Пример инженерной оценки гидродинамической аварии
Пример инженерной оценки гидродинамической аварии
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:
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 А>1>=320, В>1>=166. Тогда:
=
4,45 (м)
Рисунок 1
Таблица 1
Значения коэффициентов А, В при гидравлическом уклоне реки
|
B |
Н>0>, м |
i=1 · 10-4 |
i=1 · 10-3 |
||||||
|
А>1> |
В>1> |
А>2> |
В>2> |
А>1> |
В>1> |
А>2> |
В>2> |
||
|
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 А>2>=61, В>2>=52. Тогда:
=
0,858 (м/с)
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 |
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/H>0> |
Высота плотины (H>0>) в долях от средней глубины реки в нижнем бъефе (h>0>) |
|
|
Н>0>=10h>0> |
Н>0>=20h>0> |
|
|
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.