Особенности расчета развития прорана при развитии аварийных ситуаций на малых ГТС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности расчета развития прорана при развитии аварийных ситуаций на малых ГТС

Н.Ю. Фомичев

В рамках решения задачи развития чрезвычайной ситуации на малых гидротехнических сооружениях (далее ГТС) одним из ключевых моментов является выбор наиболее адекватного сценария возникновения и развития прорана. Представления, что проран образуется в результате разрушения плотины вследствие террористического акта для малых ГТС представляется, как правило, мало вероятным. Наиболее вероятными сценариями разрушения малых ГТС в не зависимости от причин их формирования являются:

- перелив воды через гребень плотины при установлении экстремально высокого уровня воды в верхнем бьефе ГТС;

- разрушение водосбросных устройств;

- разрушение отдельных участков плотины вследствие суффозионного выноса грунта, в том числе со стороны нижнего бьефа.

Следует так же отметить, что для проведения расчетов принципиальное значение имеет корректное задание начальных условий, при которых начнется развитие аварийной ситуации. В первую очередь это линейные параметры локального понижения гребня плотины, объем прорана возникшего в результате суффозионного выноса грунта или размыва со стороны нижнего бьефа. Именно эти условия во многом определяют сценарий развитие аварии. При этом необходимо проанализировать размыв прорана в совокупности с изменением объема воды в пруду (водохранилище).

G - объем прорана; м³;

- площадь поперечного сечения прорана; м²;

- длина прорана; м.

- Расход воды в проране; м³/с.

- площадь поперечного сечения потока в проране; м²;

- скорость течения потока в проране: м/с.

В дополнение к учету скоростей потока при начальном моменте развития прорана:

K_д - коэффициент потерь по длине прорана

, ;

С - коэффициент Шези.

; например, для треугольного сечения прорана , для прямоугольного сечения ; где - ширина прорана; м.

h - уровень воды, м.

Z - отметка дна прорана, м. Тогда:

Z₀ - отметка гребня накопителя, м.

проран малый гидротехнический

;

где m - безразмерный коэффициент , g - 9,81 м/с².

- Объем водохранилища W₀ - площадь, м²

Оценим транспортирующую способность потока:

- не размывающая скорость потока; м/с;

- гидравлическая крупность; м/с;

- диаметр частиц вымываемого грунта; м.

- плотность частиц вымываемого грунта т/м³.

,

приняв , а получим

.

Рассмотрим изменение объема накопителя вместе с увеличением прорана:

,

притом

,

тогда после подстановок:

,

преобразовав:

Рис. Динамика изменений уровней воды в верхнем бьефе и глубины прорана при развитии аварийной ситуации

Современные методы расчетов позволяют задавать ширину прорана в численном виде на каждом моменте интегрирования рассмотренных уравнений (Рис.).

Анализ возможных вариантов развития прорана совместно с запасом воды в водоеме показывает возможность возникновения трёх сценариев развития прорана.

1 - Если размыва прорана при аварии не происходит, вследствие не достижения размывающих скоростей течения, опорожнение водоема произойдет до отметок дна прорана без дальнейшего развития аварийной ситуации.

2 - Если интенсивность изменения размеров прорана значительно меньше интенсивности снижения уровня воды в пруду, тогда проран достигнет некоторого равновесного состояния, при котором придонные скорости течения станут равными, а затем и меньшими чем размывающие. Опорожнение водоема произойдет до отметок дна прорана в равновесном состоянии.

3 - Проран будет увеличиваться до достижения основания плотины в нижнем бьефе сооружения, при котором прекратится вынос грунта в вертикальной плоскости, но будет продолжаться увеличение ширины прорана. Равновесное состояние в таком случае будет достигнуто только после полного опорожнения водоема. Этот сценарий развития и будет рассматриваться, как наиболее опасный, подразумевая наибольшие масштабы возможных последствий.

Размещено на Allbest.ru