Меню
Федеральные законы
Указы президента
Постановления правительства

Документы Нижегородской области

ГОСТЫ
Занятия по ГО
Учебные пособия
Средства защиты населения
Организационная структура ГО и ЧC НГТУ

1.2.1 - 3. Методика оценки инженерной обстановки при гидродинамической аварии

Эта методика позволяет выполнить оценку параметров зоны наводнения (затопления) и волны прорыва при аварии или разрушении ГТС и ее воздействия на работу объекта экономики, его персонал и население. Заметим, что на практике органы управления ГОЧС для расчетов широко используют ЭВМ и программу “Волна – 2” [16, 3]. Следовательно, в результате расчетов находятся параметры поражающего фактора гидродинамической аварии – волны прорыва ГТС, зоны затопления и их влияния на устойчивую работу ОЭ и жизнедеятельность его персонала и населения.

Рассмотрим две методики на примере расчета типовых задач.

А) Определение параметров волны прорыва и зоны затопления при прорыве (разрушении) плотины водохранилища

Исходные данные для расчетов:

  • объем водохранилища - W, м3;
  • глубина воды перед плотиной (глубина прорана) - H, м;
  • ширина прорана или участка перелива воды через гребень плотины – В3,м;
  • средняя скорость движения волны прорыва (попуска) - V, м/с;
  • расстояние от плотины (водоёма) до объекта, - R, км.

При этом определяются параметры волны прорыва (попуска) на заданное расстояние R от плотины (рис. 1) при ее разрушении.

Последовательность расчетов [8, 9]:

  1. Находится время подхода волны прорыва (попуска) на заданное расстояние R (до объекта):
  2. , ч (4)

    Значение V=2,5-5 м/с принимаются для зон чрезвычайно опасного и опасного затоплений; для участков возможного затопления – V= 1,5-2,4 м/с.

  3. Определяется высота волны прорыва (попуска) h на расстоянии R до объекта, используя табл. 8:
  4. , м, (5)

    где m – коэффициент в табл. 2, зависящий от расстояния ГТС до объекта.

  5. Время опорожнения водохранилища (водоема) находится по формуле
  6. , ч, (6)

    где N – максимальный расход воды на 1м ширины прорана (участка перелива воды через гребень плотины), м3/с 1м, определяемый по табл. 9.

  7. Рассчитывается продолжительность (время) прохождения волны прорыва (попуска) t на заданном до объекта расстоянии R

t=m1T, ч, (7)

где m1 – коэффициент (табл. 8), зависящий от расстояния до плотины (водоёма).

По данным расчета по табл.7 могут быть определены степень разрушения элементов объекта при ГА [10, 17].

Задача 1. Объем водохранилища W=70 · 106м3, ширина прорана B3=100м, глубина воды перед плотиной (глубина прорана) H=50м, средняя скорость движения волны прорыва (попуска) V=5м/с. Определить параметры волны прорыва (попуска) на расстоянии R=25км от плотины до объекта экономики при ее разрушении.

Решение

  1. Время подхода волны прорыва (попуска) на заданное расстояние (до объекта) R=25км:
  2. tпр===1,4 (ч).

  3. Высота волны прорыва (попуска)

По табл.8 при R=25км находим коэффициент m=0,2 и тогда

h=mH и h=0,2H=0,2 · 50=10 (м).

3. Время опорожнения водохранилища:

T=

Значение N по табл.9 при H=50м:

N=350м3/с 1м.

Тогда

T==0,55 (ч).

4. Продолжительность прохождения волны прорыва (попуска) t до объекта на расстоянии R и время опорожнения водохранилища T

По табл.8 при R=25км определим коэффициент m1=1,7:

t=m1T и t=1,7T=1,7· 0,55=1 (ч).

Ответ: h=10м; tпр=1,4ч; T=0,55ч; t=1ч.

Примеры для самостоятельного решения:

Пример 1

Условие задачи то же, но R = 50км.

Ответ: h=7,5м; tпр=2,8ч; T=0,55ч; t=1,5ч.

Пример 2

Условие задачи то же, но R = 100км.

Ответ: h=3,75м; tпр=5,6ч; T=0,55ч; t=2,2ч.

Пример 3

Условие задачи то же, но W=60 · 106м3, В3=80м, Н=50м, V=3 м/с, R=50км.

Определить степень разрушения здания ОЭ, по конструкции - здание с легким металлическим каркасом.

Б) Определение параметров волны прорыва и зоны наводнения (затопления) при разрушении ГТС на малых и больших реках

Данная упрощенная методика используется в расчетах на ЭВМ применительно к ГТС (плотина, дамба, запруда и т.п.) на малых и больших реках, а также - к грунтовым напорным сооружениям [16, 10].

В этом случае при разрушении ГТС и при недостаточном водосбросе (перелив воды через гребень плотины) также образуется волна прорыва (рис. 1), характеризуемая параметрами – высотой и скоростью.

Последовательность расчетов следующая [10, 16, 13].

Исходные данные:

  • высота плотины или высота уровня воды в верхнем бъефе плотины (уровень воды в водохранилище), м; Н0

  • параметр прорана в безразмерном виде (l – длина плотины) В=B3/l
  • гидравлический уклон реки; i
  • удаленность створа объекта от ГТС, км; L
  • высота месторасположения объекта, м; hм

  1. Определяется высота волны прорыва h, м:
  2. h=, (8)

    где А1 и В1 – коэффициенты, зависящие от H0, B и i, значения которых на- ходятся по табл.10.

