Тетонская плотина: Катастрофа 1976 года в Айдахо

Введение

Плотина в Айдахо, США, которая обрушилась в 1976 году. Плотина Тетон была земляной плотиной на западе Соединенных Штатов, на реке Тетон в восточном Айдахо. Она была построена Бюро мелиорации США, одним из восьми федеральных агентств, уполномоченных на строительство плотин. Расположенная между округами Фримонт и Мэдисон, она потерпела катастрофический обвал 5 июня 1976 года, во время первого заполнения водохранилища. Обрушение плотины Тетон привело к гибели 11 человек и 16 000 голов скота. Строительство плотины стоило около 100 миллионов долларов, а федеральное правительство выплатило более 300 миллионов долларов в качестве компенсаций, связанных с её разрушением. Общая оценка ущерба достигает 2 миллиардов долларов, и плотина не была восстановлена.

История и геология

Интерес к строительству плотины на восточной равнине реки Снейк возник за много лет до этого, чтобы регулировать весеннее половодье и обеспечить более стабильное водоснабжение летом. В 1961 году в этом районе произошла сильная засуха, за которой в 1962 году последовало разрушительное наводнение. Бюро мелиорации предложило строительство плотины Тетон в 1963 году, и Конгресс на следующий год без возражений принял уполномочивающий закон. Планировалось, что плотина будет земляной конструкцией высотой 310 футов (94 м) и длиной 0,6 мили (1 км), создавая водохранилище длиной 17 миль (27 км). Запруженная вода должна была использоваться для выработки гидроэлектроэнергии. В 1971 году была опубликована оценка воздействия на окружающую среду для плотины, однако в ней не рассматривалась возможность её обрушения. Туф, вулканическая порода позднего кайнозоя, имеет возраст 1,9 миллиона лет. Площадка плотины состоит из базальта и риолита, которые считаются непригодными для строительства плотины из-за их высокой проницаемости. Это было подтверждено длительными испытаниями на прокачку со скоростью в минуту. Испытательные керны, извлеченные инженерами и геологами, работающими в Бюро мелиорации, показали, что скальные породы каньона в месте строительства плотины сильно потресканы и неустойчивы, особенно на правой стороне (если смотреть по направлению течения). Наиболее широкие трещины были определены как широкие. Бюро планировало заделать эти трещины путем инъекции раствора в скалу под высоким давлением для создания цементной завесы. Кроме того, исследование территории геологами Геологической службы США показало, что она сейсмически активна; за предыдущие пять лет в пределах 30 миль (48 км) от места строительства плотины произошло пять землетрясений, два из которых были значительной силы. Эта информация была предоставлена Бюро мелиорации в служебной записке, но опасения геологов были значительно смягчены в процессе шестимесячной доработки, прежде чем USGS отправила окончательную версию записки в USBR в июле 1973 года. Это потребовало использования вдвое большего количества раствора, чем первоначально предполагалось; общий объем инъецированного раствора включал 496 515 кубических футов портландцемента, 82 364 кубических фута песка, 132 000 фунтов бентонита и 418 000 фунтов хлорида кальция, которые были закачаны в 118 179 линейных футов буровых скважин.

Interest in building a dam in the eastern Snake River Plain had arisen for many years to control spring runoff and provide a more constant water supply in the summer. The area had suffered a severe drought in 1961, followed by severe flooding in 1962. The Bureau of Reclamation proposed the Teton Dam in 1963 and Congress passed, without opposition, an authorizing bill the following year. The planned dam was to be an earthen structure 310 feet (94 m) high and 0.6 mile (1 km) long, creating a reservoir 17 mile (27 km) in length. The impounded water would be used to generate hydroelectric power. An environmental impact statement was issued for the dam in 1971, but it did not raise the possibility of a collapse. The tuff, a late Cenozoic volcanic rock, is 1.9 million years old. The dam site is composed of basalt and rhyolite, both of which are considered unsuitable for dam construction because of their high permeability. This was confirmed by long term pump in tests at rates of per minute. Test cores, drilled by engineers and geologists employed by the Bureau of Reclamation, showed that the canyon rock at the dam site is highly fissured and unstable, particularly on the right side (as one faces the direction of flow). The widest fissures were determined to be wide. The bureau planned to seal these fissures by injecting grout into the rock under high pressure to create a grout curtain in the rock. In addition, an investigation of the area by geologists of the U. S. Geologic Survey indicated that it was seismically active; five earthquakes had occurred within 30 mile (48 km) of the dam site in the previous five years, two of which had been of significant magnitude. This information was provided to the Bureau of Reclamation in a memorandum, but the geologists' concerns were considerably watered down in the 6 month redrafting process before the USGS sent the final version of the memo to the USBR in July 1973. This necessitated using twice as much grouting as had been originally anticipated; the total injected grout included 496,515 ft3 of Portland cement, 82,364 ft3 of sand, 132,000 pounds of bentonite, and 418,000 pounds of calcium chloride, injected into 118,179 linear ft of drilled holes.

