ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2008, № 1, с. 72-77
ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 625.12
ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН
© 2008 г. А. В. Николаев*, А. Р. Абакаров**, А. Н. Марчук*, М. Г. Даниялов***,
Р. А. Левкович***, Н. А. Марчук*
*Институт физики Земли РАН **Регионалъная генерирующая компания "Гидро ОГК" *** Дагестанская опытно-методическая сейсмологическая партия Геофизической службы РАН
Поступила в редакцию 17.10.2006 г.
В результате многолетнего изучения сейсмотектонических условий Дагестана и состояния построенных плотин сделан вывод о том, что главная опасность для гидротехнических сооружений Дагестана - геодинамические воздействия, состояние вмещающей геологической среды. Установлено также, что измерительные системы плотин откликаются на изменения поля напряжений в породах основания плотин и способны реагировать на подготовительный период землетрясений. Предлагается на базе метрологических возможностей плотин Центрального Дагестана создать систему раннего предупреждения опасных геодинамических процессов.
Республика Дагестан обладает богатым потенциалом гидроэнергетических ресурсов, которые оцениваются в 55 млрд. квтч. в средний по водности год, что составляет около 40% потенциала всех рек Северного Кавказа. Эта энергия сосредоточена в основном в бассейнах четырех крупных рек Дагестана - Сулак, Самур, Аварское и Андийское Койсу. Действующими гидроэлектростанциями освоено лишь около 10% гидроресурсов республики.
ОАО "Дагэнерго" и Региональной генерирующей компанией ("Гидро ОГК") разработана программа ускоренного развития гидроэнергетики республики, поточного строительства средних и малых ГЭС на основе современных достижений энергомашиностроения и технологии строительства. Предполагается дополнительно к семи действующим и трем строящимся запроектировать и построить еще 18 ГЭС общей мощностью 2.6 млн. квт с выработкой электроэнергии 6.5 млрд. квтч. в год. В техническом отношении намеченные к строительству гидроузлы максимально используют преимущества природных условий, являются высоконапорными, экономически эффективными, социально ориентированными и не наносят ущерба окружающей среде.
Вместе с тем приходится считаться со сложной тектоникой и геодинамической активностью районов расположения крупных и средних ГЭС, особенно на территории Центрального Дагестана. Эта область находится на границе дифференцированных тектонических движений иерархии крупнейших геоблоков, испытывающих возды-мание Восточного Кавказа и опускающегося
Каспия. Энергия для интенсивных геологических процессов - землетрясений, грязевого и гидровулканизма, возникающих на фоне медленных, эволюционных складчатых и орогенических движений, выделяется в объемах сейсмогенеза из так называемых "зон высокой проницаемости", связанных с системой глубинных разломов. В нашем случае это активные региональные глубинные разломы субкавказского и антикавказского заложения. По имеющейся исторической и современной инструментальной сейсмостати-стике эпицентры сильных землетрясений образуют "сейсмические линеаменты", пространственно совпадающие, в пределах точности определения, с простиранием проекции активных глубинных разломов на поверхности (рис. 1).
По данным инструментальной регистрации очаги большинства землетрясений, в том числе и сильных, находятся в так называемой "шовной зоне", участке земной коры между сближенными в пространстве глубинными разломами: Срединным и Владикавказским, внутри которого основным сейсмогенерирующим объектом становятся геоблоки верхнекорового заложения и низов се-диментационного слоя, контролируемые, вероятно, продолжением или оперениями верхнекорового Пшекиш - Тырныаузского разлома ("Прибрежный" в акватории Каспийского моря), а также глубинными разломами и разрывными нарушениями осадочного чехла. К их числу относятся: Красноводское 1895 г. М = 8, интенсивностью I = 10 баллов; Дагестанские - 1830 г. М = 6.3 и 1970 г. М = 6.6 I = 8-9 баллов; в акватории Среднего Каспия: 1911 г. М = 6.4; 1934 г. М = 6.2; 1935 г. М = 6.3; 1963 г. М = 6.2 и др. [1, 3]. Высокая сей-
ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
I
с.
1999 I / I „
Ы = 5.7 у Ж ^Фс
1830 1° = 7 ^[Чирюртовская Ы = 6.3 ~ 1° = 8
1958 Ы = 5.5
1970 ■ТЫ = 6.6
Ыт„ = 6.5
Миатлинская
1974 Ы = 5
1992 Ы = 5
1° = 9 ^Чиркейская
О
Махачкала
Гидроэлектростанции
действующие проектные
^^ крупные
ф малые
1742 Ы = 6.8 1° = 9
1948 Ы = 6.1
-Ж. ( \ \
Н. Тл^утул ^ \
Г ^Г^ЯЛ»^-^ ^ \
* —*£\ Ахты ^
Ы=6.6 а
1° = 9
'5
ч
№С "
Рис. 1. Схема размещения ГЭС Дагестана и основных сейсмогенерирующих разломов: мантийного заложения 1 - Срединный, 2 - Владикавказский, 3 - Ботлихо-Сулакский; верхнекоровые: 4 - Прибрежный, 5 - Большого Кавказа, 6 -Гамриозенский, 7 - Самурский. Штрих-пунктиром выделены сейсмолинеаменты с указанием Мтах (длинным пунктиром - антикавказского направления). Светлыми кружками обозначены эпицентры сильных землетрясений; а - разломы мантийного заложения, б - глубинные разломы корового заложения, в - верхнекоровые разломы.
