Устойчивость функционирования объектов экономики в чрезвычайных ситуациях. Практикум

Практическое занятие 4

ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОБЪЕКТА ЭКОНОМИКИ ПРИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ АВАРИИ

Цель работы

Ознакомление с методами оценки устойчивости объекта экономики в ЧС и методикой расчета опасных факторов гидродинамических аварий. В соответствии с индивидуальным заданием и вариантом исходных данных найти степень устойчивости заданного цеха.

Общие сведения

Гидродинамическая авария – авария на гидротехническом сооружении (ГТС), связанная с распространением с большой скоростью воды и создающая угрозу возникновения техногенной ЧС.

Гидродинамическими опасными объектами (ГОО) называют соо-

ружения или естественные образования, создающие разницу уровней воды до (верхний бьеф) и после (нижний бьеф) них. К ним относятся гидротехнические сооружения напорного типа: плотины, запруды, дамбы, водоприемники и водозаборные сооружения, напорные бассейны и уравнительные резервуары, гидроузлы, малые гидроэлектростанции и сооружения.

При прорыве плотины в ней образуется проран (узкий проток в теле плотины), от размеров которого зависят объем и скорость падения вод верхнего бьефа в нижний бьеф гидродинамического опасного объекта и параметры волны прорыва.

Основными поражающими факторами катастрофического затопления являются волна прорыва, характеризующаяся высотой гребня волны и скоростью ее движения, и длительность затопления.

Схематично продольный разрез такой сформировавшейся волны показан на рис. 4.1.

Параметры волны прорыва зависят от гидрологических и топографических условий реки и характеризуются на расстоянии L, км, от ГТС высотой гребня h, м, и скоростью υ, м/с, определяемыми по формулам:

43

где Ah, Bh, Aυ, Bυ – коэффициенты, зависящие от высоты уровня воды в верхнем бьефе плотины (уровня воды в водохранилище) Н0, м, гидравлического уклона реки i (превышение в метрах высоты уровня реки h0 на 1000 м длины) и относительной ширины прорана В, значения которых приведены в табл. 4.1.

Рис. 4.1. Схематический продольный разрез волны прорыва: h – высота гребня волны; h0 – высота уровня реки

44

Окончание табл. 4.1

Время прихода гребня tгр, ч, и фронта tф, ч, волны прорыва определяются по табл. 4.2 в зависимости от уровня воды в водохранилище Н0, м, уклона реки i и удаленности створа объекта от ГТС L, км.

Таблица 4.2

Время прихода гребня tгр, ч, и фронта tф, ч, волны прорыва

при разной высоте уровня воды в водохранилище

Продолжительность затопления территории объекта tзат, ч, определяется по формуле

где b – коэффициент, зависящий от высоты плотины (уровня воды в водохранилище) Н0, м, гидравлического уклона реки i и удаленности створа объекта от ГТС L, км (табл. 4.3);

hм – высота месторасположения объекта, м. h – высота гребня, м.

Таблица 4.3

Значения коэффициента b

45

Примечание. L – удаленность створа объекта от ГТС, м.

В зависимости от скорости движения волны υ, м/с, и глубины затопления hз, м, степень разрушения зданий и сооружений будет различной (табл. 4.4).

Глубина затопления рассчитывается по формуле

Значения параметров волны прорыва, приводящие к разрушениям объектов

46

Окончание табл. 4.4

Сопоставляя степень разрушения по табл. 4.4 и данные табл. 1.2 (см. практическое занятие 1), можно найти значение избыточного давления во фронте условной ударной волны, соответствующего степени разрушения объекта экономики.

Оценка ожидаемого состояния зданий и технологического оборудования проводится с использованием приведенных показателей устойчивости в соответствии с методикой, изложенной в практическом занятии 1 (формулы (1.14) и (1.15), табл. 1.6 и рис. 1.2).

47

Задача 4.1

Врезультате непроизвольного подъема заслонки шлюза на гидроузле образовался проран с относительным размером В. На расстоянии L, км, вниз по течению реки расположен машиностроительный завод. Высота

уровня воды перед плотиной Н0, м, высота месторасположения завода hм, м, гидравлический уклон реки i, глубина реки в нижнем бьефе h0, м.

Всоответствии с исходными данными, приведенными в табл. 4.5, определить следующие параметры.

1. Степень разрушения заданного цеха, железнодорожного (металлического) и автомобильного (железобетонного) мостов.

2. Продолжительность затопления территории объекта экономики.

3. Степень устойчивости цеха.

Таблица 4.5

Варианты исходных данных к задаче 4.1

48

Алгоритм расчета

1. Установить степень разрушения заданного цеха, железнодорожного (металлического) и автомобильного (железобетонного) мостов.

1.1.Найти высоту гребня h, м, и скорость υ, м/с, волны прорыва по формулам (4.1) и (4.2) с использованием данных табл. 4.1.

1.2.Определить глубину затопления hз, м, по формуле (4.4).

1.3.Установить степень разрушения заданного цеха, железно-

дорожного (металлического) и автомобильного (железобетонного) мостов по табл. 4.4, используя дополнительно исходные данные

(табл. 1).

2.Установить продолжительность затопления территории объекта экономики.

2.1.Определить время прихода гребня tгр, ч, и фронта tф, ч, волны прорыва по табл. 4.2.

2.2.Рассчитать продолжительность затопления tзат, ч, по формуле (4.3), используя данные табл. 4.3.

3.Определить степень устойчивости цеха.

3.1.По установленной степени разрушения заданного цеха выбрать по табл. 1.2 (см. практическое занятие 1) значение избыточного давле-

ния во фронте условной ударной волны Рф, кПа, соответствующего степени разрушения объекта экономики (выбрать среднее значение из диапазона).

3.2.Рассчитать приведенные показатели устойчивости цеха и технологического оборудования внутри него по формулам (1.14) и (1.15), используя данные табл. 1.6. Значения давления, вызывающего сильные разрушения зданий и технологического оборудования, определять по табл. 1.2, выбирая среднее значение из диапазона (конвейер, краны и станки легкие приравнять к станочному оборудованию; а станки тяжелые, прессы гидравлические, котлы и машины тяжелые –

ккузнечно-прессовому оборудованию).

3.3.По рис. 1.2 установить вероятности разрушений основных производственных фондов.

4.Сделать вывод.

49

Практическое занятие 5

ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОБЪЕКТА ЭКОНОМИКИ ПРИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИИ

Цель работы

Ознакомление с методами оценки устойчивости объекта экономики в ЧС и с методикой расчета ущерба при землетрясениях. В соответствии с индивидуальным заданием и вариантом исходных данных найти критерий устойчивости заданного цеха.

Общие сведения

Землетрясение – это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней части мантии Земли и передающиеся на большие расстояния в виде упругих колебаний.

Около 20 % территории России находится в сейсмоопасных зонах.

ВXX в. здесь произошло более 40 разрушительных землетрясений. Основными характеристиками землетрясений являются магнитуда

иинтенсивность.

Магнитуда землетрясения является мерой общего количества энергии, излучаемой при сейсмическом толчке в форме упругих волн, в гипоцентре землетрясения, расположенном в очаге землетрясения на глубине до 730 км.

Интенсивность землетрясения – качественная характеристика степени разрушений и других проявлений на земной поверхности в конкретной точке на поверхности земли. Интенсивность в разных пунктах наблюдения различна, однако магнитуда у толчка только одна.

Сила землетрясения исчисляется в баллах, причем обычно применяют либо шкалу Рихтера, для которой используется магнитуда (1 ≤ M ≤ 9), либо международную шкалу MSK (или близкую к ней шкалу Меркалли), для которой применяется интенсивность землетрясения (1 ≤ J ≤ 12).

Интенсивность землетрясения J(R), баллы, определяется по следующей формуле [6]:

где М – магнитуда землетрясения;

R – расстояние от эпицентра землетрясения, км; h – глубина гипоцентра землетрясения, км.

50