Гидродинамическая авария — авария на гидротехническом сооружении (ГТС), связанная с распространением с большой скоростью воды и создающая угрозу возникновения ТЧС.
При прорыве плотины в ней образуется проран. Проран - узкий проток в теле плотины. От размеров прорана зависят объем и скорость падения вод верхнего бьефа в нижний бьеф ГТС и параметры волны прорыва.
Основными поражающими факторами катастрофического затопления являются: волна прорыва, характеризующаяся высотой волны и скоростью движения, и длительность затопления. Продольный разрез такой сформировавшейся волны схематично показан на рисунке 2.1.
Параметры волны прорыва зависят от гидрологических и топографических условий реки и характеризуются на расстоянии , км, от ГТС высотой гребня , м, и скоростью , м/с, определяемыми по следующим формулам:
; , (2.1)
где , , , , — коэффициенты, зависящие от высоты уровня воды в верхнем бьефе плотины (уровня воды в водохранилище) , м, гидравлического уклона реки (превышение в метрах высоты уровня реки на 1000 м длины) и относительной ширины прорана (таблица 2.1).
Время прихода гребня и фронта волны прорыва определяют по таблице 2.2 в зависимости от , и удаленности створа объекта от ГТС.
Рисунок 2.1 - Продольный разрез волны прорыва
Таблица 2.1- Значение коэффициентов в формуле (2.1) при уклонах реки
,м
В
i = 1·10-4
i = 1·10-3
0,5
0,25
Продолжительность затопления территории объекта определяется по следующей формуле, ч:
, (2.2)
где β — коэффициент, зависящий от высоты плотины Н0, м, гидравлического уклона реки и расстояния до объекта , км (таблица 2.3); — высота месторасположения объекта, м.
В зависимости от скорости движения и глубины затопления степень разрушения зданий и сооружений будет различной (таблица 2.4).
Таблица 2.2- Время прихода гребняи фронтаволны прорыва
, км
i = 10-4
i = 10-3
i = 10-4
i = 10-3
i = 10-4
i = 10-3
0,2
0,5
1,6
1,8
0,2
0,6
1,2
2,4
0,1
0,3
0,1
0,3
1,2
0,1
0,2
0,5
1,2
1,1
1,7
0,1
0,1
0,4
0,2
0,4
Таблица 2.3- Значения коэффициента
Отношение высоты плотины , м, к средней глубине реки в нижнем бьефе , м
10
20
0,05
0,1
0,2
0,4
0,8
1,6
15,5
12,5
9,5
8,3
10,8
9,9
Таблица 2.4 - Параметры волны прорыва, приводящие к разрушениям объектов
Объект
Степень разрушения
Сильная
Средняя
Слабая
, м/с
,
м
, м/с
,
м
, м/с
, м
Здания и сооружения
Сборные деревянные жилые дома
Деревянные дома (1…2 этажа)
Кирпичные малоэтажные здания (1…3 этажа)
Промышленные здания с лёгким металлическим каркасом и здания бескаркасной постройки
Кирпичные дома средней этажности (4этажа)
Промышленные здания с тяжелым металлическим или железобетонным каркасом (стены из керамзитовых панелей)
Бетонные и железобетонные здания, здания антисейсмической конструкции
Стенки, набережные и пирсы на деревянных сваях
Стенки, набережные и пирсы напряженной конструкции с заполнением камнем
Стенки, набережные и пирсы на железобетонных и металлических сваях
Стенки, набережные, молы, волноломы из кладки массивов
3,5
7,5
2,4
2,5
2,5
2,5
3,5
1,5
1,5
2,5
2,5
1,5
1,5
1,5
Оборудование портов и промышленных предприятий
Стандартное оборудование
Оборудование химических и электротехнических цехов и лабораторий
Стапели и стапельные места судостроительных и судоремонтных заводов
Трансформаторно-понизительные подстанции
Крановое оборудование:
портальные краны
грузоподъёмность:
5 т
10 т
16 т
Мостовой перегружатель 16 т
1,5
1,5
1,5
Мосты, дороги и транспортные средства
Деревянные мосты (поток выше проезжей части)
Железобетонные мосты
Металлические мосты и путепроводы с пролётом 30…100 м
То же с пролётом более 100 м
Железнодорожные мосты
Дороги с гравийным (щебёночным) покрытием
Шоссейные дороги с асфальтовым и бетонным покрытием
Автомобили
Подвижной состав
2,5
3,5
2,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
0,5
0,5
1,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Плавучие средства
Малотоннажные речные суда, катера с осадкой менее 2 м
Вспомогательные суда (плавучие краны, землечерпательные снаряды и т.д.)
