Паводок.

Опасность паводкового наводнения состоит в том, что оно может быть неожиданным, например, при прохождении ливневых дождей в ночное время. При паводке имеет место сравнительно кратковременный подъем воды, вызываемый ливневыми дождями или бурным таянием снега. На рис. 32 приведен гидрограф расхода ливневого паводка. Он состоит из восходящего участка, начинающегося в точке А, гребня В и затем нисхо­дящего участка, оканчивающегося в точке С; точку А называют фронтом паводковой волны.

Рис. 32. Гидрограф ливневого паводка

На этом рисунке: T_d - продолжительность выпадения осадков, Т - про­должительность паводка, Q_m - максимальный расход, Q₀ - бытовой расход.

Паводок относится к нестационарным течениям. При определении параметров водного потока при паводке пользуются системой уравне­ний Сен-Венана (5.1) (без упрощающих допущений, принимаемых для описания течения жидкости при половодье). Решение системы (5.1) выполняется численно с помощью ЭВМ.

Паводок – это волновое движение. Скорость фронта паводка вычисля­ется по формуле

, (5.17)

где - скорость и глубина основного потока соответственно; - коэффициент, зависящий от формы русла (для реальных русел прибли­женно принимают a»0,8).

Скорость гребня паводка

, (5.18)

где - подъем уровня воды при прохождении паводка.

Для определения величины h используется формула (5.16), где в данном случае максимальный расход находят по соотношению [34]

(5.19)

где - максимальный расход, м³/с; - расход до выпадения осадков, м³/с; - интенсивность осадков, мм/час; - площадь района выпаде­ния осадков в бассейне реки, км²; - коэффициент, учитывающий долю стока осадков в реку (обычно 0<k£1, в приближенных расчетах для оценки максимально возможного паводка допускается принимать k»1).

Высота паводка на расстоянии Х от наблюдаемого створа оценивается по соотношению [37]

, (5.20)

где С₁, C₂ - константы, определяемые по наблюдениям высоты паводка в двух створах.

Пример. 0пределить максимальную высоту паводковой волны при выпадении ливневых осадков интенсивностью 40 мм/час на площади 162 км² в бас­сейне реки. Русло реки трапецеидальное, ширина русла по дну 100 м, по урезу воды 200 м, глубина реки 4 м, скорость бытового течения 1 м/с.

Решение. 1. Находим бытовой расход воды в реке:

м³/с.

2. По формуле (3.19) вычисляем максимальный расход при прохождении паводка

м³/с.

3. По соотношению (5.12) определяем параметр "m" русла реки

4. По формуле (5.16) вычисляем максимальный подъем уровня воды

при паводке

м.

§5.4 Волна прорыва при разрушении плотин гидроузлов. Оценка состояния зданий, сооружений в зоне затопления вол­ной прорыва.

При авариях, сопровождающихся разрушением плотины, запасенная по­тенциальная энергия водохранилища высвобождается в виде волны прорыва (типа мощного паводка), образующейся при изливе воды через проран (брешь) в теле плотины. Волна прорыва распространяется по речной долине на сотни километров и более.

Оценим величину запасенной энергии водохранилища на следующем примере. Пусть глубина воды у плотины в верхнем бьефе Н₀= 55 м, в нижнем бьефе h₀=5м, длина плотины В=5000 м, длина водохранилища L= 40.000 м, рис. 34.

Рис. 34. Схема водохранилища.

1 – плотина, 2 – водохранилище.

Потенциальная энергия водохранилища может быть найдена по соот­ношению

Здесь - плотность воды, кг/м³, g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Для сравнения энергия ядерного взрыва мощностью q = 10⁶ т (в троти­ловом эквиваленте) составляет Дж.

Основными параметрами волны прорыва являлся: высота гребня , наибольшая скорость течения V_m, время прихода фронта t_Ф, гребня t_Г, хвоста t_X. На рис. 35 показано продольное сечение волны прорыва.

Рис 35. Волна прорыва.

1 – фронт волны, 2 – гребень, 3 – хвост, H₀ - глубина водохранилища, h₀ – уровень воды в реке, - высота гребня волны.

Для определения параметров волны прорыва решается полная система уравнений Сен- Венана (5.1) по машинным программам, разра­ботанным в Сибирском отделении АН РФ и институте “Гидропроект” им. С. Я. Жука. Некоторые результаты полученного решения приведены, например, в [14,37 – 40].

В качестве примера в табл. 4 и 5 приведены данные по величи­нам при распространении волны прорыва по схематизиро­ванному прямоугольному руслу для трех характерных гидроузлов равнинного и предгорного типов при ширине прорана B_пр 0.5 В, где В – длина плотины. Это случай, близкий к полному разрушению плотины. Более полные данные по параметрам волны прорыва при различных значениях, B_пр, изложены в литературе [37,38].

Таблица 23.

Дата добавления: 2015-08-05