УДК 614.8 На правах рукописи

КУКАНОВ РУСЛАН АЗАТОВИЧ

Прогноз и профилактика чрезвычайных ситуаций на гидротехническихсооружениях

05.26.02 – Безопасность в чрезвычайных ситуациях

Авторефератдиссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Республика КазахстанАлматы, 2010

2

Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете имениК.И. Сатпаева и Казахской головной архитектурно-строительной академии

Научные руководители: доктор технических наукЖараспаев М.Т.кандидат технических наукНурулдаева Г.Ж.

Официальные оппоненты: доктор технических наукИгбаев Т.М.кандидат технических наукШарипханов С.Д.

Ведущая организация: Институт горного дела имениД.А. Кунаева

Защита состоится 29 ноября 2010 года в 16.30 часов на заседаниидиссертационного совета Д 14.61.25 при Казахском национальном техническомуниверситете имени К.И. Сатпаева по адресу: 050013, г.Алматы, ул. Сатпаева,22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахскогонационального технического университета имени К.И. Сатпаева по адресу:050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22.

Автореферат разослан ___ октября 2010 года.

Учёный секретарьдиссертационного совета,доктор технических наук, профессор К.А. Акмалаев

3

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Защита и безопасность населения пригидродинамических авариях обеспечиваются комплексом организационных,инженерно-технических и других мер. Основные из этих мер: правильныйвыбор места размещения плотины и населенных пунктов; ограничениестроительства жилых домов и объектов экономики в местах, подверженныхдействию возможной волны прорыва; обвалование населенных пунктов исельскохозяйственных угодий; создание надежных дренажных систем;проведение берегоукрепительных работ для предотвращения оползней иобрушений; устройство гидроизоляции и специальных укреплений на зданиях исооружениях; насаждение низкоствольных лесов (из тополей, ольхи и березы),способных уменьшить скорость волны прорыва. Диссертация посвященаисследованиям, в результате которых получены научно обоснованныерезультаты по оценке риска гидродинамических аварий на гидротехническихсооружениях.

Объектом исследований являются гидротехнические сооружения, которыесоздают угрозу возникновения чрезвычайных ситуаций.

Предметом исследования является прогноз и профилактикагидродинамических аварий.

Основная идея работы заключается в решении задачи управлениябезопасностью при ликвидации последствий гидродинамической аварии изащиты здоровья человека и окружающей среды от её последствий.

Целью работы является прогнозирование и профилактика чрезвычайныхситуаций на гидротехнических сооружениях, связанных с прорывами плотин(дамб, шлюзов, перемычек) с образованием волн прорыва, приводящих ккатастрофическим затоплениям, возникновению прорывного паводка и смывуплодородных почв или отложению наносов на больших территориях.

В связи с этой целью поставлены и решены следующие взаимосвязанныезадачи:

- аналитический обзор чрезвычайных ситуаций на гидротехническихсооружениях;

- количественная оценка опасности гидродинамических аварий нагидротехнических сооружениях;

- совершенствование методов оценки риска гидродинамических аварий нагидротехнических сооружениях.

Научные положения, выносимые на защиту:- при отсутствии проектных значений предельно допустимых параметров

безопасности гидротехнических сооружений, последние надлежит установить сучетом имеющихся данных натурных наблюдений за истекший периодэксплуатации на основании фильтрационных утечек из накопителя с учётомфоновой концентрации веществ в потоке;

- оценка степени безопасности гидротехнических сооружений зависит отпредельно допустимых значений показателей устойчивости и прочностисооружения или системы «сооружение-основание», обеспечиваемое

4

выполнением неравенства, зависящего от коэффициентов надежности понагрузке, по грунту и коэффициента условий работы;

- управление принципом уменьшающихся рисков и ущербов зависит отналогового механизма на остаточные воздействия, обязывающиекомпенсировать остаточный риск за счёт вложений в здравоохранение содновременным уменьшением налоговых отчислений.

Научная новизна работы заключается в применении количественногометода прогноза и профилактики гидродинамических аварий нагидротехнических сооружениях, а именно:

- в установлении контрольных значений параметров безопасностигидротехнических сооружений по статистическим данным многолетнегомониторинга их состояния в процессе нормальной эксплуатации в случаеотсутствия данных по предельно допустимым параметрам безопасности;

- в оценке устойчивости и прочности сооружения, зависящих откоэффициентов надежности по нагрузке, по грунту и коэффициента условийработы;

- в установлении остаточного воздействия рисков и ущербовгидродинамических аварий на фискальный механизм систем налогообложенияи здравоохранения.

Методы исследования. В диссертации применён комплексный методисследований, включающий в себя системный анализ безопасностигидротехнических сооружений и применение способа нелинейногопрограммирования для решения задачи управления безопасностью ликвидациипоследствий гидродинамической аварии.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов ирекомендаций диссертации подтверждается использованием законовматематической статистики и теории вероятностей, полученных различнымиметодами исследования и положительной оценкой, апробацией научно-исследовательских результатов работы с участием в различных конференциях,печати и внедрением разработанных мероприятий.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Согласнопринципу уменьшающихся рисков гидродинамических аварий, введение новойтехнологии можно считать социально приемлемой, если одним из конечныхэффектов её использования будет снижение суммарного риска, которомуподвергаются люди и объекты внешней среды, расположенные вблизигидротехнического сооружения. Результаты работы внедрены на АО«Акбакайский горно-металлургический комбинат» и ТОО «Интехношарт».

Личный вклад автора в науку состоит в разработке способа оценкибезопасности гидротехнических сооружений с учётом вероятностивозникновения гидродинамических аварий.

Апробация работы. Основные результаты диссертации прошли апробациюна международных научно-практических конференциях: «Сели и наводнения:стратегия безопасного строительства и сокращение риска стихийных бедствий»(Алматы, 2006 г.); I Международной научно-практической конференции«Проблемы строительного производства и управления недвижимостью»

5

(Кемерово, 2010 г.); Международной научно-практической конференции«Современные проблемы геотехники, механики и строительства транспортныхсооружений» (Алматы, 2010 г.)

Связь диссертации с планами НИР. Диссертационные исследованияпроводились в соответствии с совместными планами НИР кафедр«Безопасность жизнедеятельности» Казахского национального техническогоуниверситета имени К.И. Сатпаева и Казахской головной архитектурно-строительной академии.

Публикации по теме диссертации. Основное содержание опубликовано в 8научных трудах, из них 5 в изданиях, перечень которых утвержден Комитетомпо контролю в сфере образования и науки РК, 3 в материалах международныхнаучно-технических конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4глав, заключения, приложения, содержит 102 страницы текста, 6 рисунков, 22таблиц. Список использованных источников содержит 102 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Гидродинамически опасными объектами называют сооружения илиестественные образования, создающие разницу уровней воды до (верхний бьеф)и после (нижний бьеф) них. К ним относятся гидротехнические сооружениянапорного фронта: плотины, запруды, дамбы, водоприемники и водозаборныесооружения, напорные бассейны и уравнительные резервуары, гидроузлы,малые гидроэлектростанции и сооружения, входящие в состав инженернойзащиты городов и сельскохозяйственных угодий.

Основные поражающие факторы гидродинамических аварий, связанных сразрушением гидротехнических сооружений - волна прорыва и затоплениеместности.

Последствия аварий на гидродинамически опасных объектахтруднопредсказуемы. Располагаясь, как правило, в черте или выше по течениюкрупных населенных пунктов и являясь объектами повышенного риска, приразрушении они могут привести к катастрофическому затоплению обширныхтерриторий, значительного количества городов и сел, объектов экономики, кмассовой гибели людей, длительному прекращению судоходства,сельскохозяйственного и рыбопромыслового производств.

Критерии безопасности гидротехнического сооружения – это установленныес учетом класса гидротехнического сооружения качественные признаки иколичественные показатели, характеризующие его безопасность и безопасностьокружающей среды при различных режимах и условиях эксплуатации,технического обслуживания и ремонта гидротехнического сооружения, ввода ивывода из эксплуатации, а также действующие экологические нормативы итребования техники безопасности. Количественные показатели характеризуютвероятность реализации либо нарушения установленных критериевбезопасности гидротехнического сооружения.

6

Оценка степени безопасности гидротехнических сооружений накопителейпроизводится на основе сопоставления фактических и предельных значенийколичественных показателей состояния сооружений и их влияния наокружающую среду.

Для оценки степени безопасности сооружений могут быть использованыкритериальные значения показателей, предельно допустимых и критических.Под предельно допустимыми значениями показателей понимаются такие, придостижении которых устойчивость и прочность сооружения или системы«сооружение-основание» обеспечивается и соответствует нормативнымтребованиям, то есть выполняется неравенство:

( ) ÷÷ø

öççè

æ××

gn

ccfc Y

RYYYFY 1

p (1)

где F - расчетное значение обобщенного силового воздействия,определяемое с учетом коэффициента надежности по нагрузке, Н; R - расчетноезначение обобщенной несущей способности системы «сооружение-основание»с учетом коэффициента безопасности по грунту, то есть обобщенное значениесил предельного сопротивления сдвигу по рассматриваемой поверхности, Н;Yfc - безразмерный коэффициент надежности по нагрузке и сочетаниюнагрузок; Yc - коэффициент надежности по грунту; Yg - коэффициент условийэксплуатации гидротехнического сооружения.

В зависимости от класса сооружения и принятого в расчете сочетаниянагрузок нормативные значения коэффициента запаса применительно к расчетуметодом Бишопа могут быть определены в соответствии с данными таблицы 1.

Таблица 1 – Значения коэффициентов запаса устойчивости гидротехническогосооружения

Класс сооружения I II III IVОсновное сочетание нагрузок 1,25 1,20 1,15 1,10Особое сочетание нагрузок 1.125 1,08 1,035 0,99Строительный период 1,19 1,14 1,0925 1,045

Под критическими значениями показателей состояния сооруженияпонимаются такие значения, при достижении которых сооружение можетперейти в предельное состояние.

В первом приближении (предварительная оценка) в зависимости отзначений критериальных показателей состояние может оцениваться как;

- работоспособное;- неработоспособное;- предельное (аварийное).

7

Целесообразно связать эти три состояния сооружений с величинамикоэффициентов запаса устойчивости. При этом для оценки сооружения могутбыть использованы величины коэффициента запаса устойчивости, приведенныев таблице 2.

