Параметр удаленности объекта реки

ЗАДАНИЕ 1

«Прогноз и оценка последствий наводнений»

Гидрологические опасные явления относятся к стихийным бедствиям природного происхождения и подразделяются на морские и речные. К речным гидрологическим опасным явлением относятся:

- высокий уровень воды в реках, связанный с наводнениями;

- низкий уровень воды в реках;

- повышенный уровень грунтовых вод;

- ранний ледостав (зажоры);

- ранний ледоход (заторы).

Среди самых опасных речных гидрологических явлений и процессов являются наводнения, как по суммарному среднегодовому ущербу, так и по повторяемости и площади распространения.

В зависимости от периодичности повторения, масштабу и наносимому ущербу наводнения подразделяются на четыре категории:

– низкие (малые) наводнения – один раз в 5–10 лет на равнинных реках, с малым материальным ущербом без нарушения ритма жизнедеятельности;

– высокие наводнения – один раз в 20–25 лет, сопровождающиеся значительными затоплениями и существенно нарушают хозяйственный и бытовой уклад населения;

– выдающиеся (большие) наводнения – один раз в 5–100 лет, охватывающие целые речные бассейны, полностью парализуют хозяйственную деятельность и наносят большой материальный и моральный ущерб, связанных с массовой эвакуацией населения и материальных ценностей;

– катастрофические наводнения – один раз в 100–200 лет, вызывающие затопления громадных территорий в пределах одной или нескольких речных систем, приводят к значительным материальным убыткам и гибели людей.

В зависимости от причин возникновения выделяют шесть групп наводнений:

1-я группа – наводнения, связанные в основном с максимальным стоком воды от весеннего таяния снега. Наводнения называются половодьем и отличаются значительным и довольно длительным подъемом воды.

2-я группа – наводнения, вызванные интенсивными дождями, а также в ряде зимних оттепелей. Они называются паводками и характеризируются интенсивными, сравнительно кратковременными подъемам уровня воды.

3-я группа – это сезонные наводнения в начале или в конце зимы, вызванные большим сопротивлением потока воды в русле реки заторами и зажорами льда.

4-я группа – наводнения, создаваемые ветровыми нагонами воды на крупных озерах, водохранилищах, а также в морских устьях рек.

5-я группа – наводнения вызванные прорывом или разрушением искусственные и естественных водохранилищ.

6-я группа – антропогенные наводнения, вызванные неправильной хозяйственной деятельностью человека (уничтожение пойменных лесов, строительство мостов, застройка пойм и т.д.).

Наводнение – затопление местности и населенных пунктов, возникающее в результате обильного и сосредоточенного потока воды вследствии 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 и 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:

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

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

3-я степень опасности – уровень затопления 0,2 м и меньше.

Основными характеристиками снежного покрова являются: его высота; структура, плотность и запас воды в нём.

Количество талой воды, поступающей на поверхность речного бассейна, определяется по формуле:

где h – подача талой воды, мм/сутки;

т – водоотдача снега, мм/сутки;

– относительная площадь подачи воды в долях единицы;

где h _с – интенсивность снеготаяния, мм/сутки;

относительная (в долях единицы) убыль снега, при которой он начинает отдавать воду.

Задача: В с. Заветном протекает река Амта, общей протяженностью от истока до впадения в реку Джурак L= 120 км, средняя ширина русла реки В = 36 м, глубина р.Амта до паводка = 2,1 м; ширина Скорость воды в реке = 1,3 м/с. Сечение реки – треугольное. Интенсивность осадков и таяния снега во время наводнения I = 0,63 мм/ч. На правом берегу высота месторасположения объектов жизнедеятельности с.Заветного = 1,5 м; расстояние их от берега русла реки L₁ = 17 м; углы наклона береговой черты к руслу реки соответственно равны для правого 9°, 10°

Определить: 1. Параметры наводнения;

2. Характер последствий наводнения для объектов.

Решение

1. Схематично сечение реки представляется либо треугольным, либо трапецеидальным (рисунок 1.1).

а) б)

Рисунок 1.1 – Расчетная схема сечения реки

а) треугольное русло; б) трапецеидальное русло; - ширина дна реки,м; -ширина реки до наводнения м; b- условная ширина реки во время наводнения м; – глубина реки до наводнения, м; – высота подъёма воды, м; – глубина затопления, м; – высота месторасположения объектов, м; т, п – углы наклона берегов реки; h -глубина реки во время наводнения, м; В – ширина русла реки, м; – полная ширина разлива реки, м; a, β – углы наклона береговой черты, град; Ш – ширина затапливаемой (левой, правой)
береговой территории, м.

2. Расход воды в реке до наступления наводнения.

где – скорость воды в реке до наступления наводнения, м/с; S₀–площадь сечения русла реки до наводнения, ;

3. Площадь водосбора бассейна реки.

4. Расход воды после таяния снега и выпадения осадков в реке, м/c

5. Высота подъема воды в реке при прохождения наводнения , м при треугольном русле:

6. Глубина затопления береговой территории у реки

7. Ширина реки во время наводнения

8. Ширина затапливаемой береговой территории при наводнении определяем по формуле:

где – угол наклона береговой черты, град.

Уточнённая ширина разлива реки во время наводнения определяется из формулы:

Sin 9 = 0,156

Sin 10 = 0,174

9. Площадь сечения русла реки в период наводнения, м².

10. Максимальная скорость потока воды при прохождении наводнения , м/с:

11. Уточнённая максимальная скорость потока затопления

где – параметр удаленности объекта реки, определяется на основании соотношения по таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Параметр удаленности объекта реки

	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	0,76
0,8	1,12	0,92
1,0	1,32	1,12

12. Глубина затопления объектов жизнедеятельности на правом берегу реки составит:

Вывод: 1. Параметры наводнения: глубина затопления = 3,72 м, максимальная скорость потока затопления составляет = 1,51 м/с. Ширина затопления первого берега прогнозируется = 23,84 м. О бъект на расстоянии попадает в зону затопления.

2. Глубина затопления первого объекта = 1,07 м;

3. Прогнозируемое наводнение будет относиться к I степени опасности.

ЗАДАНИЕ 2

«Прогнозирование и оценка последствий гидродинамических аварий»

Вода играет большую роль в народном хозяйстве и жизни человека, но во времени она неравномерно распределяется по земной поверхности, поэтому главная цель создания водохранилищ и прудов – регулирование стока воды в целях: борьбы с наводнениями, водного транспорта, энергетики и водоснабжения, а также для рыбного хозяйства и мелиорации земель. К водохранилищам относятся водоемы емкостью более 1 млн. м³. Хотя пруды имеют малые размеры, но при определенных ситуациях представляют большую опасность для низлежащих населенных пунктов, если они расположены каскадом в степной зоне вдоль общего русла, как правило, пересыхающего летом. В рельефе степной зоны русла имеют эрозионные формы – долины рек, балки и овраги. Степные зоны подразделяются на провинции.

Провинция – единица районирования ландшафтного, биогеографического, климатического и др., обладающая определенной и неповторимой заиливания) 1–2 метра. 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: водяной поток, колебания температур, льды, наносы, статистические и гидродинамические нагрузки, коррозия металлов, выщелывание бетона, гниение деревянных конструкций и происходит стирание поверхности

По своему назначению плотины бывают трех видов: водоподъемные, водохранилищные и комбинированные, которые подразделяются на две основные группы:

1. Глухие плотины – это плотины, непосредственно через которые воду не сбрасывают.

2. Водосбросные – это плотины, по длине которых устраивают широкие (по сравнению с длиной плотины) водопропускные отверстия (безнапорные или напорные).

