Державний вищий навчальний заклад
 Скачать 4.63 Mb.
|
|
Клас основних постійних гідротехнічних споруд напірного типу залежить від важливості об'єктів, розташованих нижче греблі (дамби), висоти останніх, максимального розрахункового тиску води і типу ґрунтів основи (табл. 2.2.2). Типи ґрунтів розподіляються так: А − скельний, Б − піщаний, глинистий в твердому і напівтвердому стані. В − глинистий, водонасичений в пластичному стані. Стійкість і міцність гідротехнічних споруд напірного типу задається у відповідності з максимальним розрахунковим рівнем води, швидкостю вітру, висоти хвилі. Так, наприклад, максимальний розрахунковий рівнь води повинен мати місце не частіше: для споруд I класу − 1 раз у 100 років (1%), II і ІІІ − 1 раз у 20 років (5%), IV класу − 1 раз у 10 років (10%). Таблиця 2.2.2 Класи гідротехнічних споруд напірного в залежності від їх висоти і типу ґрунтів основи
Прорив гідродинамічно небезпечних об'єктів може відбутися через дії сил природи (землетрусу, урагану, обвалу), конструктивних дефектів, порушення правил експлуатації, дії паводків, руйнування основи, недостатності водоскидів, застосування зброї. При прориві в дамбі або греблі утворюється проран, від розмірів якого залежать обсяг та швидкість падіння води, а також параметри хвилі прориву − основного фактору ураження цього виду аварій. Хвиля прориву утворюється при одночасному накладенні двох процесів: падіння води з водосховища в нижній б'єф (Ділянка річки між двома сусідніми дамбами або ділянка каналу між двома шлюзами називається б’єфом. Гідравлічний ухил річки – перевищення (в метрах) висоти рівня води на 1000 м вздовж її руслу. Верхнім б’єфом дамби називається частина річки, розташована вище за підпірну споруду (дамбу, шлюзу), а частина річки нижча за неї називається нижнім б’єфом. Тіло дамби утворює нульовий створ. Висота рівня води у верхньому б’єфі дамби – це рівень води у водосховищі), що породжує хвилю і різке збільшення обсягу води в місці падіння, а це викликає її підйом і перетікання в низинні місця. Дія хвилі прориву на об'єкти подібно ударній хвилі повітряного вибуху, але вирізняється від нього тим, що головним діючим тілом тут є вода. Прорив дамб призводить до затоплення місцевості і всього того, що на ній знаходиться. Тому будувати житлові і виробничі будівлі в цій зоні небезпечно. Проте місцеві власті часто нехтують цією вимогою, явно піддаючи небезпеці людей. Хвиля прориву в своєму русі уздовж русла річки безперервно змінює висоту, швидкість руху, ширину і інші параметри (рис. 2.2.1). Тому вона має зони підйому і зони спаду. Передня частина маси води, що рухається, називається фронтом хвилі прориву. Вона може бути дуже крутою (поблизу прорану) і дещо пологою − на значному видаленні від нього. Вслід за фронтом хвилі прориву висота води починає інтенсивно збільшуватися, досягаючи через деякий проміжок часу максимуму, що може перевищити висоту берегів річки, внаслідок чого і починається затоплення. Після припинення підйому рівнів по всій ширині потоку настає більш менш тривалий період руху, близький до сталого. Він буде тим довшим, чим більше обсяг водосховища. Останньою фазою утворення зони затоплення є спад рівня. Після проходження хвилі прориву залишається перезволожена заплава і сильно деформоване русло річки. Руйнівна дія хвилі прориву полягає головним чином в русі великих мас води з високою швидкістю і таранної дії всього того, що переміщається разом з водою (каміння, дошки, колоди, різні конструкції). Висота і швидкість хвилі прориву залежать від гідрологічних і топографічних умов річки. Лісисті ділянки уповільнюють швидкість і зменшують висоту хвилі. За останні 70 років в світі відбулося більше тисячі аварій крупних гідротехнічних споруд. Причини їх різні, але частіше за все аварії відбуваються через зруйнування основи (табл. 2.2.3). Таблиця 2.2.3 Частота аварій гідротехнічних споруд напірного типу
За період з 1902 по 2010 рік з понад 400 аварій в різних країнах у 35% випадків причиною було перевищення максимального розрахункового рівня води, тобто перелив води через гребінь дамби (табл. 2.2.4). Таблиця 2.2.4 Частота зруйнування різних типів дамб
При прориві дамб значні ділянки місцевості через 15 − 30 хвилин затоплюються шаром води товщиною від 0,5 до 10 м і більше. Час, протягом якого територія може знаходитися під водою, коливається від декількох годин до декількох діб. Виявлення та оцінка інженерної обстановки при зруйнуванні гідродинамічно небезпечного об’єкту. Як ми зясували раніше, уражаюча дія хвилі прориву пов'язана із поширенням води з великою швидкістю. Основними параметрами хвилі прориву як фактору ураження є її швидкість, висота, довжина, час існування та температура води. За своїм фізичним єством хвиля прориву − це несталий рух води, для якої глибина, ширина, ухил поверхні і швидкість течії змінюються у часі (рис. 2.2.1). Висота хвилі прориву і швидкість її поширення залежать від обсягу і глибини водосховища, площі „дзеркала” водного басейну, розмірів прорану, різниці рівнів води у верхньому і нижньому б’єфах, гідрологічних і топографічних умов русла річки і її заплави. В районі нульового створу (тіла дамби) висота хвилі прориву (h) визначається за формулою: h = 0,6(Н − Ннб), м , де Н – глибина водосховища у дамби, м; Ннб – висота нижнього б’єфу, м.  Рис. 2.2.1. Хвиля прориву. Висота хвилі прориву, як правило, знаходиться в межах від 2 до 12 м, але може досягати 30 м і більше. Швидкість поширення хвилі прориву коливається в межах від 3 до 25 км/год., а для гірських і передгірних районів – до 100 км/год. Для зон катастрофічного і небезпечного затоплення швидкість руху хвилі прориву u = 2,5 – 7 м/с. Для ділянок можливого затоплення – u = 1,5 – 2,5 м/с. При цьому статичний тиск потоку води – не менше 20 кПа (0,2 кгс/см2) з тривалістю дії не менше 0,25 год. Характер дії на об'єкт хвилі прориву обумовлюється гідродинамічним тиском потоку води рівнем і терміном затоплення, деформацією річкового русла, забрудненням гідросфери, розмиванням і перенесенням ґрунтів. Другим фактором ураження гідродинамічної аварії є катастрофічне (стрімке) затоплення місцевості, розташованої нижче за течією річки. При цьому утворюється зона затоплення – частина прилеглої до річки (водосховища) місцевості, що затопляється водою. Частина зони затоплення, в межах якої поширюється хвиля прориву, називається зоною катастрофічного затоплення. На її зовнішніх межах висота гребеня хвилі прориву (h) перевищує 1 м, а швидкість її руху становить 5 – 7 м/с. Катастрофічне затоплення характеризується такими параметрами:
Час, протягом якого затоплені території можуть знаходитися під водою, коливається від 4 годин до декількох діб. Параметри зони затоплення залежать від розмірів водосховища, тиску води і інших характеристик конкретного гідровузла, а також від гідрологічних і топографічних особливостей місцевості. Основні уражаючі фактори катастрофічного затоплення – руйнівна хвиля прориву, водяний потік і спокійні води, що заливають територію об'єкту. Зона катастрофічного затоплення визначається наперед на стадії проектування гідротехнічних споруд. У межах цієї зони виділяють ділянку можливого (вірогідного) надзвичайно небезпечного затоплення, тобто територію, через яку хвиля прориву проходить протягом однієї години після аварії. На цій території можливі найбільші втрати серед населення, сильні зруйнування об’єктів економіки і житлових споруд. Параметри хвилі прориву на даній ділянці приймаються такі: висота гребеня хвилі (рис. 2.2.1) – більше 4 м, а швидкість руху – понад 2,5 м/с. Для кожного водосховища (особливо обсягом 50 млн. м3 і більше), аварія на якому сприяє підйому води у нижньому б’єфі до висоти 1 м і більше, за результатами прогнозу розробляються атласи або карти затоплення і характеристики хвилі прориву. Таким чином, основним небезпечним наслідком гідродинамічної аварії є утворення зони катастрофічного затоплення місцевості, уражаючий фактор – хвиля прориву. Навантаження на об’єкт і його елементи (будівлі, устаткування, мережі водо енергопостачання і т. п.) створюються дією хвилі прориву – гідро потоком води, критичними параметрами якого служать висота і швидкість руху. Можливі ступені зруйнування об’єктів залежно від висоти (h) і швидкості (u) руху хвилі прориву визначаються за допомогою табл. 2.2.5. Виявлення та оцінка інженерної обстановки при гідродинамічній аварії здійснюється доступні для розуміння та застосування у навчальному процесі.за допомогою спеціальних методик. Розглянемо дві з них, як найбільш доступні у розумінні. Таблиця 2.2.5 Параметри хвилі прориву, що характеризують ступінь зруйнування об'єктів
Перша методика призначена для визначення параметрів хвилі прориву і характеристик зони затоплення при зруйнуванні греблі (дамби) водосховища. Вихідні дані для виконання розрахунків:
Порядок виконання розрахунків: І. Визначення параметрів хвилі прориву на заданій відстані R від дамби (рис. 2.2.1).
 , годЗначення u=5−7 м/с приймаються для зон катастрофічного і надзвичайно небезпечного затоплень; для ділянок можливого затоплення – u= 1,5−2,5 м/с.
 , мде m – коефіцієнт, значення якого залежить від R − відстані до об'єкту (табл. 2.2.6). Таблиця 2.2.6 Значення коефіцієнтів m і m1, як функцій відстані від дамби до створу об'єкту
 , год.де N – максимальні витрати води через 1 м довжини прорану (ділянки переливу води через гребінь дамби), м3/с·м − визначається за допомогою табл. 2.2.7. Таблиця 2.2.7 Максимальна витрата води через 1 м довжини прорану
t=m1T , год. де m1 – коефіцієнт (табл. 2.2.6), який залежить від R. ІІ. За даними розрахунків за допомогою табл. 2.2.5 оцінюють ступінь зруйнування об'єкту. Приклад. Обсяг води у водосховищі W = 70·106 м3, довжина прорану B = 100 м, глибина води перед дамбою H = 50 м, середня швидкість руху хвилі прориву u = 5 м/с. Визначити параметри хвилі прориву на відстані R = 25 км від дамби до створу об'єкта. Розв’язання завдання.
tпід= R/3600u = 25·103/3600·5=1,4 (год.).
У табл. 2.2.7 для R = 25 кмзнаходять коефіцієнт m = 0,2, тоді: h = mH =0,2H= 0,2·50 = 10 (м). 3. Розраховують час спорожнення водосховища по формулі: T = W/3600·N·B. Значення N знаходять у табл. 2.2.8. При H = 50м: N = 350 м3/с·м: T= 70·106/350·100·3600 = 0,56 (год.). 4. Оцінюють тривалість проходження хвилі прориву t через об'єкт на відстані R. У табл. 2.2.7 для R = 25 кмвизначають коефіцієнт m1=1,7. Тоді: t = m1T=1,7T=1,7·0,56=0,94 (год.). Висновок: h = 10 м; tпід= 1,4 год.; T = 0,56 год.; t = 0,94 год. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||