Заполнение

Запруда была завершена в ноябре 1975 года, и заполнение водохранилища началось со стандартной скоростью в 1 фут (0 м) в день. Однако зимой выпадало много снега, и через пять месяцев инженер-строитель проекта запросил разрешение удвоить скорость заполнения, чтобы справиться с дополнительным весенним паводком, продолжая при этом проверять на предмет утечек и контролировать уровень грунтовых вод. Месяц спустя, хотя мониторинг показал, что грунтовые воды текут в тысячу раз быстрее, чем предполагалось изначально, скорость заполнения была удвоена снова, до 4 футов (1 м) в день. В 11:55 по горному времени (UTC−17:55) гребень плотины просел и обрушился в водохранилище; через две минуты остальная часть правой трети основной стены плотины рассыпалась. Более (во много раз превышающий средний расход воды Ниагарского водопада) объема воды, насыщенной осадком, вырвался через пролом в оставшиеся 6 миль (10 км) каньона реки Тетон, после чего наводнение разлилось и стало менее глубоким на равнине реки Снейк. К 20:00 водохранилище полностью опустело, хотя более двух третей стены плотины оставались стоять. В обрушении винили проницаемую лёссовую почву, использованную в ядре, и трещиноватый (имеющий трещины) риолит в опорах плотины, который позволял воде просачиваться вокруг и сквозь земляную плотину. Проницаемый лёсс был обнаружен трещиноватым. Считается, что сочетание этих дефектов позволило воде просачиваться через плотину и вызвать внутреннюю эрозию, называемую вымыванием грунта (пипингом), которая в конечном итоге привела к обрушению плотины. Следственная комиссия быстро определила вымывание грунта как наиболее вероятную причину аварии, а затем сосредоточила свои усилия на выяснении того, как оно началось. Было два возможных механизма. Первый – это течение воды под сильно подверженным эрозии и незащищенным заполнением, через стыки в незапечатанной породе под гидроизоляционной засыпкой и образование эрозионного туннеля. Второй – «трещинообразование, вызванное дифференциальными напряжениями или гидравлическим растрескиванием материала ядра». Комиссия не смогла определить, какой из механизмов произошел, или их комбинацию.

The dam was completed in November 1975 and filling the reservoir began at the standard rate of 1 feet (0 m) a day. However, snows were heavy that winter, and five months later, the project's construction engineer requested permission to double the filling rate to deal with the additional spring run off, while continuing to inspect for leaks and monitor the groundwater. A month later, though monitoring showed that groundwater was flowing a thousand times faster than had been originally anticipated, the filling rate was doubled again, to 4 feet (1 m) a day. At 11:55 am MDT (UTC−17:55), the crest of the dam sagged and collapsed into the reservoir; two minutes later, the remainder of the right bank third of the main dam wall disintegrated. Over (many times the average flow rate of Niagara Falls) of sediment filled water emptied through the breach into the remaining 6 mile (10 km) of the Teton River canyon, after which the flood spread out and shallowed on the Snake River Plain. By 8:00 pm, the reservoir had completely emptied, although over two thirds of the dam wall remained standing. placed blame for the collapse on the permeable loess soil used in the core and on fissured (cracked) rhyolite in the abutments of the dam that allowed water to seep around and through the earth fill dam. The permeable loess was found to be cracked. The combination of these flaws is thought to have allowed water to seep through the dam and to lead to internal erosion, called piping, that eventually caused the dam's collapse. An investigating panel had quickly identified piping as the most probable cause of the failure, then focused its efforts on determining how the piping started. Two mechanisms were possible. The first was the flow of water under highly erodible and unprotected fill, through joints in unsealed rock beneath the grout cap and development of an erosion tunnel. The second was "cracking caused by differential strains or hydraulic fracturing of the core material." The panel was unable to determine whether one or the other mechanism occurred, or a combination:

Основной причиной аварии следует считать сочетание геологических факторов и проектных решений, которые в совокупности позволили аварии развиться. После обрушения плотины разгорелись широкие споры. По данным Бюро мелиорации, инженеры бюро оценивают все плотины мелиорации в соответствии со строгими критериями, установленными программой «Безопасность плотин». Каждая конструкция периодически проверяется на устойчивость к сейсмической активности, внутренние дефекты и физический износ, и снова в мае 1985 года; а также плотина озера Джексон, которая могла бы рухнуть во время землетрясения на близлежащем разломе Тетон.

