Расчет по прогнозированию последствий ЧС

МАТИ - Российский государственный технологический университет

им. К. Э. Циолковского

 

Кафедра «Промышленная экология и безопасность производства»

 

 

Курсовая работа по дисциплине

«БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ, ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ И

ЛИКВИДАЦИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ

ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ»

 

 

Тема: __________________________________________________________________

____________________________________________________________________

 

 

Студент (Давидов Р.В.)

Руководитель ( Мануйлова Н.Б. )

 

Отметка о допуске к защите ()

 

Москва 2011

 

Кафедра «Промышленная экология и безопасность производства»

 

 

ЗАДАНИЕ

На курсовую работу

 

Студент: _________________________________________________________________

(Ф.И.О., № группы)

 

Тема: __________________________________________________________________

____________________________________________________________________

 

Перечень вопросов, подлежащих разработке: ___________________________

 

по разделу 1:

__________________________________________________________________

 

 

по разделу 2: __________________________________________________________________

 

 

по разделу 3: _______________________________________________________

 

Перечень иллюстративно-графического материала:______________________

________________________________________________________________________

 

Задание выдано ________________________________________________________________

 

Руководитель: _________________________________________________________________

(Ф.И.О., должность, подпись)

Студент: __________________________________________________________________

 

Содержание

 

1. Введение…………………………………………………………………….4

2. Явление сели. Потенциальный селевой очаг…………………………..…5

2.1 Классификация селей ………………………………………………….7

По генезису: …………………………………………………………..…7

По гранулометрическому составу твердой составляющей: ……….…7

По источнику воды: …………………………………………………….7

По состоянию воды: ………………………………………………….…8

По объему перенесенной твердой массы: ………………………..……8

2.2 Условия возникновения селя………………………………………….9

2.3 Причины возникновения селя: ………………………………………10

2.4 Процесс формирования селя ……………………………………...…11

2.5 Основные параметры селя……………………………………....……12

2.6 Повторяемость и прогноз селей……………………….………......…12

2.7 Воздействие селевых потоков на сооружения……………………...14

2.8 Противоселевые мероприятия и сооружения………………….……14

2.9 Действия населения в селеопасных районах: ………………………16

3. Расчет по прогнозированию последствий чрезвычайной ситуации ….18

4. Оценка устойчивости объекта экономики в чрезвычайных условиях..20

5. Предложения по повышению усточивости работы объекта в условиях ЧС……………………………………………………………………….…28

6. Заключение……………………………………………………………….30

7. Список используемой литературы………………………………………31

 

Введение

Сель (в гидрологии от «саиль» — «грязекаменный поток») — поток с очень большой концентрацией минеральных частиц, камней и обломков горных пород (до 50—60% объёма потока), внезапно возникающий в бассейнах небольших горных рек и сухих логов и вызванный, как правило, ливневыми осадками или бурным таянием снегов.

Сель — нечто среднее между жидкой и твёрдой массой. Это явление кратковременное (обычно оно длится 1—3 ч), характерное для малых водотоков длиной до 25—30 км и с площадьюводосбора до 50—100 км².

Сель возникает в результате интенсивных и продолжительных ливней, бурного таяния ледников или сезонного снегового покрова, а также вследствие обрушения в русло больших количеств рыхлообломочного материала (при уклонах местности не менее 0,08—0,10). Решающим фактором возникновения может послужить вырубка лесов в горной местности — корни деревьев держат верхнюю чаcть почвы, что предотвращает возникновение селевого потока.

Иногда сели возникают в бассейнах небольших горных рек и сухих логов со значительными (не менее 0,10) уклонами тальвега и при наличии больших скоплений продуктов выветривания.

 

2. Явление сели. Потенциальный селевой очаг.

Сель (от араб. сайль - бурный поток) – внезапно возникающий в руслах горных рек временный поток, характеризующийся резким подъемом уровня воды и высоким содержанием продуктов разрушения горных пород. В гидрологии под селем понимается паводок с очень большой концентрацией минеральных частиц, камней и обломков горных пород (до 50—60 % объема потока), возникающий в бассейнах небольших горных рек и сухих логов и вызванный, как правило, ливневыми осадками или бурным таянием снегов.

Сель представляет собой грозную силу (Рис. 1). Поток, состоящий из смеси воды, грязи и камней, стремительно несется вниз по реке, смывая мосты, разрушая плотины, опустошая склоны долины, выдергивая с корнем деревья, уничтожая посевы. Находясь вблизи от селя, можно ощущать содрогание земли под ударами камней и глыб, запах сернистого газа от трения камней друг о друга, слышать сильный шум, подобный грохоту камнедробилки.

Опасность селей заключается не только в их разрушительной силе, но и во внезапности их появления. Поскольку ливневые дожди не всегда охватывают предгорья, на которых обычно селятся люди, то появление селя зачастую неожиданно. Время от начала возникновения селя в горах и до момента выхода его в предгорья очень мало – порядка 20-30 минут, что обусловлено большой скоростью течения потока: 2-10 м/с (до 40км/ч), причем не непрерывно, а отдельными валами.

Селевой поток может распространяться на большие расстояния и производить массовые заграждения и разрушения на пути своего движения. При этом расход и объем селевого потока при движении вниз по руслу может увеличиваться по сравнению с первоначальным прорывом в десятки раз, особенно за счет эрозионного разлива русла.

Потенциальный селевой очаг - участок селевого русла или селевого бассейна, имеющий значительное количество рыхлообломочно-го грунта или условий для его накопления, где при определенных условиях обводнения зарождаются сели. Селевые очаги делятся на селевые врезы, рытвины и очаги рассредоточенного селсобразова-ния.

Селевой рытвиной называют линейное морфологическое образование, прорезающее скальные, задернованные или залесенные склоны, сложенные обычно незначительной ио толщине корой выветривания. Селевые рытвины отличаются небольшой протяженностью (редко превышают 500...600 м) и глубиной (редко более 10 м). Угол дна рытвин обычно более 15°.

Селевой врез представляет собой мощное морфологическое образование, выработанное в толще древних моренных отложений и чаще всего приуроченное к резким перегибам склона. Кроме древне-моренных образований селевые врезы могут формироваться на аккумулятивном, вулканогенном, оползневом, обвальном рельефе. Селевые врезы по своим размерам значительно превосходят селевые рытвины, а их продольные профили более плавные, чем у селевых рытвин. Максимальные глубины селевых врезов достигают 100 м и более; площади водосборов селевых врезов могут достигать более 60 км². Объем грунта, выносимый из селевого вреза за один сель, может достигать 6 млн.м³.

Под очагом рассредоточенного селеобразования понимают участок крутых (35...55°) обнажений, сильно разрушенных горных пород, имеющих густую и разветвленную сеть борозд, в которых интенсивно накапливаются продукты выветривания горных пород и происходит формирование микроселей, объединяющихся затем в едином селевом русле. Они приурочены, как правило, к активным тектоническим разломам, а их появление обусловлено крупными землетрясениями. Площади селевых очагов достигают 0,7 км² и редко больше.

Сель распространен в горах Кавказа, Карпат, Крыма, Урала, Памира, Алая, Тянь-Шаня, Алтая, Саян, на хребтах Баргузинский, Удакан, Становой, Верхоянский, Черского, Колымский.

2.1 Классификация селей

По генезису:

· Альпийский тип -характернобыстрое сезонное таяние снега (США, Канада, Анды, Альпы, Гималаи)

· Пустынный тип -встречаетсяв засушливых или полузасушливых областях при внезапных обильных ливнях (Аризона, Невада, Калифорния)

· Лохары – вулканические грязевые потоки, возникающие после сильного дождя на склонах вулканов, недавно засыпанных мощными, находящимися ещё в неустойчивом положении отложениями пыли и пепла.

По гранулометрическому составу твердой составляющей:

· Водокаменный - смесь воды с преимущественно крупными
камнями, в том числе с валунами и со скальными обломками. Объемный вес
1,1 —1,5 т/м3. Формируется в основном в зоне плотных пород.

· Грязевой - Смесь воды с твердой фазой глинистых и пылеватых частиц при небольшой концентрации камней. Объемный вес 1,5—2,0 т/м3.

· Грязекаменный - смесь воды, мелкозема, гальки, гравия, небольших камней; попадаются и крупные камни, но их немного, они то выпадают из потока, то вновь начинают двигаться вместе с ним. Объемный вес 2,1—2,5 т/м3.

· Водно-снежно-каменный -переходная стадия между собственно селью, в которой транспортирующей средой является вода, и снежной лавиной.

Из этой классификации видно, что селевой поток очень тяжёлый, вследствие чего удар селевого потока достигает 5-12 т/м².

По источнику воды:

Дождевые -Они характерны для среднегорных и низкогорных селевых бассейнов, не имеющих ледникового питания. Основным условием формирования таких селей является количество осадков, способных вызвать смыв продуктов разрушения горных пород и вовлечь их в движение.

Гляциальные -характерныдля высокогорных бассейнов с развитыми современными ледниками и ледниковыми отложениями (моренами). Основным источником их твердого питания являются морены, которые вовлекаются в процесс селеобразования при интенсивном таянии ледников, а также при прорыве ледниковых или моренных озер. Формирование гляциальных селей существенно зависит от температуры окружающего воздуха.

Вулканогенные -могут образовываться при землетрясениях. В отдельных случаях (при извержении вулканов), когда происходит совместное формирование жидкой и твердой составляющих селевых потоков.

По состоянию воды:

· Связанные (структурные) потоки - состоят из смеси воды, глинистых и песчаных частиц. Раствор имеет свойства пластичного вещества. Вся вода находится в оболочках мицелл[1]. Поток движется как единое целое. В отличие от водного потока, он не следует изгибам русла, а разрушает и выпрямляет их или переваливает через препятствия.

· Несвязанные потоки -они движутся с большой скоростью; отмечается
постоянное соударение камней, их обкатывание и истирание. Имеется большое количество воды, которая выступает в роли транспортного средства. Поток в
основном следует изгибам русла, местами разрушая его.

По объему перенесенной твердой массы:

Размер селя	Объем селя
Небольшой	0,1 - 1,0 тыс. м3
Довольно большой	1,0 - 10 тыс. м3
Большой	10 - 100 тыс. м3 (1 раз в 2-3 года)
Очень большой	0,1 - 1,0 млн. м3
Огромный	1 - 10 млн. м3
Грандиозный	10 - 100 млн. м3

При огромных селях с 1 км² селеносного бассейна в среднем сносится 20—50 тыс. м³ твердого материала, или 50—120 тыс. т. В качестве примера можно привести три случая селя огромного размера, зарегистрированные в районе г. Алма-Ата.(1921, 1963 и 1973 гг.), и один случай — в районе г. Еревана (1946 г).

2.2 Условия возникновения селя.

Для возникновения селя требуется одновременно совпадение трёх обязательных условий:

1. Наличие на склонах селевого бассейна достаточного количества легко перемещаемых продуктов разрушения горных пород (песок, гравий, галька, небольшие камни).

Основная причина разрушения горных пород заключается в резких внутрисуточных колебаниях температуры воздуха. Так, в горных районах Туркмении и Армении суточная амплитуда колебаний температуры воздуха достигает 50—60° С (для летних месяцев). Это приводит к возникновению многочисленных трещин в породе и ее дроблению. Усугубляет процесс попеременное замерзание-оттаивание воды, попавшей в трещины. Замерзшая вода, расширяясь в объеме, создает большое давление на стенки разлома. Помимо того, горные породы разрушаются за счет химического выветривания (растворение и окисление минеральных частиц внутрипочвенными и грунтовыми водами), а также за счет органического выветривания под воздействием микро- и макроорганизмов.

На образование необходимого количества материала для селя уходит от 5-6 до 20-25 лет. Грязекаменные потоки проходят значительно реже, мелкие и наносные – несколько чаще. В зоне БАМа крупные селевые потоки проходят 1 раз в 20 лет, наносовидные – 1 раз в 3-5 лет.

