5. Пример укрупненной оценки ущербов от гидродинамической аварии
В качестве примера рассмотрена авария условного гидроузла, расположенного на реке "Н" в субъекте Федерации "К", площадью 29900 кв. км и средней плотностью населения 36,7 чел. на 1 кв. км Водохранилище используется для целей водоснабжения, замкнутого судоходства, гидроэнергетики. В данном примере ущербы окружающей природной среде и верхнему бьефу не рассматривались.
5.1. Расчет волны прорыва
До прорыва напор на исследовавшемся гидроузле был равен 32 м. Местность ниже гидроузла представляет собой ярко выраженную пойменную долину, ограниченную справа по течению реки крутым бортом, а слева - относительно пологим откосом, кроме участка примерно в 10 км ниже гидроузла, где также имеется небольшой участок обрывистого борта (рис. 1.А <*>). Река имеет среднюю ширину около 50 м и достаточно прямое русло. В 17 км ниже гидроузла она впадает в большую реку.
--------------------------------
<*> Здесь и далее рисунки не приводятся.
Оценка параметров волны прорыва выполнялась в рамках одномерной схематизации с использованием программы, разработанной в АО НИИЭС к.т.н. С.Я. Школьниковым [18]. Программа обеспечивает корректное выполнение закона сохранения импульса за счет примененного оригинального метода аппроксимации члена, задающего давление на поток со стороны русла (см. уравнение (2) Приложения 2, [18]). Применяемый в программе численный метод обеспечивает удовлетворительное качество решения при численном моделировании течений со следующими особенностями: критическими сечениями, гидравлическими прыжками, осушениями и затоплениями определенных зон в расчетной области, уступами дна, при резких изменениях формы сечения (так, при внезапном расширении сечения программа автоматически обеспечивает выполнение известной формулы А.Д. Альтшуля). Программа позволяет рассчитывать раскрытие прорана в теле плотины из грунтовых материалов по полуэмпирической теории, разработанной в АО НИИЭС д.т.н. А.М. Прудовским [14].
Для ближней к гидроузлу зоны верхнего бьефа известны поперечные разрезы дна, но для водохранилища в целом такая информация отсутствовала. В расчетах дно верхнего бьефа моделировалось при помощи одномерных уравнений Сен - Венана. Для правильного задания объема водохранилища выше самого удаленного от плотины створа введены два условных створа таким образом, чтобы выполнялись реальные функции связи уровня и объема воды в водохранилище.
Приведенные далее исходные данные задачи пронумерованы в соответствии с таблицей П.2.1 Приложения 2. (Все исходные данные заданы в условной системе высот).
1. Гидрограф расхода приточности мал по сравнению с расходом излива и в данной задаче не задавался.
2. Предполагалось, что водосбросы гидроузла при аварии разрушены.
3. Емкость водохранилища задана поперечными разрезами его дна. Рельеф дна акватории позволял схематизировать поперечные створы при помощи двух трапеций, верхняя из которых (большая по размеру) задавала форму затопленной поймы, а нижняя - русла реки. В исходных данных задавались расстояния между створами и характеристики двухтрапецеидального русла: отметки дна речного русла и затопленной поймы, их ширина по низу и уклоны бортов.
4. Уровень воды в водохранилище, соответствующий началу расчета, - 36 м.
5. Характер повреждения: принималось, что в теле плотины образовалась прямоугольная брешь 100 м шириной, не изменявшаяся за весь период прохождения прорывного паводка.
6. Значительных притоков река на исследуемом участке не имеет.
7. Геометрия русла нижнего бьефа задавалась при помощи поперечных разрезов местности, причем они, так же как и для верхнего бьефа, аппроксимировались при помощи двух трапеций.
8. Шероховатость подстилающей поверхности для всей области принималась постоянной (n = 0,03).
9. Никаких сооружений, способных повлиять на течение прорывного паводка, ниже гидроузла не имеется.
10. В связи с большим расширением русла ниже устья можно ожидать, что во время прорывного паводка в устье реализуется критический режим течения.
При гипотетической аварии в результате разрушения напорного фронта гидроузла водохранилище опорожняется, а в нижнем бьефе образуется зона катастрофического затопления, параметры которой представлены на рис. 1: изолинии глубины затопления (рис. 1.Б), максимальной скорости течения (рис. 1.В), времени начала наводнения (рис. 1.Г) и времени осушения (рис. 1.Д); так как время осушения на порядок выше времени добегания волны, его можно принять за время наводнения. Площадь затопления по левому берегу составляет 110 кв. км, по правому - 84 кв. км, общая площадь - 194 кв. км, из них:
городские и сельские населенные пункты - 12 кв. км;
лесные площади - 80 кв. км;
сельхозугодья - 40 кв. км;
прочие земли - 62 кв. км.
5.2. Ущербы основным и оборотным производственным фондам (включая здания, сооружения, оборудование, сырье) (п. 4.2.3)
В зону затопления попадает часть города "Л" площадью 10 кв. км с общей численностью населения 20 тыс. человек и плотностью населения 2000 человек на 1 кв. км. Производственные здания - кирпичные и каркасные железобетонные.
Параметры зоны затопления:
глубина затопления - 2,0 м;
скорость воды - 1,5 м/час;
время добегания волны - 1,5 - 2 часа;
продолжительность затопления - 100 часов.
Исходя из параметров зоны затопления территории города "Л", основные производственные фонды находятся в зоне слабых разрушений.
Исходные данные для расчета ущерба основным и оборотным производственным фондам:
1. Балансовая стоимость основных фондов субъекта Федерации "К" в 1997 г. (в соответствии с Приложением 4) 92217 млн. руб. 2. Доля объектов транспорта и связи (в соответствии с Приложением 4) 11,5% 3. Осредненный ежегодный темп роста основных фондов 1,015 4. Число лет между 1997 г. и годом выполнения расчетов (n) 3 5. Площадь субъекта Федерации (S) 29900 кв. км 6. Плотность населения на территории города "Л" (P) 2000 чел./кв. км 7. Средняя плотность населения по субъекту Федерации "К" (Pфон) 36,7 чел./кв. км 8. Степень разрушений (для зоны слабых разрушений) (K3) 0,1 9. Доля ущерба оборотным производственным фондам от ущерба основным производственным фондам 5%.
Определяем необходимые для расчета величины:
3
C1 = C x (1,015) ,
где: C - балансовая стоимость основных фондов субъекта Федерации "К" без объектов транспорта и связи в 1997 г.,
C = 92217 - 0,115 x 92217 = = 92217 - 10605 = 81612 млн. руб.,
C1 - балансовая стоимость основных фондов субъекта Федерации "К" без объектов транспорта и связи в 2000 г.,
3
C1 = 81612 - (1,015) = 85366 млн. руб.
Общая балансовая стоимость основных производственных фондов субъекта Федерации, отнесенная к единице его территории (И1(фон)):
C1 85366
И1(фон) = -- = ----- = 2,855 млн. руб./кв. км.
S 29900
Коэффициент концентрации основных фондов для зоны слабых разрушений (П):
Pi 2000
Пi = ---- = ---- = 54,5.
Pфон 36,7
Величина ущербов основным фондам (И1), определенная по формуле (4.1а), составляет:
И1 = И1(фон) x П x (0 + 0 + K3 x S3) =
= 2,855 x 4,5 x (0 + 0 + 0,1 x 10) = 155,6 млн. руб.
Ущерб оборотным производственным фондам (Иоб), равный 5% от И1, составит:
Иоб = И1 x 0,05 = 155,6 x 0,05 = 7,8 млн. руб.
5.3. Ущербы готовой продукции, хранящейся на затапливаемой территории и произведенной с применением основных фондов (п. 4.2.4)
Исходные данные для расчета ущерба готовой продукции, хранящейся на затапливаемой территории:
1. Валовой национальный продукт, произведенный в субъекте Федерации "К" в 1997 году (Р) (в соответствии с Приложением 6) 10919 млн. руб. 2. Число лет между 1997 г. и годом выполнения расчетов (n) 3 3. Осредненный ежегодный темп роста ВВП 1,025 4. Площадь территории субъекта Федерации, попавшая в зону слабых разрушений (S3) 10 кв. км 5. Степень разрушения (для зоны слабых разрушений) (K3) 0,1 6. Коэффициент концентрации основных фондов для зоны слабых разрушений (П) (см. п. 4.4.1) 54,5.
Валовый национальный продукт, произведенный в субъекте Федерации "К" в 2000 году (Р1):
3
P1 = 10919 x (1,025) = 11760 млн. руб.
Общий валовой национальный продукт, произведенный за рабочий день в субъекте Федерации и отнесенный к единице его территории (И2(фон)):
P1 11760
И2(фон) = ------ = ----------- = 0,006 млн. руб./кв. км
S x Nр 29900 x 250
Ущерб готовой продукции (И2), определяемый по формуле (4.2), составляет:
И2 = И2фон x n x (0 + 0 + П x S3 x K3) =
= 0,0016 x 7 x 54,5 x 10 x 0,1 = 0,61 млн. руб.
5.4. Ущербы элементам транспорта и связи (п. 4.2.5)
Исходные данные для расчета ущерба готовой продукции, хранящейся на затапливаемой территории:
1. Протяженность автомобильных дорог в субъекте Федерации (L) 4664 км 2. Общая балансовая стоимость основных фондов элементов транспорта и связи (D) (в соответствии с Приложением 4) 10605 млн. руб. 3. Осредненный ежегодный темп роста основных фондов 1,015 4. Число лет между 1997 г. и годом выполнения расчетов (n) 3 5. Протяженности автодорог: в зонах сильного разрушения (L1) 5 км в зонах среднего разрушения (L2) 30 км в зонах слабого разрушения (L3) 42 км.
Общая балансовая стоимость основных фондов элементов транспорта и связи (D1)
3 3
D1 = D x (1,015) = 10605 x (1,015) = 11093 млн. руб.
Общая стоимость основных фондов элементов транспорта и связи в субъекте Федерации, отнесенная к единице длины автодорог (И3(фон)):
D1 11093
И3(фон) = -- = ----- = 238 млн. руб./км.
L1 4664
Ущербы элементам транспорта и связи (И3), определяемые по формуле (4.3), составляют:
И = И3(фон) x (L1 x K + L2 x K2 + L3 x K3) =
= 2,38 x (5 x 0,8 + 30 x 0,4 + 42 x 0,1) = 48,1 млн. руб.
5.5. Ущерб жилому фонду и имуществу граждан (п. 4.2.6)
В зону затопления попадает:
а) деревня "Б" (частично), расположенная в 4 км от створа;
б) лагерь отдыха для детей (полностью), расположенный в 3 км от створа; пионерлагерь работает только в теплое время года (5 месяцев);
в) часть города "Л" (примерно 10 кв. км), расположенного от створа гидроузла в 11 - 15 км. Деревня и пионерлагерь находятся в зоне сильных разрушений с глубиной затопления 5 м, приход волны прорыва ожидается в пределах 1 часа. Затапливаемая часть города находится в зоне слабых разрушений с глубиной затопления 2,5 м, время прихода пика волны более 2 часов.
Исходные данные для расчета ущерба жилому фонду и имуществу граждан:
Деревня "Б"
Количество домов (деревянных) 60 Численность проживающего населения 180 чел. Стоимостная оценка материальных ценностей на 1 дом 140 тыс. руб.
Лагерь отдыха для детей
Количество строений (кирпичных) 10 Общая численность проживающих в лагере 300 чел. Стоимостная оценка величины ущерба на одного отдыхающего 61 тыс. руб.
Стоимостная оценка величины ущерба на одного отдыхающего в лагере отдыха равна величине ущерба для городского жителя с K = 0,5 (учитывая сезонность работы объекта).
Часть города "Л":
Общая численность проживающих в зоне возможного затопления 20000 чел. Из них непосредственно затронуты 4000 чел. Стоимостная оценка материальных ценностей на одного жителя 122 тыс. руб.
Коэффициент, учитывающий ущерб:
Деревенского благоустройства 1,1 Городского благоустройства 1,3
Ущерб жилому фонду деревни "Б" составит:
Ид = 140 x 0,7 x 60 = 5880 тыс. руб.
Ущерб жилому фонду города "Л" составит:
Иг = 122 x 0,1 x 4000 = 48800 тыс. руб.
