I. Расчёт параметров затопления при прорыве гидросооружений.

Лабораторная работа №4

План проведения лабораторного занятия по теме:

«Прогнозирование возможных последствий при прорыве плотин (дамб)»

1. При подготовке к лабораторной работе изучить и осмыслить понятия: затопление, верхний (нижний) бьеф плотины, переход через водоток, водопропускные сооружения, волна попуска, створ русла реки, напор у плотины (максимальная разность отметок уровня воды в верхнем и нижнем бьефе), объем водохранилища при предельном его наполнении.

2. В процессе ЛР вычислить: максимальную высоту волны затопления в заданном створе (волну попуска/прорыва), время подхода волны прорыва к заданному створу, время прохода волны затопления (спад воды) в заданном створе, максимальную глубину потока в заданном створе, максимальную скорость движения волны в заданном створе. Оценить степень разрушения элементов объектов при затоплении по максимальной глубине потока либо максимальной скорости потока в заданном створе.

3. Варианты для расчётов при разрушении плотины Днепродзержинской ГЭС по № фамилий журнала.

Рекомендуемые источники:

1. Методичні вказівки до розрахунку наслідків прориву гідроспоруд. ПГАСА, 1997.

2. Рекомендации по определению расходов воды при сектировании переходов через водотоки в зоне воздействия некапитальных плотин (ВНИИ Транспортного строительства, 1981)

3. Техногенные аварии со взрывами и разрушениями плотин. Методические указания для самостоятельной работы по курсу «Безопасность жизнедеятельности»/ Составили: Пушнин Л.П., Капленко Г.Г., Фоменко В.И. – Днепропетровск: ПГАСА, 2008. – 64с.

I. Расчёт параметров затопления при прорыве гидросооружений.

Затопление – это быстрое поступление больших водных масс из водохранилища в нижний бьеф гидроузла после разрушения плотины или ее части и в стремительном движении воды вдоль бьефа в виде положительной волны со скоростями 50-70км/ч и с высотой водяного вала в лобовой части ее до 10-12м. Этот вал обладает большой разрушительной силой, особенно зимой, когда он несет с собой большое количество взломанного льда. Так, например, при прорыве Соутфортской плотины в США в результате перелива воды через ее гребень (высота плотины 21,5м; длина – 29,4м; земля и камень) водохранилище емкостью 20млн м³ опорожнилось за 45мин. Скорость потока в нижнем бьефе составила 22м/сек (79км/ч), а высота волны 10-12 м. Двигаясь вниз по Днепру, прорывная волна будет заходить также в притоки на некоторое расстояние, до створов с бытовыми собственными отметками уровня воды на дату прорыва, равными отметке максимального прорывного уровня на р. Днепр в устье каждого данного притока.

Для расчетов параметров затопления необходимо знать:

- объем воды в водохранилище V, м³;

- длину плотины (ширину прорана) В,м;

- глубину воды перед плотиной (глубину прорана) Н, м;

- среднюю скорость движения волны С, м/сек.

Высота волны попуска (h_поп) в каждом створе реки является функцией глубины воды перед плотиной (Н) и расстояние от плотины до данного створа реки (r), т.е.

h_поп = f(Н,r), м.

h_поп = f(Н,r)= м,

Высота волны попуска может быть определена из графиков данной функции (рис.1)/

Время прихода волны попуска (t_подх) может быть определено по графику (рис. 2) или по формуле:

t_подх = r/С

t_подх = /

где r – расстояние от данного створа реки (км); С – скорость течения реки (км/ч).

Средняя скорость течения р. Днепр – 27км/ч, при прорыве плотины она может возрасти до 50км/ч.

Время прохождения волны попуска, t_прох, ч, рассчитывается по формуле:

t_прох = Kr*T_опор,

t_прох = * =

где Т_опор – время опорожнения водохранилища,

Т_опор = V/BN3600

Т_опор = / * * 3600

Кr – коэффициент удаленности (табл. 2)

В – ширина прорана, м;

N – максимальный расход воды на 1 м ширины прорана (табл.1).

Рис.1 Графики функции h_поп = f(H,r), м

Рис.2. графики для определения времени прихода волны попуска (t_подх)

Таблица 1.

Н, м
N, м³/с

Таблица 2.

r, км
Кr		1,7	2,6

Возможные последствия от воздействия катастрофического затопления определяется по максимальной глубине потока (Н_max) и максимальной скорости потока (V_max). Н_max и V_м_ах зависят от высоты плотины (Н), размеров прорана (В).

= = м. = 8/ = м.

где r – удаление рассматриваемого створа от плотины.

А_h, В_h, А_u, В_u – коэффициенты аппроксимации, зависящие от высоты плотины, ожидаемых размеров прорана и гидравлического уклона водной поверхности реки (i).

Таблица 3. Коэффициенты аппроксимации для равнинных рек

Н, м	Значение коэффициента аппроксимации, при i=5*10^-4
А_h	В_h	А_u	В_u

Степени разрушения элементов объектов при затоплении приведены в табл.5

Таблица 5

Степени разрушения элементов объекта при затоплении

Объект	Сильные	Средние	Слабые
Глубина потока,м	Ско рость потока, м/с	Удел. нагруз ка, тс/м²	Глуб. потока, м	Ско рость потока, м/с	Удел. нагруз ка, тс/м²	Глуб. потока, м	Ско рость потока, м/с	Удел. нагруз ка, тс/м²
Деревянные 1-2 эт.дома	6,0	5,0	7,5	3,0	3,0	1,5	1,0	2,0	0,2
Кирпичные мал оэт. дома	3,5	2,0	0,7	2,5	1,5	0,25	1,0	1,0	0,09
Пром. здания с легким метал. каркасом	4,0	2,5	1,25	3,0	2,0	0,6	2,0	1,0	0.1
Пром. здания с тяжелым каркасом	7,5	4,0	6,0	6,0	3,0	2,7	3,0	1,5	0,34
Станочное оборудование	3,0	2,0	0,8	2,0	2,0	0,4	1,0	1,0	0,07
Ж/Д пути	2,0	4,0	0,5	1,0	1,0	0,05	0,05	0,05	0,06
Ж/Б мосты	2,0	3,0	-	1,0	2,0	-		0,5	-
Дороги с гравийным покрытием	2,5	2,0		1,0	1,5		0,5	0,5	-
Шоссейные дороги с асфальтобетонным покрытием	4,0	3,0	-	2,0	1,5	-	1,0	1,0	-
Автомашины	2,0	2,0	-	1,5	1,5	-	1,0	1,0	-