Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Выполнен анализ степени сейсмообеспеченности грунтовых плотин Республики. Приведены данные повреждений и разрушений плотин после некоторых произошедших землетрясений, сделаны выводы и даны рекомендации, повышающие устойчивость и безопасное их функционирование.

Ключевые слова:
землетрясения, плотины, разрушения, повреждения, устойчивость
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

 

Введение. В странах, которые большей частью является сельскохозяйственными, ирригационные сооружения, многие системы энергетики и коммунальной инфраструктуры связаны со строительством различных плотин, дамб и заграждений. Они являются важнейшими объектами экономики этих стран, и в особенности стран, где водные ресурсы ограничены и реки имеют переменные течения, временами с весьма низким уровнем воды. Поэтому для удовлетворения нужд отраслей экономики этих стран необходимо соответственное накопление воды. И в этом плане водохранилища играют важную роль для производства электроэнергии, для равномерного удовлетворения водой нужды сельского хозяйства (в настоящее время водохранилища Республики Узбекистан обеспечивают водой около 90 % сельскохозяйственного производства, ГЭС дают 40 % электроэнергии), снабжения питьевой водой населения и в целом для устойчивого функционирования других отраслей экономики, главное – безопасность порядка 50 % населения проживающего в регионе.. С другой стороны они могут быть разрушены (например, при землетрясениях). Даже их частичное разрушение или повреждение может привести к прорыву водохранилища и почти мгновенному затоплению населенных пунктов, промышленных объектов и сельскохозяйственных угодий. Тем самым наносится огромнейший экономический ущерб с многочисленными человеческими жертвами, происходит нарушение экологии окружающей среды.

Методология. На основе опыта изучения последствий ряда землетрясений для г. Ташкента разработана методология и концепция оценки сейсмического риска с целью составления планов мероприятий по его снижению, которые вполне приемлемы для плотин и других гидротехнических сооружений с учетом корректировки отдельных положений, учитывающих их специфику.

Основная часть. Вся территория Республики Узбекистан в большей или меньшей степени подвержена землетрясениям, но не строить плотины с их гидроэнергетическими узлами означало бы ограничить развитие многих естественных ресурсов, необходимых для развития экономики  и жизнедеятельности населения.

В связи с этим  в Республике  плотины начали строить еще сначала прошлого века, они создавались даже на территориях, где раньше отмечались землетрясения. Например, в районе Чарвакского водохранилища в недалеком прошлом отмечались ряд землетрясений: Пскемское 1973 г., с интенсивностью 8 баллов, магнитудой М=6 и глубиной гипоцентра h=20 км; Бричмуллинское с интенсивностью в 7 баллов, магнитудой М=6 и глубиной очага h=15 км; Таваксайское 1977 г., с интенсивностью 7 баллов, магнитудой М=5 и др. [1].

По технико-экономическим показателям, технологии строительства, здесь наибольшее распространение получили грунтовые плотины и из эксплуатируемых в настоящее время 55 плотин: 29 – земляные однородные; 17 – земляные (каменно-земляные) с ядром; 6 – земляные с экраном.

Наибольшее число подобных плотин эксплуатируются в Нидерландах (100 %), в Англии (67 %), наименьшее – в Норвегии (1 %) и в Австрии (12 %).

Но больше всех грунтовые плотины строятся в высоко сейсмических районах Японии, Китая и США. Они возводятся из доступных и дешевых местных материалов и практически на любых основаниях. Например, в Японии за последние 70 лет было построено 1852 плотины, из них 1227 – из грунтовых материалов, в том числе 43 – каменно-набросных. В США ежегодно строится 125 плотин, и почти все из грунтовых материалов.

В Центральной Азии из гравийно-галечниковых и каменно-земляных материалов построены Чарвакская, Нурекская, Ронгунская и др. плотины.

Но плотины, как и другие гидротехнические сооружения, могут разрушаться при воздействии на них землетрясений. Статистика свидетельствует, что вызванные повреждением подпорных сооружений в связи с сейсмическим факторам начитывает десятки, а с учётом земляных дамб – многие сотни случаев, включая высокие плотины различных конструкций [2]. Выход их из строя чреват серьезными экономическими потерями, связанными с частичным или полным прекращением снабжения потребителей водой, электрической энергией и теплом.

Ежегодно в мире происходят повреждения, отказы и аварии около 15 % всех построенных плотин. Порядка 70–75 % этих событий связана с грунтовыми плотинами. Широко известны крупные аварии национального масштаба таких плотин с человеческими жертвами, с большим, социальным и экологическим ущербом: Мачху- 11 (Индия); Буффало Крик, Каньон-Лейк и Титон (США); Тоус (Испания); Тоухоу (Китай); Орос (Бразилия); Хаиокори (Южная Корея) и другие.

По этому вопрос безопасности плотин приобретает особую актуальность, так как в настоящее время во многих государствах имеется значительное число плотин, повреждение или разрушение которых может повлечь за собой серьезные социальные, экономические и экологические последствия. Например, разрушение плотин Сарезского озера грозит потоплением городов Узбекистана, Таджикистана, Афганистана и в меньшей степени Туркменистана [3], от Чарвакского водохранилища исходит потенциальная опасность наводнения г. Ташкента и его пригородов [1].

В республике, где помимо водохранилищ, имеются 23 речных водозаборных гидроузла и 180 селехранилищ. Особую опасность представляют участки обвальных перекрытий, способствующих возникновений озер. Сейчас в горно-складчатых областях Узбекистана и смежных территориях Киргизии и Туркменистана наблюдаются около 43 горных завальных озер. Из них 11 – находится в Узбекистане, 119 – в Киргизии, 12 – в Туркменистане.

Многие водохозяйственные объекты были построены уже давно. Так, Асакинский гидроузел и Саларская ГЭС были построены в 1926 году. Раватходжинский гидроузел был построен в 1929 году. Большой Ферганский канал был построен в 1939 году, а последняя реконструкция канала Даргом – в 1930 году, Каттакурганское водохранилище было построено в 1941 году. К 2000 году были проведены капитальные ремонты только на 6 водохранилищах. Остальные объекты нуждаются в ремонте или замене оборудования металлоконструкции, укрепления нижних бьефов и т.п. Наблюдение за селехранилищами ведутся на недостаточном уровне, поэтому об их техническом состоянии судить трудно [4].

За последние 100 лет воздействие землетрясений различной интенсивности от 4–6 баллов и выше испытали около 400 грунтовых плотин, дамб и насыпей [5]. При этом количество повреждений и аварий этих сооружений, вызванных землетрясениями, составило в разных странах от 1 до 6 % по сравнению с числом таких случаев от воздействия других причин. По статическим данным 1966 г. например, из 1226 плотин  Японии, 90 % которых имели высоту более 15 м, получили деформации и повреждения, в 6 % случаях их причины были связаны с землетрясениями.

В табл. 1 приведены данные о поведении некоторых гидросооружений из грунтовых материалов при некоторых произошедших землетрясениях с интенсивностью свыше 6 баллов. Дамба Тарбела – это одна из крупнейших электростанций в стране (мощность – 3478 МВт), расположена в 50 км от Исламабада. Строительство ГЭС началось в 1968 г., окончание строительства произошло в 1977 году. Поскольку главным источником Инда является таяние ледниковых вод Гималаев, река несёт огромное количество седиментации. Ежегодно количество наносов составляет около 430 млн. тонн. Это означает, что с течением времени, водохранилище будет переполнено. Срок полезного использования данной плотины – около пятидесяти лет, после завершения строительства дамбы в 1977 году, резервуар был бы заполнен к
2030 году.

Однако, сейчас седиментация значительно ниже, чем прогнозировалась ранее. В настоящее время, по предварительным оценкам, срок эксплуатации плотины будет до 2060 года [10].

Выводы. Анализ последствий от воздействия землетрясений на грунтовые плотины еще раз подтверждают, что вопрос безопасности их приобретает особое значения и актуальность тем, что во многих государствах имеется значительное число плотин, повреждение или разрушение которых может повлечь за собой серьезные социальные, экономические и экологические последствия. Отсюда возникает необходимость в обеспечении безопасности каждой плотины, для этого необходимо принять все меры к тому, чтобы данное сооружение не представляло угрозы для жизни людей, их здоровья, имущества, а также для окружающей среды.

Для повышения устойчивости гидротехнических сооружений и их безопасного функционирования, необходимо, на наш взгляд, периодическое контрольное инспектирование и периодическое проведение оценки прочности, надежности ГТС с привлечением соответствующих специалистов из научных организаций, обеспечение  каждого сооружения организацией регулярных ремонтных и восстановительно – укрепительных работ, как это делается на строительных объектах жилищного и промышленного направления. Это касается всех водохозяйственных объектов Республики, многие из которых уже выработали или близки к выработке
40–50 летнего срока эксплуатации, запасы прочности их исчерпываются и нуждаются в капитальном ремонте.

 

Таблица 1

Данные о повреждениях и разрушениях некоторых грунтовых гидротехнических

сооружений от воздействия произошедших землетрясений в прошлом

 

№ п.п.

Плотина

(страна)

Год. постройки

Размеры плотины (высота : длина по гребню : ширина по гребню), м

Заложение

откосов

Противо-фильтрационное

устройство

Геологические условия

основания

Возраст плотины до землетрясения,

лет

Данные

о землетрясении

Характер

деформаций и

повреждений

 

верхового

низового

 

1

Сан-Андреас

(США)

1870

29,0 : 272 : 7,5

3,5

3,0

центральное ядро из уплотненной глины

делювий 12,2, подстилаемый скалой

5

1875г.

Разрушена

 

28

1898г.

Разрушена

 

36

18.04.1906г.Сан-Франциско,

М=8,3, ускорение-0,25g, разрыв через плотину

сдвиг гребня на 2,0 м; продольные трещины по гребню шириной 7,5 см, длиной 45 м, имели место так же поперечные трещины (рис. 1) [6]

 

2

Сан-Фернандо

нижняя

(США)

1912-1930

43,3 : - : -

-

-

однородная из несвязанных грунтов

слой аллювиальных отложений, подстилаемый скалой

58 после укрепления-47

7.11.1971г.Лос-Анже-лес (Калифорния, США);

М=6,6; баллов, R=14км, a=0,4-0,5g,

оползень берега и верховой призмы длиной 305 м из-за разжижения грунта

(рис. 2) [6]

 

3

Бхудж

(Индия)

В результате землетрясения 26.01.2001г.  М=7,9 и J=8 баллов повреждения различной тяжести получили 245 небольших земляных плотин и дамб. Погибло 80 тыс. человек (рис.6) [7].

 

4

Роджерс

(США)

В результате землетрясения 23.08.1954г.в г. Фэллон  с М=6,6;J=7 б., R=57км, a=0,07g полностью разрушена земляная плотина Роджерс Дам [9] (рис.3)

 

5

Сычуань

(Китай)

12.05.2008г. произошло землетрясение в г. Сычуань с М=7,9-8,0 и J=11 баллов. В результате подземных толчков разной степени повреждения получили 1583 плотины самых разных типов, в том числе несколько крупных. Погибли 69 тыс. человек, несколько миллионов остались без крова (рис.7) [7].

 

6

Тарбела

Пакистан

1968-1977

147,9 : 2700 : -

1:2,65

1 очередь 1:1,8

при полной высоте 1:1,7

наклонное ядро из гравелистого материала

аллювиальные отложения 60-120 м подстилаемые скалой

-

31.06.1974г.

