Вариант 33 Исходные данные Данные по водохранилищу HНПУ Глубина водохранилища, м HУМР BНПУ Длина гребня по урезу, м BУМР W НПУ Объем водохранилища, 106 м3 WУМР SНПУ Площадь водохранилища, 106 м2 SУМР Степень разрушения, % 19 18 560 510 14 11 1,4 1,2 20 Данные по водотоку (нижний бьеф) Форма русла Параболическая Коэффициент шероховатости, n 0,067 1 6 2 12 Длина расчетного участка, L, км 3 16 4 22 1 0,001 2 0,001 Уклон расчетных участков, J 3 0,002 4 0,0006 0 0,7 1 0,9 Бытовая глубина в русле реки по 2 1,0 створам, h, м 3 0,9 4 1,1 Условия движения волны 3 прорыва по пойме 2 Расчет основных параметров волны прорыва для створа «0» 1. Глубина потока в створе «0» Ширина прорана, исходя из условия 20%-ного разрушения водоподпорного сооружения: 𝑏 = 0,3 ∙ 𝐵НПУ = 0,2 ∙ 560 = 112 м ℎ0 Соотношение 𝐻 УМР Соотношение 𝐵 𝑏 УМР = 0,7 18 = 0,04 112 = 510 = 0,2 По графику (рисунок 3) определяется значение отношения: 𝐻0 = 0,41 𝐻УМР Отсюда при известном значении 𝐻УМР = 18 м, определяется глубина потока в «0» створе: 𝐻0 = 18 ∙ 0,41 = 7,38 м 2. Высота волны прорыва в «0» створе: 𝐻𝐵𝑂 = 𝐻0 − ℎ0 = 7,38 − 0,7 = 6,68 м 3. Время прохождения фронта и гребня волны для нулевого створа равно 0ч. 4. Время опорожнения водохранилища: 𝑇ОП = 𝑊УМР ∙ 𝐴 ,ч 3600 ∙ 𝑄нч Значение коэффициента A при: 𝐻НПУ ∙ 𝑆НПУ 19 ∙ 1,4 ∙ 106 𝑛𝑤 = = = 1,9 𝑊НПУ 14 ∙ 106 𝐻УМР 18 = = 0,95 𝐻НПУ 19 𝑏 𝐵НПУ = 112 = 0,2 560 Определяется по графику (рисунок 4), А=14 Начальный расход истечения в случае 100% разрушения плотины (5): 3 2 𝑄нч = 𝜇 ∙ 𝐵УМР ∙ 𝐻УМР , м3 /с Значение коэффициента 𝜇 принимается равным 0,9, т.