Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Безопасность жизнедеятельности в условиях чрезвычайных ситуаций. Теория и практика. Учебное пособие.pdf
Время прихода гребня (τгр) и фронта (τф) волны прорыва
L,
Н0 = 20
Н0 = 40
Н0= 80
i = 10-4
i = 10-3
i = 10-4
i = 10-3
i = 10-4
i = 10-3
τф
τгр
τф
τгр
τф
τгр
τф
τгр
τф
τгр
τф
τгр 5 0,2
1,8
0,2
1,2
0,1 2 0,1
1,2
0,1
0,2
0,1
0,2
10
0,5 4 0,6
2,4
0,3 3 0,3 2 0,2
1,7
0,1
0,4
20
1,6 7 2 5 1,0 6 1 4 0,5 3 0,4 1 40 5 14 4 10 3 10 2 7
1,2 5 1 2 80
13
30
11
21 8 21 6 14 3 9 3 4
Н0
Отношение уровня воды верхнего бьефа плотины
Н0 (м) к средней глубине реки в нижнем бьефе h0 (м)
Н0/h0 = 10
Н0/h0 = 20
0,05
15,5
18,0
0,1
14,0
16,0
0,2
12,5
14,0
0,4
11,0
12,0
0,8
9,5
10,8
1,6
8,3
9,9
определяются по табл. 4.10 в зависимости от Н
, i и удаленности L
0
створа объекта от ГТС.
Таблица 4.10
Время прихода гребня (τ
км
) и фронта (τф) волны прорыва
гр
Продолжительность затопления территории объекта τ
зат
определяется по формуле
τ
= β·(τ
зат
- τф)·(1 - hм/ hгр), ч, (44)
гр
где β – коэффициент, зависящий от уровня воды верхнего бьефа
плотины Н
(табл. 4.11); h
, гидравлического уклона реки i и расстояния до объекта L
0
– высота местоположения объекта.
м
Таблица 4.11
Значения коэффициента β
i·L
В зависимости от скорости движения и глубины затопления
h
= hгр- hм.
3
81
Пример решения задачи
Задача. В результате аварийного разрушения части плотины
образовалась промоина с относительным размером В = 0,5. На
расстоянии L = 30 км вниз по течению реки расположен город. Высота
уровня воды перед плотиной Н
города h
нижнем бьефе h
= 3 м, гидравлический уклон реки i = 10-3, глубина реки в
м
= 4 м.
0
= 40 м, высота местоположения
0
Оценить степень разрушения зданий в городе, металлического и
железобетонного мостов.
Решение:
1. Находим высоту гребня h
и скорость волны прорыва v по
гр
формулам (42), (43), используя данные табл. 4.9.
h
= 124/(89+1)
гр
V
= 32/(44 + 1)
3
0,5
0,5
≈ 13 м,
≈ 4,8 м/с.
2. Определяем время прихода гребня волны прорыва (τ
гр
и фронта (τф) волны прорыва, интерполируя приведенные в табл. 4.10
данные для L= 30 км:
τ
= 5,5 ч; τф = 1,5 ч.
гр
3. Продолжительность затопления территории города τ
определяем по формуле (44), предварительно определив по табл. 4.11
для
i ·L/H
= 1· 10
0
-3
·30000/40 = 0,75 и H0/h0 = 10 значение β = 9,3:
зат
τ
= 9,3·(5,5 – 1,5) · (1 -3,0/13) ≈ 26 ч.
зат
4. Оцениваем степень разрушений в городе по табл. 4.7. При
скорости движения волны прорыва
h
, равной h3 = h
з
– hм = 13 – 3 = 10 м, в городе полностью будут
гр
V
= 4,8 м/с и глубине затопления
3
разрушены деревянные дома, сильно разрушены кирпичные
малоэтажные здания, получат средние разрушения кирпичные дома
средней этажности. Велика опасность сильного разрушения
железобетонного и металлического мостов. Шоссейные дороги с
асфальтовым и бетонным покрытием получат средние разрушения.
