5. Пример укрупненной оценки ущербов от гидродинамической аварии

5. Пример укрупненной оценки ущербов

от гидродинамической аварии

В качестве примера рассмотрена авария условного гидроузла, расположенного на реке "Н" в субъекте Федерации "К", площадью 29900 кв. км и средней плотностью населения 36,7 чел. на 1 кв. км Водохранилище используется для целей водоснабжения, замкнутого судоходства, гидроэнергетики. В данном примере ущербы окружающей природной среде и верхнему бьефу не рассматривались.

5.1. Расчет волны прорыва

До прорыва напор на исследовавшемся гидроузле был равен 32 м. Местность ниже гидроузла представляет собой ярко выраженную пойменную долину, ограниченную справа по течению реки крутым бортом, а слева - относительно пологим откосом, кроме участка примерно в 10 км ниже гидроузла, где также имеется небольшой участок обрывистого борта (рис. 1.А <*>). Река имеет среднюю ширину около 50 м и достаточно прямое русло. В 17 км ниже гидроузла она впадает в большую реку.

--------------------------------

<*> Здесь и далее рисунки не приводятся.

Оценка параметров волны прорыва выполнялась в рамках одномерной схематизации с использованием программы, разработанной в АО НИИЭС к.т.н. С.Я. Школьниковым [18]. Программа обеспечивает корректное выполнение закона сохранения импульса за счет примененного оригинального метода аппроксимации члена, задающего давление на поток со стороны русла (см. уравнение (2) Приложения 2, [18]). Применяемый в программе численный метод обеспечивает удовлетворительное качество решения при численном моделировании течений со следующими особенностями: критическими сечениями, гидравлическими прыжками, осушениями и затоплениями определенных зон в расчетной области, уступами дна, при резких изменениях формы сечения (так, при внезапном расширении сечения программа автоматически обеспечивает выполнение известной формулы А.Д. Альтшуля). Программа позволяет рассчитывать раскрытие прорана в теле плотины из грунтовых материалов по полуэмпирической теории, разработанной в АО НИИЭС д.т.н. А.М. Прудовским [14].

Для ближней к гидроузлу зоны верхнего бьефа известны поперечные разрезы дна, но для водохранилища в целом такая информация отсутствовала. В расчетах дно верхнего бьефа моделировалось при помощи одномерных уравнений Сен - Венана. Для правильного задания объема водохранилища выше самого удаленного от плотины створа введены два условных створа таким образом, чтобы выполнялись реальные функции связи уровня и объема воды в водохранилище.

Приведенные далее исходные данные задачи пронумерованы в соответствии с таблицей П.2.1 Приложения 2. (Все исходные данные заданы в условной системе высот).

1. Гидрограф расхода приточности мал по сравнению с расходом излива и в данной задаче не задавался.

2. Предполагалось, что водосбросы гидроузла при аварии разрушены.

3. Емкость водохранилища задана поперечными разрезами его дна. Рельеф дна акватории позволял схематизировать поперечные створы при помощи двух трапеций, верхняя из которых (большая по размеру) задавала форму затопленной поймы, а нижняя - русла реки. В исходных данных задавались расстояния между створами и характеристики двухтрапецеидального русла: отметки дна речного русла и затопленной поймы, их ширина по низу и уклоны бортов.

4. Уровень воды в водохранилище, соответствующий началу расчета, - 36 м.

5. Характер повреждения: принималось, что в теле плотины образовалась прямоугольная брешь 100 м шириной, не изменявшаяся за весь период прохождения прорывного паводка.

6. Значительных притоков река на исследуемом участке не имеет.

7. Геометрия русла нижнего бьефа задавалась при помощи поперечных разрезов местности, причем они, так же как и для верхнего бьефа, аппроксимировались при помощи двух трапеций.

8. Шероховатость подстилающей поверхности для всей области принималась постоянной (n = 0,03).

9. Никаких сооружений, способных повлиять на течение прорывного паводка, ниже гидроузла не имеется.

10. В связи с большим расширением русла ниже устья можно ожидать, что во время прорывного паводка в устье реализуется критический режим течения.

При гипотетической аварии в результате разрушения напорного фронта гидроузла водохранилище опорожняется, а в нижнем бьефе образуется зона катастрофического затопления, параметры которой представлены на рис. 1: изолинии глубины затопления (рис. 1.Б), максимальной скорости течения (рис. 1.В), времени начала наводнения (рис. 1.Г) и времени осушения (рис. 1.Д); так как время осушения на порядок выше времени добегания волны, его можно принять за время наводнения. Площадь затопления по левому берегу составляет 110 кв. км, по правому - 84 кв. км, общая площадь - 194 кв. км, из них:

городские и сельские населенные пункты - 12 кв. км;

лесные площади - 80 кв. км;

сельхозугодья - 40 кв. км;

прочие земли - 62 кв. км.

5.2. Ущербы основным и оборотным производственным фондам (включая здания, сооружения, оборудование, сырье) (п. 4.2.3)

В зону затопления попадает часть города "Л" площадью 10 кв. км с общей численностью населения 20 тыс. человек и плотностью населения 2000 человек на 1 кв. км. Производственные здания - кирпичные и каркасные железобетонные.

Параметры зоны затопления:

глубина затопления - 2,0 м;

скорость воды - 1,5 м/час;

время добегания волны - 1,5 - 2 часа;

продолжительность затопления - 100 часов.