2. Наличие значительного объема воды для смыва со склонов камней и грунта и их перемещения по руслу.

Генерируется прохождением интенсивных и продолжительных ливней, бурным таянием ледников или сезонных снегов.

3. Достаточная крутизна склонов селевого бассейна и водопотока.

Решающим фактором в процессе образования селя является не сколько высота гор, а крутизна склонов, как иногда говорят энергия рельефа, чем она больше, тем чаще образуется сель. Минимальный уклон: 10-15 градусов.

2.3 Причины возникновения селя:

· Интенсивные продолжительные ливни;

· Быстрое таяние снегов и ледников;

· Обрушение в русло большого количества грунта, скальных пород;

· Прорыв озёр, искусственных водоемов;

· Землетрясение и вулканическая деятельность;

· Антропогенный фактор – вырубка лесов на склонах, взрывные работы, разработка карьеров, массовое строительство.

Каждому горному району свойственна определенная статистика причин возникновения селей. Так, в целом для Кавказа причины возникновения селей распре­деляются следующим образом: дожди и ливни — 85 %, таяние вечных снегов — 6 %, сброс талых вод из мореных озер — 5%, прорывы завальных озер — 4%. А вот в Заилийском Алатау все наблюдавшиеся большие и огромные сели вызваны прорывом моренных и завальных озер.

2.4 Процесс формирования селя.

Формирование селей происходит в селевых водосборах, наиболее распространенной формой которых в плане является грушевидная с водосборной воронкой и веером ложбинных и долинных русел, переходящих в основное русло. Селевой водосбор включает три основные зоны, в которых формируются и протекают селевые процессы:

· зона селеобразования (питания селей водной и твердой составляющей);

· зона транзита (движения селевого потока);

· зона разгрузки (массового отложения селевых выносов).

В общих чертах процесс формирования селя ливневого происхождения протекает следующим образом. Вначале вода заполняет поры и трещины, одновременно устремляясь вниз по уклону. При этом резко ослабевают силы сцепления между частицами, и рыхлая порода приходит в состояние неустойчивого равновесия. Затем вода начинает течь и по поверхности. Первыми приходят в движение мелкие частицы грунта, потом галька и щебень, наконец, камни и валуны. Процесс лавинообразно нарастает. Вся эта масса поступает в лог или русло и вовлекает в движение новые массы рыхлой горной породы. Если расход воды недостаточный, то сель как бы выдыхается. Мелкие частицы и небольшие камни уносятся водой вниз, крупные камни создают в русле самоотмостку. Остановка селевого потока может так же происходить в результате затухания скорости течения при уменьшении уклона реки. Какой-либо определенной повторяемости селей не наблюдается. Замечено, что образованию грязевых и грязекаменных потоков способствует предшествующая засушливая длительная погода. При этом на горных склонах накапливаются массы тонких глинистых и песчаных частиц. Они-то и смываются ливнем. Напротив, формированию воднокаменных потоков благоприятствует предшествующая дождливая погода. Ведь твердый материал для этих потоков в основном находится у подножия крутых склонов и в руслах рек и ручьев. В случае хорошей предшествующей увлажненности ослабевает связь камней друг с другом и с коренной породой.

 

2.5 Основные параметры селя

Параметр	Диапазон значений
Плотность	(1,2…1,9) * 103 кг/м3
Вязкость	4…20 пауз
Скорость движения в транзитных условиях:
Для уклонов 10…27о	2,5…7,5 м/с
Максимально возможная	14…16 м/с
Предельная крутизна прекращения движ.	2…5о
Высота селевого потока:
Грандиозного	до 10 м
Очень большого	3…5 м
Большого	≈2,5 м
Небольшого	≈1,5 м
Ширина потока на транзитных участках	5-70 м
Расход	30…800 м3/с
Возможный максимум	2000 м3/с
Продолжительность	0,5…3 часа
Повторяемость	15…20 лет
Для грандиозных	1…3 случая за 100 лет
Размер крупных включений	3…4 м
Масса включений	200…300 т

 

2.6 Повторяемость и прогноз селей

Повторяемость селей характеризует селеактивность данного бассейна. В то же время в некоторых бассейнах сели хотя и возникают редко (т.е. селеактивность их мала), но единовременный объем селевых выносов весьма значительный (т.е. селеопасность их высокая). Поэтому оба этих показателя необходимо учитывать при оценке селеопасности горных районов в период планирования и проведения каких-либо работ.

