Пример проведения расчета

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ НАВОДНЕНИЙ

Цель работы: приобретение теоретических знаний и практических навыков прогнозирования и оценки последствий наводнений.

Основные понятия и определения

Для принятия обоснованного прогноза последствий необходимо изучение основных природно-географических условий возникновения наводнений, классификации наводнений по причинам возникновения, масштабам и наносимому ущербу, а также методики прогнозирования и оценки последствий.

Наводнение – это затопление водой местности, прилегающей к реке, озеру или водохранилищу, которое причиняет материальный ущерб, наносит урон здоровью населения или при­водит к гибели людей.

Разлив реки, озера или водохранилища – это затопление местности, не сопровождающе­еся материальным ущербом.

Основными природно-географическими условиями возникнове­ния наводнений являются: выпадение осадков в ходе дождя, тая­ние снега и льда, цунами, тайфуны, опорожнение водохранилищ. Наиболее частые наводнения возникают при обильном выпадении осадков в виде дождя, обильном таянии снега и образовании зато­ров при ледоходе. Весьма опасны наводнения, связанные с разру­шением гидротехнических сооружений (ГЭС, дамбы, плотины).

Классификация наводнений осуществляется по комплексу факторов, которые включают причину возникновения, масштаб наводнения.

Выделяют пять групп наводнений в зависимости от причин его возникновения:

1-я группа – наводнения, связанные в основном с максималь­ным стоком от весеннего таяния снега. Такие наводнения отлича­ются значительным и довольно длительным подъемом уровня воды в реке и называются обычно половодьем;

2-я группа – наводнения, формируемые интенсивными дождя­ми, иногда таянием снега при зимних оттепелях. Они характеризу­ются интенсивными, сравнительно кратковременными подъемами уровня воды и называются паводками;

3-я группа – наводнения, вызываемые в основном большим со­противлением, которое водный поток встречает в реке. Это обыч­но происходит в начале и в конце зимы при заторах и зажорах льда;

4-я группа – наводнения, создаваемые ветровыми нагонами воды на крупных озерах и водохранилищах, а также в морских устьях рек;

5-я группа – наводнения, создаваемые при прорыве или разру­шении гидроузлов.

По размерам или масштабам и по наносимому ущербу наводне­ния выделяют в четыре категории: низкие, высокие, выдающиеся и катастрофические.

Низкие (малые) наводнения наблюдаются в основном на рав­нинных реках, наносят незначительный материальный ущерб и почти не нарушают ритма жизни населения.

Высокие наводнения сопровождаются значительным затоплени­ем, охватывают сравнительно большие участки речных долин и иногда существенно нарушают хозяйственный и бытовой уклад населения. В густонаселенных районах высокие наводнения при­водят к частичной эвакуации населения.

Выдающиеся наводнения охватывают целые речные бассейны. Они парализуют хозяйственную деятельность, наносят большой материальный ущерб, приводят к массовой эвакуации населения и материальных ценностей.

Катастрофические наводнения вызывают затопления обширных территорий в пределах одной или нескольких речных систем. Та­кие наводнения приводят к значительным материальным убыткам и гибели людей.

Качественная характеристика причиненного ущерба затоплен­ной территории зависит от нижеприведенных параметров, значение которых может колебаться в пределах:

– высота подъема воды над уровнем реки, водоема от 2 до
14 метров;

– площадь затопления от 10 до 1000 км²;

– площадь затопления населенного пункта от 20 до 100 %;

– максимальный расход воды в период половодья от 100 до 4500 м³/сек, который зависит от площади водосбора – (при площади водосбора 500 км² максимальный расход воды ко­леблется от 100 до 400 м³/сек, при 1000 км² – 400–1500 м³/сек, при 10000 км² – 1500–4500 м³/сек);

– продолжительность паводка от 1 до 2 суток;

– продолжительность половодья колеблющегося на малых реках от 1 до 3 суток, а на крупных реках – от 1 до 3 месяцев;

– скорость потока, которая при паводках изменяется от 2 до 5 м/с.

2.2. Методика прогнозирования и оценки
последствий наводнений

Прогнозирование обстановки при наводнении сводится к определению высоты подъема воды в реке, ширины реки во время паводка (половодья), высоты и скорости потока затопления. При оценке обстановки определяется возможный характер повреждений элементов инженерно технического комплекса (ИТК).

Обстановка в районе наводнений характеризуется комплексом параметров, которые зависят от особенности сечения русла реки, скорости воды и её расхода, интенсивности осадков (таяния снега) и др.

1. Представляют схематически сечение русла реки тре­угольным (рис. 2.1,а), или трапецеидальным (рис. 2.1, б).

2. Находят площадь сечения реки до паводка S ₀ по формулам:

– для треугольного сечения (рис. 2.1,а)

(2.1)

– для трапецеидального сечения (рис. 2.1, б).

(2.2)

3. Определяют расход воды в реке до наступления наводнения (паводка) по формуле

, м³/с, (2.3)

где V ₀ – скорость воды в реке до наступления паводка, м/с.

