Прогнозирование наводнений

Под наводнением следует понимать затопление водой местности в результате подъема уровня воды в озере, реке, водохранилище. Оно причиняет материальный ущерб, наносит урон здоровью людей или приводит их к гибели. В России по повторяемости, площади распространения и материальному ущербу наводнения стоят на первом месте. Затопления местности, не сопровождающиеся ущербом, считаются разливом реки, озера или водохранилища.

Причины наводнений (выделяют пять групп):

- наводнения, связанные с таянием снегов;

- наводнения, формируемые интенсивными дождями;

- наводнения, вызванные большим сопротивлением водному потоку в реке (заторы и зажоры льда);

- наводнения, создаваемые ветровыми нагонами воды на озерах и водохранилищах;

- наводнения, создаваемые прорывом или разрушением гидроузлов.

В зависимости от времени года, источников притока воды в русло и их интенсивности наводнения подразделяют на:

- весеннее половодье (уровень воды повышается за счет таяния снега; продолжительность на малых реках несколько дней, а на больших реках 1-3 месяца);

- паводок (уровень воды повышается за счет ливневых осадков; продолжительность – несколько дней).

Различают два вида речного стока воды при опорожнении водохранилищ:

- волна попуска (медленное опорожнение водохранилищ за счет переливания вод через плотину (дамбу));

- волна прорыва (быстрое опорожнение водохранилищ за счет проломов в плотинах (дамбах)).

Зона затопления (наводнения) – территория, покрываемая водой в результате превышения притока воды по сравнению с пропускной способностью русла. Ее основные характеристики, от которых зависит причиняемый ущерб:

- высота подъема воды (2-14м);

- площадь затопления (от 10 до 10000 км²);

- от площади затопления населенного пункта (от 20 до 100%);

- от максимального расхода воды в период половодья (колеблется в зависимости от площади водосбора от 100 до 4500 м³/с). При площадях водосбора расход воды достигает: 500км² – от 100 до 400 м³/с; 1000 км² – от 400 до 1500 м³/с; 10000 км² – от 1500 до 4500 м³/с;

- от продолжительности паводка (1-2 суток) или половодья (от 1-3 суток до 1-3 месяцев);

- от скорости потока (от 2 до 5 м/с);

- численность населения, количество населенных пунктов, различных объектов, протяженность ж.д. и автомобильных дорог, линий электропередач, коммуникаций и связи, оказавшихся в зоне затопления.

Основными параметрами воздействия паводковых волн (волны попуска) на мостовые переходы являются:

- удар движущегося фронта волны;

- длительность гидравлического давления на элементы моста-опоры, береговые устои, пролеты;

- удары массивных плывущих предметов;

- размыв грунта, земляных насыпей на подходах к мостам и др. воздействия.

Рис 11.1

Волна прорыва – волна, образующаяся потоком массы воды через пролом в плотине. Мощь такой волны огромна. Ее действие на объекты подобно воздействию воздушной ударной волны при взрывах. Продольный разрез такой волны показан на рис.11.1. Скорость волны от 3 до 25 км/ч (до 100 км/ч).

Поражающие факторы волны: глубина потока (высота волны) – от 1,5 до 4 и более метров; скорость волны – 0,85 до 7,0 м/с (до 28,0 м/с). Значения параметров: глубина потока – 1,5 м – слабые разрушения, 4 и более метров – сильные и полные разрушения; скорость потока – 2 м/с – слабые разрушения, 2,5 и более – сильные и полные разрушения.

Основные оценочные параметры волны попуска:

- максимальная в данном створе высота волны Н_в и глубина потока H= H_в+h_б (h_б – глубина реки до прохождения волны или бытовая глубина);

- скорость движения V_фр, V_гр, V_хв и времена добегания t_фр, t_гр, t_хв характерных точек волны до различных створов, расположенных ниже гидроузла;

- длительность прохождения волны Т_в в выделенных створах, равную сумме времени подъема Т_под и Т_сп – времени спада уровня воды в них;

- средние V и поверхностные V_пов скорости течения в различных створах;

- наибольшая ширина В затоплений речной долины.

