Американский Научный Журнал ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ ПРИ АВАРИЯХ НА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЯХ

American Scientific Journal № ( 31) / 2019 45

НАУКИ ОБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИ И ПРИ АВАРИЯХ НА ГИД РОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖ ЕНИЯХ

Жандаулетова Фарида Рустембековна
Канд. техн наук, профессор,
Муташева Гаухар С апаховна
Канд. техн наук, доцент,
Садыков Арслан
Магистрант кафедры
«Инженерная экология и безопасность труда»,
Алматинский Университет энергетики и связи,
г. Алматы, Казахстан

Аннотация . Рассматриваются оценка роли безопасности гидротехнических сооружений и решения
экологической и энергетических проблем экономики Казахстана. Даны результаты исследований процесса
эксплуатации водозаборных сооружений, был предложен ряд мероприятий по предотвращению
производственного тр авматизма, а также техника безопасности при строительстве и реконструкции
водозаборных сооружений.
Ключевые слова: гидротехнические сооружения, водный поток, чрезвычайные ситуации,
водозаборные гидроузлы, безопасность сооружений.

Человечество на протяже нии всей истории
своего развития интересовали вопросы
безопасности. Казахстан относится к государствам,
где проблема обеспечения безопасности
гидротехнических сооружения (ГТС) является
весьма острой. Целью работ является
реконструкция гидротехнических соор ужений
водозаборного узла на реке Биен Аксуского района,
Алматинской области для его бесперебойной и
эффективной работы.
Поэтому не случайно, согласно закону «О
национальной безопасности», чрезвычайные
ситуации, в том числе на ГТС, отнесены к угрозам
нацио нальной безопасности, а ст. 6 закона «О
гражданской обороне» хоть и декларативно, но
определяет мероприятия, которые следует
выполнять до и после строительства и при
эксплуатации их.
На ГТС постоянно воздействуют водный
поток, колебания температур, льды, н асосы,
статические и гидродинамические нагрузки,
происходят истирание поверхности, коррозия
металлов, выщелачивание бетона, гниение
деревянных конструкций (или их истачивание
живыми организмами). Поэтому со временем
растет вероятность ра зрушения того или и ного
сооружения и затопления водой прилегающей
территории, т.е. возможно возникновение
чрезвычайной ситуации.
Размещение таких объектов повышенного
риска в черте крупных населенных пунктов и их
разрушение могут привести к катастрофическо му
затоплению обшир ных территорий, значительного
числа населенных пунктов, массовой гибели
людей, разрушению зданий и различных
сооружений - гражданских и промышленных,
военных объектов и др.
В настоящее время возникла необходимость в
выработке единого по дхода к решению зад ачи
контроля безопасной эксплуатации
гидротехнических сооружений и разработке
мероприятий, который бы позволил оперативно
принимать решения по обеспечению их
безопасности [1, с. 277].
Анализ статистики аварий и повреждений
гидротехничес ких сооружений пока зывает, что
вероятность даже крупных аварий и разрушение
любых плотин, в том числе и самых современных,
не может быть полностью устранена. Очевидна
необходимость применения современных методов
анализа разнообразной накопленной и вновь
по ступающей оперативн ой информации о
возможных причинах снижения уровня
безопасности ГТС. На этой основе должна быть
обеспечена необходимая оперативность процедур
контроля и оценки состояния эксплуатируемых
плотин.
Для обеспечения продовольственной
безопасно сти Республики Каза хстана (РК) и
создания условий стабильного социально -
экономического развития страны необходимо
технически совершенствовать существующие
водохозяйственные объекты (водозаборные узлы,
системы водоснабжения, водохранилища,
мелиоративные сис темы и т.д.).
Метод . Кафедрой «Инженерная экология и
безопасность труда» проведены исследования по
возможности и необходимости контроля
безопасной эксплуатации гидротехнических
сооружений и разработке мероприятий по их
реконструкции и безопасности.
Водозаб оры в каналах Карат оган и Танеке из р.
Биен в Аксуском районе, Алматинской области
осуществляются шпорами, на устройство которых
требуются ежегодные выделения огромных
материальных и людских ресурсов. Под этими
каналами подвешены 4,4 тыс. га орошаемых земе ль
свекловичных сев ооборотов колхоза им.
Джансугурова Аксуского района.
Предусматривается разработка плотинного

