CC BY
13
Научно-методический подход к оценке зон затопления
при вынужденном попуске искусственных водохранилищ
Дорофеев В. В., Маслобойщиков А. Н., Булгин Д. В., Прокопов Е. В., ВУНЦ ВВС «ВВА», г. Воронеж
В настоящее время на территории Российской Федерации активно эксплуатируются около 25 тысяч различных гидротехнических сооружений. С каждым годом значительно увеличивается и вероятность их разрушения, это связано, прежде всего, с длительными сроками эксплуатации данных гидротехнических сооружений и их недостаточным техническим обслуживанием.
Данная ситуация может привести к образованию катастрофических ситуаций гидрологического происхождения - образованию волны прорыва, зон затопления и т.д. Поэтому для сохранности гидротехнических сооружений, в период паводков, необходимо проводить периодические вынужденные попуски.
В результате производства искусственного попуска, наблюдается значительное увеличение максимального расхода воды, что при определенных метеорологических условиях может привести к катастрофическим наводнениям [1 - 4].
Наводнения образуются в результате интенсивных дождевых паводков, формирующихся при выпадении большого количества осадков при прохождении глубоких циклонов и тайфунов.
Дождевые паводки могут формироваться очень стремительно, создавая большие подъемы уровней воды и значительные разрушающие водные потоки, приводя к катастрофическим ситуациям (наводнения, разрушения гидротехнических сооружений, образование селей, подтопление населенных пунктов, дорог, мостов и т.д.), что наиболее характерно для районов Северного Кавказа и Дальнего Востока [4, 5].
Решение вопроса оперативной оценки возможности возникновения наводнений, с учетом искусственного попуска водохранилищ, позволит своевременно их предупреждать и планировать мероприятия по ликвидации последствий.
Поэтому целью данной статьи является повышение эффективности предупреждения и оповещения населения о наводнениях путем разработки научно -методического подхода к оценке зон затопления при вынужденном попуске искусственных водохранилищ в виде альтернативной аналогии для территории Дальнего Востока.
При разработке методики использовались аэросиноптические материалы и гидрометеорологические наблюдения, при которых наблюдались катастрофические наводнения на территории Дальнего Востока за 1993-2013 годы.
Важнейшей характеристикой при оценке является максимальный сток, который определяет подъем уровня воды, т.е. зону затопления, размывающую способность потока, напор воды на гидросооружение и т.д. Максимальный сток выражается максимальным расходом воды 0тах, объемом Ж или слоем стока У
за основную волну половодья или за наибольший паводок. Максимальный расход воды может быть наибольшим, средним суточным или мгновенным [3].
Оценка основывается на использовании прогностической информации метеорологических факторов (таблица 1), физико-географических условий местности, классификации рек, характеристик почвы (типа грунтов) на площади водосбора, расчетных и наблюдавшихся ранее экстремальных значений речного стока при катастрофических ситуациях [1].
По прогнозу типовой синоптической ситуации (до 5 суток), обуславливающей метеорологические факторы формирования максимального речного стока по площади водосбора, производится расчет максимального расхода воды на период ее действия, с учетом искусственного попуска водохранилищ, по следующему алгоритму:
- рассчитывается период времени действия метеорологических факторов формирования максимального речного стока;
- рассчитывается возможное наибольшее и среднее максимальное количество осадков за прогностический период, хтах, хсртяк;
- по топографические карты крупного масштаба определяется вид географической зоны (ландшафта) и по данным о влажности почвы выбирается коэффициент стока « , таблица 2 [1];
- рассчитывается ожидаемый наибольший максимальный Утах* и средний максимальный Утах ср * сток по формуле: У * = «• х;
- по найденным значениям Утах и Утах ср рассчитывается максимальный расход воды Qmx * и Отах р * по следующей формуле:
Отах *= 103 • У • F • I-1 ,
Л
где F - площадь водосбора, км ; / - время действия метеорологических факторов, с;
- рассчитывается максимальный зарегулированный расход при вынужденном искусственном попуске
Отах " = (1 + К) • (1 - Ж / 5) • Отах ^ ,
где К = т/ Т, т- продолжительность стояния максимального расхода притока; Т - продолжительность паводка; Ж - регулируемый объем водохранилища;
5 - объем прихода; Отахпр - максимальный расход притока (величина Отахпр рассчитывается аналогично Отах *);
- рассчитывается максимальный расход воды с учетом искусственного попуска водохранилища
О **= О *+ О в
¿^тах ¿^тах ¿^тах
В данном алгоритме наиболее сложной проблемой является расчет количества осадков, который является трудной и многофакторной задачей.
Таблица 1
Метеорологические факторы максимального речного стока
Вид осадков Ливни Ливневой дождь Обложные дожди
Интенсивность, мм/ч 10-20 2-10 2
Средняя продолжительность, ч, сут. 2-4 ч 3-5 сут. 3-5 сут.
Среднее количество осадков, мм 100-150 и более 150-300 и более 50-100 и более
Тип синоптической ситуации фронтальный циклоны, тайфуны циклоны, тайфуны
Гидрологические явления значительные наводнения на малых реках наводнения на всех типах рек наводнения на всех типах рек
Поэтому рекомендуются следующий подход: за 6-12 часов до начала воздействий метеорологических факторов (например, при выходе в район глубокого циклона или тайфуна, которые являются основными источниками сильных и продолжительных осадков) и далее за весь период их влияния использовать данные метеорологических радиолокаторов или радиолокационных станций аэродромов гражданской авиации, чтобы по известным методикам произвести уточнение интенсивности выпадающих осадков [6].
Непосредственная оценка возможности возникновения катастрофических ситуаций производится путем сравнения расчетных наибольших максимальных и средних максимальных расходов воды с наблюдавшимися ранее наибольшим историческим максимумов ^^, максимумов при котором наблюдалось наводнение Qlnaxы, паводок при котором возникали катастрофические ситуации Qmax к и паводок при котором наблюдалось половодье Qmax П.
Таблица 2
Значения коэффициента стока а осадков
Влажность почвы Увлажненная Сухая
Лесная зона Дальнего Востока 0,2 0,1
Лесостепная зона Дальнего Востока 0,8 0,2
Далее предлагается использовать следующее решающее правило:
- при Qmax** > Qmax 1 - следует ожидать катастрофические наводнения;
- при Qmax1 > Qmax** > Qmax# - следует ожидать катастрофические паводки;
- при Qmax** > QmaxК - следует ожидать катастрофические ситуации;
- при Qmaxк > Qmax** > QmaxП - следует ожидать катастрофические ситуации;
- при Qmax > Qmax - следует ожидать затопление сооружений и поймы. Если продолжительность влияния типовой синоптической ситуации и метеорологических факторов больше средних значений их продолжительности,
указанной в таблице 1, то следует оценивать возможность возникновения катастрофических ситуаций по значению 0тах **, в противном случае по ^.
Оценка возможного времени стояния уровней воды в период катастрофических ситуаций оценивается по максимальному времени добегания наблюдавшихся ранее паводков при этих ситуациях на данном водосборе [1, 5].
Важно отметить, что для исследований, вопрос максимального расхода воды паводков относится к категории наиболее сложных, так как паводки всегда неожиданны, нерегулярны и быстротечны [1, 2, 5]. Все это значительно затрудняет их наблюдение и прогноз, что при современном состоянии гидрологической сети и гидрологического обеспечения в целом становится делать все труднее, а в некоторых ситуациях практически невозможно.
Предлагаемый научно-методический подход в виде методики альтернативной оценки возможности возникновения катастрофических ситуаций, вызванных дождевыми паводками, с учетом искусственных попусков водохранилищ, при прохождении тайфунов и глубоких циклонов позволит повысить оперативность предупреждения об опасных и особо опасных явлениях гидрологического характера на реках с паводковым режимом на территории Дальнего Востока, имеющим гидротехнические сооружения.
Библиографический список
1. Георгиевский Ю. М., Шаночкин С. В. Гидрологические прогнозы. — СПб.: Гидрометеоиздат, 2007. — 436 с.
2. Горшков И. Ф., Климашев К. П. Гидрологические расчеты. — Л.: Гидрометеоиздат, 1983. — 264 с.
3. Лучшева А. А. Практическая гидрология. Учебное пособие. — Л.: Гидрометеоиздат, 1976. — 440 с.
4. Перевозников Б. Ф. Расчеты максимального стока при проектировании дорожных сооружений. — М.: Транспорт, 1975. — 234 с.
5. Расчеты паводочного стока. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1988. — 226 с.
6. Степаненко В. Д., Шукин Г. Г. Радиометеорологические исследования. — СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. — С. 163-183.
