15.7. Очаги поражения стихийных бедствий в гидросфере

Очагом поражения при наводнении называется территория, в пределах кото­рой произошли затопления местности, повреждения и разрушения зданий, со­оружений и других объектов, сопровождающиеся поражениями и гибелью лю­дей, животных и урожая, порчей сырья, топлива, удобрений, продуктов пита­ния.

Масштабы наводнений зависят от высоты и продолжительности стояния опасных уровней воды, площади затопления, времени затопления (весной, ле­том, осенью, зимой).

Я - треугольное русло; б - трапецеидальное русло

Рис. 15.5. Расчетная схема сечения реки

328

Схематически сечение русла реки можно представить либо треугольным либо трапецеидальным, как изображено на рис. 15.5 [24].

Исходные данные для определения очага поражения при наводнении: ши­рина реки до паводка b0 (м); ширина дна реки а0 (м); глубина реки до паводка h0 (м); скорость течения реки у# (м/с); интенсивность дождя J (мм/ч); площадь вы-падения осадков F (км2 ); высота места h_м (м); глубина затопления h3, (м); пара­метр профиля реки М = 1,4 (трапеция), М = 2 (треугольник); расход воды до вы­падения осадков Q₀ (м³/с); а, /? - угол наклона береговой черты; tga = 2h0/b0-треугольное русло, tga =2h0/x0- трапецеидальное русло; х_о=фо~ а₀)/2.

Расход воды в реке до наступления наводнения (паводка) определяют по формуле (м³/с)

Qo=v₀So

(15.10)

где щ - скорость воды в реке до наступления паводка, м/с; S0 - площадь сечения русла реки до паводка, м²; S0 = 0,5boh_o - для треуголь­ного сечения, S0 = 0,5(а0+ b0)h0 - для трапецеидального сечения.

Подставляя в формулу (15.10) значение S0, получим расход воды в реке

(15.11)

Расход воды после выпадения осадков (таяния снега) и наступления поло­водья (паводка) рассчитывается по формуле (м³/с)

Qmax = S'tW ИЛИ

(J'F)/3,6

(15.12)

где S - площадь поперечного сечения потока при паводке, м²; максимальная скорость потока, м/с;

(^15ЛЗ)

где J - интенсивность осадков (таяния снегов), мм/ч; F - площадь выпаде-ния осадков (таяния снега), км2 . Высота подъема воды в реке при прохождении паводка (м) определяется по формулам

- для треугольного русла

h =

-/V

- для трапецеидального русла

h =

2Q_maxl[bJ2ctga

0

3/8

Ictga

(15.15)

329

Максимальная скорость потока воды при прохождении паводка (м/с)

S

Qmax =

-ь—'lllclA.

Qmax

max

(15.16)

где Smax - площадь поперечного сечения потока при прохождении паводка, м/с, определяемая по формулам треугольного и трапецеидального сечения, в которые вместо h_oподставляется h, а вместо b_o - b.

Поражающее действие паводка определяется глубиной затопления h3 (м) и максимальной скоростью потока затопления Ьз (м/с), которые определяются по формулам

h₃= h-h_M (15.17)

v₃=v_mK-f

(15.18)

где f - параметр удаленности объекта от русла реки.

Параметр удаленности объекта от русла реки fопределяется по данным табл. 15.10 в зависимости от параметра М, характеризующего профиль русла реки: М=1,25 - для трапецеидального профиля; М= 1,5 - для овального; М = 2,0- для треугольного профиля и отношения h₃/h.

Таблица 15.10 - Значения параметра удаленности объекта от русла реки f

3/h	М=1,25	М = 1,5	М = 2,0
,1	,20	,23	,30
,2	,38	,43	,50
,4	,60	,64	,72
,6	,76	,84	,96
,8	,92	,05	,18
,0	,12	,20	,32

Ширина затапливаемой территории при прохождении паводка L_N (м) рас­считывается по формуле

h

(15.19)

sin a

где h - высота подъема воды в реке, м;

а - угол наклона береговой черты. Поражающее действие волны затопления оценивают по табл. 15.11.

ззо

Таблица 15.10 - Параметры волны затопления

Объект	Степень разрушения
	сильная		средняя		слабая
	, м/с	л м/с	, м/с	0, м/с	, м/с	л м/с
Здания: - кирпичные		,5
- каркасные	,5					1,5
Мосты: - деревянные				,5		0,5
- металлические						0,5
- железобетонные						0,5
Дороги: - с асфальто­вым покрытием				,5		1
- с гравийным покры­тием	,5			,5	,5	0,5
Пирс					,5	1
Плавучий док				,5		1,5
Плавучий кран				,5	,5	1,5

В отличие от волны прорыва, наводнение и паводок оказывают более про­должительное действие, усугубляющее первоначальное разрушающее воздей­ствие волны прорыва, как показано в табл. 15.12

Таблица 15.12 - Доля поврежденных объектов на затопленных площадях при крупных наводнениях, скорость потока затопления щ = 3...4М/C (%)

Объект	Часы
	1	2	3	4	24	48
Затопление подвалов	10	15	40	60	85	90
Нарушение дорожного движения	15	30	60	75	95	100
Разрушение уличных мостов		-	3,	6	30	45
Смыв деревянных мостов	-	7	70	90	100	100
Разрушение кирпичных зданий	-	-	10	40	50	60
Прекращение электропитания	75	90	95	100	100	100
Прекращение телефонной связи	75	85	100	100	100	100
Повреждение систем газо- и тепло­снабжения	-	-	7	10	30	70
Гибель урожая	-	-	-	-	3	8

Примечание. При щ = 1,5...2,5м/с приведенные в таблице значения надо умно­жить на 0,6; при «з = 4,5...5,5 м/с- на 1,4

При определенных скоростях водного потока разрушаются транспортные

331

пути, плотины и дамбы (табл. 15.13,15.14).

Таблица 15.13 - Условия разрушений транспортных сооружений в зависимости от глубины А и скорости водного потока v

Объект	Разрушения
	сильные			средние			слабые
	h, м	», м/с	h, м		», м/с	h, м		», м/с
Металлические мосты и путепроводы с пролетом 30... 100 м	2		1		2	0		0,5
То же, более 100 м	2	2,5	1		2	0		0,5
Железобетонные мосты	2	3	1		1,5	0		0,5
Деревянные мосты	1	2	1		1,5	0		0,5
Дороги с асфальтобетонным покры­тием	4		2		1,5	1		1
Дороги с гравийным покрытием	2,5	2	1		1,5	0,5		0,5
Промышленные объекты с легким каркасом	5	2,5	4		2	2		1
Промышленные объекты с ж/б каркасом	12	3	9		3	4		1,5
Кирпичные дома 1...2 этажа	4	2,5	3		2	2		1
Кирпичные дома 3 и более этажей	6	3	4		2,5	2,5		1,5
Деревянные дома	3,5	2	2,5		1,5	1		1
Сборные дома	3	2	2,5		1,5	1,5		1
Пирс	4	6	3		4	2,5		1
Мосты	1-2	1,5-2	0,5		1			-

Таблица 15.14 - Условия разрушения плотин и дамб при толщине слоя во­ды h и длительности перелива т

Объекты	h, м	т, ч
Плотины из местных материалов:
с защитным покрытием	4	3
с нормальным покрытием	2,5	2
Земляные дамбы:
с защитным покрытием	2	2
без покрытия	1,5	1

Пример 15.4. Определить последствия паводка, вызванного ливневыми до­ждями, для предприятия, расположенного на берегу реки. На территории пред­приятия имеются деревянные одноэтажные дома и трехэтажное администра­тивное здание. Интенсивность осадков J = 50 мм/ч, площадь выпадения осадков F = 150 км2 . Ширина реки b0 = 100 м, глубина h0 = 2,5 м, скорость течения реки v₀ = 1 м/с. Русло реки треугольное, угол наклона берегов а = (3 = 45°. Высота места h_м= 2 м.

Решение. Определим расход воды в реке до выпадения осадков по формуле (15.11)

332

Qo =V2 ho• b₀- v₀ = V?2,5-\00-l = 125 м3/с

Определим расход воды после выпадения осадков по формуле (15.12) max=Q0+ (JF)/3,6= 125 + (50-150)3,6 = 2208,3 м³/с

Определим высоту подъема воды при прохождении паводка по формуле

(15.14) для треугольного русла

h =

» 5/3

ЬгЛ

3/8

_-к=

2-2208,3-^2^ 100-1

3/8

-2,5 = 4,8м

Определим максимальную скорость потока в русле реки по формуле

(15.13)

9 =

max

_К

'

2,5 4

= 2,1м/с

Рассчитаем отношение h₃/h = (h - h_o)/h = (4,8 - 2)/4,8 = 0,6. По табл. 15.10 найдем значение параметра удаленности объекта от русла реки (для М=2) F= 0,96.

Определим максимальную скорость потока затопления по формуле (15.18)

= 2,1-0,96 = 2 м/с

Определим глубину затопления по формуле (15.17) h₃ = h-h_м = 4,8-2 = 2,8 м

Поражающее действие паводка определяем по табл. 15.13, принимая высо­ту воды 2,8 м и скорость потока 2 м/с.

Вывод. Сборные деревянные дома получат сильные разрушения, кирпич­ные здания - средние разрушения.

При землетрясениях и извержениях вулканов в океане, а также при под­водных ядерных взрывах возможны такие колебания воды, которые при подхо­де к мелководью образуют волны — цунами. Чем больше магнитуда М, тем больше высота цунами.

Скорость распространения волн-цунами рассчитывается по формуле (м/с)

(15.20)

где g — ускорение силы тяжести, м/с ;

ззз

Н0 — глубина океана в эпицентре землетрясения, м. Время подхода волны к побережью можно определить из выражения (ч)

t_n=R/v,

(15.21)

где R - расстояние до эпицентра землетрясения, км. Высота волны у побе­режья определяется по формуле

o

?

(15.22)

где h0 - высота волны в океане, м; Н0 - глубина океана в эпицентре, м; Н — глубина акватории у побережья, м.

Степени разрушения (сильная, средняя, слабая) в зависимости от высоты волны приведены в табл. 15.15.

Таблица 15.15 - Степени разрушения объектов от волн-цунами

Объект	Разрушения
	сильные	средние	слабые
Здания с ж/б каркасом	12	9	4,5
Цех промышленный	7,5	6	3
Кирпичные дома в 1-3 этажа	4		2
Кирпичные дома 4 и более этажей	6	4	2,5
Деревянные дома	3,5	2,5	1
Суда	5	4	2

Крупные суда при угрозе цунами выводят в море, маленькие - закрепляют на берегу, людей эвакуируют на возвышенные места, на расстояние более 3 км от берега.

Пример 15.5. В результате землетрясения в океане на глубине 6000м воз­можно формирование волны-цунами высотой 2 м. Расстояние до берега 9000 км. Глубина океана у побережья 20 м. Определить скорость, высоту и время прихода волны к побережью, а также степень разрушения кирпичных домов до 3 этажей.

Решение. Определяем скорость волны по формуле (15.20)

= Jg-H_o =-79,8-6000 = 242м / с

Определяем время прихода волны к побережью по формуле (15.21)

334

t_n=R/v = 9000000/242 = 10 ч Определяем высоту волны у побережья по формуле (15.22)

o

Результат воздействия волны высотой 8,3 м на объекты определим по табл. 15.15.

Вывод. Дома будут иметь сильные разрушения.

Задачи

109. Магнитуда в эпицентре землетрясения равна 6 баллам. Рассчитать энер­гию и интенсивность землетрясения на расстоянии 50 км. Определить мини­мальный предел устойчивости и характер разрушения одноэтажных деревян­ных и многоэтажных кирпичных зданий при природном землетрясении.

110. Рассчитать избыточное давление ударной волны при взрыве емкости суглеводородным готом 500 км определить соответствующий балл интенсивно­сти землетрясения и оценить характер разрушения объекта, на котором имеют­ся одноэтажные кирпичные производственные здания и многоэтажное админи­стративное здание. Расстояние от объекта до эпицентра 200 м.

111. Оценить обстановку и степень разрушения малоэтажных кирпичных зда­ний на расстоянии 70 км от эпицентра землетрясения интенсивностью 7 баллов.Рассчитать время прихода продольных и поверхностных сейсмических волн.Глубина гипоцентра 30 км. Дома построены на насыпном грунте (осадочныхпородах).

112. Определить расстояние, на котором в населенном пункте, состоящем изодноэтажных кирпичных домов, произойдут разрушения не выше слабых. Ин­тенсивность в эпицентре 10 баллов.

113. В регионе с плотной жилой застройкой, состоящей из многоэтажныхкирпичных домов (3...5 этажей) и деревянных одноэтажных домов, ожидаетсяураганный ветер с максимальной скоростью 35 м/с. Общее количество людей,находящихся в зданиях, 800 человек. Оценить последствия урагана для региона.

114. Произошло землетрясение в океане на глубине 5000м, которое вызваловолну-цунами высотой 1,5 м. Расстояние от эпицентра до берега 5000км, глу­бина океана у побережья 25 м. Рассчитать скорость прихода, высоту и времяприхода волны-цунами к побережью. Оценить последствия ее воздействия напромышленное предприятие, на котором имеется административное кирпичноездание малой этажности, складские деревянные помещения и промышленныецеха.

335