ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ
МИНИСТЕРСТВА ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ»
Автореферат диссертации
на соискание ученой степени кандидата технических наук
по специальности 05.26.02 безопасность в чрезвычайных ситуациях
Прогнозирование возникновения чрезвычайных ситуаций на грунтовых подпорных сооружениях шламохранилищ Республики Беларусь
Миканович Дмитрий Станиславович
Минск
2019
РЭЗЮМЭ
Мікановіч Дзмітрый Станіслававіч
ПРАГНАЗАВАННЕ ЎЗНІКНЕННЯ НАДЗВЫЧАЙНЫХ СІТУАЦЫЙ НА ГРУНТАВЫХ ПАДПОРНЫХ ЗБУДАВАННЯЎ ШЛАМАСХОВIШЧАЎ РЭСПУБЛІКІ БЕЛАРУСЬ
Ключавыя словы: верхні б'еф, гідрадынамічная аварыя, гідратэхнічныя збудаванні, ніжні б'еф, нармальны подпорны ўзровень, надзвычайная сітуацыя, шламасховiшча, рызыка ўзнікнення надзвычайных сітуацый, фільтрацыя.
Мэта працы: вызначэнне дыягнастычных фактараў, якія спрыяюць разбурэнню верхавых і нізавых адхонаў дамбаў, з разпрацоўкай разліковай методыкі ацэнкі верагоднасці ўзнікнення гідрадынамічных аварый на збудаваннях шламасховiшчаў калійнай вытворчасці Рэспублікі Беларусь з улікам наяўнасці ў вадкасці ПАР.
Метады даследавання і выкарыстаная апаратура. Агульная метадалогія працы ўключае спалучэнне натурных назіранняў, лабараторных і тэарэтычных даследаванняў, а таксама мадэляванне працэсу фільтрацыі ў целе дамбаў і плацін. Для рэгістрацыі параметраў пры правядзенні натурных і лабараторных даследаванняў выкарыстоўваліся: волномерная рэйка, нівелір, электронны анемометр, камплект гідралагічных і батыметрычных карт, GPS-сістэма, лазерны далямер, пробаадборнікі, батометр, пьезометры, фота- і відэакамеры.
Атрыманыя вынікі і іх навізна. На аснове вынікаў натурных абследаванняў шламасховiшчаў Рэспублікі Беларусь вызначаны асноўныя крытэрыі ацэнкі тэхнічнага стану агароджвальных канструкцый грунтовых збудаванняў. Распрацавана методыка лабараторных даследаванняў і эксперыментальная ўстаноўка па вызначэнні фільтрацыйнага расходу, сярэдняй хуткасці і каэфіцыенту фільтрацыі для пясчаных грунтоў у залежнасці ад наяўнасці ў вадкасці павярхнёва-актыўных рэчываў. Праведзены лабараторныя даследаванні па вывучэнні руху ў іх фільтрацыйнай плыні, ацэнкі становішча крывой дэпрэсіі, а таксама вызначэння ўдзельнага фільтрацыйнага расходу з каэфіцыентам фільтрацыі грунту ў целе земляной дамбы. Распрацаваны каэфіцыент прапарцыянальнасці для розных тыпаў дамбаў (плацін) kпр = 0,590,86, які дазваляе пры правядзенні фільтрацыйных разлікаў для падпорных збудаванняў шламасховiшчаў улічваць наяўнасць у вадкасці ПАРов. Распрацавана методыка па ацэнцы верагоднасці ўзнікнення надзвычайных сітуацый на гідратэхнічных збудаваннях шламасховiшчаў Рэспублікі Беларусь.
Рэкамендацьп па выкарыстаннь Bінікі дысертацыйнага даследавання могуць быць выкарыстаны ў праектных арганізацыях пры распрацоўцы часткі праекту « Інжынерна-тэхнічныя мерапрыемствы грамадзянскай абароны, «Мерапрыемствы па папярэджанні надзвычайных сітуацый», а таксама органамі i падраздзяленнямі МНС пры распрацоўцы доўгатэрміновых прагнозаў узнікнення надзвычайных сітуацый.
Вобласць выкарыстання. Праектныя арганізацыі, вышэйшыя навучальныя ўстановы, Міністэрства прыродных рэсурсаў, Міністэрства па надзвычайных сітуацыях, Міністэрства сельскай гаспадаркі і харчавання, Міністэрства будаўніцтва і архітэктуры і інш.
РЕЗЮМЕ
Миканович Дмитрий Станиславович
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ГРУНТОВЫХ ПОДПОРНЫХ СООРУЖЕНИЯХ ШЛАМОХРАНИЛИЩ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Ключевые слова: верхний бьеф, гидродинамическая авария, гидротехнические сооружения, нижний бьеф, нормальный подпорный уровень, чрезвычайная ситуация, шламохранилище, риск возникновения чрезвычайных ситуаций, фильтрация.
