чрезвычайной ситуации на Волгоградском гидроузле. Волна прорыва будет гаситься, не доходя до плотины Волгоградской ГЭС. Однако в верхней части Волгоградского водохранилища уровни могут повыситься и представлять определенную опасность для прибрежных районов.
При разрушении Саратовского гидроузла в половодье уровни воды в Волгоградском водохранилище будут, как показали результаты расчетов, существенно выше форсированных уровней и могут вызвать повреждение некоторых гидротехнических сооружений Волгоградской ГЭС. Это превышение при подходе волны прорыва к Волгоградскому гидроузлу будет иметь наименьшее значение в многоводные годы, что объясняется повышенной сработкой уровней Волгоградского водохранилища в период прохождения высоких половодий.
В случае последовательного повреждения обоих гидроузлов — разрушении Саратовского гидроузла и подхода волны прорыва к плотине Волгоградской ГЭС в момент разрушения последней, на фоне естественного половодья на Нижней Волге формируется более мощная сдвоенная волна прорыва, характеризующаяся соответствующими параметрами, превышающими параметры волны прорыва от повреждения только плотины Волгоградской ГЭС.
Результаты проведенных расчетов прохождения волны прорыва с использованием характеристик экстремальных половодий отображены на иллюстративной карте (рабочий масштаб использованных карт 1: рис. 31). Карта отражает продвижение волны прорыва при экстремальных условиях — в период прохождения наивысших расходов воды половодья на Волге. Как видно, при гипотетической аварии на Волгоградской ГЭС, как и при повреждении плотин Волгоградской и Саратовской ГЭС на Нижней Волге, можно выделить 7 зон с различным сочетанием параметров прорывной волны (высоты волны прорыва и времени добегания — критериев остроты ситуации, табл. 7) и, соответственно, с различными последствиями. Однако границы зон в последнем случае существенно сдвинуты вниз по течению.
Представленная на рис. 31 карта дает основание для установления размеров ущерба и разработки соответствующих мер по предупреждению неблагоприятных последствий, дифференцированных в соответствии с выделяемыми зонами опасности.
Рассматриваемые гидроузлы расположены в пределах Волгоградской и Саратовской областях, где основные потребители водных ресурсов — энергетика, водный транспорт, водоснабжение, рыбное и сельское хозяйство. Весенние попуски из Волгоградского водохранилища производятся для рыбного и сельского хозяйства, зимняя сработка уровней воды допускается лишь при авариях в энергосистеме, а в конце зимы — при прогнозе больших половодий, а также в крайне маловодные годы.
Из назначения гидроузлов, имея также в виду высокую экономическую освоенность территории Нижнего Поволжья и большую плотность населения, сосредоточенного в долине реки, можно сделать вывод о большом ущербе, который понесет население и различные отрасли хозяйства региона.
Наиболее опасная ситуация может сложиться в зоне катастрофических или близких к ним последствий. Особого внимания заслуживают зоны, непосредственно примыкающие к плотинам гидроузлов. По существу, это зоны мгновенных воздействий волны, возможных катастрофических разрушений и максимального ущерба.
В целом наиболее неблагоприятные последствия будут наблюдаться на первой трети течения Нижней Волги и Ахтубы. Причем большая часть г. Волгограда в силу своего высотного положения останется вне зоны основных разрушений. Ниже по течению разрушительное воздействие волны прорыва будет снижаться в связи с ее распластыванием и принятием необходимых защитных мер.
Очевидно, наблюдающаяся на Нижней Волге зона незначительных изменений (самая большая по протяженности – до моря) характерна для равнинных рек. На реках горных и предгорных районов, где сооружены гидроузлы с большими напорами и объемами водохранилищ, где высота и скорость пробега волны прорыва в десятки раз больше, расстояния, на которых будет ощущаться разрушительное действие волны прорыва, становятся соответственно более значительными, как и в целом масштабы возможных неблагоприятных последствий.
Существенно отметить, что полученные нами данные о прохождении волны прорыва ниже Волгоградской ГЭС и ожидаемых площадей затопления оказались довольно близки к тем, которые были установлены в Гидропроекте.
Нижнее Поволжье — важнейший в рыбохозяйственном отношении, крупнейший сельскохозяйственный район Российской Федерации — 2-й по объему производства продукции сельского хозяйства после Северо-Кавказского региона. Значительную его часть занимает Волго-Ахтубинская пойма, которая также пострадает от затоплений волной прорыва.
Волго-Ахтубинская пойма – уникальное природное образование, сформировавшееся в результате расхождения р. Волги вправо, а ее рукава – Ахтубы – влево после Хвалынских регрессий по поверхности Палео-Прикаспийской низменности в голоцене (Брылев и др., 2001).
Поверхность поймы покрыта многочисленными излучинами рек, серповидными озерами-старицами, гривами (результат многочисленных вееров блуждания рек). После зарегулирования стока Волги водохранилищами и понижения на 50-60 см уровней воды ниже плотины Волгоградской ГЭС эрозионные переформирующие процессы усилились, особенно в пределах г. Волгограда (правый берег Волги, где годовые скорости размыва достигают 10 м/год) и левого – в районе пос. Горная Поляна (годовые скорости размыва составляют 1-5 м/год).