  3. Находится скорость волны прорыва (V, м/с):
  4. V=, м/с, (9)

    где А2 и В2 – коэффициенты, зависящие от H0, B и i, значения которых на- ходятся по табл.10.

  5. Время подхода гребня волны tгр и фронта волны tфр прорыва определяются по табл. 12 при известных L, H0, i.

Примечание: в методике [16] для ЭВМ расчет ведется с учетом эквивалента коэффициента шероховатости по створу (nэ) и находят дополнительно среднюю скорость волны прорыва:

Vср= или Vср=, м/с. (10)

При этом эквивалентный коэффициент шероховатости:

nэ= или nэ=, (11)

где hзат – максимальная высота затопления участка местности по створу

(задаваемая величина), м;

hср – высота прямоугольника, эквивалентного по площади смочен- ному периметру в створе при максимальной глубине затопле- ния (задаваемая величина), м.

4. Продолжительность затопления территории объекта (tзат,,ч) рассчитывается по формуле

tзат = β(tгр - tф)(1-hм / h), (12)

где β – коэффициент, зависящий от высоты плотины (Н0) и отношения iL/H0 и находится по табл. 11.

5. Степень разрушения элементов объекта экономики (здания, оборудования, сети КЭС и т. п.) в зависимости от скорости и высоты волны прорыва (рис. 1) находится по табл. 7.

Задача. В результате весеннего половодья произошел подъём уровня воды в реке Ижорка, через которую наведен металлический мост. Близь реки расположен пос. Коптяевка, и недалеко от него имеется водохранилище с плотиной. После переполнения водохранилища и прорыва плотины через проран в ней с параметром в безразмерном виде - В=0,5 началось резкое увеличение уровня воды в р. Ижорке, и гидропоток воды устремился к пос. Коптяевка. Известны высота уровня воды в верхнем бъефе плотины Н0=80 м, удаление створа объекта от плотины L=5 км, гидравлический уклон водной поверхности реки i = 1·10-3 , а также высота месторасположения объекта hм= 2 м, максимальная высота затопления участка местности (поселка) по створу объекта hзат= 8 м и высота прямоугольника, эквивалентного по площади смоченному периметру в створе объекта, hср= 5 м. Объект экономики: здания – каркасные панельные; склады – кирпичные; оборудование - сети КЭС: кабель подземный. В поселке 57 одноэтажных кирпичных домов, их подвалы – каменные. В каждом доме проведены трубы газоснабжения. В поселке проходит дорога с асфальтобетонным покрытием. Определить параметры волны прорыва – высоту, скорость и степень возможных разрушений на объекте и в поселке.

Решение

  1. Высота волны прорыва (рис. 1):
  2. .

    Из табл.10 для В=0,5, Н0 = 80 м, i = 1· 10-3, находим А1=320, В1=166. Тогда

     

    = )= 4,45 (м).

  3. Скорость волны прорыва:
  4. .

    Из табл.10 для В=0,5, Н0 = 80 м, i = 1 · 10-3 находим А2=61, В2=52. Тогда

    = = 0,858 (м/с).

  5. Время прихода гребня (tгр) и фронта (tфр) волны прорыва.
  6. Определяем по табл. 12 при Н0 = 80 м, L = 5 км, i = 1 · 10-3 , что tгр = 0,2 ч = = 12 мин и tфр = 0,1 ч = 6 мин.

  7. Время (продолжительность) затопления территории объекта:

tзат = β(tгр - tфр)(1-hм / h).

Коэффициент β находим по табл. 11 при Н0/h0 = 80/8 = 10, т. е. при H0=10h0 и отношении iL/H0 = 10-3 ·5000/80 = 0,0625. Следовательно, при
iL/H0 = 0,0625 и H0 =10h0 по табл.11 коэффициент β найдем методом интерполяции:

? = 14 + (15,5-14)(0,0625 – 0,05) / (0,1-0,05) = 14 + 1,5 ? 0,0125/0,05 = 14,375.

Тогда tзат = 14,375 ? (0,2 – 0,1)(1-2 / 4,45) = 0,79 (ч) = 47,4 (мин).

5. Возможные разрушения волны прорыва находят также по табл. 7 при h = = 4,45 и V = 0,858 м/с · 0,9 м/с.

а) На объекте: здания получат слабые разрушения. Склады – сильные разрушения.

б) В поселке: дома, мост, дорога – сильные разрушения.

Пример для самостоятельного решения.

Условие задачи то же. Изменить исходные данные: Н0 = 20 м, L = 20 км, В = = 0,25, i =1·10-3, hм = 1,5, h0 = 8 м, hзат = 3,5 м, hср = 4 м.

Характеристики объекта экономики: здания и склады – кирпичные, оборудование – крановое 20 т;

пос. Коптяевка : здания – деревянные, дорога – с гравийным покрытием, мост – деревянный.

Ответ: h = 0,282 м, V = 0,106 м/с, tгр = 2 ч, tф = 5 ч, tзат = 126 ч. Степени возможных разрушений определяются по табл. 7.