2) розраховується інтенсивність землетрусу – J:
,
де К1 = 3,0; К2 = 1,5; К3 = 3,5.
J = 3+1,5*5+3,5* lg 
= 2,42.
3) визначається ступінь зруйнування будинку та відсоток безповоротних втрат мешканців будинку (див. табл. 6.2.1.1; 6.2.1.3 та 6.2.1.5):
ступінь зруйнування будинку – зруйнування відсутні;
безповоротні втрати мешканців будинку – 0%.
4) оцінюється ризик загибелі людини при землетрусі визначеної інтенсивності:
,
де Q(Δt) – частота подій у рік;
w – ймовірність загибелі людини від однієї події.
Тоді маємо:
.
Висновок:
Ризик загибелі людини вдома при землетрусі визначеної інтенсивності на протязі року можна вважати відсутнім.
Додаток до завдання 1
Таблиця 6.2.1.1
Ознаки та характер дії землетрусів певної інтенсивності
за 12-бальною шкалою Меркаллі (MSK-64)
| Бали | Ознаки та характер прояви землетрусу |
| I | Фіксуються лише сейсмічними приладами |
| II | Відчувається окремими людьми, що знаходяться в повному спокої |
| III | Відчувається не значною кількістю населення |
| IV | Легке деренчання і коливання предметів, посуду і шибок |
| V | Загальний струс будівель, коливання меблів, утворення тріщин у шибках і штукатурці |
| VI | Падіння посуду і інших предметів із шаф, утворення тріщин у стиках стін і стелі |
| VII | Тріщини в стінах кам'яних будинків, антисейсмічні і дерев'яні споруди залишаються неушкодженими |
| VIII | Тріщини у ґрунті, зсув або перекидання пам'ятників, сильне ушкодження будинків, зруйнування гідротехнічних та дорожніх споруд |
| IX | Сильне зруйнування кам'яних будинків, перекоси дерев'яних споруд, зруйнування гідротехнічних та дорожніх споруд |
| X | Тріщини у ґрунті, іноді до метра завширшки, обвали схилів ярів, зруйнування кам'яних споруд, викривлення залізничних рейок, сильне зруйнування гідротехнічних та дорожніх споруд |
| XI | Більш широкі тріщини в поверхневих шарах землі, чисельні обвали, кам'яні будинки повністю руйнуються, випинання залізничних рейок, повне зруйнування гідротехнічних та дорожніх споруд |
| XII | Великі зміни ландшафту, чисельні тріщини, обвали, виникнення водоспадів, дамб на гірських річках, зміна їх перебігу, жодна споруда не витримує руйнівної дії землетрусу |
Таблиця 6.2.1.2
Співвідношення між шкалами Ріхтера і MSK-64
| Магнітуда по Ріхтеру | 4,0-4,9 | 5,0-5,9 | 6,0-6,9 | 7,0-7,9 | 8,0-8,9 |
| Інтенсивність за шкалою MSK-64 | IV-V | VI-VII | VIII-IX | IX-X | XI-XII |
Таблиця 6.2.1.3
Ступінь зруйнувань будівель і споруд при землетрусі
| № з/п | Характеристика будівель і споруд | Ступінь зруйнування, бали | |||
| низька | середня | сильна | повне зруйнування | ||
| Масивні промислові будівлі з металевим каркасом і обладнанням краном вантажопідйомністю 25-50 т | VII-VIII | VII-IX | IX-X | X-XII | |
| Будівлі з легким металевим каркасом і без каркасної конструкції | VI-VII | VII-VIII | VIII-IX | IX-XII | |
| Промислові будівлі з металевим каркасом і суцільним крихким заповненням стін і даху | VI-VII | VII-VIII | VIII-IX | IX-XI | |