Смертельные случаи, ущерб и имущественные претензии

Каньон Тетон заканчивается примерно в 6 милях (10 км) ниже места расположения плотины, где река впадает в равнину реки Снейк. Когда плотина разрушилась, наводнение обрушилось на несколько населенных пунктов, расположенных ниже по течению, в особенности на Уилфорд, находящийся в конце каньона, Сагар-Сити, Салем, Хиббард и Рексбург. Были разрушены тысячи домов и предприятий. Небольшие сельскохозяйственные общины Уилфорд и Сагар-Сити были смыты с берегов реки. Пять из 11 смертей, связанных с наводнением, произошли в Уилфорде. Подобный населенный пункт Тетон, расположенный на южном берегу реки, находится на небольшом возвышении и в значительной степени избежал разрушений. Один из жителей Тетона рыбачил на реке в момент разрушения плотины и утонул. Пожилая женщина, проживавшая в городе Тетон, умерла в результате эвакуации. По оценкам, 80% существующих зданий и сооружений были повреждены в районе Хиббарда и Рексбурга, население которого составляло около 10 000 человек. Река Тетон протекает через промышленные, коммерческие и жилые районы северного Рексбурга. Большая часть ущерба в этом районе была нанесена тысячами бревен, вырванных с лесопилки. Десятки из них ударили по резервуару для хранения бензина, расположенному в нескольких сотнях метров. Бензин воспламенился, и по стремительному потоку поплыли огненные полосы. Сила бревен и распиленной древесины, а также последовавшие пожары практически уничтожили город. Половодье двинулось на запад по руслу Генри Форк реки Снейк, огибая обе стороны Менен-Баттс и повредив поселок Робертс. Город Айдахо-Фолс, расположенный еще дальше вниз по равнине, успел подготовиться. На старой плотине ниже по течению инженеры увеличили сброс воды менее чем на 5% до прихода наводнения. Эта плотина выдержала, и наводнение фактически прекратилось, но десятки тысяч акров земли вблизи реки лишились плодородного верхнего слоя почвы. Бюро мелиорации открыло офисы для подачи и рассмотрения претензий в Рексбурге, Айдахо-Фолс и Блэкфуте. К 4 января 1977 года, через семь месяцев после катастрофы, пострадавшие подали более 4800 претензий на общую сумму 194 миллиона долларов, и федеральное правительство удовлетворило 3813 из них на сумму 93,5 миллиона долларов. Программа рассмотрения претензий первоначально планировалась к завершению в июле 1978 года, но была продлена до января 1987 года, когда федеральное правительство выплатило по 7563 претензиям на общую сумму 322 миллиона долларов. Планов по восстановлению плотины Тетон не было, но вопрос о ее реконструкции неоднократно поднимался. Кадры и интервью представлены в документальном фильме «Катастрофа: нет безопасного места» (1980), ведущими которого были Чарльз Бронсон и Джилл Айрленд.

Teton Canyon ends about 6 mile (10 km) below the dam site, where the river flows onto the Snake River Plain. When the dam failed, the flood struck several communities immediately downstream, particularly Wilford at the terminus of the canyon, Sugar City, Salem, Hibbard, and Rexburg. Thousands of homes and businesses were destroyed. The small agricultural communities of Wilford and Sugar City were wiped from the river bank. Five of the 11 deaths attributed to the flood occurred in Wilford. The similar community of Teton, on the south bank of the river, is on a modest bench and was largely spared. One Teton resident was fishing on the river at the time of the dam failure and was drowned. An elderly woman living in the city of Teton died as a result of the evacuation. An estimated 80% of existing structures were damaged in the Hibbard and Rexburg area, whose population was about 10,000. The Teton River flows through the industrial, commercial, and residential districts of north Rexburg. Much of the damage in the area was done by thousands of logs dislodged from a lumber yard. Dozens of them hit a bulk gasoline storage tank a few hundred yards away. The gasoline ignited and sent flaming slicks adrift on the racing water. The force of the logs and cut lumber and the subsequent fires practically destroyed the town. The flood waters traveled west along the route of the Henrys Fork of the Snake River, around both sides of the Menan Buttes, damaging the community of Roberts. The city of Idaho Falls, even further down on the flood plain, had time to prepare. At the older American Falls Dam downstream, engineers increased discharge by less than 5% before the flood arrived. That dam held and the flood was effectively over, but tens of thousands of acres of land near the river were stripped of fertile topsoil. The Bureau of Reclamation set up claims offices in Rexburg, Idaho Falls, and Blackfoot. By January 4, 1977, seven months after the disaster, victims had filed over 4,800 claims totaling $194 million and the federal government had paid 3,813 of those claims worth $93.5 million. The claims program was originally scheduled to end in July 1978, but continued until January 1987, when the federal government had paid 7,563 claims for a total amount of $322 million. No plans have been made for rebuilding the Teton Dam, but its reconstruction has been discussed over the years. Footage and interviews are featured in Catastrophe No Safe Place (1980), hosted by Charles Bronson and Jill Ireland.