Постановление Госгортехнадзора РФ от 04.11.2000 N 65
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ И ПРОМЫШЛЕННЫЙ НАДЗОР РОССИИ
ПОСТАНОВЛЕНИЕ
от 4 ноября 2000 г. N 65
ОБ УТВЕРЖДЕНИИ "МЕТОДИКИ РАСЧЕТА
ЗОН ЗАТОПЛЕНИЯ ПРИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ АВАРИЯХ
НА ХРАНИЛИЩАХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОТХОДОВ
ХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ"
Федеральный горный и промышленный надзор России постановляет:
1. Утвердить "Методику расчета зон затопления при гидродинамических авариях на хранилищах производственных отходов химических предприятий".
2. Ввести в действие указанную Методику со дня утверждения.
Начальник
Госгортехнадзора России
В.М.КУЛЬЕЧЕВ
Утверждена
Постановлением
Госгортехнадзора России
от 4 ноября 2000 г. N 65
Срок введения в действие
со дня утверждения
МЕТОДИКА
РАСЧЕТА ЗОН ЗАТОПЛЕНИЯ ПРИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ АВАРИЯХ
НА ХРАНИЛИЩАХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОТХОДОВ ХИМИЧЕСКИХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
РД 09-391-00
Внесены Управлением по надзору в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности Госгортехнадзора России.
ВВЕДЕНИЕ
Методика предназначена для расчета зон затопления и количественной оценки уровня безопасности при гидродинамической аварии на эксплуатируемых и проектируемых хранилищах шламов, жидких производственных отходов, стоков и технических вод (в дальнейшем - "хранилищах").
При разработке "Методики расчета зон затопления при гидродинамических авариях на хранилищах производственных отходов химических предприятий (в дальнейшем - "Методика") учтены требования следующих документов:
- Федеральный закон от 21.07.97 N 117 "О безопасности гидротехнических сооружений" <*>;
------------------------------------
<*> В дальнейшем - ГТС.
- Постановление Правительства Российской Федерации от 06.11.98 N 1303 "Об утверждении Положения о декларировании безопасности гидротехнических сооружений";
- "Порядок разработки и дополнительные требования к содержанию декларации безопасности ГТС на подконтрольных Госгортехнадзору России предприятиях" (РД 03-268-99), утвержденный Постановлением Госгортехнадзора России от 25.02.99 N 17.
В Методике учтены особенности хранилищ отходов химического промышленного комплекса, в том числе:
- наличие в хранилищах высокотоксичных и токсичных веществ, веществ, представляющих опасность для окружающей природной среды (далее - "вредных веществ");
- размещение хранилищ на местности с относительно плавными формами рельефа недалеко от поверхностных водоемов, на промплощадках предприятий, в непосредственной близости от населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий;
- устройство ограждающих дамб из песчаных, супесчаных и суглинистых грунтов.
Методика может быть использована для расчета зон затопления и количественной оценки уровня безопасности при авариях на хранилищах предприятий других отраслей промышленности.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. При аварии на хранилищах отходов и стоков происходит разрушение ограждающих дамб и разлив содержимого хранилищ, вызывающий:
- затопление окружающих территорий, в том числе мест временного или постоянного присутствия человека, зданий и сооружений;
- распространение волной прорыва вредных веществ, которое приводит к загрязнению почв и земель, грунтовых вод, поверхностных водоемов, источников питьевого водоснабжения.
1.2. Опасность аварий определяется последствиями возникающих чрезвычайных ситуаций (ЧС).
1.3. При разработке Методики использованы традиционные положения теории русловых процессов, безнапорного гидротранспорта грунтов, а также Рекомендации по расчету охранных зон хвостохранилищ, выпущенные ВНИИПИ механической обработки полезных ископаемых ("МЕХАНОБР") в 1984 году [1 - 7].
1.4. Методика позволяет определить показатели, характеризующие аварию и ее последствия:
- границы зоны затопления;
- время образования прорана (время от начала до полного истечения жидкости из хранилища);
- размеры прорана;
- расходы и объемы жидких отходов, выливающихся по мере развития прорана;
- высота, скорость и гидродинамическое давление волны прорыва по пути движения;
- параметры загрязнения вредными веществами почвы, грунтовых и поверхностных вод;
- показатели последствий аварий по воздействию волны прорыва на человека, здания и сооружения;
- показатели последствий аварий по воздействию на окружающую природную среду.
