Частота аварій гідротехнічних споруд напірного типу

Причини руйнування гідротехнічних споруд	Частота, %
Руйнування основи	40
Недостатність водоскиду	23
Слабкість конструкції	12
Нерівномірне осідання тіла греблі	10
Високий тиск на дамбу	5
Бойові дії	3
Оповзання укосів	2
Дефекти матеріалу	2
Неправильна експлуатація	2
Землетрус	1

Таблиця 2.2.4

Частота зруйнування різних типів дамб

Тип дамби	Частота аварій, %
Земляна	53
Захисна з місцевих матеріалів	4
Бетонна гравітаційна	23
Арочна залізобетонна	3
Дамби інших типів	17

Виявлення та оцінка інженерної обстановки при зруйнуванні гідродинамічно небезпечного об’єкту.

Як ми з’ясували раніше, уражаюча дія хвилі прориву пов'язана із поширенням води з великою швидкістю.

Основними параметрами хвилі прориву як фактору ураження є її швидкість, висота, довжина, час існування та температура води.

За своїм фізичним єством хвиля прориву − це несталий рух води, для якої глибина, ширина, ухил поверхні і швидкість течії змінюються у часі (рис. 2.2.1).

Висота хвилі прориву і швидкість її поширення залежать від обсягу і глибини водосховища, площі „дзеркала” водного басейну, розмірів прорану, різниці рівнів води у верхньому і нижньому б’єфах, гідрологічних і топографічних умов русла річки і її заплави. В районі нульового створу (тіла дамби) висота хвилі прориву (h) визначається за формулою:

h = 0,6(Н − Н_нб), м ,

де Н – глибина водосховища у дамби, м;

Н_нб – висота нижнього б’єфу, м.

Рис. 2.2.1. Хвиля прориву.

Висота хвилі прориву, як правило, знаходиться в межах від 2 до 12 м, але може досягати 30 м і більше.

Швидкість поширення хвилі прориву коливається в межах від 3 до 25 км/год., а для гірських і передгірних районів – до 100 км/год.

Для зон катастрофічного і небезпечного затоплення швидкість руху хвилі прориву u = 2,5 – 7 м/с. Для ділянок можливого затоплення – u = 1,5 – 2,5 м/с. При цьому статичний тиск потоку води – не менше 20 кПа (0,2 кгс/см²) з тривалістю дії не менше 0,25 год.

Характер дії на об'єкт хвилі прориву обумовлюється гідродинамічним тиском потоку води рівнем і терміном затоплення, деформацією річкового русла, забрудненням гідросфери, розмиванням і перенесенням ґрунтів.

Другим фактором ураження гідродинамічної аварії є катастрофічне (стрімке) затоплення місцевості, розташованої нижче за течією річки. При цьому утворюється зона затоплення – частина прилеглої до річки (водосховища) місцевості, що затопляється водою. Частина зони затоплення, в межах якої поширюється хвиля прориву, називається зоною катастрофічного затоплення. На її зовнішніх межах висота гребеня хвилі прориву (h) перевищує 1 м, а швидкість її руху становить 5 – 7 м/с. Катастрофічне затоплення характеризується такими параметрами:

• висотою і швидкістю хвилі прориву;

• часом підходу гребеня і фронту хвилі прориву у відповідний створ річки;

• максимальною глибиною затоплення ділянки місцевості;

• тривалістю затоплення території;

• масштабами зони затоплення.

Час, протягом якого затоплені території можуть знаходитися під водою, коливається від 4 годин до декількох діб. Параметри зони затоплення залежать від розмірів водосховища, тиску води і інших характеристик конкретного гідровузла, а також від гідрологічних і топографічних особливостей місцевості.

Основні уражаючі фактори катастрофічного затоплення – руйнівна хвиля прориву, водяний потік і спокійні води, що заливають територію об'єкту.

