При руйнуванні гребель та спорожнення водосховища при цьому, формується хвиля прориву, яка призводить до затоплення нижче розташованих ділянок. Вплив хвилі прориву на об’єкти аналогічний ударній хвилі повітряного ядерного вибуху, але головним впливаючим фактором являється вода.
Руйнівний ефект хвилі прориву полягає в наступному:
- руху великих мас води з великою швидкістю;
- таранній дії всього того, що рухається разом з водою (каміння, дошки, колоди, різні конструкції).
Наслідки впливу хвилі прориву:
- затоплення значних ділянок місцевості за 15-30 хвилин шаром води висотою від 0,5 до 10 м та більше;
- час затоплення може тривати від декількох годин до декількох діб;
- загибель людей;
- руйнування господарчих об’єктів та природних геосистем;
- великі матеріальні, економічні, екологічні та моральні втрати.
Наслідки при руйнуванні гребель залежать від параметрів хвилі прориву та розмірів зони затоплення.
Хвиля прориву під час її руху постійно змінює власні характеристики, що впливає на ступеню небезпеки для населення у зоні затоплення.
За своєю фізичною сутністю хвиля попуску або прориву являє собою несталий рух потоку води, при якому глибина, ширина, ухил поверхні, швидкість в будь-якому створі змінюються з часом.
Характерними точками хвилі в її поперечному перерізі являються:
-
фронт;
-
гребінь;
-
хвіст хвилі (рис.17.2).
Рис. 17.2 – Принципова схема руху хвилі попуску або прориву
Основні параметри хвилі прориву:
-
максимальна у даному створі висота хвилі Нхв та глибина потоку Н:
де Н – загальна глибина потоку, м;
Нхв – висота хвилі, м;
hзв – глибина річки до проходження хвилі або звичайна глибина;
-
швидкість руху Сфр, Сгр, Схв та час досягнення tфр, tгр, tхв характерними точками хвилі різних створів, що розташовані нижче гідровузла;
-
тривалість проходження хвилі Тх у виділених створах, що дорівнює сумі часу підйому Тп та спаду Тс рівня води в них
.
-
середні V та поверхневі Vпов швидкості течії у різних створах;
-
найбільша ширина В затоплення річковій долини.
При проектуванні гідровузлів виконуються розрахунки хвиль прориву, площі можливих затоплень та вірогідний збиток у зонах затоплення.
Розрахунки засновувалися на рішенні рівнянь несталого руху води з урахуванням коефіцієнтів апроксимації, гідравлічного ухилу, розмірів очікуваного прориву, коефіцієнтів шорсткості руслу. Недоліком цих методів полягають у тому, що відсутні ряд необхідних параметрів та не враховуються природні особливості водозборів. При цьому, відомчі матеріали по руйнуванню гребель носять закритий характер та їх використання для прогнозу та характеристик втрат у відкритих публікаціях до останнього часу були практично неможливі.
Нові методики:
-
ВНИИ ГОЧС РФ (гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций) – методика для оперативного прогнозування інженерних наслідків прориву гідровузлів (додається комп’ютерна програма, яка дозволяє визначити параметри затоплення місцевості);
-
Лабораторія гідрології ИГ РАН РФ – методика розрахунку параметрів хвилі прориву. Розраховані основні показники, що характеризують наслідки руйнування греблі в відповідності з розробленими раніше критеріями гостроти ситуації (табл.17.1).
Таблиця 1
7.1 - Основні показники, що характеризують наслідки руйнування греблі в відповідності з критеріями гостроти ситуації|
Градація наслідків |
Характеристика наслідків |
Критерії гостроти | |
|
Нхв , % |
Тх, год | ||
|
Катастрофічні (зона І) |
Затоплення великих територій (у ому числі за межами долин), параліч господарчої діяльності, повна зміна укладу життя, великі матеріальні збитки, загибель людей |
» 100 |
<1 |
|
Значні (зона ІІ) |
Часткове або повне заповнення долини річки, суттєві порушення виробничої діяльності та різки зміни укладу життя, масова евакуація населення та матеріальних цінностей, значний матеріальний збиток |
» 100-75 |
1-4 |
|
Відчутні (зона ІІІ) |
Затоплення порівняно великих ділянок річкових долин, окремі порушення виробничої діяльності та різки зміни укладу життя, часткова населення, відчутний матеріальний збиток |
<75-50 |
4-24 |
|
Незначні (зона IV) |
Невеликі підйоми рівнів води та площі затоплення, збереження режиму життя та виробничої діяльності, незначний матеріальний збиток. |
<50 |
>24 |
На основі розрахунку критеріїв гостроти можливо спрогнозувати можливі наслідки НС. Приклади у світовій практиці експлуатації гребель наведене у таблиці
17.2.
