Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра охорони праці і безпеки життєдіяльності

03-09-12

Методичні вказівки

до виконання практичної роботи

на тему: "Оцінка інженерної обстановки при руйнуванні підпірних споруд водосховищ"

з дисципліни "Цивільний захист"

студентами денної та заочної форм навчання

за всіма спеціальностями НУВГП

Рекомендовано науково-

методичною радою

університету

Протокол № від

Рівне - 2013

2

Методичні вказівки до виконання практичної роботи на тему:

"Оцінка інженерної обстановки при руйнуванні підпірних споруд

водосховищ" з дисципліни "Цивільний захист" студентами денної та заочної форм навчання за всіма спеціальностями НУВГП /

О.С. Шаталов, С.Л. Кусковець. – Рівне: НУВГП, 2013. – 24 с.

Упорядники: О. С. Шаталов, доцент кафедри охорони праці і безпеки життєдіяльності, канд. с-г. наук;

С. Л. Кусковець, доцент кафедри охорони праці і безпеки життєдіяльності, канд. техн. наук, доцент.

Відповідальний за випуск: В.Л. Филипчук, д-р. техн. наук,

професор, завідувач кафедри охорони праці і безпеки

життєдіяльності.

© Шаталов О.С.

Кусковець С.Л., 2013

© НУВГП, 2013

3

Тема: "Оцінка інженерної обстановки при руйнуванні підпірних

споруд водосховищ"

Мета заняття: оволодіти методикою визначення параметрів

чинників ураження джерела техногенної надзвичайної ситуації, що викликана аварією на гідродинамічно небезпечних об'єктах.

Знати: гідродинамічні небезпеки і причини їх виникнення;

основні уражаючі чинники хвилі прориву; безпеку, систему

контролю й нагляду за гідродинамічними об’єктами; вимоги до

розвитку й розміщення об’єктів гідродинамічної небезпеки;

методику розрахунку затоплень, що виникають при руйнуванні гребель водосховищ.

Вміти: розраховувати зону затоплення при руйнуванні підпірних споруд водосховища; планувати заходи захисту

населення при загрозі утворення зон затоплень.

Під інженерною обстановкою, що може виникнути у

надзвичайних ситуаціях розуміють сукупність наслідків впливу

стихійних лих, аварій, катастроф, застосування сучасних засобів

ураження у воєнний час, що призвели до руйнування чи

пошкодження будівель, споруд, обладнання, комунально-

енергетичних мереж, засобів зв'язку і транспорту, мостів,

гідровузлів, загат, аеродромів і т. ін., які порушили

життєдіяльність населення, роботу підприємств, і потребують

проведення різноманітних інженерних заходів щодо усунення

наслідків.

1. Гідродинамічні небезпеки

1.1. Гідродинамічні об’єкти

До потенційних техногенно небезпечних об'єктів належать

гідродинамічні об’єкти.

Гідродинамічні об'єкти – це об'єкти, що містять в собі потенційну енергію води, що у разі виходу з-під контролю може

уражати людей, сільськогосподарських тварин, руйнувати чи

пошкоджувати будинки, споруди, мости, дороги тощо,

затоплювати значні території, спричиняючи, загибель

сільськогосподарських культур, великі матеріальні збитки.

До гідродинамічних об'єктів належать гідротехнічні споруди та природні греблі.

4

Гідротехнічні споруди – це інженерні споруди, що призначені для раціонального використання природних водних ресурсів або

для попередження шкідливої дії води на оточуюче середовище.

За допомогою гідротехнічних споруд (ГТС) здійснюють

використання ґрунтових вод, річок, озер, морів, запобігають

розмивам берегів, повені, регулюють рівень і витрату води,

змінюють напрям водного потоку, здійснюють пропуск криги

тощо.

Група гідротехнічних споруд, які об'єднані умовами сумісної роботи та розташування називається гідровузлом.

1.2. Гідродинамічні небезпеки і причини їх виникнення

Територія, на якій внаслідок пошкодження або руйнування

природних гребель або гідротехнічних споруд відбувається

затоплення місцевості називається зоною катастрофічного

затоплення (ЗКЗ).

Початкова ділянка зони катастрофічного затоплення, через яку

хвиля пройде протягом однієї години з моменту її утворення

називається ділянкою надзвичайно небезпечного затоплення.

Причини виникнення гідродинамічних небезпек (аварій на ГТС):

1. Від дії природних сил (землетруси, лавини, урагани, обвали,

зсуви), сейсмічних та хвильових дій.

2. Перелив води через гребінь.

3. Зосереджена фільтрація води крізь тіло споруди чи основи.

4. Хімічна чи механічна суфозія ґрунтів основи.

5. Деформація і сповзання укосів земляних гребель.

6. Недостатнє вивчення інженерно-геологічних умов у створах

споруд, що проектуються, і в районах водосховищ.

7. Втрата фізичної стійкості елементів конструкцій внаслідок

корозії, старіння тощо.

8. Помилки в проектуванні при розрахунках елементів

конструкції, неправильного врахування механічної, фізико-

хімічної та біологічної дії води та інших чинників, що впливають

на роботу споруди.

9. Низька якість будівельних матеріалів та виконання робіт. 10. Порушення безпеки при експлуатації ГТС.

5

2. Хвиля прориву і її основні уражаючі чинники

При прориві греблі у ній виникає проран від розмірів якого

залежить об'єм і швидкість падіння води від верхнього б'єфу в

нижній б'єф і параметри хвилі прориву – головного уражаючого

чинника цього виду аварії. Висота хвилі прориву Нх>1,5 м і швидкість потоку води V > 2,5

м/с є критичними параметрами, при яких наступає загибель або

поранення людей.

Критичні параметри хвилі прориву для деяких будинків і споруд приведені в табл. 1. Розрахунки, що проводились для

різних гідровузлів, показують, що швидкість розповсюдження

хвилі прориву міняється від 3 до 25 км/год і більше (1-9 м/с див.

табл. 1).

Крім того, уражаючу дію виявляє і катастрофічне затоплення

місцевості. Майже через 10-30 хвилин після зруйнування греблі значні ділянки місцевості можуть бути затоплені шаром води

товщиною від 0,5 до 10 метрів і більше. Час, у продовж якого

затоплені території можуть бути покриті водою, коливається від

декількох годин до багатьох діб.

3. Безпека гідродинамічних об'єктів

3.1. Загальні положення

Безпека гідродинамічних об'єктів (ГДНО) залежить від трьох

складових:

1 – це сам проект, його адекватність навколишньому

середовищу, тобто ступінь урахування природних і антропогенних факторів, що впливають на вибір матеріалів

конструкцій і технічних рішень;

2 – якість будівництва;

3 – управління і експлуатація, що передбачають проведення

постійного контролю за поведінкою і станом ГДНО.

Всі гідродинамічно небезпечні об'єкти повинні бути охоплені системою технолого-економічного моніторингу з питань безпеки,

забезпечені відпрацьованими документами з питань безпеки,

попередження і ліквідації наслідків аварії. До таких документів відносяться:

- паспорт безпеки;

- план дій при надзвичайних ситуаціях;

Таблиця 1

Критичні параметри зруйнування об’єктів хвилею прориву

Найменування

об’єктів

Сильні зруйнування Середні зруйнування Слабкі зруйнування

Н,

м

V,

м/с

питоме

хвильове

наванта-

ження

Н,

м

V,

м/с

питоме

хвильове

наванта-

ження

Н,

м

V,

м/с

питоме

хвильове

наванта-

ження

Стіни на залізобетонних і металевих палях

6,0 5,0 7,5 3,0 3,0 1,35 1,0 2,0 0,2

Стіни на дерев’яних палях 4,0 5,0 5,0 2,0 3,0 0,9 1,0 1,0 0,05

Кранове обладнання 6-

10 4-9 4,8-4,5 6,0 2-3 1,2-2,7 2,0 1,5-2 0,2-0,4

Дерев’яні 1-2-поверхові будинки

3,5 2,0 0,7 2,5 1,5 0,28 1,0 1,0 0,05

Цегляні малоповерхові будинки 4,0 2,5 1,25 3,0 2,0 0,6 2,0 1,0 0,1

Промислові будинки з легким

металевим каркасом 5,0 2,5 1,56 3,5 2,0 0,7 2,0 1,5 0,2

Промислові будівлі з важким

металевим або залізобетонним

каркасом

7,5 4,0 6,0 6,0 3,0 2,7 3,0 1,5 0,34

Залізничні колії 2,0 2,0 0,4 1,0 1,0 0,05 0,5 0,5 0,06

Шосейні дороги з твердим

покриттям 4,0 3,0 1,8 2,0 1,5 0,22 1,0 1,0 0,05

Залізничні мости (бетонні) 2,0 3,0 0,9 1,0 2,0 0,2 - - -

Металеві мости з прогином 30-

100 м. 2,0 3,0 0,9 1,0 2,0 0,2 - - -

Автомобілі 2,0 2,0 0,4 1,5 1,5 0,17 1,0 1,0 0,05

6

7

- план матеріально-технічного забезпечення рятувальних і відновлювальних робіт; - інструкції черговому персоналу і т. ін.

До заходів, що здатні зменшити вірогідність виникнення

повеней, разом із різноманітними протипаводковими заходами

відносяться також прогнозування повеней, регулювання

землекористування на заплавах, водозаборах, забезпечення

безпеки самих гідротехнічних споруд.

При проектуванні ГДНО необхідно дотримуватись вимог інженерно-технічних заходів цивільного захисту, що викладені в

ДБН В.1.2-4-2006 "Інженерно-технічні заходи цивільного захисту

(цивільної оборони)" та інших документів.

3.2. Система контролю і нагляду за ГДНО

З метою забезпечення справного стану, безаварійної роботи

ГДНО, систематичного візуального спостереження за станом

споруд, проведення вимірювань за допомогою контрольно-

вимірювальної апаратури (КВА), обробки й аналізу даних

спостереження і вимірювань, виявлення дефектів, пошкоджень чи

аварійного стану споруд, розробки і здійснення заходів безпечної експлуатації, виконання ремонтно-відновлювальних робіт, забезпечення охорони навколишнього середовища створюється

служба експлуатації гідровузла (об'єкта).

Гідротехнічні споруди І, II і ІІІ класів капітальності, як правило

оснащуються КВА для проведення натурних спостережень.

Контроль виконується шляхом систематичного огляду,

обробки результатів вимірювань КВА, створення спеціальних

комісій для обстеження і визначення об'єму ремонтних робіт і реконструкції споруд чи їх елементів.

Контроль за спорудами зводиться до спостережень за деформаціями, станом кріплень та облицювань, фільтрацією через споруду і її основу та на ділянці примикання берегів.

При спостереженнях за деформаціями ґрунтових споруд

звертають увагу на можливі розмиви, осадки, просадки, зсуви,

тріщини, стан примикань і місцеві деформації. Особливо

відповідальним є спостереження за фільтрацією з точки зору

стійкості й міцності окремих елементів ґрунтових гребель. У

місцях зосередженої фільтрації влаштовують невеликі канавки

для відведення та вимірювання витрат води, що профільтрувалась.

8

Крім того, визначають швидкість фільтрації, використовуючи

різні способи та індикатори, хімічну суфозію за допомогою

хімічного аналізу води, механічну суфозію за наявністю піщаних

та глинистих частинок у фільтраті. Щоденний контроль включає щоденні спостереження за технічним станом споруд, їх частин і елементів методом

зовнішнього огляду.

Періодичний контроль включає сезонні огляди для оцінки

стану підводних і надводних частин споруд. При цьому

проводиться фіксація дефектів і деформацій, визначення об'ємів

необхідних ремонтних робіт, аналіз змін стану споруд у

порівнянні з попереднім оглядом. За результатами контролю

складається акт. Детальний контроль споруд комісією здійснюється два рази на

рік, за результатами яких складаються акти обстежень.

Позачерговий контроль виконується спеціальними комісіями з залученням представників проектних та інших організацій і включає обстеження споруд, пов'язані з аварійними

пошкодженнями. Результати контролю оформляють актами.

Крім постійних та періодичних обстежень, контроль за станом

споруди здійснюють: у період повені і сильних злив; за утворенням і таненням льоду (1 раз на тиждень); за укріпленням

укосів (1 раз на квартал); за нівелюванням реперів (1 раз на рік).

Впродовж всього терміну експлуатації водопропускних

споруд, нижній б'єф обстежується не менше одного разу на рік і після пропуску повені. При цьому обов'язково виконують зйомку

рельєфу, ями розмиву та порівнюють фактичні рівні води в

нижньому б'єфі з проектними.

Для підтримання ГТС у робочому стані здійснюється система

планово-попереджувальних ремонтів, та передбачається догляд за спорудами, поточний і капітальний ремонти. Крім того, існує аварійний ремонт, тобто ремонт, якого не передбачають.

Поточний ремонт проводиться щорічно. Перелік робіт залежить

від типу споруди, матеріалу, режиму роботи, умов експлуатації. Об'єми ремонтних робіт і терміни їх проведення визначаються

на підставі дефектних актів, які складаються спеціальними

комісіями.

Капітальний ремонт ГТС здійснюється у відповідності до

положення про проведення планово-попереджувальних ремонтів.

9

При цьому усуваються крупні пошкодження та руйнування

гідровузлів, каналів, замінюються зношені конструкції. Капітальний ремонт може бути комплексним, що охоплює споруду чи її комплекс, або вибірковим, що передбачає ремонт чи

заміну окремих конструкцій ГТС.

Аварійні роботи виконуються з моменту виявлення аварійного

стану із застосуванням всіх заходів для зменшення об'єму аварії.

4. Вимоги до розвитку і розміщення об'єктів

гідродинамічної небезпеки

1. При проектуванні й будівництві об'єктів гідродинамічної небезпеки (гідровузлів) у каскаді мають бути передбачені заходи,

що забезпечують стійкість споруд напірного фронту при

проходженні хвилі, у разі прориву, розташованих вище вузлів, а

також умов її пропуску через фронт цих споруд з урахуванням

попередньої форсованої виробки водосховищ.

2. Створ напірного фронту гідровузла повинен вибиратися з урахуванням мінімально можливих руйнувань і збитків, у

нижньому б'єфі від проривної хвилі у разі його зруйнування.

3. На ГДНО (існуючих і проектованих) мають бути

передбачені прилади, що забезпечують видачу сигналів про

катастрофічне підвищення рівня води в їх нижніх б'єфах, у разі прориву споруд напірного фронту, на відповідні пункти

керування для подальшої їх передачі у систему оповіщення про

небезпеку затоплення.

Для реалізації природоохоронних заходів передбачається:

- водоохоронна зона водосховища – смуга шириною 0,5-2 км і більше від урізу води, на якій здійснюється комплекс заходів,

спрямованих на підтримання належного технічного стану

водосховища; - санітарна зона – служить для здійснення санітарних заходів,

може містити три пояси залежно від призначення і використання

водойми. Відстань від урізу води до межі санітарної зони 0,1-1 км;

- прибережна смуга – це територія, на якій забороняється

розорювання земель, розміщення автомобілів, човнів, садових

ділянок, таборів відпочинку тощо. Вона пролягає на відстані 35-

100 м від урізу води залежно від ухилу поверхні (чим більший

ухил, тим ширша зона).

10

5. Заходи щодо захисту населення при катастрофічних

затопленнях

1. Сповістити населення й об'єкти господарювання про

виникнення загрози затоплення.

2. Виставити пости спостереження за рівнем води.

3. Привести в готовність сили і засоби цивільного захисту.

4. Провести перевірку стану дамб, гребель, мостів.

5. Зробити насипи землі, водовідвідні канали та інші гідротехнічні споруди.

6. Провести евакуацію населення та вивіз матеріальних

цінностей з небезпечних районів, евакуювати

сільськогосподарських тварин.

Документом, що визначає організацію і порядок проведення

евакуації – є розділ плану дій на випадок надзвичайних ситуацій,

який стосується евакуації у випадку катастрофічного затоплення.

Планування, організація і здійснення заходів щодо евакуації населення, сільськогосподарських тварин із зон катастрофічного

затоплення покладаються на керівних осіб адміністративно-

територіальних ланок. Особлива увага приділяється плануванню і евакуації на випадок неочікуваного руйнування споруд,

гідровузлів при аваріях і стихійному лихові. У цих випадках на ділянках надзвичайного затоплення планується самостійний вихід

населення і відгін сільськогосподарських тварин за зону

можливого катастрофічного затоплення найкоротшими

маршрутами.

За загрози прориву гідроспоруд передбачається евакуація

населення, тварин з усієї зони 4-годинного добігання хвилі прориву.

При плануванні евакуації визначається:

- кількість людей, які проживають в зоні затоплення;

- кількість сільськогосподарських тварин по видах у зоні затоплення;

- перелік населених пунктів, що знаходяться в зоні надзвичайно небезпечного затоплення (ННЗ) з поміткою

чисельності населення;

- перелік об'єктів господарювання, із них дитячих дошкільних

закладів, шкіл, будинків престарілих, інвалідів та чисельність

людей у кожному з них;

11

- маршрути виводу та вивозу евакуйованих, їхня можлива пропускна спроможність і справність мостів та інших споруд;

- маршрути перегону тварин;

- черговість вивозу і виводу із зон затоплення;

- пункти розміщення евакуйованого населення і с/г тварин за межею затоплення;

- порядок розміщення евакуйованих;

- обсяг матеріальних цінностей, що вивозяться;

- сили і засоби ЦЗ, їх завдання і порядок використання.

Розпорядження на евакуацію передається по системі оповіщення. У тексті оповіщення вказується район затоплення і напрям виходу в безпечні місця.

Почувши повідомлення про загрозу затоплення необхідно

взяти особисті документи, підготувати необхідні речі, запас харчів, одягнути дітей і вийти з зони затоплення самостійно.

Повідомлення робітників і службовців підприємства,

організовує керівник. Залежно від часу добігання хвилі прориву,

робітники і службовці виходять у безпечні місця або прибувають

до місця проживання і разом із сім'єю виходять у безпечні зони.

Якщо є час до початку затоплення, то населення приходить на збірні евакуаційні пункти (ЗЕП), реєструється, групується біля

транспортних засобів і вивозиться у місця розселення. Якщо не вистачає автотранспорту, то організовується вихід пішим

порядком.

Сільськогосподарські тварини вивозяться автотранспортом. У

районах розселення організовується прийом евакуйованих і їх

розселення. Для цього використовуються громадські будинки та будинки місцевих мешканців.

6. Ліквідація заторів при весняному таненні льоду

Однією з причин затоплення або руйнування чи пошкодження

підпірних споруд гідровузлів може бути виникнення заторів під

час весняного льодоходу, наслідком чого є підйом рівня води в

річці. Результати робіт щодо ліквідації затору льоду в значній мірі залежать від правильного визначення його замка, тобто місця

накопичення льоду, руйнування якого призводить до руху льоду і, відповідно, ліквідації затору. Замок, як правило, знаходиться в

голові затору і визначається по місцях підняття льоду.

12

Затори ліквідуються, в основному, за допомогою вибухових

речовин.

Роботу виконують команди підривників, які розташовуються

на завчасно підготовлених місцях, на відстані 1-5 км від об'єкта

вище по течії річки. Як виняток, з урахуванням реальної обстановки, дозволяється кидати заряди на пливучі криги та ділянки ущільнення криги чи затор з берега або із захищеної споруди.

Для опускання зарядів під лід, в ньому роблять ополонки

відповідних розмірів (табл. 2).

Таблиця 2

Вага зарядів вибухових речовин для створення ополонки

залежно від товщини льоду

Товщина

льоду, м

Вага

зовнішнього

заряду, кг

Заряд в товщі льоду

глибина

закладання

зарядів, м

вага заряду,

кг

діаметр

ополонки,

м

0,3 0,2 - - -

0,4 0,4 - - -

0,5 0,6 0,3 0,4 0,6

0,6 - 0,3 0,6 0,7

0,8 - 0,4 0,8 0,8

1,0 - 0,5 1,0 0,9

1,2 - 0,6 2,4 1,0

1,5 - 0,75 3,0 1,2

Вагу основного заряду і глибину його занурення визначають за таблицею 3.

Таблиця 3

Вага зарядів вибухових речовин для підривання льоду Вага

заря-

ду,

кг

Глиби-

на зану-

рення, м

Товщина льоду, м 0,2-

0,3

0,3-

0,4

0,4-

0,5

0,5-

0,6

0,6-

0,8

0,8-

1,0

1,0-

1,2

1,2-

1,5

1,5-

2

діаметр ополонки, м

1 1,2 6 6 6 5,8 5,6 - - - -

3 1,6 12 8,9 8,6 8,4 8 7,5 - - -

5 1,8 1,7 10,5 10 10 9,5 9,3 - - -

10 2,0 - 13 12,5 12,5 12 11 10,5 - -

20 2,3 - - - 15,8 15,2 14,5 13,5 12,5 10-

11

13

Заряди вибухових речовин опускають через ополонки під лід

на мотузках із поперечинами, що кладуть на лід поперек

ополонки. Для запобігання спливу зарядів до них прив'язують

вантаж.

Роботи щодо ліквідації льодових заторів повинні виконуватись

спеціально навченими підривниками. Людей, які працюють в

таких місцях обв'язують страхуючими мотузками. При виконанні таких робіт повинна бути призначена чергова бригада з рятувальними засобами (рятувальні круги, дошки, мотузки, буфи і т. ін.), що знаходяться напоготові нижче затору. Виконувати

роботи поблизу ліній електропередач, підводних комунікацій,

промислових об'єктів без попередньої домовленості з відповідними організаціями забороняється.

7. Методика розрахунку затоплень, що виникають при

руйнуванні підпірних споруд (греблі) водосховищ

При руйнуванні греблі водосховищ на нижче розміщених

ділянках річки утворюється хвиля прориву, яка має властивість

переносити величезні маси води в напрямку свого руху. Хвиля,

що рухається з великою швидкістю може руйнувати мости,

гідротехнічні споруди, дороги з твердим покриттям, затоплювати

велику площу нижче розміщеної заплави, а іноді і долини річок.

Спосіб розрахунку при руйнуванні гідровузлів, що

розглядається нижче, дозволяє орієнтовно визначити час

спорожнення водосховища, дані про рух хвилі та її основні параметри. При цьому, розрахунок хвилі прориву може

виконуватися при повному і частковому руйнуванні підпірних

споруд гідровузлів.

7.1. Розрахунок хвилі прориву за повного руйнування

підпірних споруд водосховища

На основі даних крупномасштабних карт і довідників

складається поздовжній профіль ділянки річки, по якому можливе

розповсюдження хвилі прориву.

Отриманий профіль річки розбивається на розрахункові ділянки. Їхня довжина може бути різною і залежати від однакових

за своїми характеристиками ділянок (похилів дна річки, глибина,

ширина, характер дна річки і заплави) і може складати від

декількох до десятків кілометрів.

14

Межі ділянок приймаються за розрахункові створи. При цьому,

зруйнована гребля вважається першим створом, границя між 1-ю і 2-ю ділянками - другим створом, а між 2-ю і 3-ю ділянками –

третім створом і т. д.

Всі параметри хвилі прориву, що відносяться до

розрахункових створів, позначаються великими літерами (Т1, Нхв1)

з індексами, що відповідають створу, а розрахункові ділянки -

малими літерами з відповідними індексами.

Після збору і вивчення даних про гідровузол і можливих зон

затоплення готують необхідні дані, що характеризують

водосховище і русло річки нижче греблі. Для розрахунку руху хвилі і її параметрів необхідно знати:

- об'єм водосховища – W, млн. м. куб.;

- ширину водосховища в створі зруйнованого гідровузла – В,

м;

- глибину водосховища біля греблі – Н, м;

- глибину води в річці нижче гідровузла – h, м,

- похил дна річки на ділянках – і;

- форму заплави і шорсткість на ділянках затоплення.

Шорсткість відображає характер заплави (гладка і вільна,

нерівна, звивиста, заросла і т.п.).

У ході розрахунку визначають параметри хвилі прориву в

створі руйнування греблі (висота хвилі прориву Нхв1 і час її проходження через створ Т1), потім знаходять – основні дані руху

хвилі прориву по першій ділянці та по наступних (середня

швидкість руху – V і час її добігання до розрахункового створу), а

далі – параметри хвилі у всіх розрахункових створах.

Після закінчення розрахунку будують графік руху хвилі прориву і на крупномасштабній карті наносять можливу зону

затоплення.

7.1.1. Порядок нанесення на карту ділянки затоплення

місцевості

Для нанесення зон затоплення на карту використовуються дані, що беруться з графіка хвилі прориву. При цьому допускається

інтерполяція висоти хвилі прориву між створами.

Для знаходження границі затоплення, в будь-якому районі треба до відмітки рівня води в річці додати висоту хвилі й знайти

на карті в тому ж створі точку з отриманою відміткою. Ця точка

15

буде знаходитись на межі зони затоплення. Послідовно

визначають ряд таких точок для різних створів і з'єднавши їх

визначають контур зони затоплення.

7.1.2. Визначення параметрів хвилі в створі зруйнованого

гідровузла (перший створ)

При руйнуванні греблі, висота хвилі прориву може

визначатись аналітично за формулами та за допомогою графіка. За повного руйнування підпірних споруд гідровузла висота хвилі в І створі може бути визначена за формулою:

Нхв1 = 0,6·(Н-h1), (1)

де: Нхв1 – висота хвилі прориву в створі руйнування греблі (І створ), м;

Н – глибина води перед греблею в момент її руйнування, м;

h1 – глибина води в річці нижче греблі, м.

Час проходження хвилі (Т1) через створ руйнування греблі (І створ) дорівнює часу спорожнення водосховища. За повного

руйнування гідровузла цей час визначається за формулою:

Т1 = W·A/(3600·µ·В·Н· Н ), (2)

де: Т1 – час проходження хвилі прориву через перший створ, год;

W – повний об'єм водосховища при нормальному рівні, м. куб.;

А – допоміжний коефіцієнт, що залежить від форми кривизни

водосховища. Його величина знаходиться в межах від 1 до 8,

використовуючи графік. Для приблизних розрахунків в середніх

умовах його можна прийняти рівним 2;

µ ˗ коефіцієнт витрати, що враховує форму русла і долини.

Орієнтовно для трикутної форми русла він приймається рівним

0,4, для параболічної - 0,6, для прямокутної – 0,9;

В – ширина водосховища по урізу води в створі греблі в

момент руйнування, м;

Н – глибина води перед греблею, м.

7.1.3. Розрахунок руху хвилі прориву на першій ділянці і

визначення її параметрів у другому створі

Параметри хвилі прориву у другому створі визначаються в

такій послідовності. Визначається час добігання гребня хвилі до другого створу.

Потім знаходять висоту хвилі прориву у другому створі. Далі визначають тривалість проходження хвилі прориву через другий

16

створ. Час добігання хвилі прориву від першого до другого створу

визначають за формулою

t1 = L1/V1, (3)

де: t1 – час добігання хвилі прориву від зруйнованої греблі до

другого створа, год;

L1 – довжина першої розрахункової ділянки, км;

V1 – середня швидкість руху хвилі прориву по розрахунковій

ділянці, км/год. (табл. 4).

Висоту хвилі прориву Нхв2 і тривалість проходження її через другий створ Т2 знаходять залежно від відношення t1/Т1, де в

чисельнику – час добігання гребня хвилі до другого створу, а в

знаменнику – час проходження хвилі через І створ, рівний часу

спорожнення водосховища.

Після того, як за таблицею 5, буде знайдено відношення t1/T1,

визначається висота хвилі прориву і тривалість проходження її через ІІ створ.

Таблиця 4

Середня швидкість руху гребня хвилі прориву (V)

№

з/п Характер русла річки та заплави

Ухил

дна

річки

Середня

швидкість

хвилі прориву,

км/год.

1 На річках з широкими заплавами, що

затоплюються

0,01

0,001

0,0001

4-8

1-3

1-2

2

На звивистих річках з нерівними

кам’янистими заплавами, що заростають,

з розширенням і звуженням заплави

0,01

0,001

0,0001

8-14

3-8

1-2

3

На річках з добре розробленим руслом, з вузькими і середніми заплавами без великих опорів

0,01

0,001

0,0001

14-20

8-12

2-5

4 На малозвивистих річках з крутими

берегами і вузькими заплавами

0,01

0,001

12-16

5-19

7.1.4 Визначення характеру руху хвилі прориву і її

параметрів на другому і наступних створах

Розрахунок руху хвилі прориву на наступних ділянках і визначення її параметрів в третьому і подальших створах

17

виконується в такій послідовності, що і при розрахунку руху хвилі на першій ділянці. Час добігання хвилі прориву до третього створу визначається

за формулою

t2 = L2/V2, (4)

а до четвертого створу і т.д.

t3 = L3/V3. (5)

Вихідними даними для визначення параметрів хвилі прориву в

наступних створах є характеристики хвилі, що відносяться до

попередніх створів.

Наприклад, при визначенні висоти хвилі Нхв3 і часу

проходження хвилі Т3 через третій створ, вихідними даними

будуть величини, що характеризують хвилю прориву в другому

створі, тобто Нхв2 і Т2. При використанні таблиці 5, відношення

t1/Т1 справедливе для другого створу, при визначенні параметрів

хвилі прориву в третьому створі воно замінюється на t2/(T2 + t1); а

при визначенні параметрів у четвертому створі t3/(Т3 + t2 + t1) і т.д.

Таблиця 5

Значення відношень висоти хвилі прориву і тривалість її

проходження через створ

t1/T1 Нхв2/Нхв1 Т2/Т1

0,00 1,0 1,0

0,10 0,9 1,1

0,25 0,8 1,3

0,40 0,7 1,5

0,55 0,6 1,6

0,70 0,5 1,7

0,95 0,4 1,9

1,25 0,3 2,2

1,50 0,3 2,6

Примітка: при великих значення t1/Т1 орієнтовно можна

приймати Нхв2/Нхв1 = 0,3, а Т2/Т1 = 2,6-3.

Приклад 1. В результаті дії землетрусу підпірні споруди

гідровузла повністю зруйновані. Характеристика водосховища і річки нижче греблі: - об'єм водосховища W = 72 млн. м. куб.;

18

- ширина водосховища перед греблею В = 110 м;

- глибина водосховища перед гідровузлом Н = 42 м;

- глибина річки нижче греблі h = 3,2 м;

- форма русла річки в створі гідровузла – параболічна;

- річка рівнинна з добре розробленим руслом, заплави вузькі, місцями середні, без великих опорів.

Визначити основні параметри хвилі прориву на ділянці довжиною 45 км від гідровузла.

Рішення. На основі вивчення крупномасштабної карти ділянка річки довжиною 45 км розбивається на дві розрахункові ділянки і три створи. В даному випадку приймаємо довжину першої розрахункової ділянки L1 = 25 км (і = 0,0012), а другої L2 = 20 км (і = 0,001). Перший створ – створ руйнування греблі, другий створ –

між 1-ю і 2-ю ділянками (міст) і третій створ в кінці 3-ї ділянки

(населений пункт). 1. Визначимо параметри хвилі прориву в створі греблі при

повному руйнуванні підпірних споруд гідровузла (І створ):

а) за формулою (1) знаходимо висоту хвилі прориву Нхв1 в

першому створі: Нхв1 = 0,6· (Н – h) = 0,6· (42 - 3,2) = 23,3 м

б) визначимо час проходження хвилі прориву через І створ

(час повного спорожнення водосховища). Для орієнтовних розрахунків часу повного спорожнення

водосховища при повному руйнуванні підпірних споруд

гідровузла в формулі (2) коефіцієнт А приймаємо рівним 2.

При параболічній формі русла і заплави в створі зруйнованого

гідровузла коефіцієнт µ = 0,6:

Т1 = W·А/(3600·µ·В·Н· H ) =

72·106·2/(3600·0,6·110·42· 42 ) = 2,22 год.

2. Знаходимо основні дані руху хвилі прориву на першій

ділянці і параметри, що характеризують її в другому створі: а) час добігання гребня хвилі до другого створу визначаємо

за формулою (3).

В нашому прикладі для річки з розробленим руслом, з вузькими заплавами без великих опорів при похилі дна і1 = 0,0012

середня швидкість руху хвилі на першій ділянці річки V1 = 10

км/год. (табл. 4).

19

Довжина першої ділянки L1 = 25 км. При вказаних

характеристиках першої ділянки час добігання хвилі прориву до

другого створу рівний 2,5 год:

t1 = L1/V1 = 25/10 = 2,5 год.

б) визначимо висоту хвилі прориву в другому створі. Для

цього спочатку знаходимо значення відношення часу добігання

хвилі до другого створу до часу повного спорожнення

водосховища Т1. Це відношення рівне 1,13:

t1/T1 = 2,5/2,22 = 1,13

Потім за таблицею 5 знаходимо значення Нхв2/Нхв1 і Т2/Т1, що

відповідають відношенню t1/Т1 = 1,13. У випадку відсутності в

таблиці точного значення t1/T1, відношення висот хвилі прориву і часів проходження визначають інтерполяцією.

В цьому прикладі відношення t1/T1 = 1,13 знаходиться між 0,95

і 1,25, отже відношення Нхв2/Нхв1 – між 0,4 і 0,3 і приймається:

Нхв2/Нхв1 = ( ) 34,013,125,195,025,1

3,04,030,0 =

−

−

−+

Висота хвилі прориву в створі дорівнює: Нхв2 = 0,34·Нхв1 = 0,34·23,3 = 7,9 м

в) визначимо час проходження хвилі прориву через другий

створ.

Для цього за табл. 5 інтерполяцією знаходимо значення

відношення Т2/Т1:

Т2/Т1 = ( ) 08,295,013,195,025,1

9,12,29,1 =

−

−

−+

Час проходження хвилі через третій створ:

Т2 = 2,08·Т1 = 2,08·2,22 = 4,62 год.

3. Знаходимо параметри хвилі прориву при її русі по другій

розрахунковій ділянці та в третьому створі: а) за формулою (3), визначаємо час добігання хвилі прориву

до третього створу. Довжина другої розрахункової ділянки L2 = 20

км (похил дна річки і2 = 0,001). На річках з середніми заплавами

без великих опорів середню швидкість руху хвилі приймаємо 8

км/год (табл. 4). При цих даних час добігання хвилі прориву до

третього створу рівний:

t2 = L2/V2 = 20/8 = 2,5 год.

б) для визначення висоти хвилі прориву в третьому створі знаходимо значення відношення t2/(Т2+t1):

20

t2/(Т2+t1) = 2,5/(4,62+2,5) = 0,35

За таблицею 5 інтерполяцією знаходимо відношення:

Нхв3/Нхв2 = ( ) 73,035,04,025,04,0

7,08,07,0 =

−

−

−+

Висота хвилі прориву в третьому створі рівна:

Нхв3 = Нхв2·0,73 = 7,92·0,73 = 5,8 м

в) тривалість проходження хвилі прориву через третій створ

за табл. 5 інтерполяцією знаходимо Т3/Т2:

Т3/Т2 = ( ) 43,125,035,035,04,0

3,15,13,1 =

−

−

−+

Т3 = 1,43·/Т2 = 1,43·4,62 = 6,6 год.

ВІДПОВІДЬ.

Параметри хвилі прориву в створі зруйнованого гідровузла:

- висота хвилі прориву – 23,3 м;

- час повного спорожнення водосховища – 2,22 год;

Дані руху хвилі прориву на першій ділянці і її параметри в

другому створі: - час добігання хвилі до другого створу – 2,5 год;

- висота хвилі прориву – 7,9 м;

- час проходження хвилі через другий створ – 4,62 год;

Дані руху хвилі прориву на другій ділянці і її параметри в

третьому створі: - час добігання хвилі до третього створу – 2,5 год;

- висота хвилі прориву – 5,8 м;

- час проходження хвилі через третій створ – 6,6 год.

За даними, отриманими на основі розрахунку, будується графік

проходження хвилі прориву (рис. 1). Використовуючи дані розрахунку за табл. 1, робиться висновок про можливу ступінь

руйнувань будинків, мостів тощо.

7.2. Порядок розрахунку хвилі прориву за часткового

руйнування греблі

Розрахунок хвилі прориву за часткових руйнуваннь підпірного

фронту гідровузла через багатоманітність можливих варіантів і складність розрахунків зупинимося тільки на одному випадку,

коли руйнування складають 50% довжини підпірного фронту, а глибина пролому при цьому досягне дна водосховища. В даному

21

випадку розрахунок можна виконувати в наступному порядку:

спочатку визначається висота хвилі прориву Нхв1 і час

проходження її через перший створ Т1 за повного (100%)

руйнування гідровузла. Потім, шляхом вводу в розрахунок

поправочних коефіцієнтів, визначають параметри хвилі прориву

за часткового (50%) руйнування підпірної споруди гідровузла в

першому створі. Вважається, що за 50% руйнування гідровузла: 100

1

50

1 7,0 хвхв НH ⋅= , 100

1

50

1 6,1 ТТ ⋅=

Середня швидкість руху гребня хвилі прориву приймається

такою як і для 100% (повного) руйнування (див. табл. 4). При

цьому швидкість беруть близькою до менших меж. У всьому

іншому розрахунок проводиться в тій же послідовності, що і за повного руйнування гідровузла. Послідовність визначення

параметрів хвилі прориву за часткового (50%) руйнування

підпірного фронту гідровузла розглянемо на фоні вище розв'язаного прикладу 1. У ході розрахунків було встановлено, що

за повного (100%) руйнування гідровузла Нхв1 = 22 м, Т1 = 2,22

год.

Рішення:

1. Визначимо параметри хвилі прориву в першому створі (в

створі за 50% руйнуванні підпірних споруд гідровузла):

а) знаходимо висоту хвилі прориву: 100

1хв

50

1хв Н7,0H ⋅= = 0,7·23,3 = 16,3 м

б) визначаємо час повного спорожнення водосховища: 100

1

50

1 Т6,1Т ⋅= = 1,6·2,22 = 3,56 год

2. Визначаємо дані руху хвилі прориву на першій ділянці і основні її параметри в другому створі: а) час добігання хвилі до другого створу. За 50% руйнування

гідровузла швидкості приймаємо близькими до меншої межі. В

нашому прикладі швидкість приймаємо рівною 9 км/год (табл. 4)

тоді: t1 = L1/V1 = 25/9 = 2,78 год.

б) знаходимо висоту хвилі прориву в другому створі: t1/T1 = 2,78/3,56 = 0,78

За таблицею 5, знаходимо значення відношення:

Нхв2/Нхв1 = ( ) 47,078,095,07,095,0

4,05,040,0 =

−

−

−+

22

Звідси висота хвилі прориву в другому створі: Нхв2 = 0,47· Нхв1 = 0,47·16,3 = 7,7 м

в) визначаємо час проходження хвилі прориву через другий

створ. За таблицею 5, знаходимо відношення Т2/Т1:

Т2/Т1 = ( ) 76,17,078,07,095,0

7,19,17,1 =

−

−

−+

тоді: Т2= 1,76·Т1 = 1,76·3,56 = 6,27 год.

3. Знаходимо параметри хвилі прориву при русі її по другій

розрахунковій ділянці і в третьому створі: а) визначаємо час добігання хвилі прориву до третього створу.

При цьому, приймаємо швидкість руху хвилі, рівною 6 км/год

(табл. 5):

t2 = L2/V2 = 20/6 = 3,33 год.

б) знаходимо висоту хвилі прориву в третьому створі: t2/(Т2+t1) = 3,33/(6,27+2,78) = 0,37

За таблицею 3, знаходимо відношення:

Нхв3/Нхв2 = ( ) 72,037,04,025,04,0

7,08,07,0 =

−

−

−+

Отже, висота хвилі прориву в третьому створі рівна:

Нхв3 = 0,72·Нхв2 = 0,72·7,7 = 5,5 м

в) час проходження хвилі прориву через третій створ

визначається з відношення Т3/Т2 (табл. 5):

Т3/Т2 = ( ) 46,125,037,025,04,0

3,15,13,1 =

−

−

−+

Т3 = 1,46·Т1 = 1,46·6,27 = 9,15 год.

ВІДПОВІДЬ:

- висота хвилі в першому створі – 16,6 м;

- час проходження хвилі через перший створ – 3,56 год;

- час добігання хвилі до другого створу – 2,78 год;

- висота хвилі в другому створі – 7,7 м;

- час проходження хвилі через другий створ – 6,27 год.

- час добігання хвилі до третього створу – 3,33 год;

- висота хвилі в третьому створі – 5,5 м;

- час проходження хвилі через третій створ – 9,15 год.

23

23,3

7,95,8

0

5

10

15

20

25

0 25 45

Рис. 1. Графік руху хвилі прориву та її параметри

Література

1. Гіроль М.М. Техногенна безпека // М.М. Гіроль, Л.Р. Ниник, В.Й. Чабан. -

Рівне, 2003. – 465 с.

2. Дорогунцов С.І. Загальні вимоги до розвитку і розміщення потенційно

небезпечних виробництв з урахуванням ризику надзвичайних ситуацій

техногенного походження // С.І. Дорогунцов, Б.Ф. Гречанінов. – К.: НАН

України РВПСУ, 1995. – 120 с.

ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

Здійснити прогнозування затоплення території при руйнуванні греблі водосховища, визначити ступінь руйнувань моста (II створ) і будинків у

населеному пункті (III створ) і запропонувати заходи щодо захисту

населення і території (табл. 6).

L, км

І створ ІІ створ ІІІ створ

Н, м t, год

5

3

Час добігання хвилі прориву

24

Таблиця 6

Вихідні дані для розрахунків затоплень при повному руйнуванні

підпірних споруд водосховища №

варіанта

Ступінь

руйн

ування

, %

Основні характеристики водосховища

об'єм

, W

, млн

.

м3

шир

ина,

В, м

глиб

ина біля

греблі

, Н

, м

глиб

ина річки,

h, м

ухил

дна

річки

фор

ма русла*

характеристика

запл

ави

відстані

від греблі

до

ІІ створ

у, км

від рівня води

до моста

, м

від греблі

до

ІІІ створу

, км

1 100 70 105 40 3,0 0,001 т 1 24 5,0 52

2 50 65 110 35 3,1 0,01 пр 2 25 4,0 50

3 100 60 102 30 2,9 0,0001 п 2 23 5,0 46

4 50 62 95 32 2,8 0,001 т 4 22 6,0 48

5 100 66 106 36 3,2 0,0001 пр 1 21 6,5 47

6 50 67 107 37 3,3 0,0001 п 2 20 5,5 41

7 100 68 108 38 3,4 0,0001 т 3 21 4,0 40

8 50 69 109 39 3,9 0,0012 пр 4 30 3,5 43

9 100 71 110 41 4,1 0,0012 п 1 22 4,0 41

10 50 73 112 43 4,3 0,0012 т 2 24 5,0 53

11 50 75 120 45 4,5 0,0001 пр 3 25 6,0 54

12 100 76 115 46 4,6 0,001 п 4 26 3,5 55

13 100 59 90 29 2,9 0,0001 т 1 27 4,5 56

14 100 57 93 27 8,7 0,0001 пр 2 28 5,0 57

15 50 56 94 26 2,6 0,001 п 3 29 6,0 58

16 100 55 92 25 2,5 0,0012 пр 4 27 7,0 59

17 50 54 91 24 2,4 0,0001 п 1 30 5,0 60

18 50 53 85 23 2,3 0,0001 т 2 16 3,5 32

19 100 52 86 22 2,2 0,0001 пр 3 12 4,0 35

20 50 50 89 20 2,0 0,001 п 4 14 5,0 37

21 100 130 90 14 3,0 0,01 т 1 20 6,0 40

22 50 135 106 21 3,1 0,001 пр 2 22 7,0 44

23 100 140 110 20 1,0 0,001 п 3 26 5,0 52

24 100 82 90 16 1,2 0,01 т 4 24 3,5 48

25 100 84 92 53 1,9 0,001 пр 1 23 4,0 46

26 100 92 98 22 2,2 0,0001 п 2 28 4,5 56

27 50 86 100 26 2,3 0,01 т 3 29 5,0 58

28 50 120 110 28 2,4 0,001 пр 4 30 6,0 60

29 50 126 102 14 2,7 0,0001 п 1 31 3,5 62

30 100 110 116 20 2,8 0,01 т 2 32 4,0 64

Примітка: т – трикутна, п – прямокутна, пр – параболічна.

Характеристика заплави: 1 – широкі затоплені заплави; 2 – зарослі чи

нерівні кам'янисті заплави; 3 – добре розроблене русло з вузькими і середніми

заплавами без великих опорів; 4 – на мало звивистих річках із крупними

берегами і вузькими заплавами.