ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ НАВОДНЕНИЙ ПРИ ПАВОДКЕ

Основные характеристики паводка

Опасность паводкового наводнения состоит в том, что оно может быть неожиданным, например, при прохождении ливневых дождей в ночное время. При паводке имеет место сравнительно кратковременный подъем воды, вызываемый ливневыми дождями или бурным таянием снега. На рис. 3.3.4 приведен гидрограф расхода ливневого паводка. Он состоит из восходя­щего участка – фронта волны паводковой волны, начинающегося в точке А, гребня паводковой волны в точке В и затем нисхо­дящего участка, оканчивающегося в точке С.

Рисунок 3.3.4. Гидрограф ливневого паводка

Наибольший подъем уровня воды в реке при паводке определяется максимальным расходом Qm, который зависит от ряда факторов: характеристик гидрографической сети в бассейне реки, площади выпадения осадков в бассейне реки, интенсивности и продолжительности выпадения осадков. Продолжительность паводка определяется продолжительностью и интенсивностью осадков.

Максимальный расход воды при паводке Q_m в общем случае определяется выражением:

, м³/с (3.3.18)

где: Q_m – максимальный расход воды в реке при паводке, м³/с;

Q₀ – бытовой уровень расхода воды, м³/с;

k – коэффициент стока, учитывающий относительную долю стока осадков в реку 0 < k≤ 1 (в приближенных расчетах можно использовать значение k=0,9);

J – интенсивность осадков, мм/час;

F – площадь района выпадения осадков в бассейне реки, км².

Максимальный подъем уровня воды при паводке вычисляется по формуле:

(3.3.19)

где: ∆h – максимальный подъем воды от бытового уровня при паводке, м;

h₀ – уровень воды от дна русла при бытовом расходе, м;

Q_m – максимальный расход воды в реке при паводке, м³/с;

Q₀ – бытовой уровень расхода воды, м³/с;

m – параметр, характеризующий форму русла (смотри рис 3.3.3).

Паводок это волновое движение. Скорость движения гребня волны паводка вычисляется по формуле:

, м/с, (3.3.20)

где: V_г – скорость движения гребня волны паводка, м/с;

V₀ – скорость потока при бытовом расходе воды, м/с;

∆h – максимальный подъем воды от бытового уровня при паводке, м;

h₀ – уровень воды от дна русла при бытовом расходе, м.

Размер зоны затопления при паводке зависит от подъема уровня воды в реке и топографических особенностей прилегающей к руслу местности. Поражающее действие паводка определяется глубиной затопления и максимальной скоростью потока затопления.

Расчет параметров паводка

3.3.3.2.1 Перед расчетом параметров паводка русло реки, по которому перемещается волна паводка, условно делится на расчетные участки, нумерация участков начинается с 1. В начале каждого участка расположен створ участка, номер створа совпадает с номером участка (то есть учаcток с номером i начинается створом с номером i и завершается створом с номером i+1). Отсчет времени добегания гребня волны паводка до рассматриваемого створа начинается с первого створа. Створы участков выбираются в районе расположения промышленных объектов или населенных пунктов для прогнозирования влияния паводка на промышленные объекты и населенные пункты.

3.3.3.2.2 Исходными данными для расчетов параметров паводка являются:

– уровень воды от дна русла при бытовом расходе в рассматриваемом створе – h₀, м;

– ширина русла по урезу воды при бытовом расходе в рассматриваемом створе – b₀, м;

– параметр, характеризующий форму русла реки в рассматриваемом створе (смотри рис. 3.3.3) – m;

– коэффициент шероховатости русла реки в рассматриваемом створе (смотри табл. 3.3.1) – 𝝉 ;

– уклон дна реки в рассматриваемом створе – i;

– площадь района выпадения осадков в бассейне реки до рассматриваемого створа – F, км²;

– интенсивность осадков в бассейне реки до рассматриваемого створа – J, мм/час;

– коэффициент стока, учитывающий относительную долю стока осадков в реку – k (в приближенных расчетах используется значение k=0,9);

– длина участков русла реки между расчетными створами, км.

3.3.3.2.3 В процессе расчета параметров паводка формируются следующие результаты:

– скорость потока при бытовом уровне воды в рассматриваемом створе – V₀, м/с;

– расход при бытовом уровне воды в рассматриваемом створе – Q₀, м³/с;

– максимальный расход воды при паводке в рассматриваемом створе – Q_m, м³/с;

– максимальный подъем воды от бытового уровня при паводке – ∆h, м;

– скорость движения гребня волны паводка – V_m, м/с;

– время добегания гребня волны паводка до заданного створа, отсчитываемое от момента времени добегания гребня волны паводка до первого створа, ч;

– границы зоны возможного затопления местности в районах расположения расчетных створов.

3.3.3.2.4 Расчет параметров паводка выполняется в нижеприведенной последовательности.

1. Определение скорости потока при бытовом уровне воды в рассматриваемом створе V₀ :

, м/с, (3.3.21)

где: h₀ – высота потока при бытовом расходе воды, м;

i – уклон дна реки;

𝝉 – коэффициент шероховатости русла реки.

2. Определение расхода при бытовом уровне воды в рассматриваемом створе Q₀ :

, м³/с, (3.3.22)

где: V₀ – скорость потока при бытовом расходе воды, м/с;

, м², (3.3.23)

где: S₀ – площадь поперечного сечения русла при бытовом расходе, м²;

h₀ – уровень воды от дна русла при бытовом расходе, м;

b₀ – ширина русла по урезу воды при бытовом расходе, м;

m – параметр, характеризующий форму русла.

3. Определение максимального расхода воды при паводке в рассматриваемом створе Q_m:

, м³/с (3.3.24)

где: Q₀ – бытовой уровень расхода воды, м³/с;

k – коэффициент стока, учитывающий относительную долю стока осадков в реку 0 < k≤ 1 (в приближенных расчетах используется значение k=0,9);

J – интенсивность осадков в бассейне реки до рассматриваемого створа, мм/час;

F – площадь района выпадения осадков в бассейне реки до рассматриваемого створа, км².

4. Определение максимального подъема воды от бытового уровня при паводке в рассматриваемом створе ∆h:

(3.3.25)

где: h₀ – уровень воды от дна русла при бытовом расходе, м;

Q_m – максимальный расход воды в реке при паводке, м³/с;

Q₀ – бытовой уровень расхода воды, м³/с;

m – параметр, характеризующий форму русла.

5. Определение скорости движения гребня волны паводка в рассматриваемом створе V_m:

, м/с, (3.3.26)

где: V₀ – скорость потока при бытовом расходе воды, м/с;

∆h – максимальный подъем воды от бытового уровня при паводке, м;

h₀ – уровень воды от дна русла при бытовом расходе, м.

6. Определение времени пробегания гребня волны паводка по i-му участку t_i:

, час, (3.3.27)

где: L_i – длина i-го участка русла, км;

– скорость движения гребня волны паводка в створе i, м/с;

– скорость движения гребня волны паводка в створе i+1, м/с.

7. Определение времени добегания гребня волны паводка от 1-го до k-го створа (при k>1) T_i:

, час, (3.3.28)

где: t_i – время пробегания гребня волны паводка по i-му участку, час.

8. Расчет границы зоны возможного затопления местности в районе расположения рассматриваемого створа выполняется в следующей последовательности:

- для рассматриваемого створа вычисляется максимальная высота уровня воды при паводке относительно уровня моря, равная сумме максимальнго подъема воды от бытового уровня при паводке и высоты бытового уровня воды в реке относительно уровня моря;

- для рассматриваемого створа выбираются участки местности в районе расположения створа, которые будут находиться в зоне затопления, по следующему критерию – участки местности будут находиться в зоне затопления, если их высота над уровнем моря будет ниже максимальной высоты уровня воды при паводке относительно уровня моря;

- для рассматриваемого створа выбираются участки местности в районе расположения створа, которые будут находиться на границе зоны затопления, по следующему критерию – участки местности будут находиться на границе зоны затопления, если их высота над уровнем моря будет равна максимальной высоте уровня воды при паводке относительно уровня моря.