1.5. Методика предназначена для использования:
- предприятиями и организациями, эксплуатирующими хранилища;
- проектными и экспертными организациями;
- другими организациями, по роду своей деятельности связанными с обеспечением безопасности хранилищ;
- при декларировании безопасности ГТС;
- при определении возможности дальнейшей эксплуатации хранилищ и других работах, в которых требуется количественная оценка уровня безопасности.
1.6. Полученные показатели последствий аварии могут быть использованы при оценке ущерба окружающей природной среде, материальных потерь, границ зон поражающих факторов и классификации ЧС.
1.7. Основные термины и определения, используемые в Методике:
Затопление - повышение уровня воды водотока, водоема или подземных вод, приводящее к образованию свободной поверхности воды на участке территории [8, 9].
Катастрофическое затопление - территория, на которой затопление имеет глубину 1,5 м и более и может повлечь за собой разрушения зданий и сооружений, гибель людей, вывод из строя оборудования предприятий [10].
Зона затопления - зона, в пределах которой происходит движение потока, образующегося при разрушении дамбы (плотины) [8, 11].
Почва - природное образование, слагающее поверхностный слой земной коры и обладающее плодородием [12, 13].
Плотность сухого грунта - отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к его первоначальному объему [14].
Плотность частиц грунта - масса единицы объема грунта без учета пор или масса единицы объема твердых частиц грунта [14].
Вода грунтовая - гравитационная вода первого от поверхности земли постоянно действующего водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое [13].
Коэффициент фильтрации - скорость фильтрации воды при градиенте напора, равном единице, и линейном законе фильтрации [14].
Градиент напора - отношение разности напора воды к длине пути фильтрации [14].
Инфильтрация - проникновение атмосферной или поверхностной воды в породы и почвы [14].
Авария - опасное техногенное происшествие, создающее угрозу жизни и здоровью людей, приводящее к разрушению зданий, сооружений, оборудования и транспортных средств, нарушению производственного и транспортного процесса, нанесению ущерба окружающей природной среде [8, 15, 16].
Гидродинамическая авария - авария на ГТС, связанная с распространением с большой скоростью воды и создающая угрозу возникновения чрезвычайной техногенной ситуации [8, 15, 16].
Чрезвычайная ситуация - обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии на ГТС, которая может повлечь или повлекла за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение жизнедеятельности людей [8, 16].
Предельно допустимая концентрация - максимальная концентрация, при которой вещество не оказывает прямого или опосредованного влияния на состояние здоровья населения (при воздействии на организм в течение всей жизни) и не ухудшает гигиенические условия водопользования [8].
Опасные отходы - отходы, которые в силу их реакционной способности или токсичности представляют непосредственную или потенциальную опасность для здоровья человека или состояния окружающей среды самостоятельно или при вступлении в контакт с другими отходами и окружающей средой [8].
Загрязняющие вещества - химические соединения, повышенное содержание которых в биосфере и ее компонентах вызывает негативную токсико-экологическую ситуацию [8].
Прудок-отстойник - водоем, в котором происходит осветление в процессе намыва [8].
2. РАСЧЕТ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОТХОДОВ <*>,
СОДЕРЖАЩИХСЯ В ХРАНИЛИЩЕ, В СЛУЧАЕ РАЗРУШЕНИЯ
ОГРАЖДАЮЩЕЙ ДАМБЫ
------------------------------------
<*> Отходы - жидкие производственные отходы, стоки и технические воды.
2.1. Основные положения, принимаемые при расчете
2.1.1. Процесс разрушения хранилища, образования прорана и движения образующегося при этом потока отходов является сложным. Неравномерный и неустановившийся характер движения потока по всей трассе растекания обуславливают переменные значения его гидродинамических параметров [1 - 7]. Поэтому для упрощения расчетов рассматриваемый процесс разделяется в расчетном отношении на два этапа:
1) расчет образования прорана и расчет параметров потока в сечении у подошвы откоса дамбы;
2) расчет максимальных параметров потока по трассе растекания.
2.1.2. В Методике приняты следующие допущения:
- расчет производится для глубины слоя жидкости и несконсолидированных отходов не менее 25 см;
- отходы в хранилище могут представлять собой однородный или неоднородный состав;
- поперечное сечение прорана принимается прямоугольным и постоянным по всей длине прорана;
- после образования прорана жидкость растекается по местности, имеющей естественный уклон;
- гидравлический прыжок, возникающий на переходе потока с участка с уклоном дна больше критического на участок, где уклон меньше критического, - не рассматривается [17, 18].
2.2. Расчет образования прорана (процесса разрушения дамбы)
------------------------------------
<*> Отношение длины горизонтальной проекции откоса к высоте откоса.
2.2.2. Подготовка исходных данных для расчета на I этапе
2.2.2.1. Исходными данными для расчета являются:
- максимальная глубина вытекающего из прудка слоя жидкости и несконсолидированных отходов;
- площадь хранилища по максимальной отметке гребня дамбы;
- ширина гребня дамбы;
- заложение внутреннего откоса дамбы;
- заложение внешнего откоса дамбы;
- плотность частиц грунта;
- средневзвешенный размер частиц грунта.
2.2.2.2. Вычисление средневзвешенного размера частиц грунта.
Для этого производятся замеры размера частиц грунта:
2.4. Расчет максимальных параметров потока по трассе
В зависимости от характера рельефа вытекающий из хранилища поток может быть ограничен боковыми склонами долины либо растекание может происходить нестесненным образом, если хранилище расположено на плоской местности или в широкой долине.
Учитывая, что хранилища предприятий химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности в основном относятся к овражным, овражно-пойменным и (или) равнинным типам и имеют емкость до нескольких млн. куб. м, принимаем, что вытекающий поток ограничен постоянным значением боковых склонов ложбин, лога или слабонаклоненных поверхностей поймы или равнины.
В расчете принято допущение о том, что лог по всей длине трассы растекания имеет треугольное сечение.
Приведенные выше формулы позволяют рассчитать параметры потока по длине выбранной расчетной трассы движения на прилегающей к хранилищу местности, нанести их на соответствующий план или карту и определить границы зоны затопления.
Ввиду сложности расчетов и большого числа итераций в ЗАО "Экоцентр-Агрохимбезопасность" разработан комплекс компьютерных программ "PRORAN".
2.5. Определение параметров загрязнения почвы, грунтовых вод
и поверхностных водоемов вредными веществами,
содержащимися в отходах
2.5.1. Для проведения расчетов приняты следующие допущения:
- инфильтрация жидкой фазы на площади затопления через почву и грунт свободная, т.е. фильтрация происходит без подпора со стороны грунтовых вод;
- не учитывается вода, остающаяся в почвенно-растительном слое и в естественных впадинах и понижениях по трассе потока;
- не учитывается дифференциация загрязнения по мощности и площади почв, грунтового потока, акватории водоемов.
2.5.1.1. При определении степени загрязнения почвы принимается, что вся масса вредных веществ из профильтровавшейся с поверхности жидкости остается в почвенном слое и распределяется равномерно по глубине слоя и площади затопления.
При расчете не учитывается, что часть вредных веществ из профильтровавшихся стоков, не задерживаясь в почвенном слое, попадает в грунтовые воды.
2.5.1.2. При определении степени загрязнения грунтовых вод принимается, что вся масса вредных веществ из профильтровавшейся с поверхности жидкости попадает в грунтовые воды и распределяется равномерно по мощности грунтового потока и площади затопления.
При расчете не учитывается, что часть вредных веществ из профильтровавшихся стоков останется в почве.
2.5.1.3. При определении параметров загрязнения поверхностных водоемов принимается, что вся масса вредных веществ, содержащихся в вытекшей из хранилища жидкости, распределяется равномерно:
- для замкнутых поверхностных водоемов - по всему объему водоема;
- для проточных поверхностных водоемов - по сечению водоема.
При расчете не учитывается, что часть вредных веществ из профильтровавшихся в грунтовые воды стоков останется в почве и водоносных грунтах.
2.5.2. Расчет параметров загрязнения почвы [21 - 27].
Полученная концентрация сравнивается с ПДК данного вещества в почве (см. Приложение 3).