| Будівлі із збірного залізобетону | VI-VII | VII-VIII | - | VIII-XI | |
| Цегляні без каркасні виробничі і допоміжні одно і багатоповерхові будівлі з перекриттям (покриттям) із залізобетонних збірних елементів | VI-VII | VII-VIII | VIII-IX | IX-XI | |
| Адміністративні багатоповерхові будівлі з металевим або залізобетонним каркасом | VII-VIII | VIII-IX | IX-X | X-XI | |
| Цегляні малоповерхові будівлі (один-два поверхи) | VI | VI-VII | VII-VIII | VIII-IX | |
| Цегляні багатоповерхові будівлі (три і більше поверхів) | VI | VI-VII | VII-VIII | VIII-IX | |
| Складські цегляні будівлі | V-VI | VI-VIII | VIII-IX | IX-X | |
| Трубопроводи на металевих або залізобетонних естакадах | VII-VIII | VIII-IX | IX-X | - |
Таблиця 6.2.1.4
Стійкість систем життєзабезпечення
| Система | Ступінь ушкодження, бали | ||||
| помірна (IV бали); | сильна (V − VI балів); | дуже сильна (VII балів); | руйнівна (VIII − X балів); | катастрофічна (XI балів) | |
| Водопостачання | 80/90 | 53/80 | 48/53 | 36/48 | 24/36 |
| Електропостачання | 85/95 | 75/85 | 60/75 | 43/60 | 32/43 |
| Газопостачання | 90/95 | 85/90 | 77/85 | 62/77 | 50/62 |
| Теплопостачання | 85/90 | 77/85 | 50/77 | 28/50 | 15/28 |
| Транспорт | 90/95 | 85/90 | 68/85 | 55/68 | 20/55 |
| Каналізація | 100/100 | 90/100 | 82/90 | 55/68 | 45/60 |
| Зв'язок | 100/100 | 90/100 | 82/90 | 55/82 | 30/55 |
Таблиця 6.2.1.5
Безповоротні втрати населення в будівлях при землетрусі, відсотки
| Тип будівель | Інтенсивність землетрусу, бали | |||||||
| I−III | IV | V−VI | VII | VIII-IX | X | XI | XII | |
| Безповоротні втрати населення, % | ||||||||
| Дерев'яні будинки | ||||||||
| Цегляні малоповерхові (1-2 поверхи) будинки | ||||||||
| Цегляні багатоповерхові будинки | ||||||||
| Цегляні будинки з неповною каркасною стіною | ||||||||
| Каркасно-панельні будинки з розрахунковою сейсмостійкістю до: | Безповоротні втрати населення, % | |||||||
| VII балів | ||||||||
| VIII балів | ||||||||
| IX балів | ||||||||
| Промислові з каркасом середнього типа і розрахунковою сейсмостійкістю до: | Безповоротні втрати населення, % | |||||||
| VII балів | ||||||||
| VIII балів | ||||||||
| IX балів | ||||||||
| Промислові з каркасом важкого типа і розрахунковою сейсмостійкістю до | Безповоротні втрати населення, % | |||||||
| VII балів | ||||||||
| VIII балів | ||||||||
| IX балів |
Таблиця 6.2.1.6
Варіанти завдання та значення параметрів H, Zm, R.
| Варіанти завдання | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,5 | 1,6 | 1,7 |
| H, км | |||||||
| Zm, мкм | |||||||
| R, км | |||||||
| J | 2,42 | 6,35 | 6,38 | 6,39 | 7,87 | 9,36 | 10,85 |
| w | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,4 | 0,5 | 0,75 |
Перелік аналітичних залежностей для виконання завдання 1:
М = lg Zm; ; ;
К1 = 3,0; К2 = 1,5; К3 = 3,5.
ЗАВДАННЯ 2
Тема 3: Техногенні небезпеки та їх реалізації.
