Визначення параметрів хвилі попуску при руйнуванні греблі і масштабів зон затоплення

Зміст

 

1 Загальні положення.. 4

1.1 Водні ресурси України. 5

1.2 Гідротехнічні споруди. 6

1.3 Масштаби затоплення. 8

1.4 Дії при повені 9

2 Визначення параметрів хвилі попуску
при руйнуванні греблі і масштабів зон
затоплення.. 11

2.1 Порядок визначення. 11

2.2 Приклад виконання задачі № 1. 16

3 Визначення основних параметрів зон
ураження при повенях на рівнинних ріках.. 19

3.1 Основні теоретичні положення. 19

3.2 Порядок визначення. 20

3.3 Приклад виконання задачі № 2. 22

Додаток А.. 24

ПИТАННЯ ДО САМОКОНТРОЛЮ... 27

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА.. 28

 

Мета заняття – вивчити питання розв'язання типових задач прогнозування обставин, що можуть скластися під час можливих повеней.

 

1 Загальні положення

 

У даній роботі наведений розрахунок основних параметрів зон ураження внаслідок повеней.

Повінь – це тимчасове затоплення значної території землі внаслідок дії природних явищ або аварій на гідротехнічних спорудах.

В залежності від причин повені підрозділяються на наступні групи.

До першої групи відносяться повені, що є наслідком метеорологічних явищ або інтенсивного танення снігу.

До другої групи відносяться повені, спровоковані сумісною дією інтенсивного танення снігу та льодоходу. Льодохід супроводжується заторами, які визивають додаткове підіймання рівня води і затоплення нових територій.

Третю групу складають повені, що виниклі внаслідок дії нагонного вітру. Вони припадають на морські узбережжя і гирла річок. Нагонний вітер не дає стікати річній воді в море, рівень її підвищується, і вода починає затоплювати прилеглі території.

До четвертої групи відносяться повені, спричинені дією підводних землетрусів. В результаті дії таких землетрусів утворюються гігантські хвилі – цунамі. Швидкість їх сягає 400÷800 км/год. Висота хвиль цунамі біля узбережжя сягає 5 м більше.

П'яту групу складають повені, що виникли як результат руйнування гідротехнічних споруд. При цьому утворюється величезна хвиля, що надзвичайно швидко затоплює великі території наземного простору.

 

1.1 Водні ресурси України

 

На значній території України (Карпати, Крим) річки мають виражений паводковий режим стоку. В середньому за рік тут буває 6-7 повеней. Вони формуються у будь-який сезон року і часто мають катастрофічні наслідки, призводять до масових руйнувань і загибелі людей.

Найбільш ймовірними зонами можливих повеней на території України є:

- в північних регіонах — басейни річок Прип’ять, Десна;

- в західних регіонах — басейни верхнього Дністра, річок Тиса, Прут, Західний Буг;

- у східних регіонах — басейни річок Сіверський Донець, Псел, Ворскла.

- у південному та південно-західному регіонах — басейни нижнього Дунаю, річки Південний Буг.

За останні сорок років катастрофічні повені в Карпатах і Криму спостерігалися 12 разів.

Уздовж території Луганської області протікають такі річки: Сіверський Донець, Айдар, Луганка, Червона, Борова, Біла, Ольхова, Деркул, Йовсуг. Значну потенційну небезпеку складає можливий прорив гребель Миронівської та Вуглегірської електростанцій, Ісаковського водосховища та Комендантської збагачувальної фабрики. При цьому у зону затоплення можуть потрапити близько 292 населених пунктів, 210 об'єктів господарювання, 140 км залізних доріг, 36 низьководних мостів, 30 км ліній електропередач, 3500 га орної землі і т.д.

 

1.2 Гідротехнічні споруди

Гідродинамічна аварія — це надзвичайна подія, пов’язана з виходом з ладу (руйнуванням) гідротехнічної споруди чи її частини і некерованим переміщенням великих мас води, які несуть руйнування і затоплення великих територій.

Гребля – гідротехнічна споруда, що перекриває ріку з метою піднімання рівня води перед нею, зосередження напору в місті розташування споруди та створення водосховища.

Греблі підрозділяються на дерев'яні, земляні, кам'яні та бетонні.

Бетонні греблі класифікують за конструктивними ознаками в залежності від роботи на зсув. У відповідності з цим розрізняють 3 основних типи гребель: гравітаційні, арочні та контрфорсні.

Штучні греблі — гідротехнічні споруди, створені людиною для своїх потреб, які включають власне греблі гідроелектростанцій, водозаборів в іригаційні системи, дамби, перемички, загати й ін.

Природні греблі створюються дією природних сил, наприклад, у результаті зсувів, селів, лавин, обвалів, землетрусів. Перед греблею вгору по водостоку накопичується вода і утворюється штучне чи природне водоймище.

