Прогноз и оценка последствий гидросферных ЧС

Задание 1

Тема: Прогнозирование и оценка последствий наводнений

Наводнение – затопление местности и населенных пунктов, возникающее в результате обильного и сосредоточенного потока воды вследствие снеготаяния или выпадения дождевых осадков в сочетании с другими гидрометеорологическими явлениями, а также ветровым нагоном воды в морские побережья.

Затопления – образование свободной поверхности воды на территории в результате паводков, нагонов волн и повышения уровней воды в половодье.

Разлив реки, озера или водохранилища – затопление местности, не сопровождающееся материальным ущербом.

Паводок – интенсивный, сравнительно кратковременный подъем уровня воды.

Половодье – фаза водного режима реки, характеризующаяся наибольшей водностью высоким и довольно продолжительным подъемом уровня воды, ежегодно повторяющейся в один и тот же сезон.

Нагон воды (волн) – подъем уровня, вызванный воздействием ветра на водную поверхность..

Водосбор – гидрографическая сеть речного бассейна, различного размера с разнообразными природными условиями, состоящая из: ложбин, суходолов и речных долин.

Площадь водосбора бассейна реки определяется по формуле:

F = 0, 58 × L^{1, 78},

где L – длина реки, км.

Наводнения определяется тремя главными факторами: количеством снега, аккумулированного в течение зимы в речном бассейне; количеством осадков выпадавших в период формирования наводнения; водопоглотительной способностью речного бассейна и характеризуются площадью затопления, максимальным расходом, наивысшим уровнем подъема воды и времени их наступления, а также высотой волн наката на берег.

Наводнения классифицируются по степени опасности:

1 степень опасности – уровень затопления больше или равен 1 м, скорость течения реки больше или равна 0, 7 м/с;

2 степень опасности – уровень затопления меньше 1 м, но более 0, 2 м, а скорость течения воды не превышает 0, 7 м/с;

3 степень опасности – уровень затопления 0, 2 и меньше.__

Задача: Вс. Заветном протекает р. Амта, общей протяженностью до истока в р. Джурак L= 75 км, аглубина р. Амта до паводка
h_o= 1, 5 м; ширина b_o=24; Скорость воды в реке V_o= 0, 5 м/с.Сечение реки – треугольное. Интенсивность осадков и таяния снега во время наводнения l = 3, 6 мм/ч.Высота месторасположения объектов жизнедеятельности с. Заветного h_m = 5 м.

Определить: 1. Параметры наводнения;

2. Характер последствий наводнения.

Решение:

1. Схематично сечение реки представляется либо треугольным или трапецеидальным (рис. 11.2)

Рис. 11.2. Расчетная схема сечения реки

а – треугольное русло; б – трапецеидальное русло; а₀ – ширина дна реки, м; в₀ – ширина реки до наводнения, м; в – высота реки во время наводнения, м; h₀ – глубина реки до наводнения, м;
h_п – высота подъема воды, м; h_з – глубина затопления, м; h_м – высота месторасположения объектов, м; m, n – углы наклона берегов реки; h – глубина реки во время наводнения, м

2. Расход воды в реке до наступления наводнения.

Q = V₀× S₀, м/с

где V₀– скорость воды в реке до наступления наводнения, м/с;

S₀ – площадь сечения русла реки до наводнения, м;

S₀ = 0, 5 × b₀ × h₀ – для треугольного сечения;

S₀= 0, 5× (а₀ + b₀)× h₀ – для трапецеидального сечения;

S₀= 0, 5 × 1, 5 × 24 = 18 м

Q₀= 0, 5 × 18 = 9 м/с

3. Площадь водосбора бассейна реки.

F = 0, 58 × L^{1, 78},

F = 0, 58 × 75^{1, 78}= 1262 км²

4. Расход воды после таяния снега и выпадения осадком в реке, м³/с.

;

м³/с.

5. Высота подъема воды в реке при прохождении наводнения h_п, м

а) при треугольном русле реки:

в) при трапецеидальном русле:

;

6. Ширина реки во время наводнения определяется из подобия треугольников (трапеции)

а) Для треугольного сечения реки:

h = h_п + h₀

б). Для трапецеидального сечения реки:

h = h_п + h₀ .

в) Ширина затапливаемой территории при наводнении определяется по формуле

где a – угол наклона береговой черты, град (наименьший угол).

7. Площадь сечения русла реки в период наводнения м²

S_max = 0, 5 × b × h = 153, 28 × 9, 58 = 734, 3 м² h = h_п + h₀

8. Максимальная скорость потока воды при прохождении наводнения U_max, м/с

U_max = Q_max / S_max = 1262, 5 / 734, 3 = 1, 75 м/с

9.Поражающее действие наводнения определяется глубиной затопления и максимальной скоростью потока затопления

–h_з = h_п – h_m = 8, 08 – 5 = 3, 08 м

–U_з= U_max × f,

где f – параметр удаленности объекта реки, определяется на основании соотношения h_з/ h по табл. 11.13

Таблица 11.13

h_з/ h	Для треугольного профиля реки	Для трапецеидального профиля реки
0, 1	0, 30	0, 20
0, 2	0, 50	0, 38
0, 4	0, 72	0, 60
0, 6	0, 96	0, 92
0, 8	1, 18	0, 76
1, 0	1, 32.	1Д2

U_з= 1, 72 × 0, 63 = 1, 1 м/с

Вывод: Параметры наводнения глубина затопления h_з = 3, 08 м, максимальная скорость потока затопления составляет U_з= 1, 1 м/с

2.Прогнозируемое наводнение будет относиться к 1 степени опасности.