46 American Scientific Journal № ( 31) / 20 19
водозабора горного типа с односторонним
водовыпуском в правобережный канал Каратоган с
принятием мер по борьбе с наносами и
распределительным уз лом для канала Кара тоган и
Танеке.
Дефицит водных ресурсов приводит к
сокращению водопотребления в республике. В
настоящее время водозабор на сельское хозяйство
сократился до 15 (против 26 км 3 в 1992 г.),
площадь регулярного орошения уменьшилась
вдвое. Дис баланс между пот ребностями и
наличием воды ограничивает эффективное
решение социально -экономических задач и
нормализацию экологической обстановки в
бассейнах рек [2, с. 112].
В Казахстане из имеющихся 643
гидротехнических сооружений 268
гидросооружений, в том числе 28 кр упных –
нуждаются в срочном ремонте. Большой
проблемой также являются малые
гидротехнические сооружения, часть которых
заброшена, не имеет владельцев или
эксплуатационную службу. Техническое состояние
их крайне неудовлетворительное [3, с. 5 4].
Ежегодный ущ ерб от неудовлетворительного
состояния регулирующих и защитных сооружений
от вредного воздействия вод – от паводков,
наводнений, подтоплений – оценивается в целом по
стране в десятки миллионов долларов США. Кроме
того, примерно во столько ж е оценивается ущ ерб
самим водным ресурсам.
Многие гидротехнические сооружения, в том
числе водозаборные гидроузлы РК устарели, они
требуют реконструкции для их эффективной
работы, поэтому данная тема актуальна.
Климат - один из решающих факторов,
определяю щих как направле ние
почвообразовательных процессов, так и
возможность сельскохозяйственного освоения
территории. На формирование климата района
оказывают влияние такие факторы как приход
солнечной радиации, циркуляция воздушных масс
и характер подстилающей поверхности. Кл имат
Алматинской области характеризуется резкой
континентальностью, которая обусловлена
положением ее в глубине материка Евразии,
значительным расстоянием от открытых морей и
океанов [4, с. 85].
Климат рассматриваемого объекта
характеризует ся данными метео станции Матай.
Наиболее холодным месяцем в области является
январь, самым жарким – июль. Средняя январская
температура воздуха на равнине колеблется от –
12,3˚ до –14,1. Средняя температура июля от +20˚
до 25,1˚. На высотах выше 4500 м средн яя
температура д аже наиболее теплого месяца – июля,
отрицательная. Температура воздуха по этой
метеостанции составляет: минимальная - 43˚С,
максимальная + 44°С.
Период безморозного периода в среднем – 147
дней. Преобладающими ветрами являются ветра
южного и юго -восточного направлений. В течение
года сильные ветры (со скоростью более 15 м/сек)
продолжаются в общей сложности от 2 до 5 дней и
преимущественно в летнее время.
Область расположена между хребтами
Северного Тянь -Шаня на юге, озеро Балхаш — на
северо -западе и река Или — на северо -востоке; на
востоке граничит с КНР .
Всю северную полов ину занимает
слабонаклонённая к северу равнина
южного Семиречья , или Прибалхашья (высота
300 —500 м), пересечённая сухими руслами —
баканасам и, с массивами грядовых и сыпучих
песков (Сары -Ишикотрау, Таукум). Южная часть
занята хребтами высотой до 5000
м: Кетмень , Заилийский Алатау и северными
отрогами Кунгей -Алатау . С севера хребты
окаймлены предгорьями и неширокими
предгорными равнинами. Вся южная часть —
район высоко й сейсмичности.
Для северной, р авнинной части характерна
резкая континентальность климата, относительно
холодная зима до −35 °C, жаркое лето до +42 °C.
Осадков выпадает всего 110 мм в год. В предгорной
полосе климат мягче, осадков до 500 —600 мм. В
горах яр ко выражена вертикальная поясно сть;
количество осадков достигает 700 —1000 мм в год.
Вегетационный период в предгорьях и на равнине
205 —225 дней.
Север и северо -запад почти лишены
поверхностного стока; единственная река
здесь — Или , образующая сильно развитую
заболоченную дельту и впадающая в западную
часть озера Балхаш . В южной, предгорной части
речная сеть сравнительно густа; большинство рек
(Курты , Каскеленка , Талгар , Есик ,
Турген, Чилик , Чарын и др.) берёт начало в горах и
обычно не доходит до реки Ил и; реки теряются в
песках или разбираются на орошение. В горах
много мелких пресных озёр ( Большое
Алматинское и др.) и минеральных источников
(Алма -Арасан и др.).
Река Биен относится к слабо изученному
району и входит в группу рек северо -западного
склона хребта Джунгарского Алатау. Проектный
створ находится на р.Биен в 2 -х км выше п.
Сагабиен. Расчетные значения гидрологических
характеристик определены по аналогу р.Аксу -
п.Джансугурова за 35 лет (1971 -2005 гг.).
Результат. Используя аналог, получены
следующие значения минимальных расходов за 3 0
дней 30% обеспеченности. Летнее -осенняя межень
– 1,63 м 3/сек. Зимняя межень – 1,02 м 3/сек.
Среднемноголетний расход наносов составляет
0,260 кг/сек., мутность – 76 г/м 3/сек. Наибольшая
мутност ь наблюдается в мае месяце и составляет
160 г/м 3/сек.
Модуль с тока М0 л/(с*км 2), или q м3/(с*км 2)—
количе ство воды в литрах или кубических метрах,
стекающее в се кунду с квадратного километра
площади водосбора, — опреде ляется по формулам
[5, с. 111]:

American Scientific Journal № ( 31) / 2019 47

М 0 = 0⋅103
,

0 = 0


где: F— площадь во досбора, км 2.
Средний многолетний расход Q0, который
определяется по формуле:
0 =


где: Qi — средний годовой расход с
порядковым в ряду наблюде ний номером i;
п — число лет гидрометрических наблюдений.
Индекс нуль означает, что характерис тика стока
относится к многолетнему ряду.
Река Биен относится к горным рекам. Горные
реки характеризуются рядом особенностей,
обусловленных специфическими природными
условиями.
К наиболее существенным из них следует
отнести: большие скорости течения потока ,
нередко превышающие 3 -4 м/сек.; относительно
малые глубины потока и большая амплитуда
колебания уровня воды в течение года;
прохождение кратковременных паводковых волн с
большими изменениями расхода и уровн я воды;
отсутствие сплошного ледостава и образов ание
шуговых явлений в зимний период.
Эти особенности горных рек создают весьма
тяжелые условия для обеспечения бесперебойного
забора воды в ирригационные системы.
Из всех типов водозаборных сооружений
водоза бор донной решетчатой галереи наиболее
полно отв ечает условиям горных рек. В них легко
осуществляется беспрепятственный пропуск
паводковых вод, крупных наносов и плавающих
тел [6, с.96].
Принят следующий состав сооружений и
схема их компановки: водозаборно е сооружение
(водозаборная галерея, пескогравиел овка и
аварийный сброс); односторонний шлюз -
регулятор; подводящий канал и пескогравиеловки;
отводящий канал и распределительный узел; канал
Танеке армированными вододелителем и дюкером;
канал Каратоган двумя водовыпускными
сооружениями; передвижная насосна я станция
СНП -75/100 с напорным трубопроводом длинной
L=1043м. и водовыпускными сооружениями для
полива приусадебных участков п.Сагабиен.
Учитывая характер реки, в данных условиях
можно применить боковой водо забор с донными
наносоперехватывающими галереями . Такая схема
водозабора, создающая и максимально
использующая благоприятную структуру потока
для защиты магистрального канала от наносов,
предназначается для отвода воды из рек, несущих
большое количество до нных и придонных наносов,
струенаправляющие дамб ы, которые объединяют
рукава реки в один общий поток и придают его
стрежню нужное направление.
По полученным значениям строим график
зависимости нормальной глубины от модуля
расхода и на нем, отложим найденны й выше
необходимый модуль расхода, найдем
необхо димое значение нормальной глубины
(рисунок 1).

Рисунок 1 - График зависимости нормальной глубины от модуля расхода для подводящего участка
Обеспеченностью годового стока Р может быть названо сред нее число лет
(выраженное в процентах или долях от обще го числа лет),
в котором годовой сток будет равен или больше данного.

Кривая обеспеченности (или кривая
вероятности превыше ния) — это интегральная
кривая, показывающая обеспеченность или
вероятность превыше ния (в процентах или в долях
от еди ницы) данн ой величины среди общей
совокупности ряда. При расчетах параметров
кривых обеспеченности значения гидроло гической
величины рассматривается в виде статистического
ряда, т. е. ряда, расположенного в убывающем
по рядке.