Проран – отвір, утворений при прориві водним потоком напірної гідротехнічної споруди, наприклад, тіла бетонної греблі ГЕС, дамби або земляної греблі (рисунок 1.1).

 

Рисунок 1.1 – Вид на проран у греблі з верхнього б'єфу

 

Б'єф – (француз Віеf) – частина водоймища, ріки або каналу, що примикає до водонапірної споруди (гребля, шлюз). Розрізняють: верхній б'єф, розташований вище за течією перед напірною спорудою, і нижній б'єф, що знаходиться нижче за течією – по другий бік водонапірної споруди (рисунок 1.2).

 

 

Рисунок 1.2 – Поперечний переріз греблі в місті прорану

1.3 Масштаби затоплення

Хвиля прориву – максимальна висота хвилі води на момент руйнування гідротехнічної споруди.

За короткий час йде перехід хвилі прориву в хвилю попуску, яка набуває сталих за віддаленістю характерних рис (за формою, висотою та швидкістю). По мірі віддалення хвилі попуску від об'єкта руйнування її висота, швидкість та руйнівна дія поступово зменшуються і в якійсь (кінцевій) точці затоплюваного простору будуть нівельовані до рівня нормальної течії ріки чи потоку.

Максимальна глибина потоку h _{гл.прор.} і максимальна його швидкість V _max залежать від висоти води h _{ст.води} перед греблею, розмірів прорану В _пр., гідродинамічних та топографічних умов русла і заплавини ріки.

Головними характеристиками хвилі попуску, що визначають її руйнівну дію, є глибина і швидкість потоку води у даному створі.

Дія хвилі попуску щодо об'єкта ураження подібна дії ударної хвилі ядерного або потужного вибуху звичайних вибухових речовин у повітрі, але відрізняється від них тим, що діючим фактором є не повітря, а вода.

За критичні параметри хвилі попуску, при яких наступає загибель або тяжке поранення людей, приймаються м та V _max > 2,5 м/с.

Катастрофічне затоплення — це гідродинамічне лихо, яке є результатом руйнування штучної чи природної греблі і полягає в стрімкому затопленні хвилею прориву нижче розташованої місцевості і виникненні повені.

Катастрофічне затоплення характеризується такими параметрами:

- максимально можливими висотою і швидкістю хвилі прориву;

- розрахунковим часом приходу гребеня і фронту хвилі прориву у відповідний створ;

- межами зони можливого затоплення;

- максимальною глибиною затоплення конкретної ділянки місцевості;

- тривалістю затоплення території.

- чисельність населення, яке опинилося в зоні можливого затоплення;

- число загиблих, поранених, людей, які залишилися без домівок;

- кількість населених пунктів, що потрапили в зону затоплення (міста, селища, сільські населені пункти - затоплені цілком, частково, які потрапили в зону підтоплення тощо);

- кількість житлових будинків і будинків соціально - культурного призначення, пам’ятників історії та культури;

- кількість об’єктів народного господарства, довжина залізничних і автомобільних шляхів, лінії електропередач, зв’язку, інші комунікаційні елементи, що опинилися в зоні затоплення;

- площа затоплення сільськогосподарських угідь;

- кількість загиблих сільськогосподарських тварин.

 

1.4 Дії при повені

 

Жителі зон, де регулярно повторюються повені, повинні бути заздалегідь проінформовані про цю небезпеку, навчені і підготовлені до дій при загрозі і під час повені. У повідомленні про загрозу повені, крім гідрометеоданих, вказується очікуваний час затоплення, межі затоплюваної за прогнозом території, порядок дії населення, у тому числі і порядок евакуації.

При раптовій повені необхідно якнайшвидше зайняти безпечне місце на висоті і бути готовим до організованої евакуації по воді за допомогою різних плавзасобів або пішки через броди. Не втрачати самоконтролю, не піддаватися паніці і вжити заходи, які дозволяють рятувальникам вчасно знайти людей. У денний час це досягається вивішуванням на високому місці білого або кольорового полотнища, а в нічний час - подачею світлових сигналів.

До прибуття допомоги необхідно залишатися на верхніх поверхах і дахах будинків, деревах та інших піднятих місцях, поки не спаде вода і не мине небезпека повені. Самоевакуація на незатоплену територію проводиться у випадках необхідності надання невідкладної медичної допомоги потерпілим, закінчення або відсутності продуктів харчування, загрози погіршення обстановки або у випадку втрати впевненості в одержанні допомоги зі сторони.

Потерпілим на воді повинна бути надана перша допомога. Людей, підібраних на поверхні води, слід переодягти в сухе, дати заспокійливі засоби, а витягнутим з води провести штучне дихання, якщо навіть у них немає видимих ознак життя.

Визначення параметрів хвилі попуску при руйнуванні греблі і масштабів зон затоплення

 

Порядок визначення

Вихідними даними при визначенні параметрів і масштабів зон затоплення є:

- об’єм водосховища W;

- ширина прорану В _пр.;

- глибина води перед греблею (глибина прорану) h_{гл.прор.}.

