Методика оценки риска последствий аварий на гидротехнических сооружениях напорного типа с применением аэрогеодезических технологий идентификации их устойчивости в экстремальных ситуациях


Скачать 334,4 Kb.
НазваниеМетодика оценки риска последствий аварий на гидротехнических сооружениях напорного типа с применением аэрогеодезических технологий идентификации их устойчивости в экстремальных ситуациях
страница1/2
Кроличенко Витольд Владимирович
Дата конвертации12.08.2012
Размер334,4 Kb.
ТипАвтореферат
СпециальностьГеоэкология»
Год2010
На соискание ученой степениКандидат технических наук
  1   2


На правах рукописи


Кроличенко Витольд Владимирович


Методика оценки риска последствий аварий на гидротехнических сооружениях напорного типа с применением аэрогеодезических технологий идентификации их устойчивости в экстремальных ситуациях.


Специальность 25.00.36 – «Геоэкология»


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Москва

2010


Работа выполнена в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) на кафедре прикладной экологии


Научный руководитель: кандидат военных наук, профессор,

член-корр. РАЕН

Буров Владимир Николаевич


Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Зверев А.Т. (МИИГАиК)


кандидат технических наук

Кисуркин А.Ф. НИЦ «Геодинамика-М»


Ведущая организация: Академия гражданской защиты

МЧС России


Защита состоится 2010 г. в ч. мин. на заседании диссертационного совета Д 212.143.02 в Московском государственном университете геодезии и картографии по адресу: 105064, Москва, Гороховский пер., дом 4, зал заседания Ученого Совета.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии.


Автореферат разослан « » 2010 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета С.А.Сладкопевцев


Общая характеристика работы


Актуальность темы. Гидротехнические сооружения (ГТС) различного класса и назначения остаются важными объектами народно-хозяйственного комплекса в атомной, в энергетической и в металлургической промышленностях, в сельском хозяйстве, в системе водного транспорта, рыбного хозяйства, водоснабжения и канализации, гидромелиорации и других отраслях экономики. Все гидросооружения, в той или иной степени, удерживают в своей системе огромные объемы кинетической энергии водных масс. Так, например, Братское водохранилище на р. Ангаре удерживает 169,3 км3 воды, Красноярское на р. Енисей – 73,3 км3, а подмосковное Истринское водохранилище – 0,3 км3. Эти водные массы способны в экстремальных ситуациях (авариях) обрушивать их разрушительное действие на огромные территории. Такие ситуации усугубляются и теми обстоятельствами, что большинство гидротехнических сооружений возводилось и возводится в густонаселенных районах, промышленных зонах и в районах с развитой системой инфраструктуры. Да и весь гидротехнический комплекс есть составная часть инфраструктуры территории, от состояния которой зависят многие элементы жизнедеятельности населения, состояния и режим функционирования объектов экономики.

Всегда аварии на ГТС сопровождались масштабными последствиями: гибелью людей, разрушением жилищ, разрушением объектов экономики, ухудшением и деградацией окружающей среды и пр. С учетом данных мировой статистики, в среднем за последние 100 лет, начиная с 1900 года, ежегодный риск разрушений и повреждений бетонных плотин, составляет соответственно 0,34·10­4 и 0,45·10­3 , при этом ежегодный глобальный риск человеческих жертв аварий всех типов плотин составляет 5,1·10­8. Человеческие жертвы и материальные убытки при авариях современных плотин сопоставимы с последствиями природных катастроф.

Примером тому является положение дел с аварийностью в системе ГТС усугубляется и тем обстоятельством, что возрастающие изменения климата в результате повышения глобальной средней годовой температуры увеличивают частоту и масштабы аномальных природных явлений. Так последствия аварии на Саяно-Шушенской ГЭС в 2009 году ,унесли жизни 75 человек и нанесли ущерб государству в 21мдрд рублей. Существующая тенденция роста аварий на ГТС может быть объяснена и тем обстоятельством, что устойчивость возводимых сооружений проектировалась на возможные экстремальные ситуации природного и техногенного происхождения тех лет (30-тые и 50-тые годы прошлого столетия). Кроме того, в силу ряда обстоятельств экономического положения страны в последние 10 - 20 лет, сократились профилактические работы по сохранению устойчивости ГТС. Все это превращает сложившуюся ситуацию устойчивости ГТС в новых условиях состояния окружающей среды и «техногенного климата» в проблему рисковых оценок аварий на ГТС. Для решения этой задачи необходимо применение аэрогеодезических технологий идентификации их устойчивости в экстремальных ситуациях, позволяющих на стадии раннего развития опасных ситуаций принимать управленческие решения по сохранению устойчивости сооружений и минимизации возможных последствий аварий.