· В бассейнах и водосборах ливневого и сезонно-снегового питания, где имеется постоянный запас рыхлообломочного материала, сели повторяются довольно часто (от нескольких раз в году до одного раза в 2...4 года) и связаны, в основном, с периодами выпадения значительных осадков. Чем круче склоны бассейна, тем чаще в таких бассейнах образуются сели. В бассейнах, где такого запаса не имеется и рыхлообломочный материал накапливается в межселевые периоды, повторяемость селей зависит от времени, необходимого для такого накопления. В сильно расчлененных водосборах с весьма крутыми склонами и руслами сели образуются чаще, чем в водосборах с более пологими склонами.

Прогноз дождевой селеопасности базируется на метеопрогнозе количества осадков. В большинстве горных районов суточные осадки 1%-ной обеспеченности составляют 80...120 мм, что, как правило, приводит к образованию селей. Даже величины суточных максимумов осадков 20%-ной обеспеченности способствуют формированию селей ливневого происхождения во всех горных районах. Для каждого района в зависимости от условий существует своя критическая норма осадков, превышение которой может привести к возникновению селсопасной ситуации.

· Повторяемость гляциальных селей зависит от сочетания интенсивности ледникового стока с состоянием увлажнения моренного материала. Во многих бассейнах гляциального питания прохождение селей отдельно друг от друга наблюдалось через промежутки 15...20 лет. Крупные катастрофические сели в каждом отдельном бассейне - явление редкое, и их повторяемость 1...3 случая за 100 лет.

Прогнозирование гляциалыюй селеопасности базируется на выявлении аномальных отклонений характеристик водного и термического режимов. Прогноз гляциалыюй селеопасности заключается в заблаговременном предсказании возможности прорыва моренных и подпруженных озер, а также внутриледниковых емкостей.

Признаками гляциалыюй селеопасности являются: высокая температура воздуха в течение 3...5 суток в высокогорном районе; повышенный сток воды с ледника; высокий уровень воды в моренном озере и уменьшение (прекращение) стока воды (по сравнению с другими водостоками ледникового питания) в данном районе.

Температурный режим теплового периода года оказывает существенное влияние на формирование гляциальных селей. Сумма средних суточных температур воздуха за 10 дней более 165° служит признаком селеопасности.

Таблица категорий селеактивности

Категория	Селеактивность	∑W100, м3*
I	Исключительно селеактивный	106…107
II	Весьма селеопасный	105…106
III	Среднеселеопасный	104…105
IV	Слабоселеопасный	103…104

* -суммарный объем выносов с одного бассейна за 100 лет

2.7 Воздействие селевых потоков на сооружения

Тип селевого потока	Суммарный объем селевого выноса, м3	Характеристика воздействия
Довольно большого	до 104	Небольшие размывы, частичные забивки отверстий водопропускных сооружений.
Большого	2*104...105	Сильные размывы, полная забивка отверстий, повреждение и снос бесфундаментных строений.
Очень большого	105...9*105	Большая разрушительная сила, снос мостовых ферм, разрушение опор мостов, каменных строений, дорог.
Грандиозного	более 106	Разрушение целых строений, участков дорог вместе с полотном и сооружениями, погребение сооружений под наносами.

