Визначення параметрів хвилі прориву ГТС та її вплив на ОЕ

Близько 45тис. великих (висотою більш 15 м ) гребель, які зараз експлуатуються у світі, з яких 43тис. споруджені в ХХ столітті, у тому числі 37,5тис. з 1950 р. є найкращою характеристикою греблебудування у забезпеченні стійкого розвитку людської цивілізації за 5000 років. Більш 8000 км³ річкового стоку, який зрегульовано з їхньою допомогою, використовується для зрошування 270 млн. га земель, вироблення майже 2460 млрд. кВт·ч (18,5% всієї кількості, яку світ споживає) електроенергії, захисту від паводків, забезпечення потреб у технічній та питній воді, створення зон відпочинку та можливостей судноплавства на раніше недоступних ділянках річок.

Разом з тим, наявність гребель, водосховищ поряд з користю, створює різного роду ризики, які є ймовірнісні за своєю природою.

За останні 70 років відбулося більше тисячі аварій на великих гідротехнічних спорудах, в основному в наслідок руйнування підвалини греблі (40%), перевищення розрахункового витрачення водоскиду, тобто переливу води через гребінь греблі (23%), слабкість конструкцій (12%) і нерівномірні опади (10%).

Аварія на гідротехнічній споруді (ГТС), коли вода поширюється з великою швидкістю, що створює загрозу виникнення надзвичайної ситуації техногенного характеру – має назву гідродинамічної аварії.

Основні наслідки гідродинамічних аварій:

· ушкодження і руйнування гідротехнічних споруд;

· руйнування споруд хвилею прориву;

· втрата міцності будівель і споруд;

· аварії на транспортних магістралях;

· ураження людей;

· загибель тварин й врожаю сільськогосподарських культур;

· знищення і псування сировини, палива, продуктів харчування, кормів;

· тимчасова евакуація населення й перевезення матеріальних цінностей в незатоплені місця та ін.

Руйнування гребель та інших гідродинамічних небезпечних об'єктів може статися як від дії природних сил (землетруси, лавини, урагани, обвали, зсуви, переливання води через гребінь греблі внаслідок великих повеней) або втрати ними стійкості, конструктивних дефектів, порушенні правил техніки безпеки при експлуатації та інше.

На території України можливі катастрофічні затоплення при руйнуванні гребель, дамб, водопропускних споруд на 12 гідровузлах та 16 водосховищах річок Дніпро, Дністер, Сіверський Донець, Південний Буг. Площа затоплення може сягнути 8294 км². У зону затоплення потрапляють 536 населених пунктів та 470 промислових об’єктів. У зв’язку з цим аналіз катастрофічних руйнувань гребель, їх наслідків, вивчення причин і закономірностей різних ризиків, їхній облік та регулювання мають велике практичне значення.

Для отримання відповідних даних про можливі аварії (НС) та їхні наслідки застосовують метод прогнозування. Під прогнозуванням розуміють дослідницький процес, за яким відпрацьовується уявлення про майбутній стан об'єкта у випадках впливу на нього вражаючих факторів. Прогнозування має імовірнісний характер, тому що розглядає подію (події), яка ще не відбулася. Отже, прогнозування є орієнтовне виявлення вражаючих факторів, які найбільш ймовірні у випадку різного типу НС.

Мета прогнозування:

– визначення можливих втрат серед населення, робітників та службовців ОЕ у випадках впливу вражаючих факторів НС;

– вироблення рішення стосовно дій щодо усунення НС, підвищення безпеки життєдіяльності персоналу ОЕ, населення, що мешкає поблизу, та ліквідації наслідків впливу її вражаючих факторів.

Рис. 1. Схематичний подовжній перетин прориву ГТС

V_ХВ – швидкість руху хвоста хвилі, V_ГР – швидкість руху гребня хвилі, V_ФР – швидкість руху фронту хвилі, Н_Р –висота греблі_, h₀ – глибина річки, h – висота хвилі, h_r – глибинапотоку, i – гідравлічний схил місцевості, F – ширина затоплення річкової долини, L – віддаленість створу об’єктів від ГТС.

Б’єф – частина річки, каналу, водосховища або іншого водного об’єкту, який примикає до гідротехнічної споруди (греблі, шлюзу, ГЕС та ін.).

Розрізняють верхній б’єф (ВБ), який розташований вище ГТС за течією та нижній б’єф (НБ), з іншого боку (нижче за течією). Верхнім б’єфом часто є водосховище.

Проран – вузький прохід (промоїна) у тілі (насипу) греблі, через який виходить вода та створює хвилю прориву. Від розмірів прорану залежить об'єм, швидкість падіння води і параметри хвилі прориву – головного вражаючого фактору аварії. Падіння води з ВБ до НБ, створює хвилю та різке зростання обсягу води у місті падіння, що спричиняє швидкий підойм рівня води і затоплення місцевості, а також всього того що на ній знаходиться (паводку).

Основними оціночними параметрами хвилі прориву є (рис. 1):

- максимальна у даному створі висота хвилі hі глибинапотоку h_г, (дорівнює сумі висоти h та глибини річки до проходження по ній хвилі прориву h₀);

- швидкість руху фронту (V_фр), гребня (V_гр), хвоста хвилі(V_хв) і часу добігання t_фр, t_гр, t_хв характерних точок хвилі до різних створів у НБ;

- час повного затоплення (t_п.зат);

- тривалість затоплення території об’єкта t_зат;

- найбільша ширина затоплення річкової долини (F).

а)вихідні дані для розрахунків включають:

L – віддаленість створу об’єкта від ГТС, км.;

В – відносна величина, яка залежить від розміру прорану та греблі;

h₀ – глибина річки у нижньому б’єфі (НБ), м;

i – гідравлічний схил місцевості (і = 10^-3 відповідає перевищенню в 1м на L=1000 м);

h_m – висота міста об’єкта, який потрапляє в зону затоплення, м ;

H_р– висота греблі, м.

б) послідовність оцінки обстановки при проходженні хвилі прориву та затоплені може бути наступною:

1. Визначити гідравлічний схил (і) місцевості, відстань від об’єктів прогнозування до ГТС (L), висоту греблі (H_р) з використанням топографічної карти місцевості.

2. Визначити час приходу фронту (t_фр) та гребеня (t_гр) хвилі прориву до об’єктів за таблицею 1.

3. Визначити час затоплення t_затза формулою:

,