Moskva, Russian Federation
UDK 627.51 Паводки и защита от них
GRNTI 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
OKSO 35.06.01 Сельское хозяйство
BBK 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
TBK 5607 Сельскохозяйственная мелиорация
BISAC TEC003000 Agriculture / General
The article presents the results of studying the landscape features of the location of the dam and calculated the possible damage to the environment in the event of the destruction of the dam according to one of the scenarios. The studied dam is located in the village of Sumkino, Tobolsk district, Tyumen region, and is designed to protect the village from flooding during floods and floods of the Irtysh River and Sauskanovskoye Lake. Analysis of accident scenarios and calculations of the probability of occurrence of each scenario showed that the most probable dam failure is an accident according to the scenario “failure of the flood control dam due to loss of filtration strength”. In case of failure of the dam or overflow of flood waters through it, 71.85 hectares of residential territory will fall under the flood zone, from which pollutants will be discharged from land resources and sewage systems into the water body.
dam, hydraulic structures, damage, high water, pollutants.
В России на сегодняшний день насчитывается около нескольких десятков тысяч километров грунтовых дамб обвалования и планируется строительство и последующий вод в эксплуатацию новых дамб, многие гидротехнические сооружения бесхозны и потенциально опасны [1, 9]. При расчёте размера вероятного вреда при аварии подпорных гидротехнических сооружений с целью установления величины финансового обеспечения ответственности за вред, необходимо определить зону возможного затопления с учётом тяжести последствий [4]. Меры по защите от наводнений выбираются на основе минимизации совокупного социального риска (ожидаемых денежных затрат), включая остаточный риск и затраты на противопаводковые мероприятия [3].
Противопаводковая дамба, расположенная в п. Сумкино Тобольского района Тюменской области, в начале и в конце примыкает к автомобильной дороге, образуя замкнутый польдер, что обеспечивает защиту территории поселка с юго-восточной стороны от затопления паводковыми водами реки Иртыш и оз. Саускановское.
Ландшафтные особенности данной территории уникальны. Селитебная территория п. Сумкино расположена в левой пойме р. Иртыш, западнее от его русла, а с юга поселок примыкает к озеру Саускановское, имеющему вид обширной меандры, в которое впадает река Заимская (рис. 1). Река Заимская на участке, защищаемом дамбой справа по течению, протекает через озеро Саускановское и впадает в р. Иртыш с левого берега. Площадь зеркала озера равна 2 км2. Берега реки река Заимская и озера Саускановское местами закустарены и заболочены. Речка и озеро находятся в пойме р. Иртыш, их уровни весеннего половодья зависят от уровней этой реки.
Рис. 1 Ситуационный план расположения дамбы
Река Иртыш относятся к типу рек с четко выраженным весенне-летним половодьем, летне-осенними дождевыми паводками и длительной устойчивой зимней меженью. Поверхностный сток составляет 71%, подземный 29% от годового. При этом поверхностный сток состоит из снегового (51%) и дождевого (20%). Река Иртыш пересекает различные природные зоны, поэтому характер водного режима весьма разнообразен. Средняя продолжительность половодья 135 дней, наименьшая – 96 дней, наибольшая – 191 день. Наивысшие уровни воды держатся 1-3 дня.
В результате проведенного анализа инженерно-геологических и природно-климатических условий расположения дамбы, современных конструктивно-компоновочных решений с учетом различных режимов эксплуатации, а также условий возникновения и развития аналогичных аварий на других гидротехнических сооружениях (ГТС), ООО ИТЦ «Запсибгидропром» были определены возможные аварии дамбы и выявлены их основные причины. Сценарии возможных повреждений и разрушений противопаводковой дамбы могут быть следующие:
- обрушение откосов дамбы при потере статической устойчивости сооружения;
- разрушение дамбы из-за потери фильтрационной прочности тела и/или основания дамбы;
- разрушение дамбы при переливе воды через гребень [2, 5].
Анализ сценариев аварии и проведенные расчеты вероятности возникновения каждого сценария показали, что наиболее вероятной аварией дамбы, является авария по сценарию «отказ противопаводковой дамбы вследствие потери фильтрационной прочности». На защищаемой территории расположены жилые дома, нежилые строения, объекты транспорта и связи. Через образовавшийся проран в теле дамбы произойдет затопление защищаемой территории. Паводковые воды по естественному рельефу постепенно затопят защищаемую территорию до момента выравнивания уровней воды в водном объекте и на затопленной территории. Разрушение участка й дамбы приведет к затоплению территории общей площадью 71,85 га и средней глубиной затопления 1,95 м.
Из этой площади на селитебную территорию, попадающую в зону затопления, приходится 53,2 га. При затоплении селитебной территории возможно поступление загрязняющих веществ в реку Иртыш и озеро Саускановское. В результате в природные воды попадут загрязняющие вещества такие как, взвешенные вещества, нефтепродукты и органические вещества (табл. 2). Возможный ущерб природной среде рассчитывался по Методике [6].