Снижение уровней вследствие регулирования стока вызвало также прекращение паводочных затоплений значительной части Волго-Ахтубинской поймы, перестали функционировать многие протоки, прекратилось отложение наилка, протока Ахтуба в истоке при меженних уровнях приобретает в настоящее время нередко обратное, в сторону Волги, течение, с которой она соединяется каналом.
Различные хозяйства, базирующиеся в пойме, в том числе многочисленные садоводческие и дачные участки, приспособились к зарегулированному режиму и в настоящее время промышленные, рыбохозяйственные, сельскохозяйственные, рекреационные и другие социально-бытовые объекты в прибрежных зонах рассчитаны на определенное положение нормального подпорного уровня водохранилища и при спуске водохранилищ потребуется их полное переустройство с переделкой на новые условия водоснабжения, энергетического и транспортного обеспечения. Пострадают в первую очередь, те отрасли хозяйства, которые базируются на воде и энергетике. Так, при авариях на гидроузлах будут трансформированы рыбные нерестилища, затоплены рыборазводные комбинаты, нарушены судоходные пути, работа водозаборов и т. д.
Особенно неблагоприятная обстановка в дельте и на взморье может сложиться при совпадении во времени прихода волны прорыва и нагонов со стороны Каспия. Наибольшая дальность проникновения нагонов в настоящее время составляет 100 км на пике половодья и 200 км в межень при высоте 0,3-1,5 м на устьевом взморье и в вершине устьевой области Волги. Время добегания нагона до Астрахани – 36 часов, до Верхнего Лебяжьего – 54 часа (Полонский, 2003). Отмелая зона взморья оказывает главное влияние на затухание нагонов, проникающих через нее в дельту. Нарушение стабилизирующей роли отмелой зоны может способствовать более дальнему проникновению нагонов, а при их совпадении с волной прорыва усилить разрушающее влияние последней.
Особого внимания требует изучение возможного влияния волны прорыва на Нижней Волге на функционирование Волго-Донского соединения.
Известно, что Волго-Донской канал питается водой из Дона, бытовые уровни в котором на 40 м выше естественных уровней Волги в районе г. Красноармейска (Сарептский затон), где расположен выход канала в Волгу. Три водохранилища на донском склоне Волго-Донского соединения (Карповское, Береславское и Варваровское) и три насосные станции обеспечивают подъем донской воды из Цимлянского водохранилища в водораздельный бьеф канала, а система шлюзов на волжском склоне – функционирование судоходного канала до Волги. Пропускная способность канала – 100 м3/с.
Предварительные расчеты показали, что при разрушении плотины Волгоградской ГЭС и достижения волной прорыва за 1-4 часа района г. Красноармейска абсолютная высота волны прорыва в многоводные и средние по водности годы намного ниже уровня в приволжской части канала. Следовательно, подпор воды в канале наблюдаться не будет.
При разрушении плотин двух ГЭС на Волге – Саратовской и Волгоградской, волна прорыва превысит уровни воды в канале в многоводные и средние по водности годы, что повлечет за собой подпор воды в канале и нарушение работы насосных станций. В маловодные годы разница уровней воды в канале и в Волге намного меньше, что вызовет сравнительно небольшой подпор донской воды и соответственно меньшие последствия. Так, если в многоводные годы возможно повреждение части гидротехнических сооружений на канале из-за резкого и высокого подпора, то в годы пониженной водности это мало вероятно.
В отношении верхних бьефов гидроузлов при опорожнении водохранилищ в результате повреждения плотин можно с уверенностью полагать, что последствия в этих случаях с точки зрения человеческих жертв и разрушений будут менее существенны, чем в нижних бьефах, хотя общий значительный негативный эффект очевиден. Общие черты его те же, что при искусственном спуске водохранилища, но, конечно, гораздо менее контролируемые. Быстрое опорожнение водохранилища может вызвать обвалы берегов, оползни и т. д. Обнажатся отложения на дне водоемов, содержащие тяжелые металлы, пестициды, нефть, органические соединения. Все это речным стоком будет смываться в другие водоемы, моря, реки превратятся в сточные канавы, как это наблюдается в ряде районов. В случае, если плотины не будут восстанавливаться, дно многих водохранилищ перед использованием потребует грандиозной очистки. Существенно, что все промышленные, сельскохозяйственные, рекреационные и другие социально-бытовые объекты в прибрежных зонах рассчитаны на определенное положение нормального подпорного уровня водохранилищ и потребуется их полное переустройство на новые условия водоснабжения, энергетического и транспортного обеспечения. Пострадают в первую очередь те отрасли хозяйства, которые базируются на воде и энергетике, исчезнут непрерывные водные пути, которые созданы на ряде рек благодаря каскаду плотин ГЭС, вновь угрожающими станут весенне-летние половодья.
В настоящей главе рассмотрены лишь некоторые аспекты проблемы аварий на гидроузлах, причем в весьма упрощенном и гипотетическом виде. Необходима дальнейшая более тщательная проработка многих положений, приемов расчетов, изучения возможных последствий. Однако уже выявленные чрезвычайно серьезные последствия разрушения гидроузлов требуют адекватного отношения к данной проблеме различных организаций и ведомств и принятия не только строжайших мер по охране гидроузлов, но и по разработке и обновлению применительно к современным условиям мер по максимальному ослаблению последствий неблагоприятного развития событий. Особого внимания при этом заслуживает целенаправленная разъяснительная работа с населением, проживающим в потенциально наиболее опасных зонах.