Завдання на тему: Небезпечні гідрологічні та термодинамічні процеси та явища. (Виявлення та оцінка обстановки на території, що підпадає під вплив факторів ураження при реалізації гідродинамічних та термодинамічних небезпек)
Навчальна та виховна мета:
1. Ознайомити студентів з основами методики виявлення та оцінки обстановки на території об’єкта господарювання при загрозі виникнення (виникненні) надзвичайної ситуації, джерелом якої є гідродинамічні та вибухонебезпечні об’єкти.
2. Пробудити у студентів, як у майбутніх керівників колективів працівників, почуття відповідальності за забезпечення безпеки життя та діяльності людей в умовах надзвичайної ситуації.
Навчально-матеріальне забезпечення
Література:
1. Панкратов О.М., Ольшанська О.В., Джог П.В., Черевко Д.Р. Безпека життєдіяльності людини у надзвичайних ситуаціях. Практикум. Ч. І – К.: КНЕУ, 2010. – 179 с.
2. Методичні вказівки з курсу „Цивільної оборони”. – К.: КНЕУ, 1997. – 135 с.
3. Шоботов В.М. Цивільна оборона: Навчальний посібник. – Київ: ”Центр навчальної літератури”, 2004. – 439 с.
4. Панкратов О.М., Міляєв О.К. Безпека життєдіяльності людини у надзвичайних ситуаціях: Навчальний посібник. – К.: КНЕУ, 2005. – 232 с.
Наочні матеріали та технічні засоби:
· схема місцевості (за вказівками викладача);
· комплект слайдів з довідковою інформацією;
· креслярсько-графічні інструменти (кольорові олівці, лінійка, циркуль, тощо);
· калькулятор.
КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Гідродинамічний небезпечний об'єкт − це штучне або природне утворення, що вирізняється різкою зміною рівня води у руслі річки. До таких відносять гідротехнічні споруди напірного типу і природні дамби.
Гідротехнічні споруди напірного типу це греблі та дамби, які будують з метою використання кінетичної енергії води для вироблення електроенергії, охолодження технологічних процесів, меліорації, захисту прибережних територій, забору води для водопостачання і зрошування, рибозахисту, регулювання рівня води, забезпечення діяльності морських і річкових портів та для забезпечення судноплавства.
Гідротехнічні споруди напірного типу залежно від вірогідних наслідків їх зруйнування поділяються на класи, що наведені у табл. 2.2.1.
Таблиця 2.2.1
Класи гідротехнічних споруд напірного типу
| Гідротехнічні споруди | Клас |
| Гідротехнічні споруди гідравлічних, гідроакумулюючих і теплових електростанцій при потужності, млн. кВт: · 1,5 і більше · менше 1,5 | I II−IV |
| Гідротехнічні споруди меліоративних систем при площі зрошування, тис. га: · понад 300 · від 100 до 300 · від 50 до 100 · 50 і менше | ІІ IIІ III IV |
Клас основних постійних гідротехнічних споруд напірного типу залежить від важливості об'єктів, розташованих нижче греблі (дамби), висоти останніх, максимального розрахункового тиску води і типу ґрунтів основи (табл. 2.2.2).
Типи ґрунтів розподіляються так: А − скельний, Б − піщаний, глинистий в твердому і напівтвердому стані. В − глинистий, водонасичений в пластичному стані.
Стійкість і міцність гідротехнічних споруд напірного типу задається у відповідності з максимальним розрахунковим рівнем води, швидкостю вітру, висоти хвилі. Так, наприклад, максимальний розрахунковий рівнь води повинен мати місце не частіше: для споруд I класу − 1 раз у 100 років (1%), II і ІІІ − 1 раз у 20 років (5%), IV класу − 1 раз у 10 років (10%).
