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.
|