Прогнозирование последствий чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях Павловской ГЭС

проблемы, защита // Военные знания (библиотечка «ВЗ»). - №5, 1998 г.

Кривошлыков А. Л. Анализ и оценка обстановки – основа успешного предупреждения и ликвидации ЧС // Военные знания (библиотечка «ВЗ»). - №8. – 1998 г.

Соколов Ю. И. Система оповещения и информирования населения о чрезвычайных ситуациях // Военные знания (библиотечка «ВЗ»). - №11. – 1998г.

Типовая инструкция по технической эксплуатации сооружений и водохранилищ малых ГЭС, введена в действие приказом концерна «Белэнерго» от 11.07. 2000 г. №116, - Минск, 2000г.

Рекомендации по обоснованию экологической безопасности создания ГЭС, Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды республики Беларусь, - Минск, 2000г.

Борщ С. В., Мухин В. М. Метод прогноза возможного ущерба от наводнений (на примере Московской области) // Метеорология и гидрология, - №7. – 2000г.

Нежиховский Р. А. Наводнения на реках и озерах. – Л., Гидрометеоиздат, 1988 г., 184с.

Галин Р. А. Население Республики Башкортостан, - Уфа, 1998 г.

Башкортостан, краткая энциклопедия. Уфа: Научное издательство «Башкирская энциклопедия», 1996 г.

Сейсмические сооружения за рубежом (под ред. В. Н. Насонова). По материалам Ш–й международной конференции по сейсмостойкому строительству. М.: издательство литературы по строительству, 1968 г.

Промышленная микробиология: Учебное пособие для вузов по специальности «Микробиология» и «Биология» / З. А. Аркадьева, А. М. Безбородов, И. Н. Блохина и др., под общ. ред. Н. С. Егорова. М.: Высшая школа, 1989 г., 688 с.

Приложение №1. Методика расчета параметров затопления при разрушении гидроузлов (Программа «ВОЛНА 2»)

Назначение и возможности программы «Волна 2».

Программа «Волна 2» предназначена для прогнозирования масштабов затопления местности и характеристик волны прорыва при разрушении гидроузлов. Программа позволяет оценить последствия разрушения гидроузлов при использовании в работах по исследованию аварий и катастроф данного типа.

При вычислении программой «Волна 2» определяются параметры затопления местности – максимальные: глубина затопления, ширина затопления и скорость течения, время прихода фронта, гребня и хвоста волны прорыва. Кроме того, в результате вычислений приводятся данные о максимальном расходе воды в створе, высоте волны (превышение уровня воды над уровнем бытового потока) и максимальная отметка затопления.

Подготовка исходных данных.

Решение поставленной задачи требует данные о гидроузле и местности, расположенной выше (водохранилище) и ниже по течению реки. Для этого местность разбивается на так называемые створы, то есть перпендикулярные сечения к направлению течения реки. В соответствующих сечениях определяются необходимые параметры, важнейшими из которых являются удаление от створа гидроузла, отметки горизонталей местности и расстояния между ними (см. соответствующие разделы справки). Для гидроузла и водохранилища важнейшими являются данные об объеме водохранилища, ширине и глубине водохранилища у плотины в нижнем бьефе. Эти данные можно взять из крупномасштабных карт местности и справочников.

Заключительной частью подготовки исходных данных является определение предполагаемых параметров разрушения гидроузла. Такими параметрами являются степень разрушения гидроузла и высота порога бреши. Эти параметры выбираются по желанию пользователя и могут варьироваться от нуля до единицы.

Требования к пользователю.

Использование программы требует стандартных навыков работы в среде Windows 95/98/NT. Управление функциями программы осуществляется выбором в меню интересующего раздела. Для отображения данных используется два вида панелей: таблицы и графические схемы. Все панели программы всегда являются активными, но при этом могут быть скрытыми. Для того, чтобы их увидеть и отредактировать данные, надо выбрать соответствующий раздел меню и нажать кнопку на панели управления.

Описание программы.

Программа имеет контекстную справочную систему, т.е. при вызове справки появляется та страница справки, которая соответствует открытой таблице или схеме; а также программа имеет всплывающие подсказки к некоторым элементам.

В начале работы программа загружает диалог открытия файлов данных. После выбора требуемого файла с расширением «.@vl», данные из выбранного файла заносятся в таблицы, из которых программа берет числа при запуске вычислительной процедуры. Чтобы отредактировать или просмотреть таблицы следует выбирать:

Для исходных данных:

меню «Данные/Створ гидроузла»;

меню «Данные/Створы по реке».

Для результатов:

Меню «Результаты/Параметры прорыва»;

Меню «Результаты/Профиль створа» (графическая схема).

При просмотре очередной таблицы, предыдущая становится открытой, но введенные ранее изменения сохраняются в памяти компьютера (но не сохраняются в файле).

Управление программой.

Программа «Волна 2.0» имеет удобный интерфейс для ввода, редактирования и отображения исходных данных и результатов работы. Окно программы состоит из заголовка с названием открытого файла, меню, панели управления с кнопками для быстрого доступа к основным командам, панели форматирования, панели ввода/вывода, строки состояния.

В меню «Файл»: создание, открытие, сохранение файлов, отчет о работе и выход.

В меню «Данные»: ввод, редактирование и просмотр исходных данных о створе гидроузла и створах по реке.

В меню «Вычисления»: старт вычислительным процедурам.

В меню «Результаты»: параметры прорыва – вывод на экран таблицы с результатами расчетов параметров волны прорыва, а также профиль створа (графическое представление).

В меню «Сервис»: установка различных настроек работы программы.

Панель ввода/вывода отображает таблицы данных и результатов, отчеты, а также специализированные графики и схемы.

В программе имеются панели табличного типа и графического.

Табличного типа:

Створ гидроузла – для ввода данных, характеризующих водохранилище и створ гидроузла.

Створы по реке – для ввода данных, описывающих местность, расположенную ниже створа гидроузла.

Параметры волны прорыва – для вывода результатов вычислений программы.

Графического типа:

Профиль створа – для отображения любого выбранного створа реки.

После запуска программы Volna.exe следует сформировать свой файл данных (или использовать файл примера, предварительно его переименовав). Затем следует приступить к подготовке данных, которую можно разбить на три этапа:

Предварительная подготовка данных

Ввод данных о створе гидроузла

Ввод данных о створах по реке.

Расчет параметров волны прорыва, построение профилей створов и формирование отчета осуществляется с помощью команд меню после подготовки данных.

Предварительная подготовка данных.

Перед началом работы с программой необходимо подготовить источники исходных данных:

1. Найти географическую карту местности, расположенной возле объекта исследования (гидроузла). Желательно иметь максимально возможный масштаб карты (1:100000, 1:200000). (Выбор карты ограничивается высотой сечения горизонталей местности, а также тем, что с уменьшением масштаба уменьшается достоверность характеристик реки).

2. Найти данные, характеризующие водохранилище и содержащие:

а) объем водохранилища,

б) площадь зеркала водохранилища,

в) отметку уреза воды водохранилища,

г) глубину водохранилища у гидроузла

и прочее.

3. Найти данные, характеризующие гидроузел и содержащие:

а) Ширина водохранилища у плотины при НПУ,

б) Ширина реки в нижнем бьефе гидроузла,

с) Скорость реки в нижнем бьефе гидроузла

и прочее.

Если таких данных на карте не обнаружено, то необходимо воспользоваться какой-либо базой данных, описывающей данное гидротехническое сооружение, или определить другими возможными способами, некоторые из них приведены в справочном файле программы.

Затем необходимо выбрать меню “Файл/Создать”, для того чтобы очистить таблицы исходных данных и приготовится к вводу новых.

После создания файла имеется возможность задать или изменить название проекта, которое дается автоматически (предыдущее действие). Для этого необходимо выбрать меню “Данные/Изменить название...” и в строку ввода, на появившейся панели, ввести любое название, которое необходимо только для удобной идентификации проекта.

После проведенных действий можно приступить к вводу данных. Для этого необходимо перейти к таблице Створ гидроузла.

Данные о створе гидроузла.

Используя карту местности и/или специализированные базы данных, заполняется таблица исходных данных створа гидроузла, для этого необходимо выбрать меню “Данные/Створ гидроузла” и ввести в таблицу числовые значения, расчетная схема гидроузла приведена ниже. Под НПУ понимается нормальный подпорный уровень водохранилища.

Исходные данные можно разделить на постоянные и переменные, постоянные - данные не зависящие от каких-либо условий; переменные - данные, зависящие от паводков, размеров разрушения и т.п.; а также см. порядковый список.

Пост. - постоянные, Перем. - переменные значения.

1. Объём водохранилища при НПУ Wв млн.м3

(Пост.)

2. Глубина водохранилища у плотины при НПУ Hв м

(Пост.) Определяется по карте или таблицам.

3. Площадь зеркала водохранилища при НПУ Sв млн.м2

(Пост.) Определяется по карте или таблицам.

4. Ширина водохранилища у плотины при НПУ Bв м

(Пост.) Определяется по карте или таблицам.

5. Глубина реки в нижнем бьефе гидроузла Hбо м

(Перем.) Берётся из карты по ближайшим к гидроузлу знакам. Необходимо учитывать при паводках и т.п.

6. Ширина реки в нижнем бьефе гидроузла Bбо м

(Перем.) Берётся из карты по ближайшим к гидроузлу знакам. Необходимо учитывать при паводках и т.п.

7. Скорость течения в нижнем бьефе гидроузла Vбо м/с

(Перем.) Берётся из карты по ближайшим к гидроузлу знакам.

8. Глубина вдхр. у плотины на момент разрушения гидроузла Hpм

(Перем.) Зависит от наполнения водохранилища.

9. Степень разрушения гидроузла Ep

(Перем.). Изменяется от 0 до 1 (мин - макс).

10. Высота порога бреши p м

(Перем.) Определяется относительно дна водохранилища у гидроузла, диапазон: от 0 до Hв м

11. Отметка уреза воды водохранилища при НПУ Zв м

(Пост.) То есть отметка над уровнем моря.

12. Количество постоянных створов по длине реки N

Определяется пользователем, не должно превышать числа определённых створов из таблицы “Створы по реке” (в данной версии ограничено 8 створами).

Затем необходимо перейти к заполнению таблицы Створы по реке.

Данные о створах по реке.

Используя карту местности заполняется таблица “Створы по реке”. Для этого следует выбрать меню “Данные/Створы по реке” и заполнить таблицу ввода данных в соответствии с инструкцией:

1. Разделить местность, расположенную ниже гидроузла, на линейные участки (створы), может быть проведено до 8 створов. Следует проводить створы в местах, необходимых для принятия решения, (также см. рис. Расчетная схема створов по реке).

2. Провести сечения, перпендикулярные течению реки для каждого участка (створа).

3. Для каждого створа определить необходимые параметры (см. рис. Створ реки) и заполнить таблицу “Створы по реке” (см. ниже).

Необходимые исходные данные:

1. Удаление i-го створа от створа гидроузла Lci км

Lc[i]>Lc[i-1]

БЫТОВОЙ ПОТОК:

2. Отметка уреза воды Zбi м

3. Глубина Hбi м

4. Ширина Bбi м

5. Скорость течения Vбi м/с

ЛЕВЫЙ БЕРЕГ и ПРАВЫЙ БЕРЕГ

6-7. Высота бровки берега Hm м

Если не известно значение, то Hm=0

8-9. Ширина поймы реки Bп м

Если не известно значение, то Bп=0

10-11. Отметка 1-й горизонтали местности z1 м

12-13. Расстояние от оси реки до 1-й г.м. B1 м

14-15. Отметка 2-й горизонтали местности z2 м

16-17. Расстояние от оси реки до 2-й г.м. B2 м

18-19. Отметка 3-й горизонтали местности z3 м

Для упрощения ввода, проставляются Нули

20-21. Расстояние от оси реки до 3-й г.м. B3 м

Для упрощения ввода, проставляются Нули

В некоторых ячейках таблицы “Створы по реке” заранее проставлены нулевые (0) значения для ускоренного ввода данных.

Примечание:

Имеется возможность добавлять, переставлять столбцы исходных данных. Для этого надо нажать мышью на шапку столбца и не отпуская кнопку мыши переместить столбец на новое место, при этом столбец поменяет свой номер на новый.

Если таблицы данных заполнены полностью, в соответствии с требованиями можно перейти к вычислениям параметров прорыва.

Вычисление параметров волны прорыва.

После того как таблицы данных будут полностью заполнены в соответствии с требованиями необходимо сохранить данные в файле выбрав меню “Файл/Сохранить”.

Затем можно перейти к вычислению параметров волны прорыва, для этого необходимо выбрать любой из предложенных способов запуска процедуры:

или выбрать меню “Вычисления/Параметры прорыва”,

или нажать кнопку на панели управления

или нажать кнопку на клавиатуре “F12”.

После запуска на мониторе появится панель, характеризующая процесс выполнения вычисления, по окончании вычислений панель будет скрыта.

Если данные не отвечают установленным требованиям, то появится сообщение об ошибке, и вычисление будет прервано. Таблица “Параметры волны прорыва” останется без изменения.

При успешном вычислении появится таблица “Параметры волны прорыва” с результатами. Результаты будут даны для количества створов, заданных в таблице “Створ гидроузла”.

Вместе с появлением таблицы, будет сделано доступным меню “Результаты/Профиль створа” и соответствующая кнопка на панели управления.

Ошибок в работе программы, способных привести к ‘’зависанию’’ компьютера не обнаружено. При правильном и полном вводе данных, ошибок в вычислении также не обнаружено, т.е. если:

Десятичные части данных отделены от целых запятой, если при этом в Win95/98/NT в “Язык и стандарты” в разделе “Числа” установлен соответствующий разделитель - запятая.

Число исследуемых створов в таблице данных об “i”-створе, не меньше числа “N” из таблицы данных о створе гидроузла.

Данные соответствуют условиям, описанным в соответствующих разделах.

Возможна ошибка, если высота порога бреши p больше глубины водохранилища у плотины на момент разрушения гидроузла Hp, т.е. p > Hp.

В случае ошибок такого рода, программа прекратит выполнение команды пользователя, и будет готова к изменениям в таблицах.

Параметры волны прорыва (результаты вычислений).

При успешном вычислении появится таблица результатов расчетов “Параметры волны прорыва”, которая содержит временные и количественные характеристики волны прорыва для “N” створов.

Ниже приведена таблица результатов.

1. Удаление створа от гидроузла Lci км

2. Максимальный расход воды в створе Qi т.м3/с

ВРЕМЯ

3. Добегания фронта волны Tфi мин

4. Добегания гребня волны Tгр мин

5. Добегания хвоста волны Tхi мин

6. Затопления Tзт мин

7. Максимальная скорость течения Vi м/c

8. Высота волны Hгi м

9. Максимальная глубина затопления Hi м

10. Максимальная отметка затопления Zi м

Максимальная ширина затопления

11. По Левому берегу, м

По Правому берегу, м

Максимальная ширина затопления дается от оси реки.

Последствия.

По полученным результатам можно оценить возможные последствия затопления.

Ниже приведена краткая таблица последствий (подробности следует искать в другой документации).

№	Класс	Характеристика строения	Разрушение
			Слабое	Среднее	Сильное
			Скорость	Высота	Скорость	Высота	Скорость	Высота
1	А1	из местных материалов	1	1	1,5	2,5	2	3,5
	А2
	А3
2	Б1	кирпичные, из тесанного камня или бетонных блоков	1	2	2	3	2,5	4
	Б2
	Б3
3	В1	железобетонные, каркасные, крупнопанельные и деревянные рубленные	1,5	3	2	3,5	2,5	5
	В2
	В3
4	С7	сооружения с сейсмостойкостью 7 баллов	1,5	3	3	6	4	7,5
5	С8	Сооружения с сейсмостойкостью 8 баллов	1,5	3	3	6	4	7,5

Для этого необходимо выбрать меню Результаты/Профиль створа. [19, а также файл Volnhelp.hlp]

Приложение №2. Расчет параметров волны прорыва и затопления местности при разрушении гидроузла

В сценарии возможной аварии на гидроузле, изложенном в Декларации безопасности Павловской ГЭС, а также в результатах расчета возможного ущерба от этой аварии, уровень безопасности оценивается как нормальный, а возможный ущерб от аварии не подлежит обязательному учету для сооружений 2-го класса. Поэтому в дипломной работе расчет возможных последствий от аварии производился не по предложенному сценарию в декларации безопасности, а по сценарию с большой редкостью, а, следовательно, и ущербом. Сценарий этой возможной аварии представлен на приведенной ниже схеме на стр. 63.

Сценарий. В результате паводка редкой повторяемости гидротехнические сооружения Павловской ГЭС не смогли обеспечить постепенный сброс воды из верхнего бьефа, т.к. шлюз-водосброс находился в неработоспособном состоянии, а также другое механическое оборудование было не полностью подготовлено к пропуску паводка.

Резкий (аварийный) сброс воды вызвал гидравлический удар, в результате которого началось землетрясение мощностью 3-4 балла.

Гидротехнические сооружения построены без учета сейсмостойкости, в результате чего начался процесс разрушения плотины всего напорного фронта ГТС.

Кроме того, землетрясение вызвало оползень, после которого в водохранилище оказалась огромная масса различных пород, складывающих берег водохранилища. Увеличение объема воды в верхнем бьефе обеспечило поднятие уровня воды выше отметки ФПУ = 142,00, произошел перелив воды через гребень плотины и начался размыв гребня и низового откоса плотины. Это ускорило процесс разрушения плотины напорного фронта ГТС.