Между площадью водосбора реки F и ее длиной L существует приближенное соотношение

L, км 10 20 50 100 200 300 500

F, км² 35 120 600 2100 7200 15000 36000

Суммарный сток за половодье можно выразить в виде равномерного слоя воды Y, мм, на поверхности бассейна

Y=86,4 ; (11.8)

где - сумма средних суточных расходов за половодье, м³/сутки;

F – площадь водосбора, км².

Максимальный расход M_max, м³/с∙ км², половодья выражается в виде:

M_max= ; (11.9)

Приведенные зависимости рассчитываются для конкретного региона (реки) и позволяют установить возможные уровни половодья или паводка. Необходимые данные для расчетов можно найти в справочной литературе (картах рек).

Условия устойчивости разрушения некоторых объектов от параметров водных потоков при наводнениях приведены в табл. 11.5, 11.6, 11.7, 11.8.

Таблица 11.5. Возможности разрушения плотин и дамб при условиях прорыва: толщине Н слоя переливающейся воды и длительности Т перелива

Наименование объектов	Н,м	Т,ч
Плотины из местных материалов с защитным покровом повышенной надежности Плотины из местных материалов с нормальным или облегченным покрытием откосов Земляные дамбы с защитным покрытием Земляные дамбы без покрытия	2,5 1,5

Таблица 11.6. Предельно допустимые скорости водного потока, при которых обеспечивается сохранность объектов (при переливе воды через отметку проезжей части)

Наименование объектов	Скорость потока, м/с, при глубине, м
0,4
Железнодорожные пути Шоссейные дороги с асфальто - бетонным покрытием Дороги с гравием (щебеночным) покрытием	1,5 2,1 1,5	1,8 2,5 1,8	2,1 2,9 2,1	2,3 3,1 2,3

Таблица 11.7. Параметры водного потока с предельно допустимыми нагрузками и условия сильных (А), средних (Б) и слабых (В) разрушений

Наименование объектов	А	Б	В
м	м/с	м	м/с	м	м/с
Металлические мосты и путепроводы с пролетом 30…100 м То же более 100 м Железобетонные мосты Деревянные мосты Шоссейные дороги с асфальтобетонным покрытием Дороги с гравийным (щебеночным) покрытием	2,5	2,5		1,5   1,5 1,5	0,5	0,5 0,5 0,5 0,5   0,5

Таблица 11.8. Доля поврежденных объектов на затопленных площадях (в процентах) при крупных паводках (скорость потока V=3…4 м/с)

Объект	Период (часы)	(сутки)
Затопление подвалов Нарушение дорожного движения Разрушение уличных мостовых Остановка службы в портах Прекращение переправ Повреждения защитных дамб Разрушение и смыв деревянных строений Разрушение небольших кирпичных зданий Повреждения блочных бетонных зданий и промоины фундаментов Понижение капитальности на одну ступень: Зданий классов 1…3 3 Прекращение электроснабжения Прекращение телефонной связи Повреждения систем газо- и водоснабжения Гибель урожая	- - -   -   -   -     - -   - -	- -     -   -     -   - -	-       -     -   -	-       -     -     -

Различают прямой и косвенный ущерб от наводнений.

Прямой ущерб включает:

- гибель людей, животных, урожая сельскохозяйственных культур;

- повреждения и разрушения жилых, общественных и производственных зданий, железных и автомобильных дорог, линий электропередач и связи, мелиоративных систем;

- уничтожение и порчу сырья, топлива, продуктов питания, кормов, удобрений;

- затраты на временную эвакуацию населения и перевозку ценностей;

- смыв плодородного слоя почвы и замыв ее песком.

К косвенному ущербу относят:

- затраты на доставку и приобретение продуктов, стройматериалов и кормов для животных;

- сокращение выработки продукции и замедление темпов производства;

- ухудшение условий жизни населения;

- увеличение амортизационных расходов по содержанию зданий в нормальном состоянии.