Таблица 2 – Оценки состояния сооружений в зависимости от величиныкоэффициента запаса устойчивости (K3)

Класс сооруженийСостояниесооружения I II III IVРаботоспособное К3≥ 1,25

(1,19)К3≥1,20(1,14)

К3≥1,15(1,05 - 25)

К3≥1,10(1,045)

Неработоспособ-ное

1.125<К3<1,25(1,19)

1,08<К3<1,2(1,14)

1,033<К3<1,157(1,0525)

0,99<К3< 1,10(1,45)

Предельное(аварийное)

К3≤ 1,125 К3≤ 1,108 К3≤ 1,035 К3≤ 0,99

Хотя величина коэффициента запаса устойчивости и является основнымкритерием безопасной эксплуатации сооружений, этот показатель не можетбыть непосредственно измерен и использован для оперативной оценкисостояния сооружения. В то же время существует целый ряд параметровсооружения, связанных со значением коэффициента запаса и поддающихсянепосредственному измерению.

С этой точки зрения представляют интерес и могут быть использованы вкачестве устойчивости и характеристик для оценки безопасной работысооружения следующие параметры:

1 Геометрические параметры профиля сооружения; заложения откосов,ширина гребня, расположение и ширина бьефов.

2 Показания пьезометров и положение кривой депрессии.3 Угол внутреннего трения и величина сцепления грунтов для различных

зон и элементов грунтового сооружения и основания.4 Плотность и влажность грунтов основания и различных элементов

плотины.5 Осадки и горизонтальные перемещения некоторых характерных точек

профиля сооружения.6 Скорость и величина сработки верхнего бьефа.7 Для намывных сооружений - параметры пляжа намыва.Для всех этих параметров в соответствии с таблицей 2 могут быть получены

предельно допустимые и критические значения. При этом важное значениеимеет нормативно-техническое обоснование безопасности промышленныхгидротехнических сооружений (ПГТС).

Нормативная «техническая безопасность» ПГТС, как и другихгидротехнических сооружений (ГТС), определяется их априорнойспособностью не подвергаться авариям, связанным с потерей прочности или

8

устойчивости самих конструкций или их противофильтрационных и дренажныхустройств.

Наиболее опасные последствия эксплуатации промышленныхгидротехнических сооружений связаны с частичным или полным разрушениемподпорных сооружений, которые в промышленной гидротехнике вподавляющем большинстве представляют собой насыпные или намывныегрунтовые сооружения. В связи с этим, безопасность промышленныхгидроузлов связана, главным образом, с обеспечением устойчивости грунтовыхсооружений.

Как показывает анализ повреждений плотин и дамб различных конструкцийи их причин процент повреждений для плотин высотой до 30 м составляет 1,92,высотой 31-60 м – 1,5, выше 61 м – 0,64, т.е. низкие (до 30 м) и старыесооружения имеют более высокую вероятность разрушения. Среди плотинразных типов максимум разрушений приходится на грунтовые плотины изглины, а минимум - на каменно - набросные плотины.

Общая безопасность ПГТС может быть представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Общая схема анализа безопасности ПГТС

Оценка безопасности сооружений в настоящее время может бытьпроизведена на основе хорошо разработанной теории надежности. Однако этатеория использует довольно сложный математический аппарат и требуетдетального мониторинга грунтового сооружения, подробной информации опроектировании, строительстве и эксплуатации сооружений гидроузла и т.д.Для большинства сооружений промышленной гидротехники выполнение всех

Общая безопасность ПГТС

Гидрологическаябезопасность

Экологическаябезопасность

Техническаябезопасность

Социально-демографическая

безопасность

Определяется степеньювоздействия наэкосистемы в зоневлияния ПГТС

Определяется степеньюизученностигидрологического режимана площади водосбора

Определяется функциональнойнадежностью каждого элемента исооружения в целом

Определяется стабильностьсоциальной ситуации натерритории размещения ПГТС

9

этих условий в настоящее время достаточно сложно и, вероятнее всего,возможно в отдаленном будущем.

Хотя величина запаса устойчивости и является основным критериембезопасной эксплуатации грунтового сооружения, показатель не может бытьнепосредственно измерен использован для оперативной оценки состояниясооружения. В тоже время существует целый ряд параметров сооружения,влияющих на величину коэффициента запаса и поддающихсянепосредственному измерению.

Перечень критериальных показателей назначается в зависимости от класса итипа сооружения, качества его основания и возможности применениясоответствующей контрольно-измерительной аппаратуры (КИА).Предпочтение должно отдаваться показателям, которые могут бытьнепосредственно измерены и прямо влияют на величину коэффициента запасаустойчивости.

Функционирование любого хозяйственного субъекта и их совокупности вpeгионе сопровождается воздействием, обладающим потенциальнымивозможностями и окружающей среды.

Даже для определенных источников опасности нет полной ясности ввопросах о мере той опасности, которую они представляют, прогнозированиипоследствий для населения и окружающей среды в случае наступления аварийи катастроф и даже при нормальном функционировании таких объектов, нетграниц до какой степени следует снижать потенциальную опасность (илиповышать безопасность) и сколько для этих целей следует израсходоватьсредств. Все это говорит о необходимости разработки новых долгосрочныхрегиональных программ развития. Разработка рекомендаций в такие программытребует глубокого научного анализа специфики проблем региона.Методологической основой проведения подобного анализа может служитьподход, построенный на комплексной оценке, анализе и управлении рискомхозяйственной деятельности в регионе, т.е. внедрение системы управленияриском (рисунок 2).

Рисунок 2 – Система управления риском гидродинамической аварии

Оценка подверженности гидротехнического сооружения рискугидродинамической аварии – это определение размеров реального воздействия

Анализ риска

Оценка риска Управление риском

Критерии безопасности, принципы приемлемоститехногенных нагрузок на гидротехнические сооружения

10

фактора риска на человека и окружающую среду. Она включает определениемасштаба (уровня) воздействия (Q), его частоты (Fу) и продолжительности (Ту)– такие данные могут быть получены инструментальными методами(мониторинг) или путем моделирования, например, переноса загрязняющеговещества в окружающей среде, и являются базой для оценки того, будет личеловек подвергаться вредному воздействию в существенной мере.

В тех случаях, когда такую оценку можно выразить количественно,совокупный риск рассчитывается по формуле:

å=

××××=mn

jtyyyyiy TFCRPR

,

1,

' (2)

где Рi’ - вероятность заболевания при воздействии на "среднего" индивида i-гo фактора риска однократно и единовременно; Rу - коэффициент (индекс)индивидуальной восприимчивости у-го лица воздействию i-гo фактора риска;Су - уровень воздействия на человека i-гo фактора риска j-той ситуации; Fу -частота воздействия фактора риска; Ту -продолжительность воздействия, n,m –количество соответственно i-го и j-го фактора.

Если прямая количественная оценка или измерение перечисленныхпараметров и, следовательно, совокупного риска невозможны (а этопроисходит весьма часто), то используются методы экспертных оценок.

Основной целью управления риском является определение путей егоминимизации при заданных ограничениях на ресурсы и время. Важно, чтобыобеспечивалось уменьшение совокупного риска в данной системе, а не только«частных» рисков. Так, если идет речь о возможности возникновениячрезвычайной ситуации в регионе, где расположены предприятия с опасными именее опасными производствами, для сведения ее к минимуму необходимоучитывать не только риск аварии и их последствий применительно к первым изназванных объектов, но и к последним.

В процессе управления риском, так же как и в его оценке выделяютсячетыре элемента. Первый из них - сравнение характеристик рисков,полученных в процессе их оценки, с целью установления приоритетов средиисточников и факторов риска, их воздействий, требующих первоочередноговнимания со стороны субъектов управления.

Следующий элемент управления риском - сопоставление выявленныхнегативных, а также позитивных сторон функционирования объекта(предприятия или технологии) - источника риска. Иными словами, выполняетсясравнение «рисковых», прежде всего медико-экологических и «нерисковых»,социально-экономических факторов. К последним, в частности, относятся:выгоды от использования потенциально опасного объекта или его продукта,например, различных источников электроэнергии (ТЭС, ГЭС, АЭС) в народномхозяйстве и т.п.

В мировой практике сложилось три подхода к рассматриваемому типусравнительного анализа. Один из них, пожалуй, наиболее известный и

11

распространенный - метод «затраты-выгоды». Применительно к рисковымситуациям при определении совокупных издержек и выгод, связанных свнедрением конкретной технологии, реализацией проекта, функционированиемпредприятий в определенном регионе и т.д., они пересчитываются с учетомфактора риска - вероятностей конкретных видов негативных воздействий,полученных в ходе оценки риска. Далее они, соответственно, суммируются исопоставляются в виде либо дроби, либо разности.

å

å

=

== m

kjjky

n

Kjjky

CR

YRE

1,

1, или åå==

-=m

kjjky

n

kjjky CRYRE

1,1,

(3)

где Ry - риск, связанный с воздействием i-го источника риска на j-й объект;Y - выгоды, связанные с использованием i-гo источника риска в процессеэксплуатации гидротехнических сооружений; С - издержки, обусловленныеиспользованием i-гo объекта (источника риска) в k-ой области деятельности.

В контексте настоящей работы принцип уменьшающихся рисковгидродинамических аварий следует рассматривать как требованиеобязательных вложений в социальную сферу средств предприятиями,эксплуатирующими гидротехнические сооружения. Размер таких вложенийдолжен компенсировать как риск, так и ущерб, наносимый здоровью населенияв результате возможной гидродинамической аварии.

Введение принципа уменьшающихся рисков гидродинамических аварийзамыкает задачу управления безопасностью и охраны здоровья населения оттехногенного воздействия гидротехнических сооружений на региональномуровне.

Замкнутая система управления безопасностью ликвидации последствийгидродинамической аварии для населения и окружающей среды основываетсяна трех принципах:

1 принцип приемлемого уровня воздействия на человека и объекты внешнейсреды;

2 принцип максимизации эффективности управления безопасностьюликвидации гидродинамической аварии;

3 принцип уменьшающегося совокупного риска и ущерба здоровьючеловека и состоянию объектов окружающей среды.