)
82
Задача для самостоятельного решения. В результате
Высота расположения
h
м
, м
1
Деревянные жилые дома
здания
1
40
60
3,0
10-3
4,0 2 0,25
20
20
2,0
10-4
3,0 3 0,5
30
40
4,0
10-3
5,0
4
Промышленные здания с
Автомобили
1
40
40
2,5
10-4
3,5 5 0,25
20
60
3,5
10-3
4,5 6 0,5
30
80
3,0
10-3
4,0
7
Портальные краны 5 т
здания
1
40
40
3,5
10-4
4,5 8 0,25
20
60
4,0
10-3
4,5
9
0,5
30
80
3,0
10-3
3,5
10
Деревянные жилые дома
подстанции
1
60
60
4,0
10-4
5,0
11
0,25
20
40
2,5
10-3
3,5
12
0,5
40
80
3,5
10-4
4,0
13
Металлические мосты
этажности
1
80
40
4,0
10-4
5,0
14
0,25
40
30
3,0
10-3
4,0
15
0,5
20
20
2,5
10-4
3,5
аварийного разрушения части плотины образовалась промоина с
относительным размером В. На расстоянии L вниз по течению реки
расположен город. Высота уровня воды перед плотиной Н
местоположения города h
реки в нижнем бьефе h
, гидравлический уклон реки i , глубина
м
.
0
, высота
0
Оценить степень разрушения в городе по таблице 4.7.
Таблица 4.12
Исходные данные для самостоятельного решения задач по оценке
последствий действия волны прорыва
Варианты
Тип строения
Кирпичные малоэтажные
металлическим каркасом
Трансформаторные
подстанции
Бетонные и ж/бетонные
Деревянные мосты
Трансформаторные
Кирпичные дома средней
, м
0
Промоина B
Расстояние, L км
Высота уровня воды
перед плотиной Н
Гидравлический
населенного пункта
,м
0
уклон реки i
Глубина реки в
нижнем бьефе h
83
4.4. Прогнозирование и оценка обстановки при селях
Сель - это стремительный поток большой разрушительной
силы, состоящий из смеси воды и рыхлообломочных пород, внезапно
возникающий в бассейнах небольших горных рек в результате
интенсивных дождей или бурного таяния снега [11]. Площадь
селеопасных территорий составляет около 8% от общей площади
страны. В горах умеренного климатического пояса преимущественно
проявляются дождевые сели, на севере, в пределах субарктического и
арктического поясов - снеговые сели (водоснежные потоки). Наиболее
активно селевые процессы развиваются в высокогорьях Северного
Кавказа, в горах Байкальской рифтовой зоны и в районах
современного вулканизма на Камчатке, Курилах и Сахалине.
Сели представляют собой внезапные горные потоки, обильно
насыщенные твердым материалом, возникающие во время ливневых
дождей, при интенсивном таянии снега, а также при прорыве запруд и
плотин в долинах рек, где имеются большие запасы
рыхлообломочного материала. Для формирования селевых потоков
необходимо наличие: рыхлых или слабосвязных горных пород в
руслах водотоков; воды в количестве и со скоростью движения,
достаточных для вовлечения этих пород в движение с образованием
повышенной концентрации наносов.
Твердая составляющая по своему гранулометрическому
составу может быть очень неоднородна - от мельчайших глинистых
частиц до крупных глыб объемом до 2 м
3
и более.
Речные бассейны, в которых наблюдается прохождение
селевых потоков, называются селевыми. В селевом бассейне
различают три основные зоны: зона формирования селей; зона
транзита селей; зона затухания селей (конусы выноса).
Зона формирования селей – часть бассейна, где находятся
очаги их зарождения. Она, как правило, занимает верхнюю часть
бассейна. В ней происходит зарождение и формирование селевого
потока. В очаге зарождения поток приобретает все особенности,
присущие селю. В зоне формирования продолжаются дальнейшие
изменения насыщенности селевого потока твердой составляющей, его
гранулометрического состава, характера движения.
Транзитная зона – часть бассейна (русла), где происходит
движение уже сформировавшегося селевого потока без существенных
84
изменений в его составе и режиме. Однако на отдельных участках
может происходить некоторая трансформация селевого потока за счет
дополнительного поступления воды и рыхлообломочного материала
из притоков или размыва берегов русла. Если селевой поток в
транзитной зоне претерпевает существенные изменения в своем
составе или режиме движения, то в ней выделяются участки
вторичного переформирования.
Зона затухания или разгрузки обычно представлена в виде
конусов выноса, где происходит отложение твердого материала
селевого потока. Эта зона может иметь и другие формы в зависимости
от рельефа либо отсутствовать совсем, если селевой поток
разгружается в крупный водоток.
Классификация по генетическим особенностям очагов
зарождения отражает наиболее общие закономерности формирования
селей. По гидрологическим особенностям формирования селей
выделены следующие основные группы очагов, связанные: со
скоплением рыхлообломочного материала в руслах временных и
малых водотоков; с подпруживанием рек; с деятельностью
современных ледников; с деятельностью вулканов.