Так, срок межкапитальных ремонтов кирпичных зданий уменьшается на 15 лет, а стоимость ремонта обходится в 3 раза дороже. После каждого затопления балансовая стоимость деревянного здания падает на 5-10%, а шоссейной и железной дороги – на 8-12%.

Прямой и косвенный ущерб находятся в соотношении 70/30%.

Последовательность прогнозирования последствий может быть следующей:

1. Прогнозируется оценка изменения гидрологического режима реки (скорости течения, глубины и ширины) по данным непосредственного измерения или из справочных данных по рекам и топографическим картам.

2. Оценка образовавшейся зоны затопления и изменение ее во времени на отдельных участках и створах (между населенными пунктами).

3. Оцениваются возможности последствия воздействия от паводковых волн (волн прорыва) на инженерные сооружения.

4. Производится оценка возможности применения переправочных средств для эвакуационных мероприятий при прохождении волны прорыва (попуска), а также оценка условий подхода (подъезда) к различным объектам.

5. На основе качественной оценки основных параметров прохождения паводковых волн и последствий составляются исходные данные для определения конкретных сил и средств для спасения и эвакуации населения из зон бедствия.

Пример [ 52 ]. Объем водохранилища W=700 млн.∙м³, ширина прорана В=100 м, глубина воды перед плотиной (глубина прорана) Н=50 м, средняя скорость движения волны попуска V=5 м/с.

Определить параметры волны попуска на расстояниях 25, 50, 100 км от плотины при ее разрушении.

Решение.

1. Время прихода волны на требуемые расстояния от плотины t_пр (t_Ri)

T₂₅=25/5∙3,6=1,4 ч; t₅₀=50/5∙3,6 ч=2,8 ч; t₁₀₀=100/18=5,6 ч.

2. Высота волны попуска на заданных расстояниях (определяется по данным таблицы, взятым для данной реки)

h₂₅ = 0.2H = 0.2∙50 = 10м;

h₅₀ = 0.15H = 0.15∙50 = 7.5м;

h₁₀₀ = 0,075H = 0.075∙50 = 3.75м;

Таблица 11.9. Ориентировочная высота волны попуска на заданных расстояниях (определяется по данным таблицы, взятой для данной реки)

Наименование параметров	Расстояние от плотины, км
Высота волны попуска, h, м	0,25H	0,2H	0,15H	0,075H	0,05H	0,03H	0,02H
Продолжительность прохождения волны попуска, t, ч	T	1,7T	2,6T	4T	5T	6T	7T

3. Продолжительность прохождения волны попуска (t) на заданных расстояниях:

T = , (11.10)

где W – объем водохранилища, м³;

В – ширина прорана или участка перелива воды через гребень неразрушенной плотины, м;

N – максимальный расход воды на 1 м ширины прорана (участка перелива воды через гребень плотины), м³/с∙м(берется для конкретной реки из справочных данных о ней)

Таблица 11.10.

Н, м
N, м^3/с∙м

Т= = 0,55 ч,

Тогда t₂₅ = 1,7 Т = 1,7 0,55 = 1,0 ч;

t₅₀ = 2,6 T = 2,6 0,55 = 1,5 ч;

t₁₀₀ = 4 T = 4 0,55 = 2,2 ч.

Расчетные данные можно представить в виде графика прохождения волны попуска для намеченных створов данной реки.

При оценке сохранности мостовых переходов от воздействия волн прорыва необходимо учитывать, что их элементы приспособлены для пропуска определенного (расширенного) водного потока. Эти данные нормируются СНиП.

Оценочной величиной является расчетный расход воды Q, м³/с. Он равен Q= S∙V_n,

где S – площадь пропускного отверстия, соответствующая максимальному уровню воды, м²; V_n – скорость потока при максимальном уровне воды, м/с.

Тогда сохранение мостового перехода является соблюдение неравенств

Н_кр Н_рп, V_кр V_рп,

где Н_кр – высота паводка, м; V_кр – скорость течения воды, м/с; Н_рп - высота расчетного паводка, м; V_рп – скорость течения при расчетном паводке, м/с.

Дата добавления: 2014-12-29