13. Расчетно-графическая работа «Прогнозирование и оценка последствий наводнений»

Цель работы: ознакомиться с классификацией и причинами возникновения наводнений, научиться по сечению русла реки определять высоту подъема уровня воды в реке при прохождении паводка (половодья) и максимальную скорость потока затопления, уметь оценить поражающее действие наводнения, а также уяснить зависимость подъема уровня воды при прохождении паводка от начальной скорости воды в реке и площади выпавших осадков (таяния снега).

Общие сведения

Под наводнением понимается затопление водой местности, прилегающей к реке, озеру или водохранилищу, которое причиняет материальный ущерб, наносит урон здоровью населения или при­водит к гибели людей. По суммарному годовому ущербу наводнения занимают первое место в ряду природных чрезвычайных ситуаций, что составляет 40% от всех стихийных бедствий. Им характерна определенная пространственная приуроченность.

Возможными условиями возникнове­ния наводнений являются: разру­шение гидротехнических сооружений (ГЭС, дамбы, плотины), выпадение осадков в виде дождя, тая­ние снега и льда, цунами, тайфуны.

В зависимости от причин возникновения различают шесть типов наводнений: половодье (подъем уровня воды, вызванный весенним таянием снега), паводок (подъем уровня воды в реке, вызванный обильными дождями), затор (подъём уровня воды, вызванный нагромождением льдин во время весеннего ледохода), зажор (подъем уровня воды, вызванный скоплением рыхлого льда во время ледостава в сужениях и излучинах русла рек), ветровой нагон (подъем уровня воды, вызванный воздействием ветра на водную поверхность), наводнения при прорывах плотин (подъем уровня воды, вызванный разрушением плотины или дамбы).

В данной работе рассматриваются два наиболее распространенных типа наводнений: половодье и паводок.

Для прогнозирования, расчета и оценки разрушительной силы наводнения задаются следующими необходимыми параметрами: сечением русла реки (тре­угольным (рис.15а) или трапецеидальным (рис.15б)), скоростью воды в реке (м/с), шириной и глубиной реки до и во время прохождения паводка (м), высотой расположения объектов на уровнем воды в реке (м), интенсивностью (мм/ч) и площадью выпадения осадков (таяния снега, км²).

Предварительно определяют расход воды в реке до наступления наводнения (паводка) Q_o, м³/с:

Q_o=V_{0 *}S₀, (38)

где V₀- скорость воды в реке до наступления паводка, м/с;

S₀ - площадь сечения реки до паводка, м², равная:

S₀=0,5b_0*h₀ - для треугольного сечения; (39)

S₀=0,5(a₀+b₀)·h₀ - для трапецеидального сечения. (40)

Глубину реки h₀ (если она не задана) можно определить по известным параметрам сечения русла реки:

h_о = b_о /2сtg m - для треугольного сечения (а)

h_o=(b_o-a_o)/(ctg m+ctg n) - для трапециодального сечения (б).

Расход воды после выпадения осадков (таяния снега) и наступ­ления половодья (паводка) Q_max, м³/с, определяют по выражению

Q_max=Q_o+FJ/3,6 , (41)

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

F- площадь выпадения осадков (таяния снега), км².

Далее опреде­ляется высота подъема воды в реке (соответственно для сечения русла реки а и б) при прохождении паводка h, м, из выражения

а) h = {2Q_maxh_o^5/3/(b_o*V_o)}^3/8- h_o;

б) h = {2Q_max[(b₀-a₀)/(ctg m + ctg n)]^5/3/(( a₀+b₀)_*V₀)}^3/8 -

- [(b₀ -a₀)/(ctg m + ctg n)]. (42)

Максимальная скорость потока воды при прохождении па­водка V_max, м/с, определяют из выражения

V_maх=Q_max/S_max, (43)

где S_max - площадь поперечного сечения потока при прохожде­нии паводка, м/с, определяемая по формулам (39) и (40), в которые вместо h₀ подставляется (h₀+ h), а вместо b₀ - b.

Рис.15. Расчетная схема сечения реки

а) треугольное сечение; б) трапецеидальное сечение

а_о - ширина дна реки; b_о, b - ширина реки до и во время паводка;

h_о, h, h₃ - глубина реки до и во время паводка и глубина затопления; m, n - углы наклона берегов реки

Поражающее действие паводка определяется глубиной затопления h_з, м

h_з = h - h_м, (44)

и максимальной скоростью потока затопления V_з, м/с

V_з = V_maxf. (45)

где f - параметр удаленности объекта от русла реки;