Таблиця 2.2.2
Класи гідротехнічних споруд напірного в залежності від їх висоти і типу ґрунтів основи
| Споруди | Тип ґрунтів основи | Висота споруд, м, при їх класі | |||
| I | II | III | IV | ||
| Дамби з ґрунтових матеріалів | А Б В | Більше 100 Більше 75 Більше 50 | 75-100 35-100 25-50 | 25-70 15-35 15-25 | Менше 25 Менше 15 Менше 15 |
| Дамби бетонні і залізобетонні | А Б В | Більше 100 Більше 50 Більше 25 | 60-100 25-50 20-25 | 25-60 10-25 10-20 | Менше 25 Менше 10 Менше 10 |
Прорив гідродинамічно небезпечних об'єктів може відбутися через дії сил природи (землетрусу, урагану, обвалу), конструктивних дефектів, порушення правил експлуатації, дії паводків, руйнування основи, недостатності водоскидів, застосування зброї.
При прориві в дамбі або греблі утворюється проран, від розмірів якого залежать обсяг та швидкість падіння води, а також параметри хвилі прориву − основного фактору ураження цього виду аварій.
Хвиля прориву утворюється при одночасному накладенні двох процесів: падіння води з водосховища в нижній б'єф (Ділянка річки між двома сусідніми дамбами або ділянка каналу між двома шлюзами називається б’єфом. Гідравлічний ухил річки– перевищення (в метрах) висоти рівня води на 1000 м вздовж її руслу. Верхнім б’єфом дамбиназивається частина річки, розташована вище за підпірну споруду (дамбу, шлюзу), а частина річки нижча за неї називається нижнім б’єфом. Тіло дамби утворює нульовий створ. Висота рівня води у верхньому б’єфі дамби – це рівень води у водосховищі), що породжує хвилю і різке збільшення обсягу води в місці падіння, а це викликає її підйом і перетікання в низинні місця.
Дія хвилі прориву на об'єкти подібно ударній хвилі повітряного вибуху, але вирізняється від нього тим, що головним діючим тілом тут є вода.
Прорив дамб призводить до затоплення місцевості і всього того, що на ній знаходиться. Тому будувати житлові і виробничі будівлі в цій зоні небезпечно. Проте місцеві власті часто нехтують цією вимогою, явно піддаючи небезпеці людей.
Хвиля прориву в своєму русі уздовж русла річки безперервно змінює висоту, швидкість руху, ширину і інші параметри (рис. 2.2.1). Тому вона має зони підйому і зони спаду. Передня частина маси води, що рухається, називається фронтом хвилі прориву. Вона може бути дуже крутою (поблизу прорану) і дещо пологою − на значному видаленні від нього.
Вслід за фронтом хвилі прориву висота води починає інтенсивно збільшуватися, досягаючи через деякий проміжок часу максимуму, що може перевищити висоту берегів річки, внаслідок чого і починається затоплення.
Після припинення підйому рівнів по всій ширині потоку настає більш менш тривалий період руху, близький до сталого. Він буде тим довшим, чим більше обсяг водосховища. Останньою фазою утворення зони затоплення є спад рівня.
Після проходження хвилі прориву залишається перезволожена заплава і сильно деформоване русло річки.
Руйнівна дія хвилі прориву полягає головним чином в русі великих мас води з високою швидкістю і таранної дії всього того, що переміщається разом з водою (каміння, дошки, колоди, різні конструкції).
Висота і швидкість хвилі прориву залежать від гідрологічних і топографічних умов річки. Лісисті ділянки уповільнюють швидкість і зменшують висоту хвилі.
За останні 70 років в світі відбулося більше тисячі аварій крупних гідротехнічних споруд. Причини їх різні, але частіше за все аварії відбуваються через зруйнування основи (табл. 2.2.3).
Таблиця 2.2.3
Частота аварій гідротехнічних споруд напірного типу
| Причини руйнування гідротехнічних споруд | Частота, % |
| Руйнування основи | |
| Недостатність водоскиду | |
| Слабкість конструкції | |
| Нерівномірне осідання тіла греблі | |
| Високий тиск на дамбу | |
| Бойові дії | |
| Оповзання укосів | |
| Дефекти матеріалу | |
| Неправильна експлуатація | |
| Землетрус |
За період з 1902 по 2010 рік з понад 400 аварій в різних країнах у 35% випадків причиною було перевищення максимального розрахункового рівня води, тобто перелив води через гребінь дамби (табл. 2.2.4).
