Контрольная работа: 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 Н0=80м, удаление створа объекта от плотины L=5 км, гидравлический уклон водной поверхности реки i =1·10-3, а также высота месторасположения объекта hм=2м, максимальная высота затопления участка местности (поселка) по створу объекта hзат=8 м и высота прямоугольника, эквивалентного по площади смоченному периметру в створе объекта, hср= 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:

ü Высота уровня воды в верхнем бъефе плотины: Н0=80м

ü Удаление створа объекта от плотины: L=5 км

ü Гидравлический уклон водной поверхности реки: i =1·10-3

ü Высота прямоугольника, эквивалентного по площади смоченному периметру в створе объекта: hср= 5 м

РЕШЕНИЕ:

1. Высота волны прорыва (рис 1.)

гидродинамическая авария половодье волна

Из табл.1 для В=0,5, Н0 = 80 м, i = 1· 10-3, находим А1=320, В1=166. Тогда:

= 4,45 (м)

Рисунок 1

Таблица 1

Значения коэффициентов А, В при гидравлическом уклоне реки

B	Н0, м	i=1 · 10-4				i=1 · 10-3
B	Н0, м	А1	В1	А2	В2	А1	В1	А2	В2
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, Н0 = 80 м, i = 1 · 10-3 находим А2=61, В2=52. Тогда:

= 0,858 (м/с)

3. Время прихода гребня (tгр) и фронта (tфр) волны прорыва.

Определяем по табл.2 при Н0 = 80 м, L = 5 км, i = 1 · 10-3, что tгр = 1,1 ч = 66 мин и tфр = 0,1 ч = 6 мин.

Таблица 2

L, км	Н0=20м				Н0=40м				Н0=80м
	i=10-3		i=10-4		i=10-3		i=10-4		i=10-3		i=10-4
	tфр	tгр	tфр	tгр	tфр	tгр	tфр	tгр	tфр	tгр	tфр	tгр
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

4. Время (продолжительность) затопления территории объекта:

tзат = β (tгр - tфр) (1-hм / h)

Коэффициент β находим по табл.3 при

Н0/h0=80/8=10, т.е. при H0=10h0

и отношении iL/H0 = 10-3 ·5000/80 = 0,0625.

Следовательно, при iL/H0 = 0,0625 и H0 =10h0 по табл.3 находим коэффициент β = 15,5

Тогда tзат = 15,5 (1,1 - 0,1) (1-2/4,45) = (ч) = 8,5 (мин).

Таблица 3

Значения коэффициента β

iL/H0	Высота плотины (H0) в долях от средней глубины реки в нижнем бъефе (h0)
iL/H0	Н0=10h0	Н0=20h0
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
Дороги: с асфальтобетонным покрытием с гравийным покрытием	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.