Цель работы: определение диагностических факторов, способствующих разрушению незащищенных верховых и низовых откосов дамб, с разработкой расчетной методики оценки вероятности возникновения гидродинамических аварий на сооружениях шламохранилищ калийного производства Республики Беларусь с учетом наличия в жидкости ПАВ.
Методы исследования и использованная аппаратура. Общая методология работы включает сочетание натурных наблюдений, лабораторных и теоретических исследований, а также моделирования процесса фильтрации в теле дамб и плотин. Для регистрации параметров при проведении натурных и лабораторных исследований использовались: волномерная рейка, нивелир, электронный анемометр, комплект гидрологических и батиметрических карт, GPS-система, лазерный дальномер, проботборники, батометр, пьезометры, фото- и видеокамеры.
Полученные результаты и их новизна. На основе результатов натурных обследований шламохранилищ Республики Беларусь определены основные критерии оценки технического состояния ограждающих конструкций грунтовых сооружений. Разработана методика лабораторных исследований и экспериментальная установка по определению фильтрационного расхода, средней скорости и коэффициента фильтрации для песчаных грунтов в зависимости от наличия в жидкости поверхностно-активных веществ. Проведены лабораторные исследования по изучению движения в них фильтрационного потока, оценки положения кривой депрессии, а также определения удельного фильтрационного расхода с коэффициентом фильтрации грунта в теле земляной дамбы. Разработан коэффициент пропорциональности для различных типов дамб (плотин) kпр = 0,590,86, который позволяет при проведении фильтрационных расчетов для подпорных сооружений шламохранилищ учитывать наличие в жидкости ПАВов. Разработана методика по оценке вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях шламохранилищ Республики Беларусь
Рекомендации по использованию. Результаты диссертационного исследования могут быть использованы в проектных организациях при разработке раздела проекта «Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны, «Мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций», а также органами и подразделениями МЧС при разработке долгосрочных прогнозов возникновения чрезвычайных ситуаций.
Область применения. Проектные организации, высшие учебные заведения, Министерство природных ресурсов, Министерство по чрезвычайным ситуациям, Министерство сельского хозяйства и продовольствия, Министерство строительства и архитектуры и др.
SUMMARY
Dmitry Mikanovich
FORECASTING EMERGENCY SITUATIONS ON GROUND SUPPORTING FACILITIES OF SLUDGE STORAGES IN THE REPUBLIC OF BELARUS
Keywords: upper reach, hydrodynamic accident, hydraulic structures, bottom reach, normal retaining level, emergency, sludge storage, risk of emergency situations, filtration.
Objective. Identification of diagnostic factors contributing to the destruction of unprotected upstream and downstream slopes of dams and assessment of the likelihood of emergency situations at hydraulic structures of sludge storage facilities in the Republic of Belarus, taking into consideration the presence of surfactants in the liquid.
Methods of research and equipment. The general methodology of the research includes the combination of field observations, laboratory and theoretical studies, as well as modeling of the filtration process in the body of dams.. To record the parameters for conducting field and laboratory studies dimensional gauge, level, electronic anemometer, set of hydrological and bathymetric maps, GPS system, laser range finder, samplers, bathometer, piezometers, photo and video cameras were used.
Findings and novelty. On the basis of the results of on-site surveys of sludge storages in the Republic of Belarus, the main criteria for assessing the technical condition of the enclosing structures of ground structures were determined. A laboratory research method and an experimental installation to determine the filtration flow rate, average speed and filtration coefficient for sandy soils depending on the presence of surfactants in the liquid has been developed. The laboratory studies were carried out to research the movement of the filtration flow, to assess the position of the drawdown curve, and to determine the specific filtration flow rate with a soil filtration coefficient in the body of ground dam. The coefficient of proportionality for various types of dams has been developed kpr = 0,590,86. It allows considering the presence of surfactants in liquid while making filtration calculations for supporting constructions of sludge storage..The methodology for assessing emergency risk at hydro technical structures of sludge storage facilities in the Republic of Belarus. has been developed.
Guidance for use. The results of the dissertation research can be used in planning organizations in the development chapter of the project «Engineering and technical measures of civil defenses, «Emergency preventing measures». Obtained results can also be used under the development of long-term forecasts of emergency occurrence by agencies and departments of MES.
Field of application. Project organizations, higher education institutions, the Ministry of Natural Resources, the Ministry of Emergency Situations, the Ministry of Agriculture and Food, the Ministry of Construction and Architecture, etc.
Научная работа выполнена в государственном учреждении образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь».
Научный Левкевич Виктор Евгеньевич, руководитель: доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Водоснабжение и водоотведение» Белорусского национального технического университета.