Влияние рельефа на характер и интенсивность селевого
процесса может быть прямым и косвенным. Прямое влияние на
формирование селей оказывают уклоны русел рек, крутизна склонов,
морфология долин. Косвенное воздействие рельефа проявляется в
качестве одного из компонентов географической среды, в
значительной мере определяющего характер и пространственное
распределение поверхностных и подземных вод, растительного и
животного мира. Наличие леса на горных склонах резко снижает
селеопасность территории. Кустарниковый и травяной покров также
хорошо защищает горные склоны от эрозии.
Опасность селей – это угроза подверженности территории
воздействию селевых потоков. При характеристике селевой опасности
территории России приняты следующие основные показатели
(критерии): пораженность территории селями, характеризуемая
коэффициентом пораженности, представляющая собой отношение
площади селевых бассейнов к общей площади территории в
процентах; средний максимальный объем единовременных выносов
селей; скорость движения селевых потоков; повторяемость селей
(число случаев за 100 лет); разрушения, произведенные селевыми
85
потоками. По первым двум показателям оценка селевой опасности
Максимальный объем, тыс. м3 (балл)
более 500 (3)
от 50 до 500 (2)
менее 50 (1)
Более 25 (3)
6 5 4
5 - 25 (2)
5 4 3
Менее 5 (1)
4 3 2
Суточные максимумы
20 % обеспеченности
Минимальные суммы
осадков, мм/сут
Северный Кавказ
50-70
20
Предбайкалье и Забайкалье
40-70
40
Горы северо-востока
30-60
-
Приморье
74-130
-
Приамурье
60-80
30
Камчатка
40-90
-
Сахалин
40-100
60
Урал
30-40
20
территорий производится в баллах (табл. 4.13).
Таблица 4.13
Селевая опасность территории
Пораженность территории,
% (баллы)
Максимальное количество баллов (5-6) характеризует
чрезвычайно опасные территории; среднее количество баллов (4) -
опасные и умеренно опасные; минимальное количество баллов (2-3) -
незначительно опасные. Наиболее часто образуются сели дождевого
питания, основным условием формирования которых является
количество осадков, способных вызвать смыв продуктов разрушения
горных пород и вовлечь их в движение (табл. 4.14).
Таблица 4.14
Условия формирования дождевых селей
Районы России
ливневых осадков, мм, при
86
селеформирующих
Основные параметры селевых потоков приведены в табл. 4.15
Параметр
Значение
Плотность, кг/м3
(1,2-1,9) · 103
Вязкость, пуаз (Пз)
4-20
Скорость движения в транзитных условиях, м/с:
- для уклонов 10...27°
2,5-7,5
- максимально возможная
14-16
Предельная крутизна прекращения
движения,град
Высота селевого потока, м:
- катастрофического
До 10
- мощного
3-5
- среднего
2,5
- маломощного
1,5
Продолжительность, ч
0,5-70
Ширина потока на транзитных участках, м
5-70
Расход, м3/с
30-800
Повторяемость, лет
15-20
Размер крупных включений, м
3-4
Масса включений, т
200-300
Основные параметры селевых потоков
Таблица 4.15
2-5
Последствия воздействия селевого потока на различные
объекты зависят от его основных параметров, к которым относятся:
расход Q
дальность продвижения L
, м3/с; объем Wc, м3; скорость селевого потока Vс, м/с;
с
, м; размер включений, которые
c
определяют величину гидравлического давления селевого потока на
преграду ΔР, Па:
ΔР = ΔР
+ ΔР
ст
где ΔРст, Па, - среднее гидростатическое давление селевого потока на
преграду, определяемое по формуле
87
дин ,
(45)
ΔР
= 0,5· g·ρс·h
ст
с,
(46)
где ρ
- средняя плотность селевого потока, кг/м3; hс - глубина
с
селевого потока, м.
Гидродинамическое давление селевого потока на здания и
сооружения:
ΔP
= 0,5·С·ρс·V
дин
2
с
(47)
где С - коэффициент взаимодействия селевого потока с преградой
(в зависимости от угла встречи потока с преградой β можно принять С
= (sinβ)
2
); Vc - скорость движения селевого потока, определяемая по
эмпирической формуле
V
= 11,4· h
c
1/2
· (v0· sin α)
с
1/3
(48)
где v0 - относительная гидравлическая крупность вовлекаемых в поток
материалов (0,7 < v
град; h
- средняя глубина потока, м.
