2.Расчет параметров затопления при прорыве гидросооружений
Затопление – это быстрое поступление больших водных масс из водохранилища в нижний бьеф гидроузла после разрушения плотины или ее части и в стремительном движении воды вдоль бьефа в виде положительной волны со скоростями 50-70км/ч и с высотой водяного вала в лобовой части ее до 10-12м. Этот вал обладает большой разрушительной силой, особенно зимой, когда он несет с собой большое количество взломанного льда. Так, например, при прорыве Соутфортской плотины в США в результате перелива воды через ее гребень (высота плотины 21,5м; длина – 29,4м; земля и камень) водохранилище емкостью 20млн м3 опорожнилось за 45мин. Скорость потока в нижнем бьефе составила 22м/сек (79км/ч), а высота волны 10-12 м. Двигаясь вниз по Днепру, прорывная волна будет заходить также в притоки на некоторое расстояние, до створов с бытовыми собственными отметками уровня воды на дату прорыва, равными отметке максимального прорывного уровня на р. Днепр в устье каждого данного притока.
Для расчетов параметров затопления необходимо знать:
- объем воды в водохранилище V, м3;
- длину плотины (ширину прорана) В,м;
- глубину воды перед плотиной (глубину прорана) Н, м;
- среднюю скорость движения волны С, м/сек.
Высота волны попуска (hпоп) в каждом створе реки является функцией глубины воды перед плотиной (Н) и расстояние от плотины до данного створа реки (r), т.е.
hпоп = f(Н,r), м.
Высота волны попуска может быть определена из графиков данной функции (рис.1)/
Время прихода волны попуска (tподх) может быть определено по графику (рис. 2) или по формуле:
tподх = r/С
где r – расстояние от данного створа реки (км); С – скорость течения реки (км/ч).
Средняя скорость течения р. Днепр – 27км/ч, при прорыве плотины она может возрасти до 50км/ч.
Время прохождения волны попуска, tпрох, ч, рассчитывается по формуле:
tпрох = Kr*Tопор,
где Топор – время опорожнения водохранилища,
Топор = V/BN3600
Кr – коэффициент удаленности (табл. 2)
В – ширина прорана, м;
N – максимальный расход воды на 1 м ширины прорана (табл.1).
Рис.1 Графики функции hпоп = f(H,r), м
Рис.2. графики для определения времени прихода волны попуска (tподх)
Таблица 1.
Н, м |
5 |
10 |
25 |
50 |
100 |
N, м3/с |
10 |
30 |
125 |
350 |
760 |
Таблица 2.
r, км |
0 |
25 |
50 |
100 |
150 |
200 |
250 |
Кr |
1 |
1,7 |
2,6 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Возможные последствия от воздействия катастрофического затопления определяется по максимальной глубине потока (Нmax) и максимальной скорости потока (Vmax). Нmax и Vмах зависят от высоты плотины (Н), размеров прорана (В).
,
где r – удаление рассматриваемого створа от плотины.
Аh, Вh, Аu, Вu – коэффициенты аппроксимации, зависящие от высоты плотины, ожидаемых размеров прорана и гидравлического уклона водной поверхности реки (i).
Таблица 3. Коэффициенты аппроксимации для равнинных рек
Н, м |
Значение коэффициента аппроксимации, при i=5*10-4 |
|||
Аh |
Вh |
Аu |
Вu |
|
10 |
40 |
30 |
8 |
9 |
30 |
130 |
60 |
18 |
11 |
Примечание: в таблице приведены данные для величины прорана, равной ширине русла реки В=1, если В=0.5, то значение Аh и Вh будут отличаться от табличных на 7-10 % (в сторону уменьшения).
Выполненные по формулам расчеты показывают, что при прорыве Днепродзержинской ГЭС в створе порта (Амур-Гавань) – глубина водяного потока hмах = 5,5м относительно НПУ = 51,4м.
Степени разрушения элементов объектов при затоплении приведены в табл.5