Поэтому тема диссертационной работы, рассматривающей оценку риска последствий аварий на ГТС напорного типа с применением аэрогеодезических технологий идентификации их устойчивости в экстремальных ситуациях состояния геоэкологии территории, представляется актуальной и своевременной, позволяющей решать современные задачи безопасности населения и окружающей среды в условиях изменяющейся геоэкологии территории.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка технологий раннего обнаружения рисковых ситуаций возможных аварий ГТС в зоне проявления аномальных явлений в геоэкологии природного и техногенного происхождения и оценка риска их возможных последствий.

Реализация поставленной цели достигается выполнением следующего комплекса задач:

1. Исследование особенностей назначения и конструкции гидросооружений различного типа и класса, их применимость и распространение;

2. Статистический анализ аварийности на гидросооружениях напорного типа;

3. Установление причин чрезмерной проницаемости грунтов в основании плотины;

4. Определение влияния деформационной неоднородности грунтов в основании плотины на ее устойчивость;

5. Исследование возможного сценария аварий на ГТС напорного типа, его развития и последствия.

6. Обобщение современных методов оценок риска аварий на различных объектах технических систем на основе применения теории вероятности и статистики, а также теории устойчивости и надежности применительно к объектам ГТС;

7. Рассмотрение модельных технологий оценки технического состояния ГТС и их применимость для оценки устойчивости этих сооружений;

8. Разработка методики оценки риска последствий аварий на ГТС напорного типа;

9. Анализ дистанционных методов идентификации рисковых ситуаций в зоне функционирования ГТС;

10. Установление наиболее эффективных методов дистанционного зондирования рисковых ситуаций в зоне функционирования ГТС и их применимость для решения задач идентификации в различных условиях окружающей среды;

11. Анализ современных методов геодезического контроля и наблюдений за деформациями на ГТС;

12. Проведение апробации методики оценки риска последствий возможной аварии на ГТС Истринского водохранилища по материалам расчетно-аналитического эксперимента с использованием результатов дешифрирования космических снимков.

Таким образом, в диссертации рассматривается решение важной научно – прикладной проблемы геоэкологии-безопасности населения и защиты окружающей среды в условиях нарастания рисковых ситуаций в зоне функционирования ГТС.

Методы исследования. В целях достижения высокого уровня научности и достоверности полученных результатов в работе применялись такие методы исследований, как: обобщение и анализ материалов литературных источников, статистических данных и результатов опытных испытаний по широкому кругу вопросов тематики диссертации; графоаналитическое моделирование процессов возникновения аварийных ситуаций и их развития в различных условиях изменяющейся среды; опытные испытания применимости предлагаемых методик и проверка их корректности по полученным результатам; аналитическое обоснование выбора путей рационального решения исследуемых задач.

Базовые материалы исследования. В основу базовых материалов исследований по теме диссертации положены результаты научных работ по основным и прикладным аспектам рассматриваемой проблемы, нашедших отражение в научных трудах экологов С.Л.Авалиани, В.И.Вернадский, В.Н.Крутько, Н.Н.Моисеев, Н.Ф.Реймерс, А.В.Садов и др., гидрогеологов А.З.Зайцев, П.П.Клименко, В.А.Мироненко, [Н.И.Плотников] и др., геодезистов Б.Н.Жуков, А.П.Карпик, Е.И.Паншин, А.Г.Малков, специалистов дистанционного зондирования У.Рис, С.В.Гарбук, В.Е.Горшензон. В работе также использовались материалы научных конференций по проблемам охраны окружающей среды, защиты населения и сохранения устойчивости объектов экономики в условиях развивающихся аномальных явлений погоды и климата. Научная новизна. Научная новизна, проведенных исследований, заключается в комплексном решении проблемы оценки риска аварий на ГТС напорного типа с применением современных методов дистанционного зондирования и геодезического контроля для идентификации рисковых ситуаций под воздействием аномальных природных явлений в геоэкологии территории. Впервые решена задача установления устойчивости ГТС и его контроля в экстремальных ситуациях путем комплексирования технологий дистанционного зондирования и геодезического контроля, что позволяет на ранней стадии развития рисковых ситуаций принимать своевременные управленческие решения по предотвращению аварий, защиты населения и окружающей среды.