Ущерб жилому фонду лагеря отдыха Ил составит:
Ил = 122 x 0,5 x 0,7 x 300 = 12810 руб.
Суммарный ущерб жилому фонду и имуществу граждан, проживающих на затапливаемой территории (И4), определяемый по формуле (4.4), составляет:
И4 = 5,88 x 1,1 + (48,8 + 12,8) x 1,3 = 86,6 млн. руб.
5.6. Определение числа погибших и пострадавших (п. 4.2.7)
Для расчета принимаем, что событие происходит в летнее время и ночью.
Деревня и пионерлагерь по степени воздействия на население расположены в зоне катастрофического затопления и за время добегания пика волны прорыва (менее часа) организовать вывоз людей из зоны поражения не представляется возможным. Город расположен в зоне слабого воздействия и за 2 часа (время прихода пика) можно организовать выход из зоны примерно 90% населения в ней проживающего.
Расчет численности погибших и пострадавших приведен в таблице.
ЧИСЛЕННОСТЬ ПОГИБШИХ И ПОСТРАДАВШИХ
ПРИ ПРОРЫВЕ ГИДРОУЗЛА
┌────────────┬────────────┬──────────────────────────────────────┐ │Наименование│Численность │ Потери, чел. │ │населенного │проживающего├──────────────────┬───────────────────┤ │ пункта │ населения, │ погибшие │ пострадавшие │ │ │ чел. │ │ │ ├────────────┼────────────┼──────────────────┼───────────────────┤ │Деревня "Б",│ 480 │480 x 0,9 x 0,75 =│480 x 0,9 x 0,25 = │ │пионерлагерь│ │= 324 │= 108 │ │ │ │ │ │ │Город "Л" │ 4000 │4000 x 0,1 x 0,1 =│4000 x 0,1 x 0,9 = │ │ │ │= 40 │= 360 │ │ │ │ │ │ │Итого: │ 4480 │364 │468 │ └────────────┴────────────┴──────────────────┴───────────────────┘
5.7. Расходы по ликвидации последствий аварии (п. 4.2.8)
Расходы по ликвидации последствий аварий (И5), определяемые по формуле (4.5), составляют:
И5 = 0,2 x (155,6 + 7,8 + 0,643 + 48,1 + 86,5) =
= 59,7 млн. руб.
5.8. Ущербы сельскохозяйственному производству (п. 4.2.9)
Исходные данные для расчета ущерба сельскохозяйственному производству:
Площадь сельхозугодий, расположенных в зоне катастрофического затопления 4000 га Площадь нарушений от общей площади затопленных сельхозугодий 40% Доля ущерба сельскохозяйственному производству от стоимости земли по действующим нормативам восстановления [9] 50% Средний по субъекту Федерации "К" норматив стоимости освоения новых земель взамен изымаемых сельскохозяйственных угодий (в соответствии с Приложением 7) 124 тыс. руб./га.
Ущерб сельскохозяйственному производству (И6), определяемый по формуле (4.6), составляет:
3
И6 = 0,5 x 4 x 10 x 0,124 x 0,4 = 99,2 млн. руб.
В общую сумму ущерба входят:
потери плодородия - 59,5 млн. руб.;
произведенная сельхозпродукция - 5,0 млн. руб.;
сопутствующие затраты (обводнение, внутрихозяйственные дороги, места хранения урожая и т.п.) - 34,7 млн. руб.
5.9. Ущерб лесному хозяйству (п. 4.2.10)
Исходные данные для расчета ущерба от потери леса как сырья:
Площадь лесов, расположенных в зоне катастрофического затопления 8000 га Средний корневой запас древесины 90 куб. м/га Стоимость одного куб. м корневого запаса (в соответствии с Приложением 7) 15 руб./куб. м Доля утраченных лесных земель из подверженных затоплению 0,15.
Ущерб от потери леса как сырья (И7с), определяемый по формуле (4.7), составляет:
И7с = 0,15 x 15 x 8000 x 90 = 1,6 млн. руб.
Исходные данные для расчета экологического ущерба от потери леса:
Площадь лесов, расположенных в зоне катастрофического затопления 8000 га Плата за перевод лесных земель в нелесные (в соответствии с Приложением 7) 60 тыс. руб./га Доля утраченных лесных земель из подверженных затоплению 0,15 Доля лесных земель в зоне затопления, подверженных нарушению 0,4.
Экологический ущерб от потери леса (И7э), определяемый по формуле (4.8), составляет:
3
И7э = 0,15 x 8000 x 60 x 10 x 0,4 = 28,8 млн. руб.
5.10. Прочие виды ущерба (п. 4.2.11)
Исходные данные для расчета прочих видов ущерба:
Ущерб основным фондам (И1) 155,6 млн. руб. Ущерб оборотным производственным фондам (Иоб) 7,8 млн. руб. Ущерб готовой продукции (И2) 0,61 млн. руб. Ущерб элементам транспорта и связи (И3) 48,1 млн. руб. Ущерб жилому фонду (И4) 86,6 млн. руб. Расходы на ликвидацию последствий аварии (И5) 59,7 млн. руб. Ущерб от потери леса как сырья (И7с) 1,6 млн. руб. Доля прочих ущербов в суммарном ущербе 10%.
Прочие виды ущерба (И12), определяемые по формуле (4.17), составляют:
И12 = (155,6 + 7,8 + 0,61 + 48,1 + 86,6 + 59,7 + 1,6) x 0,1 =
= 36,0 млн. руб.
5.11. Общий реальный ущерб в ценах на 01.01.2001 (п. 4.2.14) составит:
Виды ущербов, перечисленные в разделе 5.10 (И1, Иоб, И2, И3, И4, И5, И7с) 360,0 млн. руб. Ущерб сельскому хозяйству (И6) 92,2 млн. руб. Экологический ущерб от потери леса (И7э) 28,8 млн. руб. Прочие виды ущерба (И12) 36,0 млн. руб. Итого общий реальный ущерб: 517 млн. руб.
Библиография
1. Водный кодекс РФ, 1995 г.
2. Гражданский кодекс РФ, 1997 г.
3. Закон РФ "О безопасности гидротехнических сооружений", 1997 г.
4. Земельный кодекс РСФСР, 1991 г.
5. Лятхер В.М., Милитеев А.Н., Тогунова Н.П. Исследование плана течений в нижних бьефах гидротехнических сооружений численными методами. // Гидротехническое строительство. 1978. N 6.
6. Методические указания по оценке ущербов в зоне затопления. Гидропроект. 1980 г.
7. Милитеев А.Н., Школьников С.Я. Численные методы исследования планов течения в руслах со сложным рельефом дна. // Водные ресурсы. 1981. N 3.
8. Минимальные и максимальные ставки платы за пользование водными объектами по бассейнам рек, озерам, морям и экономическим районам. Утверждены Постановлением Правительства РФ от 22.07.1998 N 818.
9. Нормативы стоимости освоения новых земель взамен изымаемых сельскохозяйственных угодий для несельскохозяйственных нужд. Утверждены Постановлением Правительства РФ от 27.11.1995 N 1176.
10. "Организация экстремальной медицинской помощи населению при стихийных бедствиях и других чрезвычайных ситуациях". Под ред. В.В. Мешкова. М. 1992 г.
11. Постановление Правительства РФ от 23.02.1994 "О порядке выделения средств из резервного фонда Правительства Российской Федерации по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций и последствий стихийных бедствий".
12. Постановление Правительства РФ от 23.02.1994 "О рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы".
13. Приказ МПР РФ и Роскомзема от 22.12.1995 N 525/67 "Об утверждении основных положений о рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы".
14. А.М. Прудовский. Образование прорана при прорыве земляной плотины. Безопасность гидротехнических сооружений (БЭС), вып. 2 - 3. М.: НИИЭС, 1998.
15. Распоряжение мэра Москвы от 27.07.2000 "Об утверждении Методики исчисления размера ущерба, вызываемого захламлением, загрязнением и деградацией земель на территории г. Москвы".
16. Российский статистический ежегодник за 1998 г. Госкомстат России.
17. Чоу В.Т. Гидравлика открытых потоков. Издательство литературы по строительству. М. 1969.
18. Школьников С.Я. К вопросу о конструировании консервативных конечноразностных схем для дифференциальных уравнений неустановившегося течения в непризматическом русле. // Гидротехническое строительство. 1997. N 5.