к. форма русла параболической формы (5) 3 3 𝑄нч = 0,9 ∙ 510 ∙ 182 = 35052,7 м3 /с ; 𝑇𝑋𝐵𝑂 = 𝑇ОП = 11 ∙ 106 ∙ 14 = 1,22ч 3600 ∙ 35052,7 5. Значения параметров волны прорыва для створа «0»: 𝐻0 = 7,38 м; 𝐻𝐵𝑂 = 6,68 м; 𝑇ФРО = 0 ч; 𝑇ГРО = 0 ч; 𝑇𝑋𝐵𝑂 = 1,22 ч; 𝑇Е𝑂 = 1,22 ч. Определение основных параметров волны прорыва для створа «1» 1. Скорость прохождения гребня волны по первому участку определяется графическим путем при следующих исходных данных: - глубина потока в начале участка 𝐻0 = 7,38 м; - уклон участка 𝐽1 = 0,001; - коэффициент шероховатости русла 𝑛1 = 0,067. По графику (рисунок 5) определяется скорость движения гребня: 𝑉гр1 = 4 км/ч. 2. Время прохождения гребня волны по первому участку: 𝑡гр1 = 𝐿1 6 = = 1,5 𝑉гр1 4 3. Время подхода гребня волны к створу «1»: 𝑇гр1 = 𝑇гр0 + 𝑡гр1 = 0 + 1,5 = 1,5 ч 4. Высота волны прорыва в створе «1» определяется графически при следующих данных: 𝑡гр1 - соотношения 𝑇 𝑋𝐵𝑂 1,5 = 1,22 = 1,23; - условия движения волны прорыва по пойме, из пояснения к рисунку 6, равно 3. Обращаясь к графику (рисунок 6) устанавливаем отношение: 𝐻В1 = 0,54, 𝐻В0 При 𝐻В0 = 6,68, 𝐻В1 = 6,68 ∙ 0,54 = 3,61 м 5. Глубина в створе «1»: 𝐻1 = 𝐻В1 + ℎ1 ; 𝐻1 = 3,61 + 0,9 = 4,51 м 6. Скорость продвижения фронта волны по 1 участку: 𝑉ФР1 = 𝑉ГР1 ∙ 𝛼, км при соотношении: ч ∆𝑍1 6000 ∙ 0,001 = = 0,33 𝐻УМР 18 4 (0,7 + 0,9): 2 ℎСР1 = = 0,044 𝐻УМР 18 Устанавливается значение коэффициента 𝛼1 по графику (рисунок 7) 𝛼1 = 2,0; 𝑉ФР1 = 4 ∙ 2,0 = 8,0 км ч 7. Время прохождение фронта волны по первому участку: 𝑡ФР1 = 𝐿1 6 = = 0,75 ч. 𝑉ФР1 8,0 8. Время подхода фронта волны к створу «1»: 𝑇ФР1 = 𝑇ФР0 + 𝑡ФР1 = 0 + 0,75 = 0,75 ч. 9. Скорость продвижения хвоста волны по первому участку определяется по графику (рисунок 8) при: ℎСР1 = (0,7 + 0,9): 2 = 0,8 м; 𝐽1 = 0,001; 𝑛1 = 0,067. 