Практическое значение. Выдвигаемые автором технологии могут быть использованы для совершенствования системы мониторинга за состоянием ГТС в условиях развития природных аномалий и определения комплекса управленческих решений по повышению устойчивости гидротехнических объектов, зашиты населения и окружающей среды. Кроме того, предлагаемые в работе методы и методики, могут быть использованы в исследовательских и практических работах по оценке риска аварий на ГТС, а также в учебном процессе при подготовке специалистов по геодезии, дистанционному зондированию и безопасности жизнедеятельности.

Личный вклад автора. За период работы по теме диссертации (с 2002 по 2008 г.) автор принял непосредственное участие:

- в обсуждениях инновационных направлений в области геодезического контроля и идентификации показателей состояния инженерных сооружений и окружающей среды на научных конференциях [6,7];

- в разработке методики оценки риска последствий аварии на ГТС и внедрении ее технологий в методические материалы при обучении студентов по БЖД[8];

- в практическом использовании методов геодезического контроля для оценки устойчивости инженерных сооружений и конструкций при возведении объектов Метростроя.

Апробация работы. Основные результаты работы по теме диссертации опубликованы в 8 научных и методических изданиях, 4 из которых в соавторстве, а также ряд научных инновационных направлений апробированы на научных конференциях. Результаты диссертационной работы обсуждены на расширенном заседании кафедры Прикладной экологии МГУГиК и рекомендованы к защите на Ученом совет МГУГиК по специальности «Геоэкология».

Структура и объем работы. Диссертация, объемом 150 страниц, состоит из введения, четырех глав и заключения, с иллюстрациями в виде рисунков - 16 ед., графиков - 4 ед., таблиц - 14 ед., снимков - 13 ед.

Основные положения, выносимые на защиту: 1. Результаты комплексного анализа причин и следствий аварий на ГТС напорного типа; 2. Методика оценки риска последствий аварий на ГТС; 3. Результаты эксперимента по оценке последствий возможной аварии на ГТС Истринского водохранилища.

Содержание работы

1. Аварии на гидросооружениях напорного типа


Гидродинамический объект - искусственное гидротехническое сооружение или естественное природное образование, способное при разрушении напорных преград создавать волну прорыва в направлении нижнего бьефа. Волна прорыва и разливающиеся массы воды способны на своем пути движения вызывать человеческие жертвы, разрушать строения и объекты народного хозяйства, наносить материальный ущерб населению и государству и потому является основным фактором в оценке риска аварий на ГТС. Гидродинамические объекты включают: ГТС напорного типа и естественные гидродинамические объекты (рис 1.1).



Рис. 1.1. Схема плотины гидротехнического сооружения в системе гидроузла, разрез (а), план (б)

где: НПУ - нормальный подпорный уровень; hвб- глубина водоема перед плотиной в верхнем бьефе; hпл- высота плотины; hнб- глубина водоема (реки) за плотиной в нижнем бьефе; Н - напор гидроузла (H=hвб-hнб); 1 -ширина водохранилища в створе гидроузла; А -водохранилище; В - река; ОНХ -объект народного хозяйства; ЗТ - возможная зона затопления; L - расстояние от плотины до створа; ВП - волна прорыва.

Все ГТС являются потенциально опасными источниками поражения (воздействия) на население, объекты экономики и окружающую среду в результате аварийного сброса огромных водных масс.

ГТС в зависимости от степени опасности разрушений и масштабов их последствий подразделяются на 4 класса.

