Наблюдения за деформациями гидротехнических сооружений

Проблемы недропользования: Сборник научных статей Международного форума–конкурса молодых ученых
(24-26 апреля 2013 г.). Петербург, 2013. – С. 179 - 181
Наблюдения за деформациями гидротехнических сооружений
накопителя сточных вод Сорбулак
Рудакова Ю.Л., Земцова А.В.
Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева
Возведение крупных гидротехнических сооружений всегда связано со значительными
нарушениями естественного состояния земной поверхности. В период эксплуатации
приходится иметь дело с огромной массой воды, удерживаемой плотиной, разрушения
которой могут затрагивать население, природные и хозяйственные объекты.
В последние годы в Казахстане уделяется большое внимание проблеме безопасности
гидротехнических сооружений, которые относятся к особо опасным, технически сложным и
уникальным объектам капитального строительства и оказывают огромное влияние на
экономическую, экологическую и социальную сферы деятельности республики.
В Казахстане насчитывается 653 крупных гидротехнических сооружения и свыше 200
водохранилищ общей емкостью более 80 км3 (без учета прудов и малых водохранилищ,
рассчитанных на задержание весеннего стока) [9].
Число аварий плотин (в основном земляных) в мире за последние 10–20 лет имеет
тенденцию роста наряду с ростом крупных техногенных аварий на других объектах. Из
общего числа аварий около 37% произошли на земляных и каменно-земляных плотинах
вследствие перелива воды через их гребень и последующего их разрушения [5].
В Республике Казахстан произошло две таких аварии. В январе 1988 года из-за
халатности местной администрации произошёл прорыв накопителя сточных вод Жаманкум
(пригород Алматы), в результате которого погибли люди и скот, произошли разрушения
железнодорожного и автомобильного мостов, зданий. В марте 2010 года в результате
прорыва плотины был практически полностью разрушен поселок Кызылагаш, затоплены
крупные участки железной дороги, погибло 45 человек.
Поэтому не случайно, что в соответствии с долгосрочной Стратегией развития
страны, сегодня во главу угла ставится вопрос о предупреждении подобных катаклизмов и
аварий на гидротехнических сооружениях посредством качественного мониторинга объектов
[2].
К специальным каменно-набросным гидротехническим сооружениям сооружением,
на котором необходимо производить наблюдение за деформациями, является накопитель
сточных вод, Сорбулак (рис. 1,а).
Рисунок 1. Снимок накопителя Сорбулак: а) панорамный вид накопителя сточных
вод Сорбулак; б) вид платин накопителя сточных вод Сорбулак сверху (программа Google
Earth)
Накопитель расположен на северо-западе от г. Алматы и занимает площадь 54 км 2 .
Сорбулак был построен 40 лет назад, это наиболее крупное хранилище сточных вод в СНГ.
Ширина накопителя - 82 метра, а длина – 15 километров. В водохранилище Сорбулак
сбрасываются все сточные воды города Алматы, включая паводковые воды. Накопитель
сточных вод представляет собой не что иное, как замкнутую котловину, которая за период
своего существования переполнялась уже несколько раз. В связи, с этим в районе возможных
бедствий объявлялась чрезвычайная ситуация.
С целью сдерживания водной массы
водохранилища и защиты населения проживающего в зоне бедствия были построены две
дамбы (рис. 1,б).
Основная
опасность
заключается
в
том,
что
район
месторасположения
водохранилища находится в зоне высокой сейсмичности и в случае землетрясения есть
огромная вероятность прорыва дамбы.
Если это случится, то будут сметены все
близлежащие населенные пункты, масштабы катастрофы будут достигать района Балхаша. В
результате могут пострадать 50 тысяч человек.
Согласно последним сведениям, которые были опубликованы в местной газете
«Время» от 20 февраля 2013г. говориться, что Министерство охраны окружающей среды, на
основе заключения проведенной государственной экспертизы, оповестило население о том,
что Сорбулак в данный момент заполнен до краев. На сегодняшний день уровень воды в
водохранилище достигает отметки 619,61метра (контрольная отметка - 620,5), а объем воды
равен 847,6 миллионам кубических метров (контрольный объем 900 млн. м3).