𝑉ХЕ1 = 1,0 км/ч. 10. Время прохождения хвоста волны по участку 𝑙: 𝑙ХЕ1 = 6 = 6 ч. 1,0 11. Время подхода хвоста волны к створу «1»: ТХВ1 = ТХВ0 + ТХВ1 = 1,22 + 6 = 7,22 ч. 12. Время высокого стояния вод в створе «1»: ТВ1 = ТХВ1 − ТФР1 = 7,22 − 0,75 = 6,47 ч. 13. Результаты расчетов по створу «1»: 𝐻В1 = 3,61 м; 𝐻1 = 4,51 м; 𝑇ФР1 = 0,75 ч; 𝑇гр1 = 1,5 ч; ТХВ1 = 7,22 ч; ТВ1 = 6,47 ч. Определение основных параметров волны прорыва при ее движении по II участку и во 2 створе 1. Скорость прохождения гребня волны по II участку, при 𝐻1 = 4,51 м; 𝐽𝐼𝐼 = 0,001; 𝑛𝐼𝐼 = 0,067, определяется по графику (рисунок 5): 𝑉гр𝐼𝐼 = 3,0 км/ч. 2. Время прохождения гребня волны по II участку: 𝑡гр𝐼𝐼 = 𝐿𝐼𝐼 12 = = 4,0 ч. 𝑉гр𝐼𝐼 3,0 5 3. Время подхода гребня волны к створу «2»: 𝑇гр2 = 𝑇гр1 + 𝑡гр𝐼𝐼 = 1,5 + 4,0 = 5,5 ч. 4. Высота волны прорыва в створе «2» при: 𝑡гр𝐼𝐼 4,0 = = 0,97; ТХВ1 7,22 Условие движения волны по пойме – 3, по графику (рисунок 6) устанавливается 𝐻 соотношение 𝐻В2 = 0,62, отсюда 𝐻В2 = 3,61 ∙ 0,62 = 2,24 м. В1 5. Глубина потока в створе «2»: 𝐻2 = 𝐻В2 + ℎ2 = 2,24 + 1,0 = 3,24. 6. Скорость продвижения фронта волны по II участку: При ∆𝑍2 𝐻УМР = ∆𝑍1 +𝐿𝐼𝐼 ∙ 𝐽𝐼𝐼 𝐻УМР = 6+12000∙0,001 18 = 1,0 ℎСР𝐼𝐼 (0,9 + 1,0): 2 = = 0,05; 𝐻УМР 18 значение коэффициента 𝛼2 (рисунок 7): 𝛼2 = 1,7 𝑉фр𝐼𝐼 = 𝑉ГР𝐼𝐼 ∙ 𝛼 = 3,0 ∙ 1,7 = 5,1 км/ч. 7. Время прохождения фронта волны по II участку: 𝑡фр𝐼𝐼 = 𝐿𝐼𝐼 12 = = 2,35 ч. 𝑉фр𝐼𝐼 5,1 8. Время подхода фронта волны к створу «2»: 𝑇ФР2 = 𝑇фр1 + 𝑡гр𝐼𝐼 = 0,75 + 2,35 = 3,1 ч. 9. Скорость продвижения хвоста волны по II участку (рисунок 8): ℎСР𝐼𝐼 = (0,9 + 1,0): 2 = 0,95 м; 𝐽𝐼𝐼 = 0,001; 𝑛𝐼𝐼 = 0,067; 𝑉гр𝐼𝐼 = 3,0 км/ч. 𝑉хв𝐼𝐼 =1,4 км/ч 10. Время прохождения хвоста волны по II участку: 𝑡ХВ𝐼𝐼 = 𝐿𝐼𝐼 12 = = 8,57 ч. 𝑉хв𝐼𝐼 1,4 11. Время подхода хвоста волны к створу «2»: 𝑇ХВ2 = 𝑇ХВ1 + 𝑡хе𝐼𝐼 = 7,22 + 8,57 = 15,79 ч. 12. Время высокого стояния вод в створе «2»: 6 𝑇В2 = 𝑇ХВ2 − 𝑇ФР2 = 15,79 − 3,1 = 12,69 ч. 13. Результаты расчетов по створу «2»: 𝐻В2 = 2,24 м; 𝐻2 = 3,24 м; 𝑇ФР2 = 3,1 ч; Тгр𝐼𝐼 = 2,35 ч; 𝑇ХВ2 = 15,79 ч; 𝑇В2 = 12,69 ч. Т.