Таблиця 2.2.4
Частота зруйнування різних типів дамб
| Тип дамби | Частота аварій, % |
| Земляна | |
| Захисна з місцевих матеріалів | |
| Бетонна гравітаційна | |
| Арочна залізобетонна | |
| Дамби інших типів |
При прориві дамб значні ділянки місцевості через 15 − 30 хвилин затоплюються шаром води товщиною від 0,5 до 10 м і більше. Час, протягом якого територія може знаходитися під водою, коливається від декількох годин до декількох діб.
Виявлення та оцінка інженерної обстановки
при зруйнуванні гідродинамічно небезпечного об’єкту.
Як ми зясували раніше, уражаюча дія хвилі прориву пов'язана із поширенням води з великою швидкістю.
Основними параметрамихвилі прориву як фактору ураження є її швидкість, висота, довжина, час існування та температура води.
За своїм фізичним єством хвиля прориву − це несталий рух води, для якої глибина, ширина, ухил поверхні і швидкість течії змінюються у часі (рис. 2.2.1).
 |
 | | | |||||||||
| | | |
Рис. 2.2.1. Хвиля прориву.
Висота хвилі прориву і швидкість їїпоширеннязалежать від обсягу і глибини водосховища, площі „дзеркала” водного басейну, розмірів прорану, різниці рівнів води у верхньому і нижньому б’єфах, гідрологічних і топографічних умов русла річки і її заплави. В районі нульового створу (тіла дамби) висота хвилі прориву (h) визначається за формулою:
h = 0,6 (Н − Ннб), м,
де Н – глибина водосховища у дамби, м;
Ннб – висота нижнього б’єфу, м.
Висота хвилі прориву, як правило, знаходиться в межах від 2 до 12 м, але може досягати 30 м і більше.
Швидкість поширення хвилі прориву коливається в межах від 3 до 25 км/год., а для гірських і передгірних районів – до 100 км/год.
Для зон катастрофічного і небезпечного затоплення швидкість руху хвилі прориву u = 2,5 – 7 м/с. Для ділянок можливого затоплення – u = 1,5 – 2,5 м/с. При цьому статичний тиск потоку води – не менше 20 кПа (0,2 кгс/см2) з тривалістю дії не менше 0,25 год.
Характер дії на об'єкт хвилі прориву обумовлюється гідродинамічним тиском потоку води рівнем і терміном затоплення, деформацією річкового русла, забрудненням гідросфери, розмиванням і перенесенням ґрунтів.
Другим фактором ураження гідродинамічної аварії є катастрофічне (стрімке) затоплення місцевості, розташованої нижче за течією річки. При цьому утворюється зона затоплення – частина прилеглої до річки (водосховища) місцевості, що затопляється водою. Частина зони затоплення, в межах якої поширюється хвиля прориву, називається зоною катастрофічногозатоплення. На її зовнішніх межах висота гребеня хвилі прориву (h) перевищує 1 м, а швидкість її руху становить 5 – 7 м/с. Катастрофічне затоплення характеризується такими параметрами:
· висотою і швидкістю хвилі прориву;
· часом підходу гребеня і фронту хвилі прориву у відповідний створ річки;
· максимальною глибиною затоплення ділянки місцевості;
· тривалістю затоплення території;
· масштабами зони затоплення.
Час, протягом якого затоплені території можуть знаходитися під водою, коливається від 4 годин до декількох діб. Параметри зони затоплення залежать від розмірів водосховища, тиску води і інших характеристик конкретного гідровузла, а також від гідрологічних і топографічних особливостей місцевості.
Основні уражаючі фактори катастрофічного затоплення– руйнівна хвиля прориву, водяний потік і спокійні води, що заливають територію об'єкту.
Зона катастрофічного затоплення визначається наперед на стадії проектування гідротехнічних споруд. У межах цієї зони виділяють ділянку можливого (вірогідного) надзвичайно небезпечного затоплення, тобто територію, через яку хвиля прориву проходить протягом однієї години після аварії. На цій території можливі найбільші втрати серед населення, сильні зруйнування об’єктів економіки і житлових споруд. Параметри хвилі прориву на даній ділянці приймаються такі: висота гребеня хвилі (рис. 2.2.1) – більше 4 м, а швидкість руху – понад 2,5 м/с. Для кожного водосховища (особливо обсягом 50 млн. м3 і більше), аварія на якому сприяє підйому води у нижньому б’єфі до висоти 1 м і більше, за результатами прогнозу розробляються атласи або карти затоплення і характеристики хвилі прориву.
Таким чином, основним небезпечним наслідком гідродинамічної аварії є утворення зони катастрофічного затоплення місцевості, уражаючий фактор – хвиля прориву. Навантаження на об’єкт і його елементи (будівлі, устаткування, мережі водо енергопостачання і т. п.) створюються дією хвилі прориву – гідро потоком води, критичними параметрами якого служать висота і швидкість руху. Можливі ступені зруйнування об’єктів залежно від висоти (h) і швидкості (u) руху хвилі прориву визначаються за допомогою табл. 2.2.5.
Виявлення та оцінка інженерної обстановки при гідродинамічній аварії здійснюється доступні для розуміння та застосування у навчальному процесі.за допомогою спеціальних методик. Розглянемо дві з них, як найбільш доступні у розумінні.
Перша методика призначена для визначення параметрів хвилі прориву і характеристик зони затоплення при зруйнуванні греблі (дамби) водосховища.
Таблиця 2.2.5
Параметри хвилі прориву, що характеризують ступінь зруйнування об'єктів
| Об'єкт | Ступінь зруйнування | |||||
| слаба | середня | сильна | ||||
| h, м | u, м/с | h, м | u, м/с | h, м | u, м/с | |
| Будівлі цегляні − 4 і більше поверхів | 2.5 | 1,5 | 2,5 | |||
| Цегляні малоповерхові будинки (1-2 поверхи) | 2,5 | |||||
| Промислові будівлі без каркасні і з легким металевим каркасом | 1,5 | 7,5 | ||||
| Каркасні і панельні будинки | 1,5 | 3,5 | 2,5 | |||
| Промислові будівлі з важким металевим або залізобетонним каркасом | 1,5 | |||||
| Бетонні і залізобетонні будівлі | 4,5 | 1,5 | ||||
| Дерев'яні будинки (1-2 поверхи) | 2,5 | 1,5 | 3,5 | |||
| Збірні дерев'яні будинки | 2,5 | 1,5 | ||||
| Мости металеві | 0,5 | |||||
| Мости залізобетонні | 0,5 | |||||
| Мости дерев'яні | 0,5 | 1,5 | ||||
| Шляхопроводи з асфальтобетонним покриттям | 1,5 | |||||
| Шляхопроводи з гравійним покриттям | 0,5 | 0,5 | 1,5 | 2,5 |
Вихідні дані для виконання розрахунків:
· обсяг водосховища − W, м3;
· глибина води перед дамбою (глибина прорану) − H, м;
· довжина прорану або ділянки переливу води через гребінь дамби – В, м;
· середня швидкість руху хвилі прориву (попуску) − u, м/с;
· відстань від дамби (водоймища) до об'єкту, − R, км.
Порядок виконання розрахунків:
І. Визначення параметрів хвилі прориву на заданій відстані R від дамби (рис. 2.2.1).
1. Знаходять час підходу хвилі прориву на задану відстань R (до об'єкту):