Глухие плотины классифицируются по материалу, из которого возводится тело плотины (железобетон, бетон, искусственный камень, грунт и т.д.).

Водосбросные плотины в зависимости от характера пропуска воды через них бывают двух типов:

- водосливные – водосборный фронт у них образован поверхностными отверстиями.

- водопропускные – водосборный фронт у них образован глубинными отверстиями.

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, вызывающие 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.

Масштабы наводнений от гидродинамических аварий зависят,
во-первых, от высоты волны прорыва, скорости её движения и продолжительности прохождения на заданных расстояниях, во-вторых, от характера местности, где создано водохранилище, его высотного положения и климатической зоны, и, в-третьих, от: высоты и продолжительности стояния опасных уровней воды, площади затопления, времени года и других факторов.

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 = 0,5;

– 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.

Прорыв (разрушение) гидротехнических сооружений происходит по следующим основным причинам:

- нарушения правил эксплуатации;

- некачественного выполнения строительно-монтажных работ:

- проектно-конструкторских ошибок;

- воздействия человека (нанесение ударов различными видами оружия);

- износа и старения оборудования;

- действия сил природы (землетрясений, ураганов, наводнений).

Разрушения ГТС классифицируются, как:

1. Разрушения конструкций, находящихся в верхнем бьефе, подходящим потоком воды с ледоходом.

2. Размыв земляных плотин переливающим потоком.

3. Разлив откосов русла реки и поймы в результате перепада воды, вызванного стеснением сечения поймы.

4. Разрушение земляных сооружений и склонов берегов в результате изменения геологических условий.

5. Разрушение конструкций и местный размыв в русле реки потоком, сбрасываемым через водосброс.

Порядок прогнозирования и оценки последствий гидродинамических аварий следующий:

1. Определяется максимально возможная высота волны прорыва по эмпирической формуле: h_пр= 4/9Н, где Н – подпор уровня воды у плотины или по формуле

где A_h; B_h; A_U; B_U – коэффициенты, зависящие от высоты уровня вода в верхнем бьефе плотины Н₀, м (уровня воды водохранилища); гидравлического уклона реки (превышение в метрах высоты уровня реки на 1000 м длины) и параметров прорана В_пр, значения которых приведены в табл. 1.2

Таблица 1.2

Значения коэффициентов A_h; B_h; A_U; B_U при уклонах реки

Н₀, м	В_пр	i = 1 ∙ 10^-4	i = 1 ∙ 10^-³
A_h	B_h	A_U	B_U	A_h	B_h	A_U	B_U
	0,25


	0,5


	1,0

, где – соответственно ширина прорана и плотины, м.

2. Определяется высота волны прорыва h_i (м) на расстоянии L, км, от плотины по формуле:

h_i = k_i ∙ Н,

где k_i – коэффициент, учитывающий спад волны прорыва по мере удаления её от плотины, значения приведены в табл. 1.3

Таблица 1.3

Значение коэффициентов и

Коэффициенты	Расстояние от плотины L,km

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

Характер спада волны прорыва зависит от ширины реки, характера её русла ниже плотин, ширины и характера долины, по которой протекает река, также от многих других факторов.

3. Определяется скорость истечения и движения волны прорыва по одной из формул:

где К – коэффициент скорости истечения воды через проран в плотине, К = 0,80–0,85;

– подпор уровня воды у плотины, м;

g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с.

4. Определяем время прихода волны прорыва на заданное расстояние по формуле:

где L – расстояние от ГТС до объекта, населенного пункта, км;

U – скорость движения воды, м/сек.

5. Определяем время сброса воды с водохранилища где:

где W – объем водохранилища, м³;

Q – максимальный расход воды на 1 м ширины прорана, м³/м∙с, определяется в зависимости от глубины прорана , который на стадии прогнозирования принимается равной глубине водохранилища перед плотиной H (табл. 1.4).

Таблица 1.4

Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 17; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!