Для представления указанных принципов гидродинамических аварий,формализации принципа управления безопасностью гидротехническогосооружения и защиты здоровья населения необходимо решить задачунахождения экстремума функции D(X, Z) при определенных ограничениях:

12

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ,//0//, 0

0

0

0dZdZdFdFdYZFdXdXdFdFdYXBPZXD

Ztt

Xt ò--ú

û

ùêë

é-ò--=

,0³X,0³Z

( ) ( ) ,0³- XRRS tt

( ) ( ) ,0³- XGGS tt

( ) ( )[ ] ( ) ,00 00 ³-- XRZRR t

( ) ( )[ ] ( ) ,00 00 ³-- XGZGG t{( ) ( ) ( ) ( ) ( ) .0//0// 0

0

0

0³ò+ú

û

ùêë

é-ò dZdZdFdFdYFdXdXdFdFdY

Ztt

xt

где D (X, Z) - функция экономического эффекта эксплуатациигидротехнического сооружения от вложений в повышение техническойбезопасности и в социальную сферу; X - вложения в системы безопасностигидротехнического сооружения; Z - вложения в социальную сферу (в том числев здравоохранение и охрану окружающей среды); R - пожизненный рисквозникновения гидродинамической аварии; G - ущерб здоровью (выражаемыйсокращением ожидаемой продолжительности жизни) человека, причинённыйпоследствиями гидродинамической аварии; t - индекс, определяющий причинысмерти (или болезней) от деятельности объекта, эксплуатирующегогидротехническое сооружение; 0 - индекс, определяющий весь спектр причинсмерти (и болезней) от деятельности объекта, эксплуатирующегогидротехническое сооружение; Р - экономический эффект деятельностигидротехнического сооружения; В - основные приведенные затраты наэксплуатацию гидротехнического сооружения; D - чистый экономическийэффект от эксплуатации гидротехнического сооружения; Y - экономическийущерб от потерь здоровья в случае гидродинамической аварии; S(R) - критерийбезопасности по индивидуальному риску при возможной гидродинамическойаварии; S(G) - критерий безопасности по индивидуальному ущербу привозможной гидродинамической аварии; F - функция, определяющая либоколлективный риск R, либо экологический ущерб G при возможнойгидродинамической аварии.

Максимум целевой функции ищется на ограниченном множестве, заданномс помощью системы неравенств, характеризующих:

- безопасность гидротехнических сооружений и улучшение здоровья, чтоопределяется требованием запрета на технологическое развитие за счетздоровья населения, проживающего в зоне возможного поражениягидродинамической аварии на гидротехническом сооружении (неравенства

0³X и 0³Z системы);

13

- требования критериев безопасности на ограничение привносимого новойтехнологией риска гидродинамических аварий и ущерба здоровью населения(неравенства ( ) ( ) 0³- XRRS tt и ( ) ( ) 0³- XGGS tt системы), проживающего в зоневозможной чрезвычайной ситуации на гидротехническом сооружении;

- требования принципа уменьшающихся совокупных рисковгидродинамических аварий и ущербов здоровью человека и состояниюокружающей среды при введении новой технологии (неравенства( ( ) ( )[ ] ( ) 00 00 ³-- XRZRR t и ( ) ( )[ ] ( ) 00 00 ³-- XGZGG t системы);

- величина уменьшения обязательных отчислений (неравенство

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0//0// 0

0

0

0³ò+ú

û

ùêë

é-ò dZdZdFdFdYFdXdXdFdFdY

Ztt

xt системы) за счет

вложений в здравоохранение не должна превышать их абсолютную величину.Отметим, что система содержит парные эквивалентные неравенства для

риска возникновения гидродинамической аварии и ущерба от её последствий.Это связано с тем, что показатель пожизненного риска не учитывает многихфакторов, таких как разнесенность во времени эффектов, конкуренция сдругими факторами риска гидродинамической аварии и т.д. Например, прииспользовании только принципа уменьшающихся совокупных рисковгидродинамической аварии возможны ситуации, когда привносимыйтехнологией риск проявляется мгновенно в младших возрастных группах, авложения в здравоохранение приведут к уменьшению риска в старшихвозрастных группах населения, проживающего на прилегающих кгидротехническому сооружению территориях. Тем самым, при общемуменьшении риска гидродинамической аварии произойдет перераспределениеего в младшие возрастные группы. Подобное перераспределение становитсяпрактически невозможным после введения дополнительного ограничениясовокупного ущерба здоровью, требующего неуменьшения ожидаемойпродолжительности жизни.

В целом можно заключить, что для определенных классов функций,задаваемых на выпуклых множествах, могут быть найдены достаточныеусловия существования экстремума. Но решение, как правило, ищетсячисленными методами. Рассмотрим пример поддающийся аналитическомурешению, на котором продемонстрируем некоторые особенности, которые воз-никают при введении и использовании принципа уменьшающихся рисков иущербов.

Теоретический интерес представляет сравнительный анализ илиисследование получаемых решений в следующих вариантах систем управленияриском гидродинамических аварий:

1) нормативное управление: задана только система критериев безопасностигидротехнических сооружений, отсутствует механизм прогноза ипрофилактики, не используется принцип уменьшающихся рисков и ущербов;

2) нормативное управление с использованием принципа уменьшающихсярисков гидродинамических аварий: задана система критериев безопасностигидротехнических сооружений, отсутствует механизм прогноза и

14

профилактики, действует принцип уменьшающихся рисков и ущербов,обязывающий компенсировать остаточный риск посредством вложений вздравоохранение;

3) нормативно-техническое управление: задана система критериевбезопасности гидротехнических сооружений, введен налоговый механизм наостаточное воздействие, но не используется принцип уменьшающихся рисков иущербов;

4) нормативно-техническое управление с использованием принципауменьшающихся рисков и ущербов: задана система критериев безопасности,введен механизм прогноза, действует принцип уменьшающихся рисков иущербов, обязывающий компенсировать остаточный риск посредствомсвоевременной профилактики гидродинамических аварий.