к. последовательность и методика расчета для створов 3 и 4 аналогична расчетам для створа 2, расчет ведется в табличной форме (таблицы 7,8). Таблица 7 – Определение основных параметров волны прорыва при ее движении по III участку и в 3-м створе. Определяемая величина График, расчетная формула 𝑉гр𝐼𝐼𝐼 График (рисунок 5) 𝑡гр𝐼𝐼𝐼 Тгр3 𝑡гр𝐼𝐼𝐼 = 𝐿𝐼𝐼𝐼 /𝑉гр𝐼𝐼𝐼 Тгр3 = Тгр2 + 𝑡гр𝐼𝐼𝐼 𝐻В3 График (рисунок 6) 𝐻3 𝐻3 = 𝐻В3 + ℎ3 𝑉фр𝐼𝐼𝐼 𝑉фр𝐼𝐼𝐼 = 𝑉гр𝐼𝐼𝐼 ∙ а3 ; а − см. Рисунок 7 ∆𝑍3 = ∆𝑍2 + 𝐿𝐼𝐼𝐼 ∙ 𝐽𝐼𝐼𝐼 𝑡фр𝐼𝐼𝐼 Тфр3 𝑉хв𝐼𝐼𝐼 𝑡хв𝐼𝐼𝐼 Тхв3 Тв3 𝑡фр𝐼𝐼𝐼 = 𝐿𝐼𝐼𝐼 /𝑉фр𝐼𝐼𝐼 Тфр3 = Тфр2 + 𝑡фр𝐼𝐼𝐼 График (рисунок 8) 𝑡хв𝐼𝐼𝐼 = 𝐿𝐼𝐼𝐼 /𝑉хв𝐼𝐼𝐼 Тхв3 = Тхв2 + 𝑡хв𝐼𝐼𝐼 Тв3 = Тхв3 − Тфр3 Результат расчета 𝐻2 = 3,24 м; 𝐽𝐼𝐼𝐼 = 0,002; 𝑛𝐼𝐼𝐼 = 0,067; 𝑉гр𝐼𝐼𝐼 = 3,5 км/ч. ; 𝐿𝐼𝐼𝐼 = 16 км; ℎ3 = 0,9 м. 𝑡гр𝐼𝐼𝐼 = 4,57 ч Тгр3 = 7,67 ч 𝐻В3 /𝐻В2 = 0,88; 𝐻В3 = 1,97 м 𝐻3 = 2,87 м ∆𝑍3 = 50,0; а3 = 1,2; 𝑉фр𝐼𝐼𝐼 = 3,5 ∙ 1,2 = 4,2 км /ч 𝑡фр𝐼𝐼𝐼 = 3,81 ч Тфр3 = 6,91 ч 𝑉хв𝐼𝐼𝐼 = 1,8 км/ч 𝑡хв𝐼𝐼𝐼 = 8,9 ч Тхв3 = 24,69 ч Тв3 = 17,78 ч Таблица 8 – Определение основных параметров волны прорыва при ее движении по IV участку и в 4-м створе. Определяемая величина График, расчетная формула 𝑉гр𝐼𝑉 График (рисунок 5) 𝑡гр𝐼𝑉 Тгр4 𝑡гр𝐼𝑉 = 𝐿𝐼𝑉 /𝑉гр𝐼𝑉 Тгр4 = Тгр3 + 𝑡гр𝐼𝑉 𝐻В4 График (рисунок 6) 𝐻4 𝐻4 = 𝐻В4 + ℎ4 Результат расчета 𝐻3 = 2,87 м; 𝐽𝐼𝑉 = 0,0006; 𝑛𝐼𝑉 = 0,067; 𝑉гр𝐼𝑉 = 1,5 км/ч. ; 𝐿𝐼𝑉 = 22 км; ℎ4 = 1,1 м. 𝑡гр𝐼𝑉 = 14,67 ч Тгр4 = 22,34 ч 𝐻В4 /𝐻В3 = 0,76; 𝐻В4 = 1,5 м 𝐻4 = 2,6 м 7 𝑉фр𝐼𝑉 𝑉фр𝐼𝑉 = 𝑉гр𝐼𝑉 ∙ а4 ; а − см. Рисунок 7 ∆𝑍4 = ∆𝑍3 + 𝐿𝐼𝑉 ∙ 𝐽𝐼𝑉 𝑡фр𝐼𝑉 Тфр4 𝑉хв𝐼𝑉 𝑡фр𝐼𝑉 = 𝐿𝐼𝑉 /𝑉фр𝐼𝑉 Тфр4 = Тфр3 + 𝑡фр𝐼𝑉 График (рисунок 8) 𝑡хв𝐼𝑉 𝑡хв𝐼𝑉 = 𝐿𝐼𝑉 /𝑉хв𝐼𝑉 ∆𝑍4 = 63,2; а4 = 1,2; 𝑉фр𝐼𝑉 = 1,2 ∙ 1,5 = 1,8 км /ч 𝑡фр𝐼𝑉 = 12,22 Тфр4 = 19,13 ч 𝑉хв𝐼𝑉 = 0,6 км/ч 𝑡хв𝐼𝑉 = 36,7 ч Тхв4 Тхв4 = Тхв3 + 𝑡хв𝐼𝑉 Тхв4 = 61,39 ч Тв4 Тв4 = Тхв4 − Тфр4 Тв4 = 42,26 