Зона катастрофічного затоплення визначається наперед на стадії проектування гідротехнічних споруд. У межах цієї зони виділяють ділянку можливого (вірогідного) надзвичайно небезпечного затоплення, тобто територію, через яку хвиля прориву проходить протягом однієї години після аварії. На цій території можливі найбільші втрати серед населення, сильні зруйнування об’єктів економіки і житлових споруд. Параметри хвилі прориву на даній ділянці приймаються такі: висота гребеня хвилі (рис. 2.2.1) – більше 4 м, а швидкість руху – понад 2,5 м/с. Для кожного водосховища (особливо обсягом 50 млн. м³ і більше), аварія на якому сприяє підйому води у нижньому б’єфі до висоти 1 м і більше, за результатами прогнозу розробляються атласи або карти затоплення і характеристики хвилі прориву.

Таким чином, основним небезпечним наслідком гідродинамічної аварії є утворення зони катастрофічного затоплення місцевості, уражаючий фактор – хвиля прориву. Навантаження на об’єкт і його елементи (будівлі, устаткування, мережі водо енергопостачання і т. п.) створюються дією хвилі прориву – гідро потоком води, критичними параметрами якого служать висота і швидкість руху. Можливі ступені зруйнування об’єктів залежно від висоти (h) і швидкості (u) руху хвилі прориву визначаються за допомогою табл. 2.2.5.

Виявлення та оцінка інженерної обстановки при гідродинамічній аварії здійснюється доступні для розуміння та застосування у навчальному процесі.за допомогою спеціальних методик. Розглянемо дві з них, як найбільш доступні у розумінні.

Таблиця 2.2.5

Параметри хвилі прориву, що характеризують ступінь зруйнування об'єктів

Об'єкт	Ступінь зруйнування
	низкий		середній			високий
	h, м	u, м/с		h, м	u, м/с		h, м	u, м/с
Будівлі цегляні − 4 і більше поверхів	2.5	1,5		4	2,5		6	3
Цегляні малоповерхові будинки (1-2 поверхи)	2	1		3	2		4	2,5
Промислові будівлі без каркасні і з легким металевим каркасом	3	1,5		6	3		7,5	4
Каркасні і панельні будинки	2	1,5		3,5	2		5	2,5
Промислові будівлі з важким металевим або залізобетонним каркасом	3	1,5		6	3		8	4
Бетонні і залізобетонні будівлі	4,5	1,5		9	3		12	4
Дерев'яні будинки (1-2 поверхи)	1	1		2,5	1,5		3,5	2
Збірні дерев'яні будинки	1	1		2,5	1,5		3	2
Мости металеві	0	0,5		1	2		2	3
Мости залізобетонні	0	0,5		1	2		2	3
Мости дерев'яні	0	0,5		1	1,5		1	2
Шляхопроводи з асфальтобетонним покриттям	1	1		2	1,5		4	3
Шляхопроводи з гравійним покриттям	0,5	0,5		1	1,5		2,5	2

Перша методика призначена для визначення параметрів хвилі прориву і характеристик зони затоплення при зруйнуванні греблі (дамби) водосховища.

Вихідні дані для виконання розрахунків:

• обсяг водосховища − W, м³;

• глибина води перед дамбою (глибина прорану) − H, м;

• довжина прорану або ділянки переливу води через гребінь дамби – В, м;

• середня швидкість руху хвилі прориву (попуску) − u, м/с;

• відстань від дамби (водоймища) до об'єкту, − R, км.

Порядок виконання розрахунків:

І. Визначення параметрів хвилі прориву на заданій відстані R від дамби (рис. 2.2.1).

1. Знаходять час підходу хвилі прориву на задану відстань R (до об'єкту):

, год

Значення u=5−7 м/с приймаються для зон катастрофічного і надзвичайно небезпечного затоплень; для ділянок можливого затоплення – u= 1,5−2,5 м/с.

2. Визначається висота хвилі прориву h на відстані R від дамби (греблі):

, м

де m – коефіцієнт, значення якого залежить від R − відстані до об'єкту (табл. 2.2.6).

3. Розраховується час спорожнення водосховища (водоймища) за допомогою формули:

, год.

де N – максимальні витрати води через 1 м довжини прорану (ділянки переливу води через гребінь дамби), м³/с·м − визначається за допомогою табл. 2.2.7.

Таблиця 2.2.6