смическая активность наблюдается и в пределах Дагестанского сектора Большого Кавказа, контролируемая его региональными разломами.
Из антикавказских глубинных разломов высокая сейсмическая активность отмечена для разлома мантийного заложения Ботлихо - Сулакского, вдоль которого также можно выделить сейсмо-линеамент.
Учитывая высокую геодинамическую активность территории Дагестана, социальную и экологическую ответственность проектируемых сооружений, ОАО "Дагэнерго", Региональная генерирующая компания "Гидро ОГК" совместно с Институтом физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук (ИФЗ), Дагестанским филиалом Геофизической службы РАН (ДФ ГС
РАН) и другими специализированными организациями намечают разработать и реализовать программу обеспечения надежности и долговечности гидротехнических сооружений в условиях воздействия на них быстрых и медленных движений земной коры. Поставлены задачи создания системы мониторинга состояния вмещающей геологической среды, взаимодействия сооружений с основанием, прогноза и раннего предупреждения опасных геодинамических процессов. Многолетняя успешная эксплуатация Гергебильской (70 лет), Чирюртовской (более 50 лет), Чиркей-ской ГЭС (более 30 лет) в сложных горногеологических и сейсмологических условиях позволила накопить ценный опыт для решения поставленных задач. На Чиркейской ГЭС с 1975 г. ведутся геофизические наблюдения за влиянием водохра-
п 60
ю Л1
^ 40
«
к к
о
о «
&
н о ч
«
ш о
5
К
20
V, мм/сут 15
10 -
5
00
а 392.5 КП 10а
1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994
Рис. 2. Скорость движения правобережного оползня в створе Миатлинской плотины за период 1979-1994 гг. (по X. Рурахмаеву) и сейсмическая активность на территории Центрального Дагестана. а - схема размещения контрольного пункта КП-10 на оползне.
бф, л/сУВБ,
УВБ
Т
К= ^Е [Дж] 14
13 12 11 10
/
О
/
/ о
/ о
У
/со
10
15 20
Тп, сут
Рис. 3. Корреляция между прогнозным временем (Тп) гидрогеодинамического предвестника и энергией ожидаемого землетрясения (К) по коллектору < 2 плотины Чиркейской ГЭС за период 1992-2002 гг. а - типовой график времени появления (Т) и динамики предвестника перед сейсмическим событием, б -зависимость прогнозного времени Тп от энергии землетрясения.
нилища на сейсмический режим региона, с 1996 г. - сейсмометрические наблюдения на плотине, с 1992 г. контролируется геодинамическое влияние на плотину с помощью измерительных систем ГЭС. Геодезическими методами контролируются тектонические движения по ближайшему к плотине разлому Калудалкал, принимаются меры по автоматизации измерительных систем на базе цифровых технологий. Накопленный банк данных о произошедших землетрясениях позволил выявить некоторые корреляции между параметрами предвестников землетрясений разных типов и параметрами сейсмических событий (рис. 2, 3), выполнить несколько успешных прогнозов землетрясений [2].
На Миатлинской ГЭС отслеживается движение оползневого массива на правом берегу, его влияние на напряженно-деформированное состояние (НДС) плотины. Сейсмологи ДФ ГС РАН предоставляют энергетикам информацию о сейсмологических условиях региона, выделяя зоны возможного возникновения землетрясений [4].
Тем не менее с вводом в действие новой карты общего сейсмического районирования Российской Федерации ОСР-97, повышающей уровень расчетного максимального землетрясения, система контроля опасных геодинамических процессов требует совершенствования. Измерительные системы арочных плотин должны контролировать
а
м
5
ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОИ БЕЗОПАСНОСТИ
75
74нёрЦ
Рис. 4. Горизонтальные и вертикальные смещения плотины Миатлинской ГЭС до и после землетрясений 31.01.1999 и 21.02.1999 (по Х.Рурахмаеву и Д. Брехману): а - расположение контрольных точек 14-20 на низовой грани плотины и точек 140-150 на гребне плотины; б - горизонтальные смещения точек на низовой грани; в - вертикальные смещения на гребне плотины. Жирными линиями показано положение до землетрясения.
динамические воздействия синхронно с сейсмометрической аппаратурой. Без выделения роли динамических нагрузок диагностика состояния сооружений затруднена и может приводить к ошибкам. Органически связанные между собой быстрые и медленные тектонические движения могут вызывать в сложно построенных горных сооружениях, например в Хадумской антиклинали (в пределах которой расположена Чиркейская ГЭС), оползневые и криповые процессы. Эти процессы серьезно влияют на напряженно-деформированное состояние (НДС) плотин, потенциально неустойчивые массивы и могут вызывать обрушения, интенсифицированные влиянием водохранилищ и фильтрацией.
В настоящее время по материалам натурных наблюдений можно выделить несколько потенциально опасных зон геодинамического влияния на плотины, требующих внимательного контроля, прогноза, осуществления в пределах этих зон профилактических инженерных мероприятий. Прежде всего это
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.