Два сейсмических толчка с М=6,5 баллов, R=0 км

разрушение туннеля длиной 60 м, вынос материала  верховой призмы, размыв скалы в нижнем бьефе

 

7

Чирюртская

(Россия)

1964

37,5 : 540 : 9,5

2,5-3,5

2,0-2,5

центральное суглинистое ядро

переслаиваюшиеся пласты плотных глин,

песчаника и известняк

6

14.05.1970г. Кумторкалла

(Дагестан, Россия); М=6,6;

J=8 баллов,

R=30км, a>0,10g, глубина очага h=12км

продольные трещины шириной до 40 см, глубиной 1,5 м и длиной по всей плотине с вертикальными смещениями по трещинам верхового клина до

20 см. Поперечные трещины в береговом примыкании и облицовки плотины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наклон парапета в сторону верхового бьефа на 10-15 градусов (рис.5)

 

8

Озеро Яшинкуль

(Киргизия)

В результате Ташкентского землетрясения 26 апреля 1966 г. с М=5,3, J=8,2, произошло проседание гребня плотины озера Яшинкуль и в июне 1966 г. из-за продолжительных дождей озеро переполнилось и
18 июня естественную плотину прорвало. В 1,5 от плотины вследствие размыва около 3 млн. м3 грунта сформировался водо-каменный сель высотой 12 м, обрушившийся в долину реки Тегирмоч [1].

Рис. 1. Сдвиг в земляной

плотине Сан-Андреас от

воздействия землетрясения силой в 10 баллов в 1906г. [8]

 

мех гр

Рис. 2. Вид на плотину

Сан-Фернандо (нижняя) после землетрясения [6]

Рис. 3. Разрушение

земляной плотины

Роджерс Дам [9]

 

2010 год

Kz7OxIvsep6MWDtM97T13AnzIaA

In-Depth - The River Story - DAWN.COM

 

Рис. 4. Дамба Тарбела - действующая ГЭС в Пакистане на реке Инд

 

                                         

 

Рис. 5. Повреждения плотины

Чирюртской ГЭС при

Дагестанском землетрясении 14.05.1976 г. [6]

Рис. 6. Продольные трещины на верховой грани плотины

Фейтигадх (Индия),

вызванные землетрясением Бхудж 26.01.2001 г. [7]

Рис. 7. Фрагменты повреждения

плотины «Зипингпу» во время

землетрясения в г. Сичуань [7]

 

Список литературы

1. Ахмедов М.А. О повреждениях и сейсмостойкости водохозяйственных объектов // Водохранилища, чрезвычайные ситуации и проблемы устойчивости. Ташкент: НУУ. 2004. С. 15-31.

2. Бредлоу Д.Д., Пальмиери А., Салман М.А. Нормативно-правовая база безопасности плотин (сравнительно-аналитический обзор). М.: Весь мир, 2002. 173с.

3. Рысбеков Ю.Х. Озеро Сарез - как потенциальная угроза национальной и региональной безопасности // Материалы Первой республиканской научно-практической конференции. Ташкент. 1999. С. 29-31.

4. Антонов В.И. Водные ресурсы Узбекистана как часть общих водных ресурсов бассейна Аральского моря и их использование в современных условиях и в перспективе // Водные ресурсы, проблемы Арала, окружающая cреда. Ташкент: «Университет», 2000. С. 19-39.

5. Савинов О.А., Сумченко Е.И. Сейсмические воздействия на гидротехнические сооружения // Повреждения плотин при землетрясениях (обзор). Вып.1. М., 1976. 30с.

6. Красников Н. Д. Сейсмостойкость гидротехнических сооружений из грунтовых материалов. М.: Энергоиздат, 1991. 240с.

7. Бронштейн В.И. Повреждения плотин при землетрясениях и методы их сейсмоусиления [Электронный ресурс]. URL: http:www//nasha ucheba.ru (Дата обращения 10.09.2015 г.)

8. Гельфер А.А. Причины и формы разрушения гидротехнических сооружений. М., 1936. 319с.

9. Штейнбругге К.В., Моран Д.Ф. Повреждения, вызванные землетрясениями 6 июля и 23 августа 1954г. // Инженерный анализ последствий землетрясений в Японии и США. М.: Госстройиздат, 1961. C. 186-193.

10. Lorrai, C and Pasche, N. 'Tarbela Dam-Case Study' Swiss Federal Institute of Technology Zurich: April 2007.


Войти или Создать
* Забыли пароль?