А. При неработающем водосбросе нижележащего водоёма с плотиной.

Приращение глубины (D h, м) в нижележащем водоеме над его уровнем воды устанавливается по зависимости

где W_нач – объем в вышележащем водоеме в момент начала аварии, м³;

w _{нач, 2} – площадь нижележащего водоема в момент начала аварии, м²;

w _{кон, 2} – площадь нижележащего водоема при увеличении его глубины на величину D h, м².

В этом случае расчет также проводится методом последовательных приближений.

При отсутствии сведений о зависимости объема нижележащего водоема от уровня его верхнего бьефа вместо средней площади w _{ср, 2} необходимо подставлять в формулу (3.44) площадь водоема w _{нач, 2} в момент начала аварии. Тогда приращение глубины в нижележащем водоёме составит

Для расчетных случаев 2 – 5 причастично или полностью работающем водосбросе, работа последнего на сброс избыточных объёмов воды из водоёма при аварии с прорывом напорного фронта вышележащего гидроузла приводит к снижению величины повышения уровня воды в водоёме нижележащей плотины. В определённых случаях, когда расчёт повышения уровня в водоёме по вышеприведённым зависимостям указывает на перелив через гребень, это может привести к тому, что перелива через гребень не будет. Поэтому учёт работы водосброса нижележащей плотины при нахождении повышения уровня воды в её водоёме является обязательным. При этом необходимо знать достаточно точные реальные параметры, как водосброса, так и самого водоёма (из проектных материалов, замеров при проведении натурных обследований, соответствующих гидравлических и гидрологических расчётов).

Если для расчётных случаев 2 – 5 приращение глубины D h будет не больше фактического превышения гребня нижележащей плотины в створе с минимальной его отметкой, то перелива через гребень не произойдет.

В противном случае, т.е. при переливе через гребень, производится расчет зоны затопления в нижнем бьефе нижележащей плотины путем определения максимальной глубины затопления в расчетных створах по формуле (3.38) с учетом суммарного объема излива двух водоемов при начальной глубине в водоеме этой нижележащей плотины, соответствующей гребню плотины.

Б. При частично или полностью работающем водосбросе нижележащего водоёма с плотиной.

В зависимости от конструктивной схемы водосброса (см. п. 1.1 и приложение Б) возможны следующие расчетные случаи:

Б.1. Трубчатый водосброс с нерегулируемым шахтно-башенным или ковшовым оголовком с известной длиной периметра водосливного порога (с переливом по всему периметру с четырех сторон, с трех сторон, с двух сторон, с фронтальной водосливной стенкой). При расчете расхода, пропускаемого водосбросом, необходимо учитывать возможность занапоривания этого типа водосброса и резкое сокращение прироста пропускаемого расхода при повышении уровня воды в водоеме.

Б.2. Трубчатый нерегулируемый безбашенный водосброс, как из прямоугольных, так и круглых труб, устраиваемый часто в пригребневой зоне плотины с отметкой дна входного оголовка трубы или труб на отметке НПУ. При расчете расхода, пропускаемого водосбросом, необходимо также учитывать возможность занапоривания водосброса.

Б.3. Нерегулируемый поверхностный водосброс (открытый береговой или в теле плотины). К этому расчетному случаю может быть отнесен и безбашенный водосброс из труб большого прямоугольного поперечного сечения, уложенных в пригребневой зоне плотины, а также обводные каналы без трубопереездов. Следует отметить, что при наличии в составе такого типа водосбросного сооружения вероятность полного прекращения его работы очень мала, поэтому сценарий со случаем неработоспособного состояния водосброса можно не рассматривать.

Общий принцип расчета повышения уровня в нижележащем водоеме при любом типе указанных выше водосбросов следующий.

1. По формуле А.М. Прудовского устанавливается время развития прорана (Т, час) [44]:

,

(3.47)

где W_из – объем излива воды из вышерасположенного водоема, м³;

Н – высота слоя излива, м,

При этом ширина прорана поверху (В, м) определяется по зависимости:

где коэффициент k₀ = 1 при образовании прорана за счёт перелива через гребень плотины.

2. Строится график зависимости пропускной способности водосброса от уровня воды в верхнем бьефе.

На рисунке 3.15 показан пример такого графика для трубчатого нерегулируемого шахтно-башенного водосброса (см. схему ГТС в приложении Б1 в верхней строке таблицы).

Рисунок 3.15. График зависимости пропускной способности трубчатого нерегулируемого шахтно-башенного водосброса: синей линией показана пропускная способность водосброса при отсутствии подтопления со стороны отводящего тракта; красной линией – пропускная способность при занапоривании водосброса; красная точка на графике соответствует пропускной способности водосброса при ФПУ в верхнем бьефе.

3. Определяется объем (D W, м³), аккумулированный в нижележащем водоеме над его уровнем воды, по зависимости:

где W_изл – объем излива из вышерасположенного водоема, м³;

W_сбр – объем воды, сброшенный через водосброс.

При наличии соответствующих гидрологических данных к объему излива добавляется расход притока водотока и расход боковой приточности на участке между выше и нижележащем водоемами.

Объем воды, сброшенный через водосброс, устанавливается по определенному по формуле (3.47) времени развития прорана Т и среднему расходу водосброса Q_cp:

4. Устанавливается приращение глубины (D h, м) в нижележащем водоеме над его уровнем воды (повышение уровня в водоёме) по зависимости:

Для уточнения значения приращения уровня в водоеме расчет может проводиться по интервалам времени.

5. Если полученное значение приращения глубины D h будет не больше фактического превышения гребня нижележащей плотины в месте с минимальной его отметкой, то перелива через гребень не произойдет. В ином случае производится расчет зоны затопления в нижнем бьефе нижележащей плотины путем определения максимальной глубины затопления в расчетных створах по формуле (3.38) с учетом суммарного объема излива двух водоемов при начальной глубине в водоеме этой нижележащей плотины, соответствующей гребню плотины.

Более точные расчеты должны проводиться с учетом гидрографа расхода, проходящего через проран по интервалам времени.

Поскольку прямое решение по определению приращения уровня в нижележащем водоеме, изложенного выше в пп. 1 – 4, в виду большого количества взаимозависимых параметров отсутствует, то поэтому необходимо использовать метод последовательных приближений. Для реализации этого метода наиболее простым способом является применение электронных таблиц, разработанных к.т.н. Волковым В.И. на кафедре гидротехнических сооружений.

Порядок расчета реализован в редакторе электронных таблиц Excel с применением встроенных опций, в частности опции "Подбор параметра", которая позволяет осуществлять подбор искомого параметра с наперед заданной точностью методом последовательных приближений, т.е. решить проблему определения величины повышения уровня в водоеме при работающем водосбросе, пропускная способность которого зависит от уровня в верхнем бьефе водоема, а аккумулированный в водоеме объем воды зависит в свою очередь, кроме объема воды, сброшенной водосбросом, и от уровня верхнего бьефа и от топографических характеристик территории выше уровня воды в нижележащем водоеме на момент начала аварии. Сам процесс счета после ввода необходимых исходных данных занимает практически доли секунды.

С параметрами паводковой волны связаны основные составляющие ущербов [61]. Степень разрушения зданий и сооружений в первую очередь определяется максимальной удельной (на единицу ширины) энергией потока. При определении сельскохозяйственных и экологических ущербов существенными могут оказаться глубина и время затопления территории. При оценке возможных людских потерь важным фактором (кроме перечисленных) является время добегания волны прорыва до того или иного населенного пункта.

В общем случае для определения вероятного вреда в результате прохождения волны прорыва предварительно должны быть рассчитаны следующие параметры [61]:

- степень возможных разрушений (в баллах);

- границы зоны аварийного затопления;

- максимальные значения глубины и скорости потока в зоне катастрофического затопления, в том числе при наличии ледового покрова;

- время от начала аварии до прихода в данную точку местности прорывной волны (время добегания);

- продолжительность затопления;

- гидрографы излива и график падения уровня ВБ;

- воздействие плавающего льда на объекты в НБ;

- вынос материалов из занесенного водохранилища и области отложений этих материалов в НБ.

Таким образом, точность прогнозирования вероятного вреда напрямую связана с точностью прогнозирования гидродинамических параметров волны прорыва, которая определяется:

- выбором сценариев разрушения ГТС;

- точностью расчета волны отлива (осушения) в ВБ;

- точностью расчета распространения волны прорыва в НБ.

Повысить достоверность и точность расчета вероятного вреда при проведении пространственного анализа данных позволяет использование ГИС–технологий. Например, в ОАО «НИИЭС» разработана инновационная программа расчета ущербов от паводков при прорывах напорных фронтов гидроузлов с использованием ГИС-технологий.

В курсовой работе определение размера вероятного вреда, который может быть причинён жизни, здоровью физических лиц, имуществу физических и юридических лиц в результате аварии ГТС, основывается на использовании данных о параметрах гидродинамической аварии и данных макроэкономического развития региона, в котором располагается рассматриваемое подпорное ГТС (на базе метода укрупненных показателей).

[1] Одним из обязательных приложений Декларации безопасности гидротехнических сооружений является Заключение территориального органа МЧС о готовности объекта к локализации и ликвидации чрезвычайной ситуации, которое не выдается при отсутствии на объекте Плана ликвидации аварии.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: