Очаги поражения стихийных бедствий в гидросфере

 

Очагом поражения при наводнении называется территория, в пределах которой произошли затопления местности, повреждения и разрушения зданий, со­оружений и других объектов, сопровождающиеся поражениями и гибелью людей, животных и урожая, порчей сырья, топлива, удобрений, продуктов питания.

Масштабы наводнений зависят от высоты и продолжительности стояния опасных уровней воды, площади затопления, времени затопления (весной, летом, осенью, зимой).

Схематически сечение русла реки можно представить либо треугольным либо трапецеидальным, как изображено на рис. 7.1.

Исходные данные для определения очага поражения при наводнении: ши­рина реки до паводка b₀ (м); ширина дна реки а₀ (м); глубина реки до паводка h₀ (м); скорость течения реки υ₀ (м/с); интенсивность дождя J (мм/ч); площадь вы­падения осадков F (км²); высота места h _м (м); глубина затопления h ₃, (м); пара­метр профиля реки М = 1,4 (трапеция), М = 2 (треугольник); расход воды до выпадения осадков Q₀ (м³/с); α, β – угол наклона береговой черты; tg α = 2h₀/ b₀ – треугольное русло, tg α = 2h₀/ x₀ – трапецеидальное русло; x₀ = (b₀ – а₀) / 2.

 

а - треугольное русло; б - трапецеидальное русло

 

Рис. 7.1. Расчетная схема сечения реки

 

Расход воды в реке до наступления наводнения (паводка) определяют по формуле (м³/с)

 

Q_o = υ₀ S₀ (7.1)

 

где υ₀ – скорость воды в реке до наступления паводка, м/с;

S₀ – площадь сечения русла реки до паводка, м²; S₀ = 0,5b_oh_o – для треугольного сечения, S₀ = 0,5(а₀ + b₀)h₀ – для трапецеидального сечения.

Подставляя в формулу (7.1) значение S₀, получим расход воды в реке

 

Q_o = ½h₀ · b₀· υ₀. (7.2)

 

Расход воды после выпадения осадков (таяния снега) и наступления половодья (паводка) рассчитывается по формуле (м³/с)

 

Q_max = S· υ_max или Q_max = Q₀ + (J·F)/3,6 (7.3)

 

где S – площадь поперечного сечения потока при паводке, м²; υ_max –максимальная скорость потока, м/с;

 

, (7.4)

 

где J – интенсивность осадков (таяния снегов), мм/ч; F – площадь выпадения осадков (таяния снега), км². Высота подъема воды в реке при прохождении паводка (м) определяется по формулам

- для треугольного русла

 

, (7.5)

 

- для трапецеидального русла

 

(7.5)

 

Максимальная скорость потока воды при прохождении паводка (м/с)

 

(7.6)

 

где S_max – площадь поперечного сечения потока при прохождении павод­ка, м/с, определяемая по формулам треугольного и трапецеидального сечения, в которые вместо h_o подставляется h, а вместо b_o – b.

Поражающее действие паводка определяется глубиной затопления h₃ (м) и максимальной скоростью потока затопления υ₃ (м/с), которые определяются по формулам

 

h₃ = h – h_M (7.7)

 

υ₃ = υ_max· f (7.8)

 

где f – параметр удаленности объекта от русла реки.

Параметр удаленности объекта от русла реки f определяется по данным
табл. 7.4 в зависимости от параметра М, характеризующего профиль русла
реки: М = 1,25 – для трапецеидального профиля; М = 1,5 – для овального; М = 2,0 – для треугольного профиля и отношения h₃/h.

Ширина затапливаемой территории при прохождении паводка L_n (м)рассчитывается по формуле

 

(7.9)

 

где h – высота подъема воды в реке, м;

α – угол наклона береговой черты.

 

Таблица 7.4

 

Значения параметра удаленности объекта от русла реки f

 

h3/h	М = 1,25	М = 1,5	M = 2,0
0,1	0,20	0,23	0,30
0,2	0,38	0,43	0,50
0,4	0,60	0,64	0,72
0,6	0,76	0,84	0,96
0,8	0,92	1,05	1,18
1,0	1,12	1,20	1,32

 

Поражающее действие волны затопления оценивают по табл. 7.4.

 

Таблица 7.4

Параметры волны затопления

 

Объект	Степень разрушения
сильная	средняя	слабая
h, м/с	υ0, м/с	h, м/с	υ0, м/с	h, м/с	υ0, м/с
Здания: - кирпичные		2,5
- каркасные	7,5					1,5
Мосты: - деревянные				1,5		0,5
- металлические						0,5
- железобетонные						0,5
Дороги: - с асфальто-вым покрытием				1,5
- с гравийным покрытием	2,5			1,5	0,5	0,5
Пирс					1,5
Плавучий док				1,5		1,5
Плавучий кран				1,5	2,5	1,5

 

В отличие от волны прорыва, наводнение и паводок оказывают более продолжительное действие, усугубляющее первоначальное разрушающее воздействие волны прорыва, как показано в табл. 7.5.

 

Таблица 7.5

 

Доля поврежденных объектов на затопленных площадях при крупных

наводнениях, скорость потока затопления υ ₃ = 3...4 м/c (%)

 

Объект	Часы
Затопление подвалов
Нарушение дорожного движения
Разрушение уличных мостов		-	3,
Смыв деревянных мостов	-
Разрушение кирпичных зданий	-	-
Прекращение электропитания
Прекращение телефонной связи
Повреждение систем газо- и тепло­снабжения	-	-
Гибель урожая	-	-	-	-

 

Примечание. При υ ₃ = 1,5...2,5 м/с приведенные в таблице значения надо умножить на 0,6; при υ ₃ = 4,5...5,5 м/с – на 1,4

При определенных скоростях водного потока разрушаются транспортные пути, плотины и дамбы (табл. 7.6, 7.7).

 

Таблица 7.6

 

Условия разрушений транспортных сооружений в зависимости от глубины А и скорости водного потока v

 

Объект	Разрушения
сильные	средние	слабые
h, м	υ, м/с	h, м	υ, м/с	h, м	υ, м/с
Металлические мосты и путепроводы с про­летом 30... 100 м						0,5
То же, более 100 м		2,5				0,5
Железобетонные мосты				1,5		0,5
Деревянные мосты				1,5		0,5
Дороги с асфальтобетонным покрытием				1,5
Дороги с гравийным покрытием	2,5			1,5	0,5	0,5
Промышленные объекты с легким каркасом		2,5
Промышленные объекты с ж/б каркасом						1,5
Кирпичные дома 1...2 этажа		2,5
Кирпичные дома 3 и более этажей				2,5	2,5	1,5
Деревянные дома	3,5		2,5	1,5
Сборные дома			2,5	1,5	1,5
Пирс					2,5
Мосты	1-2	1,5-2	0,5			-

 

Таблица 7.7

 

Условия разрушения плотин и дамб при толщине слоя воды h и длительности перелива τ

 

Объекты	h, м	τ, ч
Плотины из местных материалов:
с защитным покрытием
с нормальным покрытием	2,5
Земляные дамбы:
с защитным покрытием
без покрытия	1,5

 

Пример 7.2. Определить последствия паводка, вызванного ливневыми дождями, для предприятия, расположенного на берегу реки. На территории предприятия имеются деревян­ные одноэтажные дома и трехэтажное административное здание. Интенсивность осадков J = 50 мм/ч, площадь выпадения осадков F = 150 км². Ширина реки b₀ = 100 м, глубина h₀ = 2,5 м, скорость течения реки υ _o = 1 м/с. Русло реки треугольное, угол наклона берегов α = β = 45°. Высота места h_м= 2 м.

Решение. Определим расход воды в реке до выпадения осадков по формуле

 

Q_o =½ h_o · b_o· υ _o = ½·2,5·100·1 = 125 м³/с

 

Определим расход воды после выпадения осадков по формуле

 

Q_max = Q₀ + (J·F)/3,6 = 125 + (50·150)/3,6 = 2208,3 м³/с

 

Определим высоту подъема воды при прохождении паводка по формуле для треугольного русла

 

=

 

Определим максимальную скорость потока в русле реки по формуле

 

=

 

Рассчитаем отношение h₃/h = (h – h_o)/h = (4,8 – 2)/4,8 = 0,6.

По табл. 15.10 найдем значение параметра удаленности объекта от русла реки (для М = 2) f= 0,96.

Определим максимальную скорость потока затопления по формуле

υ₃ = υ_max· f = 2,1·0,96 = 2 м/с

 

Определим глубину затопления по формуле

h₃ = h–h_м = 4,8–2 = 2,8 м

 

Поражающее действие паводка определяем по таблице, принимая высоту воды 2,8 м и скорость потока 2 м/с.

Вывод. Сборные деревянные дома получат сильные разрушения, кирпичные здания – средние разрушения.

При землетрясениях и извержениях вулканов в океане, а также при под­водных ядерных взрывах возможны такие колебания воды, которые при подхо­де к мелководью образуют волны – цунами. Чем больше магнитуда М, тем больше высота цунами.

Скорость распространения волн-цунами рассчитывается по формуле (м/с)

 

; (7.10)

 

где g – ускорение силы тяжести, м/с²;

Н₀ – глубина океана в эпицентре землетрясения, м.

 

Время подхода волны к побережью можно определить из выражения (ч)

 

t_n=R/υ, (7.11)

 

где R – расстояние до эпицентра землетрясения, км. Высота волны у побережья определяется по формуле

 

, (7.12)

 

где h₀ –высота волны в океане, м;

Н₀ – глубина океана в эпицентре, м;

Н – глубина акватории у побережья, м.

 

Степени разрушения (сильная, средняя, слабая) в зависимости от высоты волны приведены в табл. 7.8.

 

Таблица 7.8

 

Степени разрушения объектов от волн-цунами

 

Объект	Разрушения
сильные	средние	слабые
Здания с ж/б каркасом			4,5
Цех промышленный	7,5
Кирпичные дома в 1-3 этажа
Кирпичные дома 4 и более этажей			2,5
Деревянные дома	3,5	2,5
Суда

Крупные суда при угрозе цунами выводят в море, маленькие - закрепляют на берегу, людей эвакуируют на возвышенные места, на расстояние более 3 км от берега.

 

Пример 7.3. В результате землетрясения в океане на глубине 6000м возможно формирование волны-цунами высотой 2 м. Расстояние до берега 9000 км. Глубина океана у побе­режья 20 м. Определить скорость, высоту и время прихода волны к побережью, а также сте­пень разрушения кирпичных домов до 3 этажей.

Решение. Определяем скорость волны по формуле

 

=

 

Определяем время прихода волны к побережью по формуле

 

t_n=R/υ = 9000000/242 = 10 ч

 

Определяем высоту волны у побережья по формуле

 

=

 

Результат воздействия волны высотой 8,3 м на объекты определим по таблице.

Вывод. Дома будут иметь сильные разрушения.