Исходя из параметров зоны затопления территории города "Л", основные производственные фонды находятся в зоне слабых разрушений.

Исходные данные для расчета ущерба основным и оборотным производственным фондам:

Определяем необходимые для расчета величины:

где: C - балансовая стоимость основных фондов субъекта Федерации "К" без объектов транспорта и связи в 1997 г.,

C1 - балансовая стоимость основных фондов субъекта Федерации "К" без объектов транспорта и связи в 2000 г.,

Общая балансовая стоимость основных производственных фондов субъекта Федерации, отнесенная к единице его территории (И1(фон)):

Коэффициент концентрации основных фондов для зоны слабых разрушений (П):

Величина ущербов основным фондам (И1), определенная по формуле (4.1а), составляет:

Ущерб оборотным производственным фондам (Иоб), равный 5% от И1, составит:

5.3. Ущербы готовой продукции, хранящейся на затапливаемой территории и произведенной с применением основных фондов (п. 4.2.4)

Исходные данные для расчета ущерба готовой продукции, хранящейся на затапливаемой территории:

Валовый национальный продукт, произведенный в субъекте Федерации "К" в 2000 году (Р1):

Общий валовой национальный продукт, произведенный за рабочий день в субъекте Федерации и отнесенный к единице его территории (И2(фон)):

Ущерб готовой продукции (И2), определяемый по формуле (4.2), составляет:

5.4. Ущербы элементам транспорта и связи (п. 4.2.5)

Исходные данные для расчета ущерба готовой продукции, хранящейся на затапливаемой территории:

Общая балансовая стоимость основных фондов элементов транспорта и связи (D1)

Общая стоимость основных фондов элементов транспорта и связи в субъекте Федерации, отнесенная к единице длины автодорог (И3(фон)):

Ущербы элементам транспорта и связи (И3), определяемые по формуле (4.3), составляют:

5.5. Ущерб жилому фонду и имуществу граждан (п. 4.2.6)

В зону затопления попадает:

а) деревня "Б" (частично), расположенная в 4 км от створа;

б) лагерь отдыха для детей (полностью), расположенный в 3 км от створа; пионерлагерь работает только в теплое время года (5 месяцев);

в) часть города "Л" (примерно 10 кв. км), расположенного от створа гидроузла в 11 - 15 км. Деревня и пионерлагерь находятся в зоне сильных разрушений с глубиной затопления 5 м, приход волны прорыва ожидается в пределах 1 часа. Затапливаемая часть города находится в зоне слабых разрушений с глубиной затопления 2,5 м, время прихода пика волны более 2 часов.

Исходные данные для расчета ущерба жилому фонду и имуществу граждан:

Деревня "Б"

Лагерь отдыха для детей

Стоимостная оценка величины ущерба на одного отдыхающего в лагере отдыха равна величине ущерба для городского жителя с K = 0,5 (учитывая сезонность работы объекта).

Часть города "Л":

Коэффициент, учитывающий ущерб:

Ущерб жилому фонду деревни "Б" составит:

Ущерб жилому фонду города "Л" составит:

Ущерб жилому фонду лагеря отдыха Ил составит:

Суммарный ущерб жилому фонду и имуществу граждан, проживающих на затапливаемой территории (И4), определяемый по формуле (4.4), составляет:

5.6. Определение числа погибших и пострадавших (п. 4.2.7)

Для расчета принимаем, что событие происходит в летнее время и ночью.

Деревня и пионерлагерь по степени воздействия на население расположены в зоне катастрофического затопления и за время добегания пика волны прорыва (менее часа) организовать вывоз людей из зоны поражения не представляется возможным. Город расположен в зоне слабого воздействия и за 2 часа (время прихода пика) можно организовать выход из зоны примерно 90% населения в ней проживающего.

Расчет численности погибших и пострадавших приведен в таблице.

ЧИСЛЕННОСТЬ ПОГИБШИХ И ПОСТРАДАВШИХ

ПРИ ПРОРЫВЕ ГИДРОУЗЛА

5.7. Расходы по ликвидации последствий аварии (п. 4.2.8)

Расходы по ликвидации последствий аварий (И5), определяемые по формуле (4.5), составляют:

5.8. Ущербы сельскохозяйственному производству (п. 4.2.9)

Исходные данные для расчета ущерба сельскохозяйственному производству:

Ущерб сельскохозяйственному производству (И6), определяемый по формуле (4.6), составляет:

В общую сумму ущерба входят:

потери плодородия - 59,5 млн. руб.;

произведенная сельхозпродукция - 5,0 млн. руб.;

сопутствующие затраты (обводнение, внутрихозяйственные дороги, места хранения урожая и т.п.) - 34,7 млн. руб.

5.9. Ущерб лесному хозяйству (п. 4.2.10)

Исходные данные для расчета ущерба от потери леса как сырья:

Ущерб от потери леса как сырья (И7с), определяемый по формуле (4.7), составляет:

Исходные данные для расчета экологического ущерба от потери леса:

Экологический ущерб от потери леса (И7э), определяемый по формуле (4.8), составляет:

5.10. Прочие виды ущерба (п. 4.2.11)

Исходные данные для расчета прочих видов ущерба:

Прочие виды ущерба (И12), определяемые по формуле (4.17), составляют:

5.11. Общий реальный ущерб в ценах на 01.01.2001 (п. 4.2.14) составит: