Прогнозування аварій на греблях в задачах оцінки й забезпечення їх надійності та безпеки
Обґрунтовано необхідність та запропоновано методи прогнозування аварій на греблях в контексті оцінки та забезпечення їх надійності й безпеки.
Saved in:
| Published in: | Гідроенергетика України |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут електродинаміки НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57960 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Прогнозування аварій на греблях в задачах оцінки й забезпечення їх надійності та безпеки / Д.В. Стефанишин // Гідроенергетика України. — 2011. — № 3-4. — С. 52-60. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859989679749726208 |
|---|---|
| author | Стефанишин, Д.В. |
| author_facet | Стефанишин, Д.В. |
| citation_txt | Прогнозування аварій на греблях в задачах оцінки й забезпечення їх надійності та безпеки / Д.В. Стефанишин // Гідроенергетика України. — 2011. — № 3-4. — С. 52-60. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Гідроенергетика України |
| description | Обґрунтовано необхідність та запропоновано методи прогнозування аварій на греблях в контексті оцінки та забезпечення їх надійності й безпеки.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:31:17Z |
| format | Article |
| fulltext |
Н А У К А — Н А У К О В О 2 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Гідроенергетика України, 3�4/2011, ISSN 1812�92775252
ГГ
реблі є найбільш роз пов сю д же ни ми
об'єкта ми се ред відповідаль них інже -
нер них спо руд, ши ро ко за сто со ву ють ся
в різних га лу зях на род но го гос по дар ст ва та сфе -
рах життєдіяль ності лю ди ни, зо к ре ма в гідро е -
нер ге тиці.
Це один з най д ревніших видів інже нер них
об'єктів, по ряд з жит ло ви ми, хра мо ви ми, обо рон -
ни ми спо ру да ми та до ро га ми. Перші згад ки про
будівництво гре бель з ме тою во до по ста чан ня на -
се лен ня, зро шен ня зе мель, за хи с ту від по ве ней
пов'язані ще з шу мерсь кою цивілізацією, яка
існу ва ла за 4 ти сячі років до на шої ери.
Греблі по пра ву слід вва жа ти найбільш дов -
говічни ми інже нер ни ми спо ру да ми. Се ред відо -
мих гре бель, що збе рег ли ся ще з ан тич них часів,
— ґрун то ва греб ля Кофіні, ви со тою 10 м, що бу ла
по бу до ва на в Греції в 1260 р. до на шої ери [1].
Про тя гом 3300 років ця греб ля пе ре жи ла чис -
ленні па вод ки й зем ле т ру си й про дов жує ек сплу -
а ту ва ти ся. В Іспанії до те пер успішно ек сплу а ту -
ють ся дві ве ликі ґрун тові греблі (Про зерпіна, ви -
со тою 21 м, і Кор наль бо, ви со тою 24 м), що бу ли
по бу до вані в І—ІІ століттях на шої ери, ще за часів
Римсь кої імперії [1—3].
За да ни ми Міжна род ної комісії з ве ли ких
гре бель (ICOLD) в світі вже по бу до ва но більше,
ніж 45 ти сяч ли ше так зва них "ве ли ких" гре бель,
до яких відне сені греблі ви со тою 15 метрів й ви -
ще, та греблі, що ство рю ють во до схо ви ща об'ємом
не мен ше 1 млн. м3. За галь на ж кількість всіх гре -
бель, що бу ли по бу до вані на Землі, пе ре ви щує
800 ти сяч [4, 5].
Будівництво гре бель у всі віки спри я ло
суспільно'еко номічно му роз вит ку, індустріаль -
ним ре во люціям то що. Прак тич но всі роз ви нені
країни світу в ми ну ло му столітті пе ре жи ва ли бум
греб ле бу ду ван ня на своїй те ри торії. Нині спо с -
терігається но ва хви ля ма со во го будівництва гре -
бель в країнах, що стрімко роз ви ва ють ся, зо к ре ма
в Бра зилії, В'єтнамі, Ки таї та ін.
Од нак історія греб ле бу ду ван ня налічує й не -
по оди нокі ви пад ки аварій на греб лях, в то му
числі і ка та ст рофічних — з людсь ки ми жерт ва ми.
Так, про тягом ос танніх 150 років, серй озні
аварійні си ту ації трап ля ли ся май же на кожній з
36 ве ли ких гре бель, що за реєстро вані ICOLD.
При цьо му май же на кожній з 158 ве ли ких гре -
бель аварії су про во д жу ва ли ся про ри ва ми напір -
но го фрон ту і май же на кожній з 76 гре бель руй -
ну вань вда ва ло ся уник ну ти ли ше за вдя ки ек с т ре -
но му (аварійно му) спо рож нен ню во до схо вищ [6].
ПРОГНОЗУВАННЯ АВАРІЙ НА ГРЕБЛЯХ В ЗАДАЧАХ
ОЦІНКИ Й ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЇХ НАДІЙНОСТІ ТА БЕЗПЕКИ
СТЕФАНИШИН Д.В., докт. техн. наук, пров. наук. співробітник.
ІТГІП НАН України, м. Київ
УДК 627.132
Обґрунтовано необхідність та запропоновано методи прогнозування аварій на греблях в
контексті оцінки та забезпечення їх надійності й безпеки.
a б
Рис. 1. Греблі Прозерпіна (а) [2] та Корнальбо (б) [3]
Гідроенергетика України, 3�4/2011, ISSN 1812�9277 5353
Н А У К А — Н А У К О В О 2 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
За да ни ми ICOLD, без по се ред ньо під час ава -
рій на греб лях, за ми ну ле століття в світі за ги ну -
ло біля 40 тис. осіб [6]. Од на з найбільших ка та ст -
роф ста ла ся в 1975 р. в Ки таї, ко ли внаслідок па -
вод ку зруй ну ва ли ся дві ве ликі греблі на р. Жу в
про він ції Хе нань — греб ля Ши ман тань, та на ступ -
на за течією в ка с каді — греб ля Бань цяо (Рис. 2).
Ава рія вик ли ка ла мас штаб ну про рив ну повінь, в
ре зуль таті якої, за да ни ми відкри тих дже рел [7],
за ги ну ло по над 26 тис. лю дей, 145 тис. по мер ло
внаслідок го ло ду й епідемій, бу ло зруй но ва но
5960 000 бу динків. За га лом внаслідок аварії по ст -
раж да ло май же 11 млн. осіб.
Повністю ви клю чи ти мож ливість аварій на
греб лях, в то му числі і ка та ст рофічних аварій, на -
вряд чи бу де мож ли во — не тільки в най б лиж чо му,
але і у відда ле но му май бут нь о му. На гляд ним при -
кла дом цьо му мо же слу гу ва ти тра гедія на Са я -
но'Шу шенській ГЕС, що ста ла ся 17 серп ня 2009 р.
[8]. Греблі з ча сом старіють — і не тільки мо раль -
но, а й фізич но, за зна ють різних по шко д жень. І
хо ча більшість та ких по шко д жень, як по ка зує
прак ти ка, не є кри тич ни ми, не всі во ни, а та кож
не га тивні про це си, що з ни ми пов'язані, вчас но
ви яв ля ють ся, аналізу ють ся та адек ват но
оціню ють ся з точ ки зо ру мож ли вих наслідків.
В Ук раїні, за да ни ми проф. А.В. Яци ка [9],
налічується більше 1150 гре бель різної ви со ти,
ти пу, при зна чен ня, аварії на яких мо жуть не -
сти за гро зу жит тю лю дей.
Згідно з п. 13 "Ме то ди ки іден тифікації по -
тенційно не без печ них об'єктів" [10] греблі, як
напірні гідро с по ру ди, в Ук раїні відно сять ся до
по тенційно не без печ них об'єктів, на яких мо -
жуть ви ни ка ти гідро ди намічні аварії — тех но -
генні аварії, що пов'язані з роз пов сю д жен ням з
ве ли кою швидкістю во ди. Гідро ди намічні
аварії (ГДА) мо жуть ви ни ка ти при руй ну ванні
(про ри вах) гре бель, дамб, шлюзів, за творів,
роз гер ме ти зації напірних трактів, при зсу вах й
об ва лах у во до схо ви щах, аварійно му спраць о -
ву ванні во до схо вищ то що [11]. Дже ре лом ГДА
мо жуть бу ти аварії на різних гідро с по ру дах,
що ство рю ють, підтри му ють напір чи пра цю -
ють під на по ром, тоб то ви ко ну ють функції гре -
бель. До та ких гідро с по руд, зо к ре ма, мо жуть
відно си ти ся дам би об ва лу ван ня во до схо вищ
та гідровідвалів; во до забірні, во до про пускні та
во до с кидні спо ру ди; сто я ни та підпірні стіни,
що вхо дять до скла ду напірно го фрон ту; ме -
ханічне ус тат ку ван ня (за тво ри); бе ре го укріплю -
вальні, ре гу ляційні та за хисні спо ру ди; напірні
стіни та трак ти ГЕС, ГА ЕС і на сос них станцій;
напірні гідро с по ру ди ТЕС і АЕС; греблі та дам би,
що вхо дять до скла ду си с тем інже нер но го за хи с ту
на се ле них пунктів, сільсько го с по дарсь ких угідь
та гос по дарсь ких об'єктів [10].
Гідро ди намічна аварія на греблі су про во д -
жується ут во рен ням так зва ної хвилі про ри ву
Рис. 2. Вид на зруйновану греблю Баньцяо (Китай, 1975 р.) [7]
Рис. 4. Чисельне моделювання хвилі прориву в руслі з горизонтальним
дном при "вивалі" секції бетонної гравітаційної греблі (за схемою
проф. В.В. Пухначова)
Рис. 3. Хвиля прориву (схема)
ННБ — глибина води у нижньому б'єфі до аварії;
Vгр, Vфр — швидкості поширення гребеня та фронту хвилі
Н А У К А — Н А У К О В О 2 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Гідроенергетика України, 3�4/2011, ISSN 1812�92775454
[11] (Рис. 3) — хвилі пе реміщен ня, ви со та якої
при миттєво му роз критті про ра ну (на при клад,
при руй ну ванні бе тон ної греблі), мо же ся га ти до
60% різниці між ви со тою спо ру ди та гли би ною
во ди у ниж нь о му б'єфі (Рис. 4).
При руй ну ванні ґрун то вої греблі (Рис. 5)
фор му ван ня про ра ну мо же три ва ти кілька го дин.
При цьо му ут во рю ють ся більш "по логі" хвилі
про ри ву, знач ну ча с ти ну об'єму яких скла да ють
про дук ти руй нації греблі та на но си, що відкла ли -
ся у во до схо вищі.
В за леж ності від фор ми до ли ни ріки ха рак те -
ри с ти ки (ви со та, до вжи на, швидкість пе реміщен -
ня) хвилі про ри ву мо жуть різко зміню ва ти ся. В
ши рокій до лині хви ля про ри ву по во дить се бе як
дов га хви ля, до вжи на якої суттєво пе ре ви щує
гли би ну по то ку. У вузь ких місцях до ли ни ви со та
хвилі про ри ву різко зро с тає й до ся гає де сятків
метрів. Різко збільшується при цьо му і швидкість
фрон ту хвилі — до кількох де сятків метрів за се -
кун ду [11].
Рис. 5. Руйнування греблі Тетон (США, 1976 р.) [12]
Рис. 6. Вид на аркову греблю Вайонт та долину р. П'яве (Північна Італія) до (а — стрілочками показано тіло зсуву)
і після (б — верхній, в — нижній б'єфи) аварії 1963 р. [17]
а
б
в
Гідроенергетика України, 3�4/2011, ISSN 1812�9277 5555
Н А У К А — Н А У К О В О 2 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Хви ля про ри ву ут во рює про рив ну повінь з за -
топ лен ням знач них те ри торій, ма теріальні збит ки
від якої мо жуть пе ре ви щу ва ти збит ки від при род -
них по ве ней. Над зви чай но ве ли кою мо же бу ти й
руйнівна здатність хвилі про ри ву. В ма теріалах IX
Міжна род но го кон гре су з ве ли ких гре бель (Стам -
бул, 1967 г.) [13] бу ли при ве дені дані, згідно з яки -
ми ма теріальні збит ки від про рив ної по вені оціню -
ва ли ся від от 1 до 100 млн. дол. США на 1 км2
площі за топ лень або від 1 до 10 дол. США на 1 м3
во ди, що про ри вається в нижній б'єф.
В се ред нь о му, за да ни ми ICOLD [13, 14], на
1 дол. вар тості греблі мо же при па да ти 10 дол.
США пря мих збитків від її про ри ву.
Не без печні ГДА у ви гляді так зва них хвиль
витіснен ня ("об валь них" хвиль, імпульс них хвиль)
[11, 15, 16] ви ни ка ють та кож при об ва лах та зсу -
вах, схо д женні сніго вих ла вин у во до схо ви ща,
при сей шах (сейсмічних по трясіннях на во до схо -
ви щах). Од на з найбільш відо мих ка та ст роф в
історії гідро технічно го будівництва, що ста ла ся 9
жовт ня 1963 р. на гірсько му во до схо вищі Вай онт
(Північна Італія, р. П'яве), бу ла вик ли ка на хви -
лею витіснен ня.
Во до схо ви ще Вай онт бу ло ут во ре но над ви со -
кою ар ко вою греб лею ви со тою 262 м (Рис. 6) [17].
В ре зуль таті зсу ву у во до схо ви ще гірських порід
об'ємом, що пе ре ви щу вав 250 млн. м3, ут во ри ла ся
хви ля витіснен ня, ви со тою до 100 м, яка об ру ши -
ла ся на бе ре ги та пе ре ли ла ся че рез гребінь греблі.
Бе тон на греб ля при цьо му за ли ши лась прак тич но
не уш ко д же ною. Од нак при аварії бу ло повністю
зруй но ва но 4 на се лені пунк ти у верх нь о му та
ниж нь о му б'єфах, за ги ну ло біля 3000 місце вих
жи телів.
Хвилі витіснен ня на во до схо ви щах в гірських
рай о нах внаслідок об валів та зсувів не од но ра зо во
спо с теріга ли ся в Іспанії, Нор вегії, США, Швей -
царії, Японії та Росії [15].
Хви ля витіснен ня мо же про хо ди ти знач ну
відстань по во до схо ви щу. При Комсь ко му зсуві,
що відбув ся 26 лип ня 1969 р. на пра во му бе резі
Крас но ярсь ко го во до схо ви ща в Росії, у се ре динній
йо го ча с тині, ко ли у во дой му зру ши ло ся 3 млн. м3
ґрун то вої ма си (0,5 млн. м3 — без по се ред ньо у во -
ду), ут во ри ла ся хви ля витіснен ня ви со тою до 8 м.
На відстані у 18 км від місця зсу ву ви со та хвилі
все ще скла да ла 3 м [17].
Особ ли во не без печ ни ми хвилі витіснен ня
ста ють на вузь ких гірських во до схо ви щах в без -
по се редній близь кості до греблі, на се ле но го пунк -
ту то що. На мож ливість ви ник нен ня та ких ГДА
на во до схо ви щах слід зва жа ти при будівництві
ве ли ких гре бель в гірських рай о нах Ук раїнських
Кар пат. Як по ка зу ють на турні досліджен ня та ла -
бо ра торні ек с пе ри мен ти, ви со та на ка ту хвилі
витіснен ня на бе ре го вий укіс або укіс ґрун то вої
греблі, особ ли во в ме жу ван нях греблі з бе ре га ми,
мо же пе ре ви щу ва ти влас ну ви со ту хвилі в 2—3 й
більше разів. Суттєво змен ши ти енергію хвилі
витіснен ня не зда тен навіть льо до с тав на во до схо -
вищі [15, 16].
Аварії на греб лях є найбільш мас штаб ни ми за
наслідка ми аварійни ми подіями на гідро техніч -
них спо ру дах. Ри зи ки від аварії на ве ликій греблі
для на се лен ня, для гос по дар чої інфра с т рук ту ри
та довкілля, особ ли во в ниж нь о му б'єфі, мо жуть
бу ти не мен ши ми, ніж від аварії на атом но му чи
хімічно му ви роб ництві, з яки ми спе ці а ліс ти й
гро мадськість за зви чай пов'язу ють про бле ми тех -
но ген но го ри зи ку [18]. Греблі, по суті, "кон цен т -
ру ють" на собі більшість не без пек, що су про во д -
жу ють будівництво та ек сплу а тацію гідро с по руд
різно го при зна чен ня у складі гідро вузлів, ка с -
кадів гідро вузлів та інших гідро технічних си с тем.
Все це обу мов лює ак ту альність про бле ми
про гно зу ван ня аварій на греб лях при вирішенні
за дач оцінки й за без пе чен ня їх надійності та без -
пе ки.
Як відо мо існу ють два прин ци пові підхо ди до
вирішен ня за дач про гно зу ван ня: де терміністич ний
(ди намічний) та імовірнісний (сто ха с тич ний).
При де терміністич но му підході вва жається,
що між подією'при чи ною та подією'наслідком іс -
нує стро га (функціональ на) при чин но'наслід ко -
ва за лежність.
При імовірнісно му підході вста нов люється
імо вірнісний зв'язок між подією'при чи ною і
подією'наслідком. При цьо му одній і тій же
події'при чині мо жуть з різни ми ймовірно с тя ми
від по ві да ти різні, в то му числі і про ти лежні
(відбу деть ся або не відбу деть ся), події'наслідки.
Де терміністич ний підхід до про гно зу ван ня
ви ма гає над зви чай но ма лих (безкінеч но ма лих)
мас штабів роз гля ду ве ли кої кількості явищ і про -
цесів, що відбу ва ють ся на греб лях, в їх тілі, ос но -
Н А У К А — Н А У К О В О 2 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Гідроенергетика України, 3�4/2011, ISSN 1812�92775656
вах, на по верх нях. То му йо го склад но ре алізу ва ти
на прак тиці. В ре аль ності більш адек ват ним
підхо дом до про гно зу ван ня аварій на греб лях ба -
чить ся імовірнісний підхід — з вра ху ван ням ча ст -
ко вої де терміно ва ності явищ та про цесів, що
відбу ва ють ся на греб лях.
На разі про по ну ють ся різні ме то ди імо вір ніс -
но го про гно зу ван ня аварій на технічних об'єктах
в рам ках оцінки їх надійності та без пе ки. Ці ме то -
ди мо жуть бу ти ви ко ри с тані і при оцінці ймо вір -
но с тей аварій на греб лях. Найбільш ак ту аль ни ми
се ред них є [11]:
' ста ти с тичні ме то ди;
' ме то ди ма те ма тич ної те орії надійності з ви -
ко ри с тан ням як па ра ме т рич них, так си с тем них
мо де лей надійності технічних об'єктів та си с тем;
' ме то ди ран домізації тра диційних де тер мі -
ніс тич них мо де лей та роз ра хун ко вих схем спо -
руд, їх кон ст рукцій та ос нов;
' логіко'імовірнісні ме то ди де -
рев подій, де рев по ми лок, де рев
відмов то що.
Ко рисні для прак ти ки оцінки
ймовірно с тей аварій на греб лях,
особ ли во з точ ки зо ру обґрун ту ван -
ня їх до пу с ти мих зна чень, мож на
от ри ма ти на ос нові ста ти с тич них
да них. Од нак більш'менш адек ват -
не про гно зу ван ня аварій на греб лях
з ви ко ри с тан ням ста ти с тич них ме -
тодів мо же здійс ню ва ти ся ли ше що -
до су куп ності спо руд (a portfolio).
При цьо му найбільш ре пре зен та -
тивні ви бір ко ві су куп ності для про -
ве ден ня та ко го про гно зу ван ня, як
по ка зує досвід ста ти с тич но го ана лі -
зу аварійності гре бель [6, 11, 19], мо жуть бу ти
сфор мо вані за ви дом ма теріалів, з яких спо ру ди
по бу до вані: з бе то ну та з ґрун то вих ма теріалів.
За га лом, ре зуль та ти ста ти с тич но го аналізу
аварійності на греб лях свідчать, що віднос на ча с -
то та ава рій, особ ли во руйнівних аварій, з ро ка ми,
не зва жа ю чи на збільшен ня кількості спо руд, по -
сту по во зни жується. За да ни ми ICOLD ймо вір -
ність серй оз них аварій на греб лях змен ши ла ся з
0,05 на по чат ку 20'го століття до 0,01 на йо го
кінець, тоб то за сто років в п'ять разів [6, 11]. Без -
пе реч но, що цю тен денцію до змен шен ня
ймовірно с тей аварій на греб лях слід вра хо ву ва ти
і ко ли мо ва йде про імовірнісні кри терії їх
надійності й без пе ки.
На Рис. 7, 8 пред став лені ре зуль та ти про гно -
зу ван ня на ос нові трендів віднос них ча с тот
руйнівних аварій на греб лях про тя гом їх служ би.
Таблиця 1. Результати прогнозування очікуваних щорічних "зважених"*
ймовірностей руйнівних аварій на бетонних греблях
Таблиця 2. Результати прогнозування очікуваних щорічних ймовірностей
руйнівних аварій на ґрунтових греблях
Рис. 7. Модельні тренди очікуваної ймовірності руйнівних
аварій на бетонних греблях
Рис. 8. Тренд очікуваної ймовірності руйнівних аварій
на греблях з ґрунтових матеріалів
Гідроенергетика України, 3�4/2011, ISSN 1812�9277 5757
Н А У К А — Н А У К О В О 2 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Про гно зу ван ня здійсню ва ло ся ок ре мо для бе тон -
них та ґрун то вих гре бель, в за леж ності від
кількості по бу до ва них спо руд.
Ре зуль та ти про гно зу ван ня (Рис. 7, 8) під -
крес лю ють тен денцію змен шен ня ймовірно с тей
аварій на греб лях по мірі збільшен ня їх кількості.
Відповідні пер спек тивні зна чен ня очіку ва них
щорічних ймовірно с тей аварій на бе тон них греб -
лях і греб лях з ґрун то вих ма теріалів в за леж ності
від роз ра хун ко во го стро ку їх служ би на ве дені в
Табл. 1, 2.
За ува жи мо, що от ри мані щорічні ймовір нос ті
аварій на греб лях (в су куп ності) є знач но ниж чи -
ми за ймовірності ка та ст рофічних подій, що до пу -
с ка ють ся в гірництві (3·10 −3, рік−1) та у ве ли ко -
мас штаб но му будівництві за га лом (2·10 −3, рік−1)
[11, 20].
Зна чен ня ймовірно с тей, на ве дені в Табл. 1, 2
мож на ви ко ри с та ти при про гно зу ванні ри зи ку
аварій для су куп но с тей гре бель (в ціло му по
країні, в га лузі то що), а та кож при обґрун ту ванні
до пу с ти мих зна чень щорічних ймовірно с тей
руйнівних аварій на індивіду аль них греб лях в
імовірнісних кри теріях їх надійності й без пе ки,
на при клад, ви ду:
P(A) ≤ [P(A)], (1)
де P(A) — роз ра хун ко ве зна чен ня щорічної ймо -
вір ності аварії на інди ві ду альній греблі; [P(A)] —
до пу с ти ме зна чен ня ймовірності ава рії на греблі,
рік −1.
Для оцінки надійності й без пе ки індивіду аль -
ної греблі за кри терієм (1) не обхідно здійсни ти
ймо вір нісне про гно зу ван ня аварії на спо руді з
вра ху ван ням її індивіду аль них особ ли вос тей та
умов ек сплу а тації то що. Та ка за да ча є більш
склад ною за да чею, аніж про гно зу ван ня аварії для
вибірки спо руд, де мож ли ве ма те ма тич не осе ред -
нен ня, оскільки при цьо му, за зви чай, ре пре зен та -
тивні дані про ава рійність, які б доз во ля ли вра ху -
ва ти всі індивіду альні особ ли вості та умо ви ек -
сплу а тації спо ру ди, відсутні.
Прак ти ка по ка зує, що аварії на греб лях відбу -
ва ють ся на різних ета пах їх життєво го цик лу (при
будівництві, вве денні в ек сплу а тацію, при пос тій -
ній ек сплу а тації, ви ве денні з ек сплу а тації, ре мон -
тах, ре кон ст рукції) та виз на ча ють ся різни ми чин -
ни ка ми (при род ни ми, тех но ген ни ми, при род -
но'тех но ген ни ми та різни ми їх спо лу чен ня ми).
Час ви ник нен ня аварії на кожній індивіду альній
греблі є подією ви пад ко вою, що за ле жить від ба -
га ть ох чин ників. До аварії на греблі при зво дять
не ли ше не справ ності, відмо ви, де фек ти та по -
шко д жен ня її кон ст рук тив них еле ментів, над мір -
ні на ван та жен ня на кон ст рукцію, ос но ву, не без -
печні яви ща та про це си, що відбу ва ють ся в тілі
спо ру ди, на її по верх нях та в ос нові. Це мо жуть
бу ти не справ ності та відмо ви інших гідро с по руд
гідро вуз ла, різно манітно го ус тат ку ван ня та об -
лад нан ня (ме ханічно го, гідро е нер ге тич но го, еле к -
т ро технічно го). Місце по ло жен ня дже ре ла аварії
на кожній індивіду альній греблі, події, яви ща,
про це си або їх спо лу чен ня, що мо жуть ініціюва ти
мож ли ву аварію на греблі, та кож підко ря ють ся
імовір ніс ним за ко нам.
Аварії на греб лях відбу ва ли ся за різни ми сце -
наріями, навіть ко ли при чи ни, тип і кон ст рукція
спо ру ди, ос но ва то що, бу ли схо жи ми. При чин -
но'наслідкові відно шен ня між різни ми аварійни -
ми подіями та ста на ми, що при зво ди ли до аварій
на греб лях в кож но му індивіду аль но му ви пад ку,
ча с то ви яв ля ли ся більш склад ни ми, щоб їх роз -
гля да ти в рам ках однієї мо делі.
По суті за да ча про гно зу ван ня аварії на
індивіду альній греблі є слаб ко струк ту ро ва ною
за да чею, об тя же ною не виз на ченістю різно го ге не -
зи су, не тільки сто ха с тич ної, але і не сто ха с тич ної
при ро ди, пов'яза ної з так зва ним "людсь ким фак -
то ром" [11]. Мо дельні сце нарії при про гно зу ванні
аварії на індивіду альній греблі об'єктив но не мо -
жуть роз гля да ти ся як ста ти с тичні фак ти, що ма ли
місце в ми ну ло му. Скоріше мо ва йде про гіпо те -
тичні сце нарії у формі пев них логічних, а інко ли і
суб'єктив них, при пу щень.
Все це ус клад нює за да чу про гно зу ван ня
аварії на індивіду альній греблі.
Для вирішен ня за дачі, в та ких ви пад ках, ви -
ко ри с то ву ють ме то ди си с тем но го аналізу: по чи -
на ю чи від іден тифікації аварійних подій та роз -
роб ки гіпо те тич них сце наріїв аварії на спо руді,
закінчу ю чи син те зом оцінок ймовірно с тей їх ре -
алізації.
Сце нар ний підхід до мо де лю ван ня аварій
доз во ляє ре алізу ва ти ос нов ну ме ту си с тем но го
аналізу, яка по ля гає в струк ту ри зації за дачі, роз -
критті не виз на че ності про гно зу ван ня.
Н А У К А — Н А У К О В О 2 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Гідроенергетика України, 3�4/2011, ISSN 1812�92775858
При сце нар но му мо де лю ванні за да чу про гно -
зу ван ня аварії на греблі мож на ціле с пря мо ва но
зве с ти до "більш струк ту ро ва них" за дач про гно -
зу ван ня за ок ре ми ми сце наріями її ви ник нен ня й
роз вит ку, які мо жуть опи су ва ти ся простіши ми
ма те ма тич ни ми мо де ля ми з мен шим чис лом виз -
на чаль них фак торів та па ра метрів. Сце нар ний
підхід до мо де лю ван ня аварій доз во ляє поєдна ти
мож ли вості різних ме тодів та мо де лей; здійсни ти
син тез імовірнісних оцінок, от ри ма них різни ми
ме то да ми за ок ре ми ми сце наріями.
В рам ках сце нар но го підхо ду до про гно зу ван -
ня аварій на греблі, за вдя ки струк ту ри зації за дачі,
простіше за без пе чи ти й адек ватність да них про
зміни ста ну, умов ек сплу а тації спо ру ди, ма те ма -
тич них мо де лей явищ і про цесів, що відбу ва ють ся
в тілі спо ру ди, в її ос нові, на інших спо ру дах гідро -
вуз ла, оцінок ймовірно с тей ви ник нен ня аварійних
подій та станів, що здатні ініціюва ти аварійні про -
це си, а та кож логічних та суб'єктив них при пу щень
про гіпо те тичні сце нарії роз вит ку аварійних подій
з вра ху ван ням їх ієрархії та взаємодії.
При оцінці ймовірно с тей ре алізації аварійних
подій і станів, що здатні ініціюва ти аварійні про -
це си на греблі, мо жуть за сто со ву ва ти ся різні ме -
то ди, в то му числі і ста ти с тичні — при на яв ності
ре пре зен та тив них вибірок да них що до ре алізації
відповідних подій і станів.
В най простішо му ви пад ку по вна (бе зу мов на,
аб со лют на) ймовірність на стан ня аварійної події
як події'наслідку за де я кої умо ви (події'при чи -
ни) виз на чить ся фор му лою по вної ймовірності:
P(A, C)=P(C) · P(A|C), (2)
де P(C) = P(XC ≥ xC) — за без -
пе ченість (ймовір ність пе ре -
ви щен ня) де я кої кількісної
ха рак те ри с ти ки події C —
ймовірність то го, що ви пад ко -
ва ве ли чи на XC, якою опи -
сується відповідна кількісна
ха рак те ри с ти ка ви пад ко вої
події C, пе ре ви щить де я ке до -
пу с ти ме зна чен ня xC; P(A|C) =
P(YA,C ≤ yA,C) — умов на
ймовірність ре алізації
події'наслідку A в ре зуль таті
події'при чи ни C, що вста нов -
люється як інте г раль на
функція ймовірності де я ко го
до пу с ти мо го зна чен ня yA,C кількісної ха рак те ри с -
ти ки YA,C події A за умо ви C.
Як що про гно зується роз ви ток аварійних
подій за де я ким сце нарієм S без роз га лу жень, то
ймовірність P(S, A) відповідно го сце нарію, ініці -
йо ва но го по чат ко вою подією A, бу де:
P(S, A) = PS(A)·PS(B|A)·PS(C|B)·PS(D|C)·...., (3)
де PS(A) — ймовірність ре алізації де я кої по чат ко -
вої події A (або відповідно го по чат ко во го ста ну),
що здат на ініціюва ти сце нарій S; PS(B|A), PS(C|B),
PS(D|C)·... — умовні ймовірності пе ре хо ду від
події A до події B, від події B до події C, від події
C до події D і т. д., з охоп лен ням всьо го лан цюж ка
подій (станів), що скла да ють сце нарій S.
По чат ко ва подія мо же на бу ва ти різних зна -
чень (на при клад, зем ле т ру си мо жуть ма ти різну
інтен сивність, па вод ки — різні мак си мальні ви т -
ра ти) то що. У цьо му ви пад ку фор мується сце -
нарій з роз га лу жен ня ми (підсце наріями), де по -
чат ко ва подія A пред став ляється по вною гру пою
подій Ai, , кожній з яких відповідає свій
підсце нарій. По вна ймовірність роз вит ку аварій -
них подій за сце нарієм з роз га лу жен ня ми при
цьо му бу де:
, (4)
де PS(S, Ai) — ймовірність ре алізації i'го підсце на -
рію.
Умо вою фор му ван ня по вної гру пи подій, як
відо мо, є їх не сумісність. Для не сумісних подій
Рис. 9. Приклад побудови дерева подій при прогнозуванні аварії на ґрунтовій греблі в
результаті виникнення тріщини в асфальтобетонній діафрагмі [14]
(A) — тріщина в діафрагмі; (B) — суфозія в тілі греблі; (С) — ефективне втручання і нале жний
контроль; (D) — обводнення низової призми і порушення стійкості низового укосу греблі; (E)
— руйнування діафрагми; (F) — прорив греблі; (G) — прорив греблі внаслідок перевищення
допустимого рівня води у верхньому б'єфі
Гідроенергетика України, 3�4/2011, ISSN 1812�9277 5959
Н А У К А — Н А У К О В О 2 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
ймовірність об'єднан ня дорівнює сумі ймовірно с -
тей, тоб то, ймовірність події A:
, (5)
де PS(Ai) — ймовірність ре алізації події Ai, що
здат на ініціюва ти сце нарій S.
В більш за галь но му ви пад ку бу дується бінар -
не де ре во подій, в яко му відо б ра жа ють ся як сце -
нарії, що ве дуть до аварії, так і сце нарії ви хо ду з
ава рійних си ту ацій. По бу до ва де ре ва подій
здійснюється на ос нові пря мих логічних мір ку -
вань, на при клад, спря мо ва них на розв'язан ня
про бле ми: "Що бу де, як що в діаф рагмі з ас фаль -
то бе то ну в тілі ґрун то вої греблі ви ник не тріщи -
на?" (Рис. 9).
Імовірнісні роз ра хун ки де ре ва подій здійсню -
ють ся з вра ху ван ням не сумісності роз га лу жень, що
ве дуть до аварії та до ви хо ду з аварійної си ту ації.
Для син те зу ймовірно с тей ви ник нен ня
різних ава рій них подій на греблі, сце на ріїв аварій
то що найз руч ні ше ви ко ри с то ву ва ти ме тод де рев
відмов та не справ но с тей [11].
Згідно з ме то дом де рев відмов та не справ но с -
тей ймо вір ності аварійних подій (станів), що є
наслідка ми ("ви хо ди"), вста нов лю ють ся за відо -
ми ми ймовірно с тя ми "входів" в за леж ності від
ло гічних опе ра торів, що мо де лю ють логіку при -
чин но'наслідко вих зв'яз ків між "вхо да ми" та "ви -
хо да ми". Най частіше ви ко ри с то ву ють ся на ступні
ло гічні опе ра то ри: "АБО" (логічна опе рація
"диз'юнк ція"); "І" (логічна опе рація "кон'юнк -
ція"); "ВИ КЛЮЧ НЕ АБО" ("ви ключ на диз'юнк -
ція"); "ЗА БО РО НА" (ло гіч на опе рація "імпліка -
ція") [11]. За їх до по мо гою мож на відо б ра зи ти
логіку більшості при чин но'нас лід ко -
вих зв'язків між подіями, що відбу ва -
ють ся на греб лях, та здійсни ти
логіко'імовірнісне про гно зу ван ня,
як різних сце наріїв ви ник нен ня й
роз вит ку аварії на греблі, так і аварії
в ціло му (Табл. 3).
Ме тод де рев відмов і не справ но -
с тей доз во ляє ви ко на ти син тез
ймовірно с тей аварійних подій, от ри -
ма них за до по мо гою різних ме тодів,
вра хо ву ва ти складність ієрархічної
струк ту ри гре бель як си с тем, гідро -
вузлів як си с тем то що [21]. В ос танні
ро ки цей ме тод на бу ває особ ли вої по пу ляр ності
при імовірнісно му про гно зу ванні аварій на греб -
лях. При ре алізації ме то ду ймовірності ба зо вих
(по чат ко вих) аварійних подій і станів мо жуть
вста нов лю ва ти ся не за леж но від по став ле ної за -
дачі си с тем но го мо де лю ван ня. При виз на ченні
ба зо вих аварійних подій і станів лег ко ре алізу ва -
ти прин ци пи ієрархії і най мен шої взаємодії. При
цьо му відно си ни ієрархії між подіями мо жуть
виз на ча ти ся в за леж ності від індивіду аль них
особ ли во с тей спо ру ди, умов її ек сплу а тації,
суб'єктив них при пу щень що до аварійних подій та
пріори тетів. При надмірній склад ності ієрар хіч -
ної струк ту ри спо ру ди як си с те ми, гідро вуз ла як
си с те ми, мо же ви ко ри с то ву ва ти ся си с тем но'інте -
г ру ю чий підхід (аг ре гу ван ня). При цьо му більш
де талізо вані події й ста ни ціле с пря мо ва но інте г -
ру ють ся у більш за гальні і менш де талізо вані
події й ста ни, що на далі вже вва жа ють ся ба зо ви -
ми. Для ре алізації прин ци пу най мен шої взаємодії
в си с темі до стат ньо підби ра ти ба зові аварійні
події се ред сто ха с тич но не за леж них подій. В цьо -
му ви пад ку взаємодія між ба зо ви ми подіями і ста -
на ми не ус клад нює за дачі мо де лю ван ня си с тем -
них зв'язків та при чин но'наслідко вих відно син
між аварійни ми подіями, що вста нов лю ють ся при
де ком по зиції греблі, гідро вуз ла то що на си с темні
оди ниці.
Імовірнісне про гно зу ван ня аварій на ін ди -
віду альній греблі доз во ляє:
1) оціни ти надійність та без пе ку спо ру ди за
ймо вірнісним кри терієм до пу с ти мо го ри зи ку (1);
2) оціни ти су куп ний ри зик, пов'яза ний з бу -
дів ництвом та ек сплу а тацією греблі;
3) здійсни ти іден тифікацію найбільш ймо вір -
Таблиця 3. Формули для розрахунку ймовірностей подій#наслідків
дерева відмов і несправностей
них при чин, умов та сце наріїв роз вит ку
аварійних подій на спо руді;
4) про аналізу ва ти вплив на надійність та без -
пе ку греблі змін умов будівництва, ек сплу а тації
спо ру ди, гідро вуз ла в ціло му то що;
5) про ве с ти аналіз ефек тив ності за ходів, на -
прав ле них на за без пе чен ня надійності та без пе ки
спо ру ди [22].
Все це в ком плексі спри я ти ме підви щен ню
надій ності й без пе ки греблі, мінімізації ри зи ку
ава рій на греблі в кон тексті змен шен ня ймо вір -
ності ви ник нен ня аварії на спо руді на різних ета -
пах її життєво го цик лу.
ЛІТЕ РА ТУ РА
1. Бел лен дир Е.Н., Ива шин цов Д.А., Сте фа ни шин Д.В и
др. Ве ро ят но ст ные ме то ды оцен ки на деж но с ти грун то вых
ги д ро тех ни че с ких со ору же ний// — СПб.: В 2'х то мах. Т. 1.
Изд'во ОАО "ВНИ ИГ им. Б. Е. Ве де не е ва", 2003. — 553 с.
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Proserpina_Dam
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Cornalvo_Dam
4. Ги д ро энер ге ти ка и ок ру жа ю щая сре да/ Под общ. ред.
Ю. Лан дау и Л.А. Си рен ко. — К.: Ли б ра, 2004. — 484 с.
5. Hoeg K. Dams: essential infrastructure for future water
management// Hydropower and Dams. 2001. World Atlas and
Industry Guide. Aqua'Media International, UK. — 37 p.
6. ICOLD Bulletin 99. Dam Failures: Statistical Analysis. —
Paris, 1995.
7. http://energyfuture.ru/ssg'chin
8. Ми щен ко Б.И. При чи ны ава рии на Са я но'Шу шен -
ской ГЭС, вы те ка ю щие из ана ли за Ак та тех ни че с ко го рас -
сле до ва ния// Гідро е нер ге ти ка Ук раїни. — 2010. — № 3. —
С. 25—31.
9. Яцик А.В. Еко логічна без пе ка в Ук раїні. — К.: Ге не за,
2001. — 216 с.
10. Ме то ди ка іден тифікації по тенційно не без печ них
об'єк тів/За твер д же на на ка зом МНС Ук раїни від 23.02.2006 р.
за № 98. За реєстро ва но в Міністерстві юс тиції Ук раїни від
20.03.2006 р. за № 286/12160.
11. Век с лер А.Б., Ива шин цов Д.А., Сте фа ни шин Д.В. На -
деж ность, со ци аль ная и эко ло ги че с кая бе зо пас ность ги д ро -
тех ни че с ких объ ек тов: оцен ка ри с ка и при ня тие ре ше ний. —
СПб.: ВНИ ИГ им. Б.Е. Ве де не е ва, 2002. — 591 с.
12. http://en.wikipedia.org/wiki/Teton_Dam
13. The behavior and deterioration of dams. Trans. of the
9'th Int. Congress on Large Dams. Vol. 3. Q. 34.
Istanbul'Turkey. 1967.
14. The use of risk analysis to support dam safety decisions
and management. Trans. of the 20'th Int. Congress on Large
Dams. Vol. 1. Q. 76. Beijing'China. 2000. — 896 p.
15. Performance of reservoirs. Trans. of the 19'th Int.
Congress on Large Dams. Vol. 3. Q. 74. Florence'Italy. 1997.
16. Ма м рад зе Г.П., Гве ле си а ни Т.Л., Джин д жи хаш ви ли Г.Я.
Про гно зи ро ва ние волн в во до хра ни ли щах при сейс ми че с ких
воз дей ст ви ях. — М.: Энер го ато миз дат, 1991.
17. Ку с ков ский В.С. Ге о эко ло гия бе ре го вых зон глу бо ко -
вод ных во до хра ни лищ Ал тае'Са ян ской об ла с ти (АСО)// Си -
бир ский эко ло ги че с кий жур нал. — 2 (2000). — С. 123—134.
18. Мар шалл В. Ос нов ные опас но с ти хи ми че с ких про из -
водств. — М.: Мир, 1989. — 671 с.
19. Сте фа ни шин Д.В. Оцінка жи ву чості гре бель за ре -
зуль та та ми ста ти с тич но го аналізу їх аварійності// Вісник
НУВГП. Зб. на ук. праць. Вип. 1 (49). Рівне: НУВГП, 2010. —
С. 42—48.
20. Ли си чен ко Г.В., За бу ло нов Ю.Л., Хміль Г.А. При род -
ний, тех но ген ний та еко логічний ри зи ки: аналіз, оцінка, уп -
равління. — Київ.: На уко ва Дум ка, 2008. — 542 с.
21. Сте фа ни шин Д.В., Же ре бятьєв О.В. Оцінка
надійності ґрун то вих гідро технічних спо руд Дністровсь кої
ГА ЕС// Вісник НУВГП. Зб. на уко вих праць. Вип. 3 (47). Ча -
с ти на 1. Рівне: НУВГП, 2009. — С.520—530.
22. Сте фа ни шин Д.В. Ви б рані за дачі оцінки ри зи ку та
прий нят тя рішень за умов сто ха с тич ної не виз на че ності. —К.:
Ази мут'Ук раїна, 2009. —104 с.
Н А У К А — Н А У К О В О 2 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Гідроенергетика України, 3�4/2011, ISSN 1812�92776060
© Стефанишин Д.В., 2011
�
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-57960 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1812-9277 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:31:17Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Стефанишин, Д.В. 2014-03-16T15:39:11Z 2014-03-16T15:39:11Z 2011 Прогнозування аварій на греблях в задачах оцінки й забезпечення їх надійності та безпеки / Д.В. Стефанишин // Гідроенергетика України. — 2011. — № 3-4. — С. 52-60. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. 1812-9277 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57960 627.132 Обґрунтовано необхідність та запропоновано методи прогнозування аварій на греблях в контексті оцінки та забезпечення їх надійності й безпеки. uk Інститут електродинаміки НАН України Гідроенергетика України Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці Прогнозування аварій на греблях в задачах оцінки й забезпечення їх надійності та безпеки Article published earlier |
| spellingShingle | Прогнозування аварій на греблях в задачах оцінки й забезпечення їх надійності та безпеки Стефанишин, Д.В. Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці |
| title | Прогнозування аварій на греблях в задачах оцінки й забезпечення їх надійності та безпеки |
| title_full | Прогнозування аварій на греблях в задачах оцінки й забезпечення їх надійності та безпеки |
| title_fullStr | Прогнозування аварій на греблях в задачах оцінки й забезпечення їх надійності та безпеки |
| title_full_unstemmed | Прогнозування аварій на греблях в задачах оцінки й забезпечення їх надійності та безпеки |
| title_short | Прогнозування аварій на греблях в задачах оцінки й забезпечення їх надійності та безпеки |
| title_sort | прогнозування аварій на греблях в задачах оцінки й забезпечення їх надійності та безпеки |
| topic | Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці |
| topic_facet | Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57960 |
| work_keys_str_mv | AT stefanišindv prognozuvannâavaríinagreblâhvzadačahocínkiizabezpečennâíhnadíinostítabezpeki |