48 American Scientific Journal № ( 31) / 20 19
Глубину на подводящем участке канала
оп ределяем методом подбора. Данные вносим в
таблицу 1.
Таблица 1
ВЫЧИСЛЕНИЯ МЕТОДОМ М ОМЕНТОВ ПАРАМЕТРОВ К РИВОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ
ГОДОВОГО СТОКА РЕКИ БИЕН, 2009 -2018 ГГ.
m Год Расход,
Qi, /с
Расход в
убывающем
порядке Qуб, /с
Вероятность
превышен ия
Р=�−0,3
�+0,4 100%
Модуль -ный
коэффициент
стока
Кi=
ср
(Кi -
1)
(Кi
−1)2 (Кi−1)3
1 2009 6,77 11,06 4,80 1,57 0,57 0,3249 0,1852
2 2010 6,90 8,85 16,10 1,26 0,26 0,0676 0,0176
3 2011 7,55 7,95 18,93 1,13 0,13 0,0169 0,0022
4 2012 7,3 3 7,55 24,58 1,07 0,07 0,0049 0,000343
5 2013 5,41 7,21 35,88 1,03 0,03 0,0009 0,000027
6 2014 5,47 7,19 38,70 1,02 0,02 0,0004 0,000008
7 2015 5,59 6,90 41,53 0,98 -
0,02 0,0004 -
0,000008
8 2016 5,40 6,77 44,35 0,96 -
0,04 0,0016 -0,00064
9 2017 5,58 6,70 50,00 0,95 -
0,05 0,0025 -
0,000125
10 2018 5,58 6,34 55,65 0,90 -0,1 0,01 -0,001
Поступление воды в каналы Каратоган и
Танеке в необходимом количестве и в
установленные сроки обеспечивается головным
участком системы. Для проведения
систематических за меров по определению
основных гидрометрических величин в районе
водозабора и проверки у стойчивости сооружений
головной участок системы оборудуется
необходимыми геодезическими знаками и
установками.
Выводы Авторами определены годовой сток,
построены график и гидромодуля и рассчитан
расчетный расход и глубина воды в канале,
который удовлетворя ет подачу воды
сельскохозяйственным культурам, рассчитан
боковой водозабор с наносоперехватывающими
галереями и другие параметры.
Первоначально водозабор на реке Биен в
Аксуском районе, Алматинской области имел
ферганский тип, включающий криволинейное
подв одящее русло, водосбросную плотину и
регулятор канала. Но они не предохраняют канал от
поступления наносов, так как «подтягивают»
донные наносы к регулятору, чем значите льно
ослабляют интенсивность русловой поперечной
циркуляции.
При таком типе водозаборн ых узлов создаются
плохие условия для регулирования режима наносов
и борьбы с вредными фракциями. Поступление
наносов можно значительно уменьшить, если
устроить перед го ловным сооружением
наносоперехватывающий (направляющий) донный
порог или лоток, располо женный под углом 20 -30°
к оси потока в реке. Для улучшения работы такого
водозабора предложено устроить циркуляционный
порог с переменной высотой. Он повысит
эффективнос ть регулирования путем уменьшения
поступления наносов и мусора через порог.

Список литературы
1. Государственный водный кадастр.
Многолетние данные о режиме и ресурсах
поверхностных вод суши. Том V. Казахская ССР.
Выпуск 4. Бассейны рек озера Балхаш и бессто чных
районов Казахстана. Ленинград. Гидрометеоиздат,
1988г.
2. Zhandauletova F. R., Sanatova T.S.,
Abikenova A. А., Mustafin K.G., Baipakbayev T.S.,
Mananbaeva S.E. Статья «Designing a process flow
diagram of wastewater treatment». Журнал
«Desalination and Wat er Treatment». Италия , 2018 г.
Thomson Reuters базы Web of Sciens. Италия.
3. Гидротехнические сооружения. Под ред.
Е.В. Близняка и М.М. Гришина. М.: «Стройиздат»,
1999.
4. Алексеенко С.В. Нетрадиционная
энергетика и энергорессурсосбережения //
Инновации. Техно логии. Решения. 2006. №3 (март).
С. 28 - 31.
5. Харитонов В. Большая зеленая над ежда.
Итоги и перспективы альтернативной энергетики
[Электронный ресурс]. URL:
http//www.chaskor.ru/article/alternativnye_istochniki_
energii_alternativnaya_energetika_2517.
6. Rugger i A.A huge cash infusion it tough time
// The energy and environment issue. N. Y., 2009. Apr.
Vol. P. 28 -30 .