2. Прогнозирование поражающего действия волны прорыва и зон затопления

Прогнозирование поражающего действия волны прорыва плотины как искусственного, так и естественного происхождения осуществляется в целях определения возможного характера и масштаба последствий аварии. Результаты прогноза выявляют содержание и объем мероприятий защиты населения и объектов народного хозяйства от поражающего действия волны прорыва и последующего затопления местности.

1. Высота (h) и скорость (v) волны прорыва определяются по формуле:

, м; , м/с;

где: Ah, Bh, Av, Bv – коэффициенты аппроксимации, зависящие от высоты плотины (h_пл), гидравлического уклона водной поверхности (i) и размера ожидаемого прорыва (B);

L – удаление рассматриваемого створа плотины.

2. Средняя скорость потока воды (V_ср) определяется по формуле:

, м/c

где:- эквивалентный коэффициент шероховатости подстилающей поверхности по створу;

h_зат – максимальная высота затопления участка местности по створу (определяется по карте), м;

i – уклон поверхности воды (определяется по карте);

h_ср – высота затопления участка местности при его полном формировании (определяется по карте), м;

3. Время затопления территории (τ) рассчитывается по формуле:

, час

где: h_м – высота участка местности к уровню воды в межень, м.;

h – высота волны прорыва, м.;

t_гр – время прихода гребня волны прорыва в створ, час, (табл. 7)

t_фр - время прихода фронта волны прорыва в створ, час, (табл. 7)

β– гидротехнический коэффициент плотины, (табл. 5).

Таблица 5

Значения гидротехнического коэффициента β

iL/hпл	Высота плотины в долях от средней глубины реки в нижнем бьефе (hс)
	hпл=10hс	hпл=20hс
0,05	15,5	18
0,1	14,0	16
0,2	12,5	14

Продолжение табл. 5
0,4	11,0	12
0,8	9,5	10,8
1,6	8,3	9,9
3	9,9	9,6
5	7,6	9,3

Таблица 6

Коэффициенты аппроксимации Ah, Bh, Av, Bv

В	hпл, м	Значения коэффициентов при уклонах
		Ah	Bh	Av	Bv	Ah	Bh	Av	Bv	Ah	Bh	Av	Bv
1	20	100	90	9	7	70	50	13	10	40	18	16	21
	40	280	150	20	9	180	76	24	12	110	30	32	24
	80	720	286	39	12	480	140	52	16	300	60	62	29
	150	880	500	79	15	1240	234	100	21	780	106	116	34
	250	4000	830	144	19	2600	370	174	25	1600	168	208	40
0,5	20	128	204	11	11	92	104	13	23	56	51	18	38
	40	340	332	19	14	224	167	23	25	124	89	32	44
	80	844	588	34	17	544	293	43	31	320	166	61	52
	150	2140	1036	62	23	1280	514	79	38	940	299	113	62
	250	4520	1976	100	28	2600	830	130	46	1840	490	187	79
0,25	20	140	192	8	21	60	100	11	33	40	38	15	43
	40	220	388	13	21	192	176	21	36	108	74	30	50
	80	880	780	23	21	560	320	41	41	316	146	61	65
	150	2420	1456	41	20	1360	572	77	51	840	172	114	89
	250	4740	2420	67	16	2800	932	126	62	1688	452	191	116

Таблица 7

Время прихода гребня волны (t_гр) и фронта (t_фр) прорыва в рассматриваемый створ, час.

L, км	hпл=22 м				hпл=40 м				hпл=80 м
	tгр	tфр	tгр	tфр	tгр	tфр	tгр	tфр	tгр	tфр	tгр	tфр
5	0,2	1,8	0,2	1,2	0,1	2	0,1	1,2	0,1	1,1	0,1	0,2
10	0,6	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	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
150	33	62	27	43	18	40	15	23	7	17	6	9

Пример:

Требуется определить параметры волны прорыва в створе, расположенном на расстоянии L=5 км, от плотины: h – максимальную высоту волны прорыва, м; v – максимальную скорость потока, м/с; v_ср – среднюю скорость потока воды в рассматриваемой точке (створа), м/с; - время установившегося затопления или время прекращения прироста воды в расчетном створе(L=5 км), час.

Исходные данные: характеристика размеров прорана B=0,5 уклон водной поверхности ,глубина предполагаемого затопления h_зат=8 м; высота участка местности над уровнем воды в реке в межень h_м=2 м; высота плотины h_пл=80м; средняя высота затопления участка при его полном формировании h_ср=4м.

В ходе решения задачи определяются расчетные параметры t_гр, t_фр – время добегания волны прорыва; коэффициенты аппроксимации A_h, B_h, A_v, B_v; n – эквивалентный коэффициент шероховатости в створе.

Решение:

1. Находим высоту h и скорость v волны прорыва в створе плотины со стороны нижнего бьефа:

;

Определяем по таблице 6 коэффициенты аппроксимации для B=0,5; ;h_пл =80м: A_h=320; B_h=166; A_v=61; B_v=52, тогда

=4,45м; =0,858м/с

2. Среднюю скорость потока V_ср в расчетном створе определяем с учетом шероховатости подстилающей поверхности:

Тогда средняя скорость потока составит:

=1,36 м/c

3. Определяем время установившегося затопления , ч.

, ч,

где значение коэффициента β берется из таблицы 5. Для вхождения в табл. 5 значение параметра

Из табл. 5 ясно, что значение величины β для =80 м находится между 18,0 и 16,0. В нашем примере высота плотины в 4 раза превышает среднюю глубину реки в районе створа, т.е.. Интерполяция дает значение

Тогда:

Ответ: h=4.45 м; V=0.858м/c; V_ср=1,36м/с; =57,8мин.