2.8 Противоселевые мероприятия и сооружения

Выделяют 4 группы мероприятий:

1. Селепропускные (отводы)

2. Селенаправляющие (подпорные стенки, опояски, дамбы)

3. Селесбрасывающие (запруды, перепады, пороги)

4. Селеотбойные (полузапруды, бумы, шпоры)

И противоселевые сооружения, связанные с ними:

· плотины (земляные, бетонные, железобетонные), предназначенные для аккумуляции всего твердого стока. Имеют водосборные и водопропускные узлы;

· плотины фильтрующие с решетчатыми ячейками в теле. Позволяют пропускать жидкий сток и задерживать твердый;

· плотины сквозные. Выполнены из соединенных между собой железобетонных балок с целью аккумуляции крупных камней;

· каскады запруд или низконапорных плотин;

· лотки и селедуки. Предназначаются для транзитного пропуска селевой массы под и над дорогами;

· струенаправляющие дамбы и берегозащитные стенки. Служат для отвода селевых потоков и защиты пойменных земель;

· водосборные траншеи и сифонные водосливы. Создаются для спуска моренных озёр во избежание их прорыва;

· поднапорные стенки для укрепления откосов;

· напорные стокоперехватывающие и водосбросные канавы. Служат для перехвата жидкого стока со склонов и отвода его в ближайшие водотоки.

Основные противосеелвые сооружения отражены на Рис. 2:

Рис. 1 Противоселевые сооружения.

I – трассы (поперечный профиль вала;

II – поперечный профиль нагорного канала

III – плетневая запруда

IV – сквозная металлическая запруда

На Рис. 3 представлен результат разрушения сквозной металлической запруды:

Рис. 3

 

2.9 Действия населения в селеопасных районах:

· Подготовка к селю: обычно места, где могут сходить селевые потоки, известны. Перед выходом в горы необходимо изучить эти места на маршруте своего движения и избегайте их, особенно после обильных дождей. Всегда помнить, что застигнутому селевым потоком спастись, почти не удается. От селевого потока можно спастись, только избежав его.

Перед оставлением дома, при заблаговременной эвакуации, отключить электричество, газ и водопровод. Плотно закрыть двери, окна и вентиляционные отверстия.

· Действия при селевом потоке: услышав шум приближающегося селевого потока, немедленно следует подняться со дна лощины вверх по стоку, не менее чем на 50-100 м. При этом нужно помнить, что из ревущего потока на большие расстояния могут выбрасываться камни большого веса, угрожающие жизни.

· Действия после схода селя: оказать помощь пострадавшим и содействовать формированиям и органам, разбирающим завалы и заносы по пути движения селя и в местах выноса основной массы селя. Если Вы пострадали – постарайтесь оказать себе доврачебную помощь. Пораженные участки Вашего тела, по возможности, нужно держать в приподнятом положении, наложить на них лед (мокрую материю), давящую повязку. Обратиться к врачу.

 

РАСЧЕТ ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ПОСЛЕДСТВИЙ ЧС

Исходные данные

№ вари-анта	Hi, мм/ сутки	S, км2	В, м	l, м	r, кг/м3	h, м	v0	Тип застройки
					1,5		0,8	Деревянные и кирпичные малоэтажные здания, промышленные здания с тяжелым железобетонным каркасом

 

Условия формирования дождевых селей

 

Районы России	Суточные максимумы ливневых осадков, мм, при 20% обеспеченности	Минимальные суммы селеформирующих осадков, мм/сут.
Северный Кавказ Центральный Кавказ Урал Тянь-Шань Памир - Алтай Алтай и Саяны Предбайкалье и Забайкалье Горы северо-востока Приморье Приамурье Камчатка Сахалин	50…70 50…70 30…40 30…60 30…60 30…50 40…70 30…60 74…130 60…80 40…90 40…100	30…40 - - -

Основные параметры селевых потоков

Параметр	Значение
Плотность, кг/м3 Вязкость, пуаз Скорость движения в транзитных условиях, м/с -для уклонов 10…27о -максимально возможная Предельная крутизна прекращения движения, град Высота селевого потока, м: -катастрофического -мощного -среднего -маломощного Продолжительность, ч Ширина потока на транзитных участках, м Расход, м3/с Повторяемость, лет Размер крупных включений, м Масса включений, т	(1,2…1,9)*103 4…20   2,5…7,5 14…16 2…5   до 10 3…5 2,5 1,5 0,5…70 5…70 30…800 15…20 3…4 200…300

 

Определим объем водяного потока Wⁿ _пав

Wⁿ _пав = 9,5 х 10² х 25 х 1 х 20 = 4,75 х 10⁵ м³