Расчёт гидродинамических процессов при разрушении водоподпорных грунтовых сооружений и ледовых образований

• Автор: Кушнерова, Ольга Николаевна
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 136 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРИЧИНЫ И ФАКТОРЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЯХ И ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТАХ
1.1 Аварийные ситуации на водоподпорных сооружениях
1.2 Ледовые заторы и вызванные ими наводнения
1.2.1 Наводнения, вызванные заторами льда
1.3 Повышение эффективности мероприятий по разрушению заторов и предупреждению наводнений
1.3.1 Предупредительные меры борьбы с заторами
1.3.2 Дноуглубительные мероприятия
1.3.3 Взрывные работы
1.3.4 Проблемы бомбометания
ГЛАВА 2. НЕКОТОРЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ОТКРЫТЫХ РУСЛАХ
ГЛАВА 3. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ВОЛНЫ ПРОРЫВА В НИЖНЕМ БЬЕФЕ ВОДОПОДПОРНОГО ГРУНТОВОГО СООРУЖЕНИЯ
3.1 Математическая постановка задачи о неустановившихся гидродинамических процессах в естественных руслах при
АВАРИЙНЫХ ИЗЛИВАХ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ
Сен-Венана
3.1.1 Основные дифференциальные уравнения
3.1.2 Характеристическая форма основных дифференциальных уравнений
3.1.3 Начальные и граничные условия, условия сопряжения
3.1.4 Метод решения
3.1.5 Решение задачи
3.2 Определение зон затопления и параметров волны прорыва по методам В.В. Лебедева, института «Гидропроект» и «Методике ОПЕРАТИВНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ инженерных последствий прорыва гидроузлов»
3.2.1 Определение зон затопления и параметров волны прорыва по методу В.В. Лебедева

3.2.2 Расчёт параметров волны прорыва по методу института
«Г идропроект»
3.2.3 Расчёт параметров волны прорыва по «Методике оперативного прогнозирования инженерных последствий прорыва гидроузлов»
3.3 Повышение достоверности оценки последствий аварий на ГТС
ГЛАВА 4. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ВОЛНЫ ПРОРЫВА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОЙ ЗОНЫ ЗАТОПЛЕНИЯ ПРИ АВАРИИ НА ДАМБЕ НАКОПИТЕЛЯ ЖИДКИХ ОТХОДОВ
4.1 Постановка задачи
4.1.1 Моделирование движения потоков различной природы по наклонной поверхности методом частиц
4.2 Расчёт параметров волны прорыва
4.2.1 Результаты расчёта
ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ВОЛН ПРОРЫВА ПРИ РАЗРУШЕНИИ ЛЕДОВЫХ ЗАТОРОВ
5.1 Условия ЗАТОРООБРАЗОВАНИЙ
5.1.1 Прогнозирование процессов формирования ледовых заторов
5.2 Математическое моделирование условий формирования и
РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДОВЫХ ЗАТОРОВ
5.2.1 Упрощённая математическая модель условий формирования заторов
5.3 Гидродинамика последствий разрушения групповых заторов
5.3.1 Математическая постановка задачи
5.3.2 Возможные сценарии расчета и их результаты

ВВЕДЕНИЕ
В диссертационной работе рассматриваются гидродинамические аспекты аварий на грунтовых водоподпорных сооружениях, дамбах обвалования накопителей промышленных отходов и явления, обусловленные разрушениями ледовых образований. Вызванные различными причинами, и развивающиеся по различным сценариям аварийные изливы, опасны своими последствиями, огромными материальными затратами и возможной гибелью людей.
Проблема разрушения водоподпорных сооружений - одна из наиболее актуальных проблем современности. В Российской Федерации эксплуатируется более 65 тысяч гидротехнических сооружений (ГТС) различного назначения, в том числе 29,4 тыс. напорных, решающих задачи гидроэнергетики, водного транспорта, сельского и рыбного хозяйств, проблемы водообеспечения и регулирования стока, а также защиты населенных пунктов и объектов экономики. Практически все напорные ГТС являются потенциально опасными и уникальными сооружениями. В случае разрушения крупных водоподпорных сооружений в зоне затопления могут оказаться миллионы человек, тысячи объектов экономики и миллионы гектаров сельскохозяйственных земель. Одноразовый ущерб при этом может составить до 300 млрд. рублей. Не менее тяжёлые последствия могут иметь аварии на средненапорных и низконапорных сооружениях.
Две трети ГТС (63%) находится в эксплуатации от 20 до 50 лет, 17% объектов эксплуатируется более 50 лет, в том числе около 300 сооружений имеет возраст свыше 100 лет. Средний процент износа напорных ГТС составляет около 48%. Сегодня аварийность на российских ГТС превышает среднемировой показатель в 2,5 раза. Ежегодно на гидротехнических сооружениях происходит до 60 аварий, которые уносят человеческие жизни и наносят ущерб до 10 млрд. рублей [84].
В последние годы в нашей стране на многих ГТС риск аварий существенно возрос в связи с различными нарушениями в процессе

g - ускорение свободного падения, м/с2; р - плотность воды, кг/м3;
С(х,7) - — - средняя по сечению скорость частиц жидкости, м/с;

ТХ ~ удельная сила трения на единицу длины, Па'м;

С - коэффициент Шези, м0,5/с [45]: С = —Я' 6,
р яУУ
т = —Ц-1 напряжение трения на поверхности русла, Па;

где п - коэффициенты шероховатости русла реки, с/м1/3; „со
Я = гидравлический радиус, м;

X - смоченный периметр, м.
3.1.2 Характеристическая форма основных дифференциальных уравнений
Система дифференциальных уравнений (3.1) - (3.2) является системой квазилинейных гиперболических уравнений [64, 67], которые имеют два характеристических направления в каждой точке плоскости (х, ():
В - ширина потока по верху, м.
Система (3.1) - (3.2) может быть записана в характеристической форме:
(3.3)

(3.4)
где с - скорость распространения малых возмущений, м/с
(3.5)