Общий параметрический анализ демонстрирует некоторые характерныемодели управления безопасностью гидротехнических сооружений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, теоретическими и экспериментальными исследованиями,осуществлено решение важной научно-прикладной задачи, имеющейэкономическое и социальное значение, создание методологических основпрогнозирования и профилактики чрезвычайных ситуаций нагидротехнических сооружениях.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:1 Произведена оценка степени безопасности гидротехнических сооружений

путём определения фактических количественных показателей состояниясооружений .

2 В виду отсутствия расчётной методики оценки риска гидродинамическихаварий на гидротехнических сооружениях установлено, что предельнодопустимыми параметрами состояния сооружения следует принимать равнымифактическим значениям, установившимся в период нормальной эксплуатациисооружения.

3 Установлено, что проектные значения предельно допустимых параметровбезопасности гидротехнических сооружений зависят от фильтрационнойутечки из накопителя с учетом фоновой концентрации веществ в подземномпотоке после смешения с фильтрационным потоком из накопителя, и этазависимость описывается уравнением:

qф=A× q0/(C1ф×В1+С2ф×B2+…Cnф× Вn) – А, (4)

где qф - фильтрационный расход из накопителя; C1ф - фоновая концентрациявеществ в подземном потоке после смешения с фильтрационным потоком изнакопителя; q0 - расход грунтового потока в основании накопителя; С1, С2….. -обнаруженные концентрации веществ в подземном потоке после смешения сфильтрационным потоком из накопителя; B1, В2, Вn - произведение Спдк всех

15

компонентов кроме компонента, соответствующего номеру коэффициента Вi,A – произведение величин Cпдк всех компонентов токсичных веществ.

4 Проведена критериальная оценка устойчивости гидротехническогосооружения на основе анализа результатов определения ряда факторов,показателей и параметров состояния его отдельных элементов путёмиспользования критериальных значений показателей, при достижении которыхобеспечивается устойчивость и прочность гидротехнического сооружения.

5 В качестве измеримых критериев устойчивости гидротехническогосооружения, вместо коэффициента запаса устойчивости (который донастоящего времени является основным критерием безопасной эксплуатациигидротехнических сооружений, но не поддаётся непосредственномуизмерению), были установлены количественные параметры для оперативнойоценки состояния сооружения:

- геометрические параметры профиля гидротехнического сооружения(заложение откоса, ширина гребня и бьефа);

- плотность и влажность грунтов основания и различных элементовгидротехнического сооружения;

- осадки и горизонтальные перемещения профиля гидротехническогосооружения.

6 Установлено, что для эффективного управления принципомуменьшающихся рисков и ущербов оптимальным является сочетаниеповышения тарифных ставок на остаточные воздействия, обязывающиекомпенсировать остаточный риск за счёт вложений в здравоохранение содновременным уменьшением налоговых отчислений. Расчёты показываютвысокую степень надёжности при повышении тарифных ставок в 2 раза.

7 Результаты исследований внедрены в производственную деятельностьпредприятия АО «Акбакайский горно-металлургический комбинат», ТОО«Интехношарт», а также в учебный процесс Казахской головной архитектурно-строительной академии и Казахского национального техническогоуниверситета имени К.И. Сатпаева.

Оценка полноты решения поставленных задач достигнута, задачиисследования решены, результаты исследования доведены до внедрения.

Разработка рекомендации исходных данных по конкретномуиспользованию результатов. Исследования необходимы научно-исследовательским институтам, проводящим работы с аспирантами исоискателями промышленным и производственным организациям припроведении организационно-технических мероприятий в процессегидротехнического строительства и ликвидации последствийгидродинамических аварий.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения результатовработы и использование ее научных положений в процессе эксплуатациигидротехнических сооружений была определена, как разность между ущербомот возможной гидродинамической аварии и затратами на проведениемероприятий по её прогнозированию и профилактике. Предполагаемыйэкономический эффект составляет 510 тысяч тенге.

16

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшимидостижениями в данной области. В Казахстане проводились работы поизучению эффективности эксплуатации гидротехнических сооружений ипрогнозированию гидродинамических аварий, однако аналогичный подход кпроблеме снижения вероятности их возникновения до сегодняшнего дня неприменялся.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Шатанов А.А., Тажигулова Б.К., Куканов Р.А. Экологические аспектыпроблемы использования ресурсов рек Нарын-Сырдаринского бассейна. //Научный журнал Вестник КазГАСА .– №3-4 (13-14) Алматы: КазГАСА, 2004г. С. 213-218

2 Шатанов А.А., Тажигулова Б.К., Куканов Р.А. Берегозащитныесооружения от наводнений. //Сборник тезисов докладов международногосеминара «Сели и наводнения: стратегия безопасного строительства исокращение риска стихийных бедствий». – Алматы, 2006 г. – С. 22-24

3 Куканов Р.А. Разработка критериев устойчивости и экологическойбезопасности гидротехнических сооружений. // Научный журнал ВестникКазГАСА .– № 2 (24) Алматы: КазГАСА, 2007 г. С. 185-188