При отсутствии конкретных исходных данных для ориентировочных оценок рекомендуется пользоваться следующими значениями параметров:
Полученная концентрация сравнивается с ПДК данного вещества в воде (см. Приложение 4).
2.5.4. Расчет степени загрязнения поверхностных водоемов.
Следует различать два случая:
1. Непроточная водная преграда (замкнутый водоем).
2. Проточная водная преграда.
2.5.6. Учет сорбции, ионного обмена, окислительно-восстановительных, других физико-химических и биохимических процессов, которые происходят с вредными веществами при фильтрации стоков через почвенный слой и грунты, может привести к снижению параметров загрязнения.
2.6. Показатели последствий гидродинамических аварий
на хранилищах отходов предприятий химического комплекса
2.6.1. Показатели последствий гидродинамической аварии характеризуются следующими видами опасных явлений: гибелью людей, нанесением ущерба здоровью и нарушением условий жизнедеятельности людей, разрушением и повреждением зданий и сооружений, загрязнением окружающей природной среды.
Величина показателя последствий является количественной оценкой уровня безопасности.
Исследования показали устойчивость результатов расчета показателей последствий аварии к вариации параметров, принимаемых в соответствии с допущениями, принятыми в п. п. 2.2.2.2 - 2.2.2.4.
Определяемые в Методике величины показателей последствий являются количественной оценкой уровня безопасности гидродинамической аварии и могут использоваться при оценке количества пострадавших людей, материальных потерь, ущерба окружающей среде, определении класса чрезвычайных ситуаций.
2.6.2. Показатели последствий силового воздействия волны прорыва на человека, здания и сооружения (гибель, нанесение ущерба здоровью и нарушение условий жизнедеятельности людей, разрушение и повреждение зданий и сооружений) определяются для территории в пределах зоны затопления, в границах которой воздействие волны опасно для жизни или здоровья человека, может вызвать разрушение и повреждение зданий и сооружений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Леви И.И. Динамика русловых процессов. Л.: Госэнергоиздат, 1957.
2. Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1962.
3. Кнороз B.C. Безнапорный гидротранспорт и его расчет. Известия ВНИИГ. 1951, т. 44.
4. Чугаев P.P. Гидравлика. Л.: Энергоиздат, 1982. С. 573, табл. П-4.
5. Исследование и расчет волны прорыва из хвостохранилища Михайловского ГОКа, ВНИИ Водгео. М., 1978.
6. Временные методические рекомендации по расчету зон при внезапном прорыве ограждающих дамб хвостохранилищ. ВИОГЕМ. Белгород, 1981.
7. Рекомендации по расчету охранных зон хвостохранилищ. Механобр. Л., 1984.
8. РД 09-255-99. Методические рекомендации по оценке технического состояния и безопасности хранилищ производственных отходов и стоков предприятий химического комплекса.
9. ГОСТ 19185-73. Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения.
10. СНиП II-89-80. Генеральные планы промышленных предприятий. М., 1990.
11. ПБ 06-123-96. Правила безопасности при эксплуатации хвостовых, шламовых и гидроотвальных хозяйств.
12. ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация.
13. ГОСТ 25584-90. Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации.
14. Геологический словарь. Т. 1, М.: "Недра", 1978.
15. ГОСТ Р 22.0.05-94 "Термины и определения".
16. "Порядок разработки и дополнительные требования к содержанию декларации безопасности гидротехнических сооружений на подконтрольных Госгортехнадзору России предприятиях (организациях)" РД 03-268-99.
17. Гидротехнические сооружения: Справочник проектировщика / Под ред. В.П. Недриги. М.: Стройиздат, 1983. 543 с.
18. Пособие по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений. М.: Транспорт, 1992. 408 с.
19. Закс Л. Статистические оценивания. М.: "Статистика", 1976. С. 130 - 131.
20. Кнороз B.C. Неразмывающие скорости для несвязных грунтов и факторы, их определяющие. Известия ВНИИГ, т. 59, 1958.
21. Перечень ПДК и ОДК химических веществ в почве. М., 1993.
22. ГН 2.1.5.689-98 "ПДК химических веществ водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования".
23. Перечень ПДК вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. М., 1995.
24. СНиП 2.06.15-85. Инженерная защита территорий от затопления и подтопления. М., 1990.
25. СНиП 1.02.07-87. Инженерные изыскания для строительства. М., 1988.
26. СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений. М., 1988.
27. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.
28. Мальцев В.А. Методики оценки обстановки на промышленном предприятии при чрезвычайных ситуациях. ИПК Госслужбы, М., 1993.
Приложение 1
ВЫВОД ФОРМУЛ РАСЧЕТА ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ
ДЛЯ ОТХОДОВ С НЕОДНОРОДНЫМ СОСТАВОМ
Для оценки изменения плотности по глубине слоя жидкости и неконсолидированных отходов делаются допущения о нелинейной закономерности, описывающей это явление.
Предполагается, что закономерность, описывающая изменение плотности отходов по глубине слоя, имеет вид:
Приложение 2
------------------------------------
<*> Гидравлический показатель русла.
<**> Значения относительной глубины, определяемые в п. 2.3.2 по формулам (51а) - (51б).
Приложение 3
ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ
В ПОЧВЕ (ПДКп) НЕКОТОРЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, ХАРАКТЕРНЫХ
ДЛЯ ХРАНИЛИЩ ЖИДКИХ ОТХОДОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ХИМИЧЕСКОГО
КОМПЛЕКСА [21]
------------------------------------
<1> ПДК серной кислоты может быть использована для оценки загрязнения почвы сульфат-ионом.
<2> ПДК хлористого калия может быть использована для оценки загрязнения почвы хлорид-ионом.
<3> ПДК бензина может быть использована для ориентировочной оценки загрязнения почвы нефтепродуктами с низкой температурой кипения (до 200 °С).
<4> Подвижная форма элемента, извлекаемая из почвы ацетатно-аммонийным буферным раствором рН 4,8.
<5> Водорастворимая форма.
<6> Лимитирующий признак вредности - признак, характеризующийся наименьшей безвредной концентрацией вещества (при использовании различных тестов).
Лимитирующие признаки вредности в почве:
- воздушно-миграционный - характеризует переход вещества из почвы в атмосферу;
- транслокационный - характеризует переход вещества из почвы через корневую систему в зеленую массу и плоды растений;
- общесанитарный - показатель, характеризующий влияние химического вещества на самоочищающую способность почвы.
Приложение 4
ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ
В ВОДЕ (ПДК) НЕКОТОРЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, ХАРАКТЕРНЫХ
ДЛЯ ХРАНИЛИЩ ЖИДКИХ ОТХОДОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ХИМИЧЕСКОГО
КОМПЛЕКСА [22, 23]
------------------------------------
<1> С учетом валового содержания всех форм.
<2> Эта ПДК для суммы летучих фенолов при условии применения хлора для обеззараживания воды, в иных случаях ПДК = 0,1 мг/л.
<4> По Р.
<5> Цианиды простые и комплексные (за исключением цианоферратов) в расчете на цианидион.
<6> В дополнение к фоновому, но не выше их суммарного содержания 0,75 мг/л.
<7> Для климатических районов I - II - 1,5 мг/л;
III - 1,2 мг/л;
IV - 0,7 мг/л.
<8> Для хозяйственно-питьевого водоснабжения 15 мг О2/л; для культурно-бытового - 30 мг О2/л.
<9> В скобках приведен лимитирующий признак вредности (признак, характеризующийся наименьшей безвредной концентрацией вещества (при использовании различных тестов)):
с.-т. - санитарно-токсикологический (характеризует влияние химического вещества в воде на здоровье человека);
общ. - общесанитарный (характеризует влияние химического вещества на самоочищение воды в водоемах (процессы биохимического окисления, сапрофитную микрофлору и т.п.));
орг. - органолептический (привкус, запах, окраска);
токс. - токсикологический.
<10> Химическая потребность в кислороде (ХПК) - интегральный показатель загрязнения органическими веществами (количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимое для восстановления всех восстановителей, содержащихся в воде).
Приложение 5
ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЙ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
ПРОМЫШЛЕННОГО ОБЪЕКТА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВОЛНЫ ПРОРЫВА [28]
------------------------------------
<*> Высота потока выше проезжей части сооружения.