с
Для ориентировочной оценки величины h
= 1 ÷ 1,5 м для маломощного потока, hc = 2 ÷ 3 м для средне-
h
c
мощного и h
= 3 ÷ 5 м для мощного селевого потока.
c
Суммарное давление селевого потока (ΔР·10
< 1,0); α - средний угол наклона селевого русла,
0
можно принять:
с
-5
, Па),
вызывающего разрушение объектов определенной степени,
представлено в табл. 4.16.
Расстояние продвижения селевого потока определяют в два
этапа. Сначала рассчитывают дальность продвижения селя в долине
реки L
:
1
L
= 12,1 ·Wc·i / (d·В), м, (49)
1
где W
– объем селя, м3; i – средний уклон долины (i = tg α); d –
c
средний диаметр анкирующих обломков, принимаемый равным
0,5 ÷ 0,8 – для селевых врезов, 0,3 ÷ 0,4 – для рытвин и 0 ÷ 0,2 – для
очагов рассредоточенного селеобразования; В – среднее расстояние
между селевыми береговыми валами, м.
На втором этапе рассчитывают дальность продвижения
селевого потока на конусе выноса L
(м) при условии, что L1> LD:
2
88
____________________
Объекты
Полное
разрушение
Сильное
разрушение
Среднее
разрушение
Слабое
разрушение
Здания со стальными и
каркасами
Кирпичные здания,
элементов, малоэтажные
0,30-0,45
0,18-0,30
Здания ГЭС
железобетон)
Воздушные линии
связи
Кабельные подземные
линии связи
Мосты из металла и
до 50 м
Земляные плотины
15,0-20,0
12,0-15,0
10,0-12,0
3,0-10,0
Бетонные плотины
150
75,0-140,0
30,0-75,0
5,0-30,0
Наземные стальные
газгольдеры, резервуары
химпродуктов
0,60-0,68
0,45-0,60
0,30-0,45
0,23-0,30
L
= √36,6 · (Wc – d·В·LD)·ik/d , (50)
2
где i
- средний уклон конуса выноса; LD - расстояние от конца
k
селевого потока до вершины конуса выноса, м.
Таблица 4.16
Степень повреждения объектов при воздействии селевых потоков
(ΔР·10
-5
, Па)
железобетонными
бескаркасные, с
покрытием из
железобетонных
Деревянные здания
(монолитный
телефонно-телеграфной
железобетона пролетом
для хранения нефте- и
0,90-1,50 0,75-0,90 0,65-0,75 0,45-0,65
0,68-0,98 0,53-0,68 0,30-0,53 0,20-0,30
0,12-0,18 0,09-0,12
4,50-5,00 3,00-4,50 1,50-3,00 0,75-1,50
1,50-1,70 0,90-1,50 0,60-0,90 0,30-0,60
1,60-1,80 1,00-1,60 0,65-1,00 0,40-0,65
3,80-4,50 3,00-3,80 2,30-3,00 1,50-2,30
89
Суммарная дальность продвижения селевого потока
принимается
L
= L1, если L1 > L
c
или Lc= LD + L2, если L1 ˂ LD , м (51)
D
Объем селевого потока определяют по формуле
W
= (1 + 0,12· l·sin2 α)·W , м3 (52)
c
где l - длина селевого очага, м; α - уклон селевого очага, град;
W - объем водного паводка, определяемый по следующим формулам:
-для озера, подпруженного ледником,
W = 0,2·S·H
, (53)
пл
где S - площадь водной поверхности озера на уровне 80 % высоты
плотины, м
2
; Hпл - высота плотины (ледника), м;
-для дождевого паводка
W = 9,5· 10
2
·H1·λ·F , (54)
где H
обеспеченности, мм/сут, определяемый по данным ближайшей
метеостанции; F - площадь водосбора, км
- максимальный суточный слой осадков 1%-ной
1
2
; λ - коэффициент перехода
от слоев дождевого стока 1%-ной обеспеченности к слоям стока равен
λ =1 для всех регионов РФ [15].
Величина и интенсивность стока воды меняются по годам и
зависят как от длины и крутизны склона, так и от погодных условий.
Повторяемость какой-либо величины стока воды по годам,
выраженную в процентах, принято называть обеспеченностью стока.
Например, 10 % - ная обеспеченность означает, что такой сток может
наблюдаться один раз в 10 лет, а в остальные 9 лет величины стока
будут меньше; 50 % - ная обеспеченность означает, что принятая
величина стока в пяти случаях из десяти будет больше, а в пяти –
меньше фактической. Чем больше величина стока, тем реже она
повторяется. Например, величина стока 10 % - ной обеспеченности
будет значительно больше величины 50 % - ной обеспеченности.
90