Оппонирующая Государственное научное учреждение организация «Институт тепло - и массообмена им. А.В. Лыкова,
ВВЕДЕНИЕ
Во многих странах мира, в том числе и в Республике Беларусь, имеются хранилища жидких отходов (шламохранилища или хвостохранилища). Хвостовые хозяйства калийных производств связаны с устройством солеотвалов, строительством и эксплуатацией шламохранилищ для складирования жидких шламов.
В процессе эксплуатации гидротехнических сооружений шламохранилищ создается угроза возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) с образованием волн прорыва, катастрофических затоплений. В результате чрезвычайных ситуаций происходит разрушение зданий и сооружений, ЛЭП, дорог, сельскохозяйственных угодий, наносится значительный материальный, экологический и социальный ущерб. Таким образом, имеется необходимость определения диагностических факторов, способствующих возникновению чрезвычайных ситуаций при эксплуатации солевых шламохранилищ. Это позволит снизить вероятность возникновения чрезвычайных ситуаций на сооружениях шламохранилищ за счет разработки компенсирующих мероприятий и предотвратить гибель людей, материальный ущерб, а также повысить безопасность эксплуатации данных сооружений.
Кроме того, актуальность темы исследования обусловлена естественным старением существующих и строительством новых шламохранилищ. В Республике Беларусь имеется более 30 шламохранилищ для хранения шламов калийного производства. Этапом развития научных исследований в данной области на территории Республики Беларусь является работа С.Ф. Шемета и Н.Н. Прохорова «Методы оценки технического состояния ограждающих дамб шламохранилищ калийного производства». Авторами была представлена и проанализирована схема районирования территории ОАО «Беларуськалий», позволяющая сократить рост площадей, используемых для размещения отходов. Однако до настоящего времени отсутствует оценка состояния и устойчивости данных сооружений с точки зрения факторов, способствующих возникновению возможных чрезвычайных ситуаций на них и определению вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций. Следует отметить, что в нормативной и научной литературе не обнаружено сведений по определению перехода шламохранилищ в аварийное состояние. Сказанное является дополнительным аргументом для детального исследования реологических свойств солевых шламов, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ), способные влиять на скорость их фильтрации. Изучение причинно следственных связей между изменением реологических свойств шламов и возникновением условий прорыва шламохранилищ позволит установить показатели, свидетельствующие о их предаварийном состоянии.
Наряду с собственными экспериментальными данными в работе использованы фондовые материалы специализированных организаций Республики Беларусь: РУП «Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов», РУП «Институт мелиорации» Национальной академии наук Беларуси, РУП «Белгипроводхоз», ОАО «Беларуськалий», Белорусского национального технического университета, Белорусского государственного университета.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Связь работы с крупными научными программами (проектами), темами.
Ключевые исследования, составившие основу диссертационной работы, выполнены в Университете гражданской защиты МЧС Беларуси в рамках следующих заданий:
- научно-исследовательская работа «Разработать базу данных тестовых искусственных водных объектов Республики Беларусь для прогнозирования возможных аварий на гидротехнических сооружениях с учетом их современного состояния» по заданию 2.1.02 «Разработка методик, алгоритмов и программных средств для оценки ущербов от чрезвычайных ситуаций на водных объектах Республики Беларусь различного типа» государственной программы научных исследований «Научное обеспечение безопасности и защиты от чрезвычайных ситуаций» (номер государственной регистрации № 20121657, 2012-2014 гг.);
- научно-исследовательская работа «Оценить влияние фильтрационных свойств песчаных грунтов на устойчивость откосов ограждающих дамб с целью прогнозирования возникновения гидродинамических аварий на сооружениях шламохранилищ» по заданию 2.1.10 «Исследование устойчивости ограждающих гидротехнических сооружений шламохранилищ и прудов - накопителей мелиоративных и польдерных систем для предупреждения чрезвычайных ситуаций и оценки возможных ущербов» государственной программы научных исследований «Информатика и космос, научное обеспечение безопасности и защиты от чрезвычайных ситуаций» (номер государственной регистрации 20140928, 2014-2016 гг.);
- научно-исследовательская работа «Оценка экологического риска при возникновении чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях шламохранилищ» (грант Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (№ номер государственной регистрации 20142521, 2014-2016 гг.));
- научно-исследовательская работа «Оценить состояние гидротехнических сооружений на водоемах технического назначения с целью предупреждения чрезвычайных ситуаций» по заданию 3.1.04 «Исследование масштабов и разработка прогнозных моделей развития деформаций гидротехнических сооружений водоемов технического назначения (охладительных, очистных, технологических) для предупреждения и оценки последствий чрезвычайных ситуаций» государственной программы научных исследований «Информатика, космос и безопасность» (номер государственной регистрации 20163549, 2016-2018 гг.).