Пример инженерной оценки гидродинамической аварии

Определение параметров волны прорыва - высоты, скорости и степени возможных разрушений на объекте и в поселке в результате подъёма уровня воды в реке Ижорка в период весеннего половодья. Параметры волны прорыва, приводящие к разрушению объектов.

Задача. В результате весеннего половодья произошел подъём уровня воды в реке Ижорка, через которую наведен металлический мост. Близь реки расположен пос. Коптяевка, и недалеко от него имеется водохранилище с плотиной.

После переполнения водохранилища и прорыва плотины через проран в ней с параметром в безразмерном виде - В =0,5 началось резкое увеличение уровня воды в р. Ижорке, и гидропоток воды устремился к пос. Коптяевка.

Известны высота уровня воды в верхнем бъефе плотины Н 0 =80м, удаление створа объекта от плотины L =5 км, гидравлический уклон водной поверхности реки i =1·10-3 , а также высота месторасположения объекта h м =2м, максимальная высота затопления участка местности (поселка) по створу объекта h зат =8 м и высота прямоугольника, эквивалентного по площади смоченному периметру в створе объекта, h ср = 5 м.

Объект экономики: здания - каркасные панельные; склады - кирпичные; оборудование - сети КЭС: кабель подземный. В поселке 57 одноэтажных кирпичных домов, их подвалы - каменные. В каждом доме проведены трубы газоснабжения. В поселке проходит дорога с асфальтобетонным покрытием. Определить параметры волны прорыва - высоту, скорость и степень возможных разрушений на объекте и в поселке

Исходные данные:

- Высота уровня воды в верхнем бъефе плотины : Н 0 =80м

- Удаление створа объекта от плотины : L =5 км

- Гидравлический уклон водной поверхности реки: i =1·10-3

- Высота прямоугольника, эквивалентного по площади смоченному периметру в створе объекта : h ср = 5 м

РЕШЕНИЕ:

1. Высота волны прорыва (рис 1.)

гидродинамическая авария половодье волна

Из табл.1 для В =0,5, Н 0 = 80 м, i = 1· 10-3 , находим А1 =320, В1 =166. Тогда:

= 4,45 (м)

Рисунок 1

Таблица 1

Значения коэффициентов А, В при гидравлическом уклоне реки

B Н0 , м i=1 · 10-4 i=1 · 10-3
А1 В1 А2 В2 А1 В1 А2 В2
1,0 20 100 90 9 7 40 10 16 21
40 280 150 20 9 110 30 32 24
80 720 286 39 12 300 60 62 29
150 1880 500 78 15 780 106 116 34
250 4000 830 144 19 1680 168 208 40
0,5 20 128 204 11 11 56 51 18 38
40 340 332 19 14 124 89 32 44
80 844 588 34 17 320 166 61 52
150 2140 1036 62 23 940 299 113 62
250 4520 1976 100 27 1840 470 187 79
0,25 20 140 192 8 21 40 38 15 43
40 220 388 13 21 108 74 30 50
80 880 780 23 21 316 146 61 65
150 2420 1456 41 20 840 172 114 89
250 4740 2420 67 16 1688 452 191 116

2. Скорость волны прорыва:

Из табл.1 для В =0,5, Н 0 = 80 м, i = 1 · 10-3 находим А2 =61, В2 =52. Тогда:

= 0,858 (м/с)

3. Время прихода гребня (t гр ) и фронта (t фр ) волны прорыва.

Определяем по табл.2 при Н 0 = 80 м, L = 5 км, i = 1 · 10-3, что t гр = 1,1 ч = 66 мин и t фр = 0,1 ч = 6 мин.

Таблица 2

L , км Н 0 =20м Н 0 =40м Н 0 =80м
i =10-3 i =10-4 i =10-3 i =10-4 i =10-3 i =10-4
t фр t гр t фр t гр t фр t гр t фр t гр t фр t гр t фр t гр
5 0,2 1,8 0,2 1,2 0,1 2,0 0,1 1,2 0,1 1,1 0,1 0,2
10 0,6 4,0 0,6 2,4 0,3 3,0 0,3 2,0 0,2 1,7 0,1 0,4
20 1,6 7,0 2,0 5,0 1,0 6,0 1,0 4,0 0,5 3,0 0,4 1,0
40 5,0 14 4,0 10 3,0 10 2,0 7,0 1,2 5,0 1,0 2,0
80 13 30 11 21 8,0 21 6,0 14 3,0 9,0 3,0 4,0
150 33 62 27 43 18 40 15 23 7,0 17,0 6,0 9
200 160 230 113 161 95 140 70 98 25 32 35 59

4. Время (продолжительность) затопления территории объекта:

t зат = β (t гр - t фр ) (1-h м / h )

Коэффициент β находим по табл.3 при

Н 0 /h 0 =80/8=10, т.е. при H 0 =10h 0

и отношении iL /H 0 = 10-3 ·5000/80 = 0,0625.

Следовательно, при iL /H 0 = 0,0625 и H 0 =10h 0 по табл.3 находим коэффициент β = 15,5

Тогда t зат = 15,5 (1,1 - 0,1) (1-2/4,45) = (ч) = 8,5 (мин).

Таблица 3

Значения коэффициента β

iL/H0 Высота плотины (H0 ) в долях от средней глубины реки в нижнем бъефе (h0 )
Н0 =10h0 Н0 =20h0
0,05 15,5 18,0
0,1 14,0 16,0
0,2 12,5 14,0
0,4 11,0 12,0
0,8 9,5 10,8
1,6 8,3 9,9
3,0 8,0 9,6
5,0 7,6 9,3

5. Возможные разрушения волны прорыва находят также по табл.4 при h = = 4,45 и V = 0,858 м/с

Таблица 4

Параметры волны прорыва, приводящие к разрушению объектов

Объект Степень разрушения
Слабая Средняя Сильная
h , м v , м/с h , м v , м/с h , м v , м/с
Здания: Кирпичные (4 и более эт.) Кирпичные (1-2 этажа) Каркасные панельные Промышленные с легким металлическим каркасом и бескаркасные Промышленные с тяжелым металлическим каркасом или ж/б каркасом Бетонные и ж/б здания Деревянные дома (1-2 этажа) Сборные деревянные дома 2.5 1,5 4 2,5 6 3
2 1 3 2 4 2,5
3 1,5 6 3 7,5 4
2 1,5 3,5 2 5 2,5
3 1,5 6 3 8 4
4,5 1,5 9 3 12 4
1 1 2,5 1,5 3,5 2
1 1 2,5 1,5 3 2
Мосты: металлические железобетонные деревянные 0 0,5 1 2 2 3
0 0,5 1 2 2 3
0 0,5 1 1,5 1 2

Дороги:

с асфальтобетонным покрытием с гравийным покрытием

1 1 2 1,5 4 3
0,5 0,5 1 1,5 2,5 2
Пирс 6 5 4 3 1 1,5
Плавучий док 3 1,5 5 1,5 8 2
Плавучий кран 2,5 1,5 5 1,5 7 2

а) На объекте : здания получат слабые разрушения. Склады - сильные разрушения.

б) В поселке : дома, мост, дорога - сильные разрушения.