Классификация наводнений.

Вода играет огромное значение для жизни на Земле. Ее нельзя ничем за­менить. Она нужна всем и всегда. Но вода может быть и причиной больших бед. Из них особое место занимают наводнения. По данным ООН за последние 10 лет во всем мире от наводнений пострадало 150 млн. человек. Статистика свидетельствует: по площади распростране­ния, суммарному среднему годовому ущербу и повторяемости в мас­штабах нашей страны наводнения занимают первое место в ряду других стихийных бедствий. Что же касается человеческих жертв и удельного материального ущерба, то - есть ущерба, приходящегося на единицу пораженной площади, то в этом отношении наводнения занимают второе место после землетрясений [33].

Наводнение - это значительное затопление местности, вызванное подъе­мом уровня воды в реке, озере, прибрежном районе моря. По причинам, вызывающим подъем уровня воды, различают следующие виды навод­нений: половодье, паводок, подпорное, нагонное, при действии подвод­ного источника большой энергии.

Половодье и паводок связаны с прохождением большого для конкретной реки расхода воды.

Половодьем называют ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное существенное увеличение водоносности реки. Причина половодья - возрастающий приток воды в речное русло, вы­званный весенним таяньем снега на равнинах, таяньем снега и ледников в горах летом, продолжительными муссоновыми дождями. Уровень воды на малых и средних равнинных реках во время весеннего полово­дья поднимается на 2..5 метров, на крупных, на пример, на сибирских- на 10..20 метров. При этом реки могут разливаться в ширину до 10..30 км. и более. Наибольший из известных подъемов уровня воды до 60 метров наблюдался в 1876г. в Китае на реке Янцзы в районе Игана[34]. На малых равнинных реках весеннее половодье длится 15..20 дней, на крупных – до 2..3 месяцев.

Паводок – это сравнительно кратковременный (1..2 суток) подъем воды в реке, вызванный обильными ливневыми дождями или бурным таянием снежного покрова. Паводки могут повторяться по несколько раз в году. Иногда они проходят один за другим, волнами, в зависимости от коли­чества сильных ливневых дождей.

Подпорное наводнение возникает в результате увеличения сопротивле­ния стоку воды при заторах и зажорах льда в начале или конце зимы, при заторах на лесосплавных реках, при частичном или полном пере­крытии русла вследствие обвалов при землетрясениях, оползнях.

Нагонные наводнения создаются ветровыми нагонами воды в заливах и бухтах на морском побережье и берегах крупных озер. Могут возникать в устьях крупных рек вследствие подпора стока нагонной ветровой волной. В нашей стране нагонные наводнения наблюдаются на Каспий­ском и Азовском морях, а также в устьях рек Невы, Западной Двины и Северной Двины. Так в городе Санкт – Петербурге такие наводнения происходят почти ежегодно, особо крупные были в 1824г. и в 1924г.

Наводнение прорыва относится к числу наиболее опасных. Оно возни­кает при разрушении или повреждении гидротехнических сооружений (плотин, дамб) и образовании волны прорыва. Разрушение или повреж­дение сооружения возможны из-за некачественного строительства, в ре­зультате неправильной эксплуатации, при применении взрывных видов оружия, а также при землетрясении.

Наводнения, вызываемые действием мощных импульсных источников в водных бассейнах, также представляют серьезную опасность. Природ­ными источниками являются подводные землетрясения и извержения вулканов, в результате этих явлений в море образуются волны цунами; техническими источниками – подводные ядерные взрывы, при которых формируются поверхностные гравитационные волны. При выходе на бе­рег эти волны не только затапливают местность, но и трансформируются в мощный гидропоток, выбрасывающий на берег суда, разрушающий здания, мосты, дороги. Например, при нашествии и 1896г. цунами на се­веро-восточное побережье о.Хонсю (Япония) было смыто свыше 10 тыс. строений, погибло около 26 тыс. человек[35].

Ниже рассматриваются основные параметры половодья, паводка, навод­нений прорыва, нагонного и цунами, даются рекомендации по оценке последствий и защите от наводнений.

§5.2 Половодье.

Одной из основных характеристик течения рек является расход-объем воды, проходящий через поперечное сечение русла в единицу времени. Изменение расхода во времени в период половодья (гидрограф) пред­ставлено на рис. 30.

Рис. 30. Гидрограф половодья

- бытовой расход, - максимальный расход.

При половодье имеет место плавное, относительно медленное измене­ние параметров потока (квазистационарное течение). На рис. 30 вели­чина - это скорость распространения расхода по руслу реки, величина - скорость течения воды при прохождении расхода ; при половодье .

Для определения параметров водного потока в речных руслах исполь­зуются уравнения Сен-Венана[33]

, (5.1)

где - расход воды, V – средняя скорость потока в рассматри­ваемом поперечном сечении, S – площадь этого сечения, B – ширина свободной поверхности водного потока, - коэффициент сопротивле­ния русла, - боковой сток и приток воды (таяние снега, грунтовые воды, притоки). Для пояснения обозначений на рис. 31 приведена схема русла реки.

Проанализируем вначале первое уравнение системы (5.1). Это уравнение движения. Первые два члена в уравнении выражают инерцию элемен­тарного объема жидкости, третий член – разность давлений на основа­ниях этого объема (сила горизонтального градиента давления или, что-то же самое, составляющая силы тяжести по оси движения потока, проин­тегрированная по площади S). В правой части уравнения стоит выраже­ние для интегральной силы сопротивления.

Второе уравнение системы – уравнение неразрывности. Здесь первый член – скорость изменения площади сечения, второй – горизонтальная неравномерность потока. Член в правой части уравнения определен выше.

Для получения представления о параметрах движения потока при полодоводье рассмотрим случай q (x, t)=0. Он может наблюдаться, например, в разгар половодья, когда дополнительное поступление воды за счет таяния снега практически прекращается, а также при отсутствии боковых речных притоков.

Как отмечалось, при половодье имеет место относительно медленное изменение параметров потока (квазистационарное течение). Следова­тельно, производными по времени в уравнениях (5.1) можно пренебречь.

При , уравнение неразрывности приводится к виду

(5.2)

Его решение имеет вид

. (5.3)

Решение (5.3) позволяет приближенно рассматривать квазистационарное течение при половодье как установившееся.

Установлено также, что при квазистационарном течении жидкости второй член в уравнении движения играет меньшую роль, чем третий. С учетом данного обстоятельства уравнение движения может быть упро­щено дополнительно

. (5.4)

Проанализируем это уравнение. Так как , ,

где - уклон, и принимая для широких русел , можно получить

. (5.5)

В гидравлике коэффициент сопротивления русла , где C – коэффициент Шези; в свою очередь , где n – коэффициент шероховатости русла[36]. Подставляя данные соотношения в уравнение (5.5), находим

. (5.6)

Выражение (5.6) аналог формулы Шези [36]

, (5.7)

где, - гидравлический радиус; - смоченный периметр.

Для прямоугольного сечения открытого канала шириной “b” при глу­бине потока “h” величины , , имеют значения , , . Следовательно, для широкого прямо­угольного русла при b>h величина . Приближенно соотно­шение принимают и для других широких русел, когда b>h. С учетом сделанных пояснений расход при половодье может быть представлен в виде

. (5.8)

Средние уклоны дна:

– для равнинных рек;

– для предгорных рек;

> 5 10^-3 – для горных рек.

Значения коэффициента шероховатости приведены в табл.20.

Таблица 20.

Поиск по сайту: