Устойчивость функционирования объектов экономики в чрезвычайных ситуациях. Практикум

Практическое занятие 6

ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОБЪЕКТА ЭКОНОМИКИ ПРИ НАВОДНЕНИИ

Цель работы

Ознакомление с методикой расчета опасных факторов наводнения. В соответствии с индивидуальным заданием и вариантом исходных данных определить последствия наводнения и степень устойчивости объекта к наводнению.

Общие сведения

Наводнение – это затопление водой прилегающей к реке, озеру или водохранилищу местности, которое причиняет материальный ущерб, наносит урон здоровью населения или приводит к гибели людей.

Многочисленные реки, протекающие по обширной территории нашей страны, отличаются друг от друга различными условиями формирования стока воды. Сток воды – это количество воды, протекающей через замыкающий створ реки за какой-либо интервал времени.

По условиям формирования стока и, следовательно, по условиям возникновения наводнений, реки России подразделяются на четыре типа.

1-й тип – реки с максимальным стоком, вызываемым таянием снега на равнинах. Для таких рек причиной наводнений является сезонное (весеннее) таяние снежного покрова. К этому типу относится большинство рек Европейской части России и Западной Сибири.

2-й тип – реки с максимальным стоком, возникающим при таянии горных снегов и ледников. Причиной наводнений для таких рек является интенсивное таяние ледников и снежного покрова, расположенных высоко в горах, которое может наблюдаться несколько раз в течение года (в зависимости от погодных условий). К этому типу относятся реки Северного Кавказа.

3-й тип – реки с максимальным стоком, обусловленным выпадением интенсивных дождей. Для рек такого типа, так же как и для 2-го типа, характерно наличие нескольких пиков стока воды в течение года. К этому типу относятся реки Дальнего Востока и Сибири.

4-й тип – реки с максимальными стоками, образующимися от совместного влияния снеготаяния и выпадения осадков. Режимы этих

61

рек характеризуются весенним половодьем от таяния снегов, повышением летнего и зимнего стока за счет обильного грунтового питания, а также значительными осенними осадками. Наличие рек такого типа характерно для северо-западных районов России и некоторых районов Кавказа.

Особенно опасные наводнения наблюдаются на реках дождевого и ледникового питания или при сочетании этих двух факторов.

К факторам, способствующим увеличению уровня максимального расхода воды, для случая весеннего половодья, относятся следующие:

––запас воды в снежном покрове перед началом весеннего таяния;

––атмосферные осадки в период снеготаяния и половодья;

––осенне-зимнее увлажнение почвы к началу весеннего снегота-

яния;

––глубина промерзания почвы к началу снеготаяния;

––ледяная корка на почве;

––интенсивность снеготаяния;

––сочетание волн половодья крупных притоков бассейна. Озерность, заболоченность и лесистость бассейна, наоборот, спо-

собствуют уменьшению максимального расхода.

При определении основных характеристик половодий на горных реках, кроме вышеперечисленных факторов, необходимо также учитывать вертикальную зональность климата, среднюю высоту водосбора, величину уклонов рек.

При прогнозировании последствий наводнений схематически русло реки можно представить либо треугольным сечением (рис. 6.1, а), либо сечением трапецеидального вида (рис. 6.1, б).

Расход воды в реке до наступления наводнения (паводка) Q0, м3/с, определяется по формуле

где υ0 – скорость воды в реке до наступления паводка, м/с; S0 – площадь сечения русла реки до паводка, м2.

Площадь сечения русла реки до паводка S0, м2, определяется по формулам:

–– для треугольного сечения

62

–– для трапецеидального сечения русла реки

где m, n – углы наклона берегов реки, град; в случае когда сечение русла реки имеет форму равнобедренной трапеции,

ctg m = ctg n = (b0 −a0 ). 2 h0

Максимальная скорость потока воды при прохождении паводка

υmax, м/с,

где Smax – площадь поперечного сечения потока при прохождении паводка, м2.

Площадь поперечного сечения потока при прохождении паводка Smax, м2, определяется по формулам:

–– для треугольного сечения

где b – ширина реки во время наводнения, м, b =b0 + 2 h ctg m ; h – высота подъема воды в реке при прохождении паводка, м.

В случае если сечение русла реки имеет форму равнобедренной

2 h0

Поражающее действие паводка определяется глубиной затопления hз, м:

64

где hм – высота месторасположения объектов (города, завода и т.п.), м, и максимальной скоростью потока затопления υ3, м/с:

где f – параметр, характеризующий удаленность объекта от русла реки, определяемый по табл. 6.1 в зависимости от сечения русла реки и отношения глубины затопления hз, м, к высоте подъема воды в реке при прохождении паводка h, м.

Продолжительность затопления территории объекта экономики t, м, можно определить по формуле

τ = R , (6.12)

υз

где R – расстояние от реки до объекта, м.

Поражающее действие волны затопления паводка аналогично поражающему действию волны прорыва (см. практическое занятие 4) и может быть оценено по табл. 6.2.

Таблица 6.2

Зависимость степени разрушения объекта экономики от параметров волны затопления

65

Продолжение табл. 6.2

66

Окончание табл. 6.2

В отличие от волны прорыва наводнение и паводок оказывают более продолжительное действие, усугубляющее первоначальное разрушающее воздействие напорной волны (табл. 6.3).

Таблица 6.3

Поврежденность объектов, %, на затопленных площадях при крупных наводнениях (υз = 3…4 м/с)

Примечание. При υз = 1,5…2,5 м/с приведенные в таблице значения необходимо увеличить в 0,6 раз; при υз = 4,5…5,5 м/с – увеличить в 1,4 раза.

67

Задача 6.1

Врезультате наводнения, вызванного таянием снега в пойме реки, произошло подтопление машиностроительного завода, расположен-

ного на берегу реки. Ширина реки b0, м, глубина h0, м, площадь поймы реки F, км2, скорость течения υ0, м/с. Русло реки в сечении имеет форму равнобедренной трапеции или равнобедренного треугольника

сшириной дна a0, м. Интенсивность таяния снега – J, мм/ч, высота месторасположения завода – hм, м.

Всоответствии с исходными данными, представленными в табл. 6.4 и табл. 1, определить следующие параметры.

1. Продолжительность затопления территории объекта экономики t, ч, и долю поврежденных объектов на затопленной территории;

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

3. Степень устойчивости цеха.

Алгоритм расчета

1. Установить продолжительность затопления территории объекта экономики t, ч, и долю поврежденных объектов на затопленной территории.

1.1.Определить площадь сечения русла реки до паводка S0, м2, по формуле (6.2) или (6.3) в зависимости от его формы (треугольная или трапецеидальная).

1.2.По формуле (6.1) определить расход воды в реке до наступления наводнения (паводка) Q0, м3/с.

1.3.Расход воды после таяния снега и наступления половодья

Qmax, м3/с, найти по формуле (6.4).

1.4. Определить высоту подъема воды в реке при прохождении наводнения (паводка) h, м, по формуле (6.5) или (6.6), в зависимости от формы сечения русла реки.

1.5. Максимальную скорость потока воды при прохождении паводка υmax, м/с, рассчитать по формуле (6.7), предварительно определив площадь поперечного сечения потока при прохождении паводка

Smax, м2, по формуле (6.8) или (6.9).

1.6. По формуле (6.10) определить глубину затопления hз, м.

1.7. Рассчитать по формуле (6.11) максимальную скорость потока затопления υз, м/с, при этом параметр f определить методом интерполяции по табл. 6.1 в зависимости от сечения русла реки и отношения

69

глубины затопления hз, м, к высоте подъема воды в реке при прохождении паводка h, м.

1.8.С помощью генерального плана машиностроительного завода (см. рис. 1) установить расстояние от берега реки до центра заданного цеха R, м.

1.9.По формуле (6.12) рассчитать время затопления территории объекта экономики t, ч.

1.10.С учетом скорости затопления υз, м/с, и времени затопления t, ч, по табл. 6.3 определить долю поврежденных объектов, %, на затопленных площадях. Для промежуточных значений времени затопления использовать метод интерполяции.

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

по табл. 6.2, учитывая глубину hз, м, и скорость затопления υз, м/с. 3. Определить степень устойчивости цеха.

3.1.По установленной степени разрушения заданного цеха выбрать

по табл. 1.2 (см. практическое занятие 1) значения избыточного давления 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 (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.

70