Таблица 1 - Расчет массы сброса загрязняющего вещества в природные воды и возможного ущерба
|
Вещество |
Удельный вынос, кг/га |
Общая площадь селитебной территории, га |
Масса, кг/год |
Ущерб, руб.
|
|
Взвешенные вещества |
3000 |
53,2 |
31920 |
144050,27 |
|
Нефтепродукты |
40 |
53,2 |
425,6 |
34698,72 |
|
Органические вещества (БПК20) |
140 |
53,2 |
1489,6 |
2005,97 |
|
Всего: |
33835,2 |
1021018,4 |
||
В зоне затопления отсутствуют оборудование гидроэлектростанций или предприятий и хранилища нефтепромышленного комплекса. Поэтому в реку и озеро загрязняющие вещества поступят с поверхностным стоком с селитебной территории и от затопленных или разрушенных систем канализации. С селитебной территории будет сброшено 33835,2 кг загрязняющих веществ, а от затопления или разрушения систем канализации будет сбрасываться 194368,75 тонн в сутки загрязняющих веществ (табл. 2).
Таблица 2 - Расчет массы сброса загрязняющего вещества в природные воды в результате затопления элементов систем канализации и возможного ущерба
|
Вещество |
Масса сброса, т/сут. |
Ущерб, руб.
|
|
Взвешенные вещества |
92218,75 |
2433,1 |
|
Азот аммонийных солей |
14896,875 |
478,7 |
|
Фосфор фосфатов |
2128,125 |
211,4 |
|
Органические вещества (БПК5) |
85125 |
558,5 |
|
всего: |
194368,75 |
3681,8 |
В зоне затопления при аварии ГТС земли лесного фонда отсутствуют, поэтому ущерб лесам исключен. Таким образом, ущерб природной среде будет состоять только из ущерба водным объектам и составит 1,0247 млн. руб.
Прогнозируя уровень воды в предстоящее половодье, мы отмечаем, что перелив воды через гребень дамбы маловероятен, так как по условиям предыдущих двух лет уровень воды в реках Тюменской области катастрофически низкий [10], река Иртыш при этом не исключение. По данным гидропоста [8], находящегося в г. Тобольск, уровень воды в реке Иртыш на конец зимы 2023 года составляет минус 29 cм над нулем поста и это примерно соответствует значениям двух предыдущих лет, в которые перелива через гребень дамбы не наблюдалось. Уровень неблагоприятного явления «выход воды на пойму» наблюдается на данном участке р. Иртыш при уровне 787 см, в 2021 году максимальный уровень воды составил 479 см (21 мая), а в 2022 году 439 см (5 июня).
Таким образом, для предотвращения затопления территории необходим тщательный контроль состояния дамбы для исключения проран в ней. Визуальные обследования, замеры уровней воды в реке, техническое нивелирование с использованием реперов и автоматизированной телеметрической контрольно-измерительной аппаратуры являются достаточными для предупреждения и локализации аварий [7]. Постоянный мониторинг состояния дамбы позволяет оперативно принимать необходимые решения по выполнению эксплуатационных и аварийно-восстановительных работ, во всем мире для его проведения все чаще используют цифровые технологии и дистанционное зондирование [9] .
1. Volosukhin V.A., Bandurin M.A., Prikhodko I.A., Evteeva I.D. Simulation modeling of the stability of protective dams of the Psekups River under conditions of increasing static and seismic impacts // International Agricultural Journal. 2022. No. 5 (389). pp. 459-463.
2. Gorbacheva N.A., Grebenshchikova E.A., Shelkovkina N.S. Assessment of possible accidents and damage to hydraulic engineering structures // In the collection: Agro-industrial complex: problems and development prospects. Materials of the All-Russian scientific and practical conference. In 2 parts. Blagoveshchensk, 2021. pp. 324-330.
3. Dung Thien Nguyen. Risk-Based Planning and Optimization of Flood Management Measures in Vietnam - A Case Study in Phan-Calo River Basin // J. Ecol. Eng. 2023; 24(5).
4. Kosarev S.G., Bosov M.A. Determination of the boundaries of possible flooding zones in the event of a protective dam failure in the village. Tolbaga // In the collection: Kulagin readings: equipment and technologies of production processes. Materials of the XXII International Scientific and Practical Conference. In 2 parts. Chita, 2022. pp. 127-131.
5. Nosulya I.S. Forecasting possible accidents at the river embankment dam. Abin in the Abinsky district of the Krasnodar region // Trends in the development of science and education. 2022. No. 91-7. pp. 146-148.
6. On approval of the Methodology for determining the amount of harm that may be caused to the life, health of individuals, property of individuals and legal entities as a result of an accident of a hydraulic structure (with the exception of shipping and port hydraulic structures): order of the Federal Service for Environmental, Technological and Nuclear Supervision: [dated December 10, 2020 No. 516]. URL: https://docs.cntd.ru/document/573191717 (date of access: 03/10/2023). Text: electronic.
7. Puntusov V.G. Design solutions for the prevention and localization of accidents on the left bank dam of the canal named after. A. Matrosova in the Slavsky urban district of the Kaliningrad region // In the collection: Baltic Marine Forum. Materials of the IX International Baltic Maritime Forum. In 6 volumes. XIX International Scientific Conference. Kaliningrad, 2022. pp. 258-262.
8. AllRivers website. Online water levels: https://allrivers.info/gauge/irtysh-tobolsk/waterlevel (access date 04/06/2023).
9. Simutin A.N., Arsenyev I.D., Khoteev E.A., Deineko A.V. Digital twins of the voltage-strain state for automated monitoring of hydraulic structures // Hydrotechnical Construction. No. 12 (2022). pp. 20-31.
10. Ufimtseva M.G., Ufimtsev A.E. The influence of landscape features on the moisture balance of arable land [Electron. resource] // AgroEcoInfo: Electronic scientific and production journal. 2022. No. 1. - Access mode: http://agroecoinfo.ru/STATYI/2022/1/st_125.pdf.