Крупнотоннажные речные, пассажирские и грузовые суда (с осадкой более 2,5 м)
Плавучие доки
Плавучие причалы
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
2.3. Пример задачи. В результате непроизвольного подъема заслонки шлюза на гидроузле образовался проран с относительным размером . На расстоянии км вниз по течению реки расположен город. Высота уровня воды перед плотиной м, высота месторасположения города м, гидравлический уклон реки , глубина реки в нижнем бьефе м.
Оценить степень разрушения зданий в городе, железнодорожного (металлического) и автомобильного (железобетонного) мостов.
Решение:
1. Найдем высоту гребня и скорость волны прорыва [смотреть формулу (1)], используя данные таблицы 1:
;
.
2. Определим время прихода гребня волны прорыва и фронта волны прорыва, интерполируя приведенные в таблице 2.2 данные для км:
; .
3. Продолжительность затопления территории города и завода рассчитаем по формуле (2), предварительно определив по таблице 2.3 для , значение :
.
4. Оценим степень разрушений в городе по таблице 2.4. При скорости движения волны прорыва м/с и глубины затопления м в городе полностью будут разрушены деревянные дома, кирпичные малоэтажные здания, получат сильные разрушения кирпичные дома средней этажности. Велика опасность сильного разрушения железобетонного и металлического мостов, дорог с гравийным покрытием. Шоссейные дороги с асфальтовым и бетонным покрытием получат также сильные разрушения.
4. Индивидуальное задание. Оценить степень разрушения зданий в городе, железнодорожного (металлического) и автомобильного (железобетонного) мостов. Варианты заданий для решения задач приведены в таблице 2.5.
Таблица 2.5
Таблица вариантов
Номер варианта определяется по последним двум числам зачётной книжки
, км, от ГТС высотой гребня 
, м, и скоростью 
, м/с, определяемыми по следующим формулам:
; 
, (2.1)
, 
, 
, 
, — коэффициенты, зависящие от высоты уровня воды в верхнем бьефе плотины (уровня воды в водохранилище) 
, м, гидравлического уклона реки 
(превышение в метрах высоты уровня реки на 1000 м длины) и относительной ширины прорана 
(таблица 2.1).
и фронта 
волны прорыва определяют по таблице 2.2 в зависимости от 
,м
, (2.2)
— высота месторасположения объекта, м.
степень разрушения зданий и сооружений будет различной (таблица 2.4).
и фронта 
волны прорыва
, км
, м
10
, м/с
,
м
. На расстоянии 
км вниз по течению реки расположен город. Высота уровня воды перед плотиной 
м, высота месторасположения города 
м, гидравлический уклон реки 
, глубина реки в нижнем бьефе 
м.
;
.
и фронта 
волны прорыва, интерполируя приведенные в таблице 2.2 данные для 
; 
.
рассчитаем по формуле (2), предварительно определив по таблице 2.3 для 
, 
значение 
:
.
м/с и глубины затопления 
м в городе полностью будут разрушены деревянные дома, кирпичные малоэтажные здания, получат сильные разрушения кирпичные дома средней этажности. Велика опасность сильного разрушения железобетонного и металлического мостов, дорог с гравийным покрытием. Шоссейные дороги с асфальтовым и бетонным покрытием получат также сильные разрушения.
, м