Опасность для функционирования дамб водохранилища Сорбулак и населения
прилегающих территорий представляет наведенная сейсмическая активность, степень
надежности конструкции плотины в зависимости от естественных и техногенных нагрузок и
сейсмическая активность района местонахождения объекта, а учитывая данные последней
экспертизы на прорыв водохранилища Сорбулак могут повлиять и обильные осадки.
Поэтому очень важно производить постоянные наблюдения за накопителем сточных вод
Сорбулак. На основе полученных данных можно будет фиксировать фактические изменения
и причины их возникновения, которые позволят строить предварительные прогнозы и
своевременно реагировать на предстоящие опасности, а так же принимать все необходимое
для их нейтрализации.
Для получения данных о состоянии гидротехнических сооружений накопителя
«Сорбулак» предстоит выполнить значительный объем высокоточных геодезических работ.
Все планируемые геодезические измерения, выполняемые на объекте в целях наблюдений за
деформациями сооружений, относятся к разряду прецизионных работ. Поэтому высокие
требования предъявляются к закладке контрольно-измерительной аппаратуры, производству
измерений и технической документации.
В период эксплуатации гидротехнических сооружений накопителя необходимо
проведение исследований по изменению положения точек створа плотины и береговой
полосы в нижнем бьефе водохранилища.
Для изучения процессов осадок и деформаций земной поверхности в зоне плотины и
прилегающей к ней территории принят метод высокоточного цифрового нивелирования по
двум профилям, представляющим замкнутый нивелирный ход общей протяженностью 4 км.
Первый нивелирный ход проходит непосредственно по гребню плотины по реперам с
шагом 150 – 200 м. Назначение этого профиля – контроль состояния плотины: определение
качественных и количественных характеристик происходящих осадок и деформаций. Второй
проходит параллельно первому на расстоянии 300 м в нижнем бьефе плотины. Этот факт
позволяет считать его независимым от слияния различных факторов. Грунтовые реперы 4, 5,
6 можно принять за «куст реперов» (рис. 2).
Осадки и горизонтальные смещения наблюдаемых точек на плотине Сорбулака
предполагается определять также с использованием GPS-наблюдений. В районе накопителя
планируется построение локальной GPS-сети сетевым методом. На гребне плотины
закладывается три репера закрепляющие концы и середину двух створов. Вне зоны
деформации в стабильных и прочных породах устанавливаются опорные пункты. В качестве
таких пунктов используются находящиеся рядом с объектом пункты триангуляции:
Сорбулак, Каратобе и Соленная. GPS-наблюдения будут выполняются методом статики
двухчастотными приемниками Trimble R7. Дальнейшая обработка полученных данных будет
производиться в программном обеспечении Trimble Business Center v. 2.8.
Предлагаемые методики определения осадок и смещений плотины накопителя
сточных вод Сорбулак позволят получить прогнозные характеристики изменения плотины во
времени с целью ведения контроля над текущим состоянием данного сооружения.
Рисунок 2. Схема высотной сети плотины накопителя Сорбулак
Литература
1. Адамбаева А., Ынтыкбаева С. «Лунный пейзаж»: газета «Новое поколение» 17 февраля
2006
2. Безопасность гидротехнических сооружений в Центральной Азии: проблемы и подходы
к их решению. www.tengrinews.kz
3. Возможность и необходимость применения ГНСС для мониторинга деформаций ГТС.
http://ustinov.fr/rus/articles/1-articles/68-2012-12-08-19-52-31.html
4. Земцова А.В. Геодезический мониторинг деформационных процессов гидротехнических
сооружений накопителя сточных вод «Сорбулак». 2010
5. Ляпичев Ю.П. Гидрологическая и техническая безопасность гидросооружений: Учеб.
пособие. – М.: РУДН, 2008. – 222 с.
6. Нгуен В..Х. Разработка методики определения деформаций плотин гидроэлектростанций
по результатам спутниковых геодезических измерений во Вьетнаме: М.: 2010 - 118с.
7. Отхожая бомба: Время, №26, 20 февраля 2013г
8. Устинов
А.
Анализ
современных
методов
геодезического
мониторинга
гидротехнических сооружений. 4 ноября 2012
9. http://www.eabr.ru/general//upload/reports/full_version_1_rus%20Besopasnost%20gidrotekh%
20soorujenii