Класс ГТС может определяться: по показателю технического назначения сооружения, по показателю динамических возможностей сооружения и по показателю масштабов народно-хозяйственного назначения (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Класс основных гидродинамических сооружений напорного типа в зависимости от технического назначения сооружения (по данным справочника ЧСТПЭП, 1990)

Объект защиты

Высота сооружения, (м) при их классе




1

2

3

4

Подпорные стены

А

Более 40

от 25 до 40

от 15 до25

менее 15

Б

Более 30

от 20 до 30

от 12 до 20

менее 12

В

Более 25

от 18 до 25

от 10 до 18

менее 10

Оградительные сооружения (молы, волноломы и дамбы)

А, Б, В

Более 25

от 25

менее 5

-

Плотины на грунтовых основаниях

А

Более 100

от 75 до 100

от 25 до 75

менее 25

Б

Более 75

от 35 до 100

от 15 до 35

менее 15

В

Более 50

от 25 до 50

от 15 до 35

менее 15

Плотины бетонные и железобетонные, подводные конструкции здании гидроэлектростанций. Шлюзы

А

Более 100

от 60 до 100

от 25 до 65

менее 25

Б

Более 50

от 25 до 50

от 10до25

менее 10

В

Более 25

от 20 до 25

от 10до20

менее 10


В экстремальных условиях гидрологического режима (скоротечный паводок, аварийный сброс вод свыше расположенного по течению реки ГТС и др.) возможны ситуации, когда гидродинамическое воздействие вод превысит расчетные показатели устойчивости и прочности ГТС. Такие отклонения от проектных величин должны быть не более: для сооружений 1 класса - 1% (1 раз в 100 лет), 2 и 3 классов - 5% (1 раз в 20 лет), 4 класса - 10% (1 раз в 10 лет). Превышение ветровых волн и ветрового нагона над расчетными для сооружений 1 и 2 классов - 2% и 3,4 класса - 4%.

Установлено, что основными причинами разрушения ГТС являются: горизонтальные подвижки и вертикальные смещения под основанием ГТС. Вовремя не замеченные, они начинают проявляться в снижении устойчивости конструкции, что может привести к аварии или полному разрушению. Из статистического анализа отказов ГТС, произошедших в двадцатом веке на примере 240 аварий, приведенных в таблице 1.2, видно, что большинство отказов плотин произошло в результате паводковых воздействий и чрезмерной проницаемости грунтовых оснований, а также недостаточной прочности сооружения.

Таблица 1.2

Таблица статистического анализа отказов на гидротехнических сооружениях напорного типа на территории бывшего СССР за период 1990 - 2000 гг.

Причинные свойства грунтовых оснований

Причины аварий

Штатные условия эксплуатации

Паводки

Сейсм

Другие

Всего

Чрезмерная проницаемость

110

6

2

2

120

Деформационная неоднородность

42

2

3

2

49

Недостаточная прочность на сдвиг

24

3

4

5

36

Размываемость

7

23

-

1

31

Другие

3

-

1

-

4

Всего

186

34

10

10

240


По данным статистического учёта установлено, что чрезмерные фильтрационные расходы, связанные с трещинами плотин в зоне основания, являются причинами 50% всех отказов, в том числе 28% из них сопровождались разрушением плотин

По статистике отказов влияние сейсмических явлений на ГТС занимает 17-е место в зависимости от устройства плотины. Наиболее надёжными являются контрфорсные плотины. В таблице 1.3 показаны весовые критерии отказов ГТС от факторов влияния.

Таблица 1.3

Факторы влияния на отказы работы ГТС

Факторы влияния

Вес ф-ра

Время и количество отказов

0

4

10

Неустойчивость основания

20

30

30

----

Температура и усадки

12

30

----

----

Фильтрация в теле плотины

15

30

----

----

Фильтрация в основании

14

30

----

----

Агрессивность воды

12

----

----

6

Повременное замораживание

15

----

----

----

Неправильная эксплуатация

1

4

----

----

Землетрясения

3

9

----

----

Разные не выявленные факторы

8

4

----

----
  1   2

Разместите кнопку на своём сайте:
поделись


База данных защищена авторским правом ©dis.podelise.ru 2012
обратиться к администрации
АвтоРефераты
Главная страница