3. Визначення впливу природних небезпек на ое (ато)

3.1. Визначення параметрів хвилі прориву гтс та її вплив на ое.

Близько 45тис. великих (висотою більше 15м ) гребель, які зараз експлуатуються у світі, з яких 43тис. споруджені в ХХ столітті, у тому числі 37,5тис. з 1950р. є найкращою характеристикою греблебудування у забезпеченні стійкого розвитку людської цивілізації за 5000 років. Більше 8000 км³ річкового стоку, яке зрегульоване з їх допомогою, використовується для зрошування 270млн. га земель, вироблення майже 2460 млрд. кВт·ч (18,5% всієї, яку світ споживає) електроенергії, захисту від паводків, забезпечення потреб у технічної та питної воді, створення зон відпочинку та можливостей судноплавства на раніше недоступних ділянках річок.

Разом з тим, наявність гребель водосховищ, поряд з користю, створює різного роду ризики, які є вірогідні за своєю природою.

За останні 70 років відбулося більше тисячі аварій на великих гідротехнічних спорудах, в основному із – за руйнування підвалини греблі (40%), перевищення розрахункового витрачення водоскиду, тобто перелив води через гребінь греблі (23%), слабкість конструкцій (12%) і нерівномірні опади (10%).

Аварія на гідротехнічній споруді (ГТС), коли вода поширюється з великою швидкістю, що створює загрозу виникнення надзвичайної ситуації техногенного характеру – це гідродинамічна аварія.

Основними наслідками гідродинамічних аварій є:

• ушкодження і руйнування гідротехнічних споруд,

• руйнування споруд хвилею прориву;

• втрата міцності будівель і споруд.

• аварії на транспортних магістралях,

• ураження людей

• загибель тварин й врожаю сільськогосподарських культур;

• знищення і псування сировини, палива, продуктів харчування, кормів;

• тимчасова евакуація населення й перевезення матеріальних цінностей в незатоплені місця та др..

Зруйнування гребель та інших гідродинамічних небезпечних об'єктів може статися як від дії природних сил (землетруси, лавини, урагани, обвали, зсуви, переливання води через гребінь греблі внаслідок великих повеней) або втрати ними стійкості, конструктивних дефектах, порушенні правил техніки безпеки при експлуатації та інше.

На території України можливі катастрофічні затоплення при руйнуванні гребель, дамб, водопропускних споруд на 12 гідровузлах та 16 водосховищах річок Дніпро, Дністер, Сіверський Донець, Південний Буг. Площа затоплення може сягнути 8294 км². У зону затоплення потрапляють 536 населених пунктів та 470 промислових об’єктів. У зв’язку з цим аналіз катастрофічних руйнувань ряду гребель, їх наслідків, вивчення причин і закономірностей різних ризиків, їх облік та регулювання мають велике практичне значення.

Рис. 1. Схематичний подовжній перетин прориву ГТС

V_ХВ – швидкість руху хвоста хвилі, V_ГР – швидкість руху гребня хвилі, V_ФР – швидкість руху фронту хвилі, Н_Р – висота греблі_, h₀ – глибина річки, h – висота хвилі, h_r – глибина потоку, i – гідравлічний схил місцевості, F – ширина затоплення річкової долини, L – віддаленість створу об’єктів від ГТС.

Б’єф – частина ріки, каналу, водосховища або іншого водного об’єкту, який примикає до гідротехнічної споруди (греблі, шлюзу, ГЕС та ін.).

Розрізняють верхній б’єф (ВБ), який розташований вище за течією та нижній б’єф (НБ), який розташований з іншого боку (нижче за течією) гідротехнічної споруди. Верхнім б’єфом часто є водосховище.

Проран – вузький прохід (промоїна) у тілі (насипу) греблі, через який виходить вода та створює хвилю прориву. Від розмірів прорану залежить об'єм, швидкість падіння води і параметри хвилі прориву – головного вражаючого фактору аварії. Падіння води з ВБ до НБ, створює хвилю та різкий ріст об’єму води у місті падіння, що викликає швидкий підойм рівня води і затоплення місцевості, а також всього того що на й знаходиться (паводку).

Основними оціночними параметрами хвилі прориву є (рис. 1):

• максимальна у даному створі висота хвилі h і глибина потоку h_г, (дорівнює сумі висоти h та глибини річки до проходження по ній хвилі прориву h₀);

• швидкість руху фронту, гребня, хвоста хвилі V_фр, V_гр, V_хв і часу добігання V_фр, V_гр, V_хв характерних точок хвилі до різних створів в НБ;

• час повного затоплення t_п.зат

• тривалість затоплення території об’єкта t_зат

• найбільша ширина затоплення річкової долини F.

а) вихідні дані для розрахунків включають:

L – віддаленість створу об’єкта від ГТС, км.;

В – відносна величина, яка залежить від розміру прорану та греблі;

h₀ – глибина річки у нижньому б’єфі (НБ), м;

i – гідравлічний схил місцевості (і = 10^-3 відповідає перевищенню в 1м на L=1000 м);

h_m – висота міста об’єкта, який потрапляє в зону затоплення, м ;

H_р – висота греблі,м.

б) послідовність оцінки обстановки при проходженні хвилі прориву та затоплені може бути наступним:

1. Визначити гідравлічний схил і місцевості,відстань від об’єктів прогнозування до ГТС L, висоту греблі H_р з використанням топографічної карти місцевості.

2. Визначити час приходу фронту t_фр та гребеня t_гр хвилі прориву до об’єктів по таблиці 1.

3. Визначити час повного затоплення t_п.зат за формулою:

, (1)

4. Визначити висоту h, м, та швидкість V_фр, м/с, хвилі прориву по формулам:

, м (2)

, м/с (3)

де A_h, B_h, A_v, B_v – коефіцієнти, які залежать від H_p, i, В (таблиця 2)

5. Розрахувати тривалість затоплення території об’єкта за формулою:

, (4)

де β – коефіцієнт, який залежить від висоти греблі H_p, глибини річки у НБ h₀, гідравлічного схилу i та відстані до об’єкта L.

(5)

6. Визначити ступінь руйнування наземних та причальних споруд в залежності від глибини h_г та швидкості V_фр потоку (таблиця 3)

(6)

7. Визначити частку ушкоджених об’єктів на затоплених територіях (таблиця 4).

8. Визначити заходи по захисту людей, техніки та об’єктів у порядку черговості (додаток 3).