А) б)

Рис. 2.1. Расчетная схема сечения реки:

а – треугольное сечение, б – трапецеидальное сечение; а ₀ – ширина дна реки; b ₀, b – ширина реки до и во время паводка; h ₀, h, h _з, h _м– глубина реки до и во время паводка, высота затопления местности и расположение её от первоначального уровня реки; m, n – углы наклона берегов реки

 

4. Определяют расход воды после выпадения осадков (таяния снега) и наступ­ления половодья (паводка) по формуле

, м³/с (2.4)

где J – интенсивность осадков (таяния снега), мм/ч.;

F – площадь выпадения осадков, км²

Площадь водосбора бассейна реки определяется по формуле

,

где L – длина участка реки, км.

Количество талой воды, J _т, поступающей на поверхность речного бассейна при таянии снега определяется по формуле

,

где F_n – относительная площадь подачи воды в долях единицы;

m – водоотдача снега, мм/сутки, определяемая по формуле

,

здесь hс – интенсивность снеготаяния, мм/сутки;

Z ₀ – относительная (в долях единицы) убыль снега, при которой он начинает отдавать воду.

5. Определяют высоту подъема воды в реке (см. рис. 2.1а, 2.1б) при прохождении паводка:

а) (2.5)

б) м.

 

6. Определяют максимальную скорость потока V _max воды при прохождении па­водка по формуле

, м/с (2.6)

где S _max – площадь поперечного сечения потока при прохожде­нии паводка, м², определяемая по формулам (2.1) и (2.2), в которые вместо h ₀ подставляют (h ₀+ h), а вместо b ₀ подставляют b.

Значение величины b находят из подобия треугольников с высотами h ₀ и h ₀+ h и сторонами соответственно b ₀ и b.

Для треугольного сечения реки , (2.7)

а для трапецеидального – . (2.8)

Ширина затапливаемой территории при наводнении Ш определяется по формуле

,

где a - угол наклона береговой черты, град.

7. Поражающее действие паводка определяется глубиной h _з и максимальной скоростью потока затопления V _з, которые находят по формулам:

, м (2.9)

, м/с (2.10)

где f – параметр, характеризующий удаленность объекта от русла реки, б/р.

Параметр f определяется по табл. 2.1.

Поражающее действие волны затопления паводка аналогично поражающему действию волны прорыва и может быть оценено по прил.1 в зависимости от скорости движения и высоты гребня волны.

В отличие от волны прорыва наводнение и паводок оказыва­ют более продолжительное действие (табл. 2.2), усугубляющее первона­чальное разрушающее воздействие волны прорыва.

Таблица 2.1

Значения параметра f

h 3/ h	Для трапециидального профиля реки	Для треугольного профиля реки
0,0	0,1	0,1
0,1	0,2	0,3
0,2	0,38	0,5
0,4	0,60	0,72
0,6	0,76	0,96
0,8	0,92	1,17
1,0	1,12	1,32
0,7	0,84	1,07

Таблица 2.2

Доля поврежденных объектов (%) на затопленных площадях

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

Объект	Доля повреждения объектов, %, при времени воздействия, час
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 умножить на 0,6; при V _з = 4,5–5,5 м/с – умножить на 1,4.

Пример проведения расчета

В городе N, в котором протекает река Дея, произошло наводнение, вызванное таянием снега и интенсивными дождями.

Инженерно-технический комплекс располагается на высоте 3 м от уровня реки Деи. Здание ИТК – каркасное панельное. Дороги с гравийным покрытием. На берегу реки построен пирс, рядом с которым находится плавучий док.

Глубина Деи до паводка h ₀; ширина b ₀; скорость воды в реке V ₀. Сечение реки – треугольное. Площадь выпадения осадков и таяния снега F. Интенсивность осадков и таяния снега J. Время стояния воды t.

Определить параметры наводнения и характер повреждений объектов ИТК от последствий наводнения.

Исходные данные:

сечение реки треугольное;

h ₀ = 5 м;

b ₀ = 30 м;

V ₀ = 1,5 м/с;

F = 540 км²;

J = 11 мм/ч;

t = 24 ч;

h_м = 3 м.

Решение. Расход воды в реке до наступления наводнения (паводка) Q ₀ рассчитаем по формуле (2.1):

,

где м², т.к. сечение треугольное.

м³/с.

Расход воды после выпадения осадков, таяния снега и наступления паводка равен

м³/с.

Высота подъема воды в реке при прохождении паводка h определяется по формуле (2.5):

м. (2.11)

Ширина реки во время поводка равна

м,

а площадь поперечного сечения потока

м².

Максимальная скорость потока воды при прохождении паводка равна

м/с.

Поражающее действие паводка определяется глубиной затопления по формуле (2.9)

м (2.12)

и максимальной скоростью потока затопления по формуле (2.10)

м/с. (2.13)

где f – параметр удаленности объекта реки, определяется на основании отношения по табл. 2.1.

; .

 

С учетом табл. 2.2, за сутки стояния воды подвалы ИТК затопило на 85 %, на 95 % нарушилось дорожное движение, наполовину разрушены кирпичные здания, прекращены электропитание и телефонная связь. Системы газо- и теплоснабжения повреждены на 30 %.

 

Схематично с соблюдением пропорций нарисовать сечение реки по полученным результатам.