Практическое занятие № 17

Прогнозирование последствий наводнений

.

Наводнение может быть вызвано таянием снега (половодье), выпадением большого количества осадков (паводок), затруднениями стока воды вследствие зажоров, заторов и завалов (запорные и завальные наводнения), действием ветра (напорные наводнения) и т.д.

Схематически сечение русла реки можно представить либо треугольным (рис. 1а), либо трапецеидального (рис. 1б).

Рис. 1(а, б) Расчетная схема сечения реки:

a₀- ширина дна реки, м; b₀-ширина реки до паводка, м; b-ширина реки во время паводка, м; h₀- глубина реки до паводка, м; h- высота подъема воды, м; h_з – глубина затопления, м;

h_м- высота местоположения, м; m, n-углы наклона берегов реки.

Расход воды в реке до наступления наводнения (паводка) Q _0, м³/с равен

Q _{0 =} V ₀ S ₀, (1)

где V ₀ - скорость воды в реке до наступления паводка, м/с;

S ₀ – площадь сечения русла реки до паводка, м², равная

S ₀ = 0,5 b ₀ h ₀ - для треугольного сечения (а), (2.)

S ₀ = 0,5 (а ₀ + b ₀) h ₀ – для трапецеидального сечения (б). (3)

Расход воды после выпадения осадков (таяния снега) и наступления половодья (паводка) Q_max, м³/с, равен

Q_max = Q ₀ + J F /3,6 (4)

Здесь J – интенсивность осадков (таяния снега), мм/час;

F – площадь выпадения осадков (таяния снега),км².

Высота подъема воды в реке при прохождении паводка h,м, определяется из выражения

a) h = [2 Q_max h ₀^5/3 / (b ₀ V ₀)]^3/8 – h _0, (5)

б) . (6)

Максимальная скорость потока воды при прохождении паводка V_max, м/с, равна

V_max = Q_max / S_max, (7)

где S_max - площадь поперечного сечения потока при прохождении паводка, м/с, определяемая по формулам (1.2) и (1.3), в которые вместо h ₀ подставляется h, а вместо b₀ – b.

Поражающее действие паводка определяется глубиной затопления h _з, м,

h _з = h – h _м, (8)

и максимальной скоростью потока затопления V з, м/с,

V _з = V _max f. (9)

Параметр удаленности объекта от русла реки f определяется по табл. 1.

Таблица 1. Значения параметра f

h з / h	M* = 1,25	M = 1,5	M = 2,0
0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0	0,2 0,38 0,60 0,76 0,92 1,12	0,23 0,43 0,64 0,84 1,05 1,2	0,3 0,5 0,72 0,96 1,18 1,32

Примечание: М – параметр, зависящий от формы сечения русла реки и равный М = 1,25 для прямоугольного сечения, М = 1,5 – для трапецеидального и М = 2,0 – для треугольного.

Поражающее действие волны затопления паводка аналогично поражающему действию волны прорыва и может быть оценено по приложению І.

В отличие от волны прорыва наводнение и паводок оказывают более продолжительное действие, усугубляющее первоначальное разрушающее воздействие волны прорыва (паводка) (см. табл. 2).

Таблица 2. Доля поврежденных объектов (%) на затопленных площадях

при крупных наводнениях (V _з = 3 – 4 м/с)

Объект	Часы
Затопление подвалов Нарушение дорожного движения Разрушение уличных мостовых Смыв деревянных домов Разрушение кирпичных зданий Прекращение электропитания Прекращение телефонной связи Повреждение систем газо- и теплоснабжения Гибель урожая	- - -   - -	- -   - -	-	-

Примечание: при V _з = 1,5 – 2,5 м/с приведенные в таблице значения умножать на 0,6; при V _з = 4,5 – 5,5 м/с – умножать на 1,4.

Пример: Определить последствия наводнения, вызванного таянием снега в пойме реки, для населенного пункта, состоящего из деревянных и кирпичных малоэтажных домов и производственных зданий деревообрабатывающего комбината (ДОК). Интенсивность таяния снега J = 75 мм/ч, площадь поймы реки F = 300 км², ширина реки b₀ = 100 м, глубина h₀ = 3 м, скорость течения v₀ = 2 м/с, русло реки в сечении имеет форму трапеции с шириной дна a₀ = 80 м. высота места (города и ДОК) h _м = 2 м.

Р е ш е н и е.

1. Определим расход воды в реке до наступления наводнения Q_o (формула1)

Q₀ = 2 x 0,5 (100 + 80) x 3 = 540 м³/с

2.Расход воды после таяния снега и наступления половодья Q_max определим по формуле 4

Q_max = 540 + 75 х 300/3,6 = 6790 м³/с

3. Высота подъема воды в реке при прохождении наводнения h равна (формула 6)

Здесь ctg m = ctg n = (b₀ - a₀)/ ( 2 h₀) = (100 - 80) / (2 x 3) = 3,33.

4. Максимальную скорость потока воды при прохождении половодья v_max определим по формуле 7

v_max = 6790 /681,67 = 9,96 м/с.

Здесь S_max, м² определяется по формуле 3, в которой вместо b₀ = 80 м подставлено значение b = a₀ + 2 h ctg m = 80 + 2 x 6,67 x 3,33 = 124,5 м

S_max = 0,5 (a₀ + b) h = 0,5 (80 + 124,5) 6,67 = 681,67 м².

5. Глубина затопления h _з равна (формула 8)

h _з = 6,67 - 2,0 = 4,67 м.

6. Максимальную скорость потока затопления v _з определим по формуле 9 с использованием табл. 1

v _з = 9,96 х 0,95 = 9,46 м/с

7. Долю поврежденных объектов на затопленных площадях определим по табл. 2. В течение суток 85 % подвалов будет затоплено, на 30% разрушены уличные мостовые, 50 % кирпичных зданий будут иметь различные степени разрушения. Прекратится подача электроэнергии, на 30% будут разрушены системы газо- и теплоснабжения.

8. По приложению І определим, что при скорости затопления v _з = 9,46 м/с и глубине затопления h _з = 4,67 м сильные повреждения могут получить кирпичные дома, мосты, дороги.

Задание №1. Используя собственные исходные данные из таблицы 3, оценить последствия наводнения (см. пример)

Исх. данные   Вариант	Сечение русла	I, мм/час	F, км2	b0, м	h0, м	V, м/с	а0, м	hм, м
Нечетный	треугольное						-	1,5
Четный	трапециедальное

ПРИЛОЖЕНИЕ І

Значения параметров волны прорыва, приводящие к разрушениям объектов