Прогнозирование поражающего действия волны прорыва и зон затопления

Прогнозирование поражающего действия волны прорыва плотины как искусственного, так и естественного происхождения осуществляется в целях определения возможного характера и масштаба последствий аварии. Результаты прогноза выявляют содержание и объем мероприятий защиты населения и объектов народного хозяйства от поражающего действия волны прорыва и последующего затопления местности.

1. Высота (h) и скорость (v) волны прорыва определяются по формуле:

, м; , м/с;

где: Ah, Bh, Av, Bv – коэффициенты аппроксимации, зависящие от высоты плотины (h_пл), гидравлического уклона водной поверхности (i) и размера ожидаемого прорыва (B);

L – удаление рассматриваемого створа плотины.

2. Средняя скорость потока воды (V_ср) определяется по формуле:

, м/c

где: - эквивалентный коэффициент шероховатости подстилающей поверхности по створу;

h_зат – максимальная высота затопления участка местности по створу (определяется по карте), м;

i – уклон поверхности воды (определяется по карте);

h_ср – высота затопления участка местности при его полном формировании (определяется по карте), м;

3. Время затопления территории (τ) рассчитывается по формуле:

, час

где: h_м – высота участка местности к уровню воды в межень, м.;

h – высота волны прорыва, м.;

t_гр – время прихода гребня волны прорыва в створ, час, (табл. 7)

t_фр - время прихода фронта волны прорыва в створ, час, (табл. 7)

β – гидротехнический коэффициент плотины, (табл. 5).

Таблица 5

Значения гидротехнического коэффициента β

iL/hпл	Высота плотины в долях от средней глубины реки в нижнем бьефе (hс)
hпл=10hс	hпл=20hс
0,05	15,5
0,1	14,0
0,2	12,5

Продолжение табл. 5
0,4	11,0
0,8	9,5	10,8
1,6	8,3	9,9
	9,9	9,6
	7,6	9,3

 

Таблица 6

Коэффициенты аппроксимации Ah, Bh, Av, Bv

В

hпл, м

Значения коэффициентов при уклонах

Ah

Bh

Av

Bv

Ah

Bh

Av

Bv

Ah

Bh

Av

Bv

0,5

0,25

 

Таблица 7

Время прихода гребня волны (t_гр) и фронта (t_фр) прорыва в рассматриваемый створ, час.

L, км	hпл=22 м	hпл=40 м	hпл=80 м
tгр	tфр	tгр	tфр	tгр	tфр	tгр	tфр	tгр	tфр	tгр	tфр
	0,2	1,8	0,2	1,2	0,1		0,1	1,2	0,1	1,1	0,1	0,2
	0,6	4,	0,6	2,4	0,3		0,3		0,2	1,7	0,1	0,4
	1,6								0,5		0,4
									1,2

 

 

Пример:

Требуется определить параметры волны прорыва в створе, расположенном на расстоянии L=5 км, от плотины: h – максимальную высоту волны прорыва, м; v – максимальную скорость потока, м/с; v_ср – среднюю скорость потока воды в рассматриваемой точке (створа), м/с; - время установившегося затопления или время прекращения прироста воды в расчетном створе(L=5 км), час.

Исходные данные: характеристика размеров прорана B=0,5 уклон водной поверхности , глубина предполагаемого затопления h_зат=8 м; высота участка местности над уровнем воды в реке в межень h_м=2 м; высота плотины h_пл=80м; средняя высота затопления участка при его полном формировании h_ср=4м.

В ходе решения задачи определяются расчетные параметры t_гр, t_фр – время добегания волны прорыва; коэффициенты аппроксимации A_h, B_h, A_v, B_v; n – эквивалентный коэффициент шероховатости в створе.

Решение:

1. Находим высоту h и скорость v волны прорыва в створе плотины со стороны нижнего бьефа:

;

Определяем по таблице 6 коэффициенты аппроксимации для B=0,5; ; h_пл =80м: A_h=320; B_h=166; A_v=61; B_v=52, тогда

=4,45м; =0,858м/с

2. Среднюю скорость потока V_ср в расчетном створе определяем с учетом шероховатости подстилающей поверхности:

Тогда средняя скорость потока составит:

=1,36 м/c

3. Определяем время установившегося затопления , ч.

, ч,

где значение коэффициента β берется из таблицы 5. Для вхождения в табл. 5 значение параметра

Из табл. 5 ясно, что значение величины β для =80 м находится между 18,0 и 16,0. В нашем примере высота плотины в 4 раза превышает среднюю глубину реки в районе створа, т.е. . Интерполяция дает значение

Тогда:

Ответ: h=4.45 м; V=0.858м/c; V_ср=1,36м/с; =57,8мин.