Таблиця
17.2 – Характер наслідків катастрофічних руйнувань гідровузлів за досвідом їх експлуатації|
Назва, місце розташування, час руйнування греблі |
Основні характеристики греблі |
Причина руйнування греблі |
Висота хвилі прориву, м (зони затоплення, м) |
Час спорожнення, хв. (швидкість розповсюдження ХП, м/с) |
Наслідки проходження хвилі прориву | |||
|
Тип греблі |
Висота, м |
Об’єм водосховища, млн. м 3 |
Ступінь руйнування інж. споруд |
Кількість жертв (осіб) | ||||
|
Пуетнос (Іспанія), 1802 р. |
Гравітаційна, цегляна кладка |
50 |
52 |
Фільтрація основи греблі |
33 (-) |
60 (-) |
800 будівель |
680 |
|
Шеффідська (Англія), 1864 р. |
Земляна |
24 |
3,25 |
Катастрофічний паводок |
- |
45 (-) |
800 будівель |
238 |
|
Саутфокська, (США), 1889 р. |
Земляна з каменем |
21,5 |
Понад 2 |
Паводок, перелив води |
- (12) |
45 (22) |
Знесені всі заводи (локомотиви), населені пункти |
2500 |
|
Уолт Грув (США), 1890 |
Кам’яна, накидна |
33,6 |
85 |
Паводок, несправність водозливу |
- |
-(17,9) |
Руйнована гребля на відстані 20 км |
129 |
|
Бузейська (Франція), 1895 р. |
кам’яна |
22 |
7,1 |
Тріщина у тілі греблі |
- |
- |
Руйновано селище, залізниця |
156 |
|
Аустін (США), 1900 р. |
Гравітаційна з кам’яною кладкою |
18,3 |
- |
Перелив води вище розрахункового рівня |
- |
- |
Руйнована машина та будівля ГЕС |
8 |
|
Аустін (США), 1911 р. |
Гравітаційна, бетонна |
15,2 |
0,75 |
Порушення тех. норм будівництва |
- |
- (2,78) |
Знесені всі будівлі |
100 |
|
Лоутер-Отей (США), 1916 р. |
Кам’яне - накидна |
39 |
- |
Фільтрація, перелив води |
- |
15 (-) |
- |
14 |
|
Глено (Італія), 1923 р. |
Залізобетонна |
52 |
6 |
Низка якість будівництва |
- |
15 (-) |
Знесені всі будівлі та мости на ділянці 27 км |
600 |
|
Коедті (Англія), 1925 р. |
Земляна бетонна |
10,8 |
0,3 |
Руйнування вище розташованого гідровузла |
- |
- |
Руйновано багато будівель |
16 |
|
Сент-Франсіс (США), 1928 р. |
Гравітаціяна бетонна |
62,6 |
47 |
паводок |
30 (-) |
60 (-) |
- |
400 |
|
Селла-Зербіно (Італія), 1935 р. |
Гравітаційна бетонна |
16,5 |
18 |
Перелив |
- |
- |
Знесені мости на відстані 14 км |
100 |
|
Мальпасе (Франція), 1959 р. |
Арочна бетонна |
60 |
22 |
Повний тиск води |
- |
- (14) |
Мулисті наноси 6-7 м, руйновані залізниця, мости |
421 |
|
Орос (Бразилія), 1960 р. |
земляна |
54 |
4000 |
Паводок, перелив води |
- |
- |
Знесено 2 міста, руновано 4200 будівель |
50 |
|
Кхадоквасла (Індія), 1961 р. |
Бетонна кладка |
30 |
110 |
Від хвилі прориву вище розташованої греблі |
- |
- |
Пошкоджений м. Роно, руйновано 5 тис. будівель |
100 |
|
Вагот (Італія), 1963 р. |
Арочна бетонна |
265,5 |
150 |
оповзень |
70 (12,5) |
- (8) |
Руйновані міста, залізниця, мости |
3000 |
|
Коньєн-Лейк (США), 1972 |
земляна |
6 |
- |
паводок |
- |
- |
Змито 7 мостів, залізниця, 80 будівель |
300 |
| « 17.1.3 Техногенні причини виникнення паводків | 17.3 Прогноз весняних та літньо-осінніх надзвичайних ситуацій » |