4 Куканов Р.А. Анализ и оценка риска гидродинамических аварий ивозможных чрезвычайных ситуаций. // Материалы I Международной научно-практической конференции «Проблемы строительного производства иуправления недвижимостью». Кемерово: Кузбасский государственныйтехнический университет, 2010 г. – С. 98-103

5 Жараспаев М.Т., Куканов Р.А. Эколого-экономическая оценкаиспользования ресурсов рек Нарын-Сырдаринского бассейна. //МатериалыМеждународной научно-практической конференции «Современные проблемыгеотехники, механики и строительства транспортных сооружений». – Алматы:КазАТК, 2010 г. – С. 100-103

6 Жараспаев М.Т., Куканов Р.А. Анализ риска гидродинамических аварий иоценка возможных чрезвычайных ситуаций. Вестник КазНТУ имени К.И.Сатпаева. – 2010.- №5 (80), - С. 167-169

7 Куканов Р.А. Прогноз и оценка чрезвычайных ситуаций нагидротехнических сооружениях. Научный журнал Вестник КазГАСА .– № 3(37) Алматы: КазГАСА, 2010 г. С. 150-154

8. Куканов Р.А., Ким Д.С. «Критериальная оценка риска гидродинамическихаварий на гидротехнических сооружениях». // «Известия научно-техническогообщества «КАХАК».– №5(10), 2010 г. – С. 81-89

17

Түйін

Куканов Руслан Азатович

Гидротехникалық құрылыстардағы төтенше жағдайларды болжау жəнепрофилактика

05.26.02 «Төтенше жағдайлардағы қауіпсіздік» мамандығы

Зерттеулердің өзектілігі. Гидродинамикалық апаттар кезіндегітұрғындарды қорғау жəне қауіпсіздігін қаматамасыз ету ұйымдастыру,инженерлік-техникалық жəне басқа кешендердің бірігуімен қамтамасыз етіледі.Бұл іс-шаралардың негізгілері: бөгет пен тұрғын аймақтардың орналасуорнын дұрыс таңдау; бұзу толқыны əсері мүмкін болатын жерлерде тұрғынүйлер, экономика объекттері құрылысын шектеу; тұрғын аймақтар мен ауылшаруашылық жерлерін қоршау; сенімді су ағызу жүйелерін жасау; сырғымамен бұзылулардың алдын алу үшін жағаларды бекіту жұмыстарын жүргізу;құрылыстар мен ғимараттарда арнайы бекітулер мен гидрооқшаулауды жасау;бұзу толқынының жылдамдығын төмендетуге қабілетті діңі төмен орналасқанағаштарды (терек, қайың) егу. Диссертация гидротехникалық құрылыстардагидродинамикалық апаттардың қатерін бағалаудың ғылыми негізделгеннəтижелері алынған зерттеулерге арналады.

Жұмыстың мақсаты үлкен территорияларда қалдықтардың жинақталуы,құнарлы топырақтың шайылуы, бұзу ағыны пайда болуы жəне катастрофалықсу басуға əкелетін, қуатты толқындарының пайда болып, бөгеттербұзылуымен байланысты гидротехникалық құрылыстардағы төтеншежағдайларды болжау жəне профилактика.

Зерттеу объекті төтенше жағдай пайда болу қаупін тудыратынгидротехникалық құрылыстар.

Зерттеудің міндеттері:- гидротехникалық құрылыстардағы төтенше жағдайларды сараптап шолу;- гидротехникалық құрылыстардағы гидродинамикалық апаттардың сандық

бағасын беру;- гидротехникалық құрылыстардағы гидродинамикалық апаттардың

қатерін бағалау əдістерін жетілдіру.Зерттеу əдістері. Диссертацияда зерттеудің кешенді əдісі қолданылған,

оның құрамына гидротехникалық құрылыстардың қауіпсіздігінің жүйеліксараптамасы жəне гидродинамикалық апаттар зардаптарын жою қауіпсіздігінбасқару міндеттерін шешу үшін сызықты емес бағдарламалау əдісін пайдаланукіреді.

Қорғауға шығарылатын ғылыми қағидалар:- гидротехникалық құрылғылардың қауіпсіздігінің рұқсат етілген шекті

параметрлерінің жобалық мəндері болмаса, оларды пайдаланудың өткенкезеңін бақылау мəліметтерін ескере отырып ағындағы заттардың табиғи

18

концентрациясына сай жинақтағыштан шыққан сүзгілі ағындылар негізіндеанықтау керек;

- гидротехникалық құрылыстардың не «құрылыс-негіз» қауіпсіздікдəрежесін бағалау құрылыстың беріктігі мен тұрақтылығы көрсеткіштерініңшекті рұқсат етілген мəндеріне тəуелді, ол топырақ, жүктеме сенімділіккоэффициенттері жəне еңбек шарттары коэффициенттеріне тəуелді;

- төмендейтін қатерлер мен шығындарды басқару қалдықты əсерлергесалық механизміне тəуелді, олар салық төлемдерін азайтып бір мезгілдеденсаулық сақтауға салымдар есебінен қалдықты қатер шығындарын орнынакелтіруге міндеттейді.

Нəтижелерді нақты пайдалануға бастапқы мəліметтердіңпрактикалық ұсыныстары. Зерттеулер ғылыми-зерттеу институттарыаспиранттары мен ізденушілеріне, гидротехникалық құрылыс үрдісіндеұйымдастыру-техникалық іс-шараларды жүргізуде жəне гидродинамикалықапаттар нəтижелерін жоюда өндірістік, өнеркəсіптік ұйымдар үшін қажет.

Жұмыстың практикалық маңызы жəне жұмыс нəтижелерінпайдалану. Гидродинамикалық апаттардың азаятын қатерлері принципінесай, жаңа технологияны енгізудің əлеуметтік қолайлы болуы оның соңғыəсерлерінің бірінде қосынды қатердің төмендетуінде болады, одангидротехникалық құрылыстың маңында орналасқан адамдар мен объекттерзардап шегеді.

Жұмыстың нəтижелерін енгізудің технико-экономикалық тиімділігінбағалау мүмкін болатын гидродинамикалық апаттың шығыны мен іс-шараларды болжау жəне профилактикасы арасы шығын айырмасы ретіндеанықталды. Ұсынылатын экономикалық əсер 510 мың теңге.

Бұл аймақта жоғарғы жетістіктермен салыстыра отырыпорындалған жұмыстың ғылыми деңгейін бағалау: Қазақстандагидротехникалық құрылыстарды пайдалану тиімділігін анықтау жəнегидродинамикалық апаттарды болжау жұмыстары жүргізілген, бірақбүгінге дейін олардың пайда болу ықтималдылығы мəселесін зерттеудеұқсас жұмыстар болған жоқ.

19

Resume

Kukanov Ruslan Azatovich

Forecasting and prevention of emergency situations on hydro-technical erections

Speciality 05.26.02 – «Safety in emergency situations»

Urgency of researches. Protection and safety of the population athydrodynamic wrecks are provided with a complex of organizational, technical andother measures. The main from these measures are: correct location choice of theplacings of a dam and population aggregate; restriction of building construction andobjects of economy in the places subject to action of a possible wave of break;damming-in of population aggregate and agricultural grounds; creation of reliabledrainage systems; execution of shores strengthening for prevention of landslips andavalanches; the device of a waterproofing and special strengthenings on buildings andconstructions; planting of low-stemmed woods (from poplars, an alder and a birch),which are capable to reduce speed of a wave of break. The Dissertation is devoted tothe researches in which result are received scientifically well-founded consequencesby risk assessment of hydrodynamic wrecks on hydraulic engineering constructions.

The aim of the thesis is fore casting and prevention of emergency situationson hydro-technical erections, caused by dumb breaking with heavy waves’ formationleading to catastrophically floods appearance and destruction of fertile soils allaround the large territories.

Objectives of research. The objectives of the thesis are the following:- analytical review of emergency situations on hydro-technical erections.- quantities evaluation of hydro-dynamical breakdown hazards on hydro-

technical erections.- improvement of risk evaluation methods of hydro-dynamical breakdown on

hydro-technical erections.Analysis. In the thesis there’s been used the complex analysis policy including

the system analysis of hydro-technical erections’ safety and application of the methodof non-linear programming for solving the task of hydro-dynamical breakdownconsequences’ liquidation safety management.

Main results of the thesis:- at the absence of project values of admitted limits of hydro-technical

erections’ safety, it should be identified by means of the present monitoring data gotfor the past period of exploitation on the base of the filter flows from the saver withpaying attention to the substances’ background concentration in the flow;

- the evaluation of the safety level of hydro-technical erections depends on theadmitted limits of values of reliability and strengthen of the erection or the system«erection-foundation», providing by the relevance of the identity depending on thefactors of load and foundation stability and the functioning conditions factor as well;

- managing the principle of risk and damage diminution depends on thetaxation policy on the spare influence, making obligatory to recover the spare risk by

20

means of inputs into the health-care system and simultaneous minimization of taxpayments.

The results usage recommendations. The thesis results are useful for thescientific and research institutions bringing up the post-graduates on thecorrespondent specialties and the industrial enterprises carrying out the organizationaland technical measurements in the process of hydro-technical construction or hydro-dynamical breakdown consequences’ liquidation process.

Field of application. According to the principle of hydro-dynamicalbreakdown risk diminution the inculcation of the newer technology could beconsidered as the socially relevant if one of the final effects of its’ application hadlead the cumulative risk decreasing, threatening people and the environment objects,situated nearby the hydro-technical erection.

Inculcation cost-performance. Inculcation of the thesis results andapplication of it’s main results in the process of hydro-technical erection exploitationcost-performance was found as the difference between the damage of the probablehydro-dynamical breakdown and spends for the forecasting and preventionmeasurements of the heavy breakdown. The proposed economical effect aggregates510 thousand tenge.

Forecasting estimates of the research object development. In Kazakhstan,there had been carried out the researches on the studying the efficiency of hydro-technical erections exploitation and forecasting the hydro-dynamical breakdown, butthe similar approach to the problem of decreasing their appearance probability hasnever been applied until the present thesis.

21

Подписано в печать ___ _________ 2010 г.Формат 60х84 1/16. Бумага типографская. Ризограф.

Объем 1,4 печ. л. Тираж 100 экз.

__________________________________________________________

Издание Казахской головной архитектурно-строительной академииИздательский дом «Строительство и архитектура»

050043, г. Алматы, ул. Рыскулбекова, 28