Задание 2

Тема: Прогнозирование и оценка последствий гидродинамических аварий

К водохранилищам относятся водоемы емкостью более 1 млн.м³ в зависимости от местности все водохранилища подразделяются на равнинные, предгорные, горные и высокогорные.

Водохранилища характеризуются следующими показателями:

а) размерами, наиболее важными из них являются объем и площадь водного зеркала, а также глубина.

По размерам водохранилища подразделяются на крупнейшие, очень крупные, крупные, средние, небольшие и малые.

По глубине водохранилища делятся на: исключительно глубокие, очень глубокие, глубокие, средней глубины, неглубокие и мелководные.

б) подпор уровня воды у плотин Н, в зависимости от решаемой задачи эта величина Н может называться по-разному:

– в качестве характеристики водохранилище – подпор уровня воды у плотины;

– в качестве характеристики прудов – максимальная глубина перед плотиной;

– для объектов, находящихся в нижнем бьефе и далее, ниже плотин, это – высота стояния воды до прорыва, создающая напор в случае прорыва плотины.

Гидротехническим сооружением (ГТС) называется инженерное сооружение, построенное для решения тех или других водохозяйственных задач. Они подразделяются на две категории: общие и специальные.

Важным элементом любого гидросооружения является плотина с водопропускными и другими устройствами» на ГТС постоянно действуют:

По конструктивным признакам и условиям статистической работы все плотины классифицируются на:

– гравитационные плотины, устойчивость которых обеспечивается не только их собственным весом.

– контрфорсные плотины, устойчивость которых обеспечивается не только весом самой плотин, но и весом воды в объеме призмы

– арочные плотины, работающие как свод, поставленный на торец и упирающийся своими пятками в скальные берега.

Гидродинамические аварии относятся к техногенным чрезвычайным ситуациям, вызывающим наводнения

При разрушении гидротехнических сооружений (плотин, запруд и т.д.) образуются: волна прорыва, характеризуемая высотой гребня h, м, и скоростью U, м/с, и зоны наводнения и затопления на местности.

Гидродинамическая авария – это происшествие, связанное с разрушением гидротехнического сооружения или его частей с последующим неуправляемым перемещением больших масс воды.

Для характеристики гидродинамических аварий используются следующие специальные термины:

Проран – узкий проток в теле плотин; косе; отмене в дельте реки и спрямленный участок, возникший в результате размыва излучины в половодье.

Ширина прорана зависит от материала плотины и типа реки. Относительный безразмерный параметр прорана В_пр(отношение ширины прорана к ширине плотины) для различных типов плотин (кроме арочных) в зависимости от типа реки принимается следующим: для равнинных рек В_пр=0, 2; для предгорных рек В_пр= 0, 25; для горных рек
В_пр= 0, 5и для арочных плотин В_пр= 1, 0.

Прорыв плотины – начальная фаза гидродинамической аварии, т.е. процесса образования прорана и неуправляемого потока воды, устремляющегося из верхнего бьефа через проран в нижний бьеф.

Бьеф – участок реки между двумя соседними плотинами на реке или участок канала между двумя шлюзами.

Верхний бьеф – часть реки выше подпорного сооружения.

Нижний бьеф – часть реки ниже подпорного сооружения.

Задача: Водохранилище в равнинной местности емкостью
W = 50 млн.м³, напор уровня воды у плотины Н = 30 м, ее ширина
В_пл= 50 м, внижнем бьефе русла реки на расстояниях от плотины
L₁= 50 кми L₂ = 200 кмсоответственно располагаются населенный пункт, здания которого построены из кирпича, к плавучий док.

Спрогнозировать и оценить последствия гидродинамической аварии на плотине водохранилища для населенного пункта и плавучего дока.

Решение

1. Определяем максимально возможную высоту волны прорыва плотины:

где Н – подпор уровня воды у плотины, м

2. Определяем высоту волны прорыва на расстояниях L₁ и L₂

h_пр = К_i × H,

где К_i – коэффициент, учитывающий спад волны прорыва по мере ее удаления от плотины табл. 11.14

Таблица 11.14

Значения коэффициентов k_i и К_прох_i

Коэффициенты	Расстояние от плотиныL, km

k_i	0, 25	0, 20	0, 15	0, 075	0, 05	0, 03	0, 02
К_прох_i	1, 0	1, 7	2, 6	4, 0	5, 0	6, 0	7, 0