1) Визначається середня швидкість руху хвилі попуску за таблицею 2.1 шляхом інтерполяції табличних значень.

 

Таблиця 2.1 – Залежність максимальної швидкості руху хвилі попуску та максимальної витрати води від глибини прорану

 

Глибина прорану, hгл.прор., м	Максимальна швидкість потоку V max, м/с	Максимальна витрата води на 1 м ширини прорану N, м3/м·с

 

Примітка. Інтерполяція – (від лат. interpolato – оновлення, змінення) – знаходження проміжних значень величини за деякими відомими її значеннями. Наприклад, знаходження значень функції ƒ(х) в точках х, що лежать між точками (вузлами інтерполяції) х₀ < х₁ <…< х_n,

за вже відомими значеннями y_i = ƒ(х), де і = 0,1,..., n.

У випадку, коли x лежить за межами інтервалу, що заключений між х₀ та x_n, аналогічна задача називається задачею екстраполяції. За найпростішою лінійною інтерполяцією значення ƒ(х) в точці х задовольняє нерівностям х₀ < х і приймають рівним значенню:

 

, (2.1)

 

в точках х = х ₀; х ₁ = х_і.

2) Визначається час спорожнення водосховища:

 

, год, (2.2)

 

де W – об’єм водосховища, м³;

N _max – максимальна витрата води на 1 м ширини прорану, м³/м·с;

В _пр. – ширина прорану або ділянки переливу води через гребінь незруйнованої греблі.

 

3) Визначається висота хвилі попуску на різній відстані від греблі по формулі

 

, м, (2.3)

де k_h – коефіцієнт, що показує як зменшується висота хвилі попуску відносно до глибини прорану при віддалені від греблі на відстань L. Визначається шляхом інтерполяції значень таблиці 2.2, або графічно по рисунку 2.1.

 

Таблиця 2.2 – Значення коефіцієнтів k_h та k_t при віддалені хвилі попуску від греблі на відстань L

L, км
kh	0,25	0,2	0,15	0,075	0,05	0,03	0,02	0,01.
kt		1,7	2,6

 

 

Рисунок 2.1 – Зміна коефіцієнтів k_h (1) та k_t (2) при віддалені хвилі попуску від греблі на відстань L.

4) Визначається час приходу хвилі попуску на різних відстанях від греблі:

, год, (2.4)

 

де L – відстань хвилі попуску від греблі, км;

V – середня швидкість потоку, м/с.

 

5) На карті або схемі (при їх наявності) позначаються межі зон затоплення, для чого:

· знаходять на карті ізолінії такі, які мають перевищення над рівнем моря, що дорівнює висоті хвилі попуску у даній точці.

Ізолінії – лінії, які з’єднують точки місцевості з однаковим перевищенням їх висоти над рівнем моря;

· по ізолініям наносять межі зон затоплення, з’єднуючи ці ізолінії плавною кривою.

 

6) Взалежності від висоти і швидкості руху хвилі попуску визначають ступінь руйнування різних об'єктів за таблицею 2.3.

 

Таблиця 2.3 – Ступінь руйнування об’єктів

 

Вид споруд	Найменування об'єктів	Сильні руйнування	Середні руйнування	Слабкі руйнування
Висота хвилі попуску, hхв.поп., м	Середня швидкість V, м/с	Питоме хвильове навантаження, т·с/м2	Висота хвилі попуску, hхв.поп., м	Середня швидкість V, м/с	Питоме хвильове навантаження, т·с/м2	Висота хвилі попуску, hхв.поп., м	Середня швидкість V, м/с	Питоме хвильове навантаження, т·с/м2
I	Стіни на залізобетонних металевих палях	6,0	5,0	7,5	3,0	3,0	1,35	1,0	2,0	0,2
II	Те саме на дерев'яних палях	4,0	5,0	5,0	2,0	3,0	0,9	1,0	1,0	0,05
III	Стіни, моли, водоломи із масивної кладки	7,0	5,0	8,75	4,0	3,0	1,8	2,0	2,9	0,4
IV	Кранове обладнання портів	6-10	4-9	4,8-5,7	6,0	2-3	1,2-2,7	2,0	1,5-2	0,2-0,4
V	Дерев'яні 1-2 поверхові будинки	3,5	2,0	0,7	2,5	1,5	0,28	1,0	1,0	0,05
VI	Цегляні малоповерхові будинки	4,0	2,5	1,25	3,0	2,0	0,6	2,0	1,0	1,0
VII	Промислові будинки з легким металевим каркасом	5,0	2,5	1,56	3,5	2,0	0,7	2,0	1,5	0,2
VIII	Промислові будови з важким металевим або залізобетонним каркасом	7,5	4,0	6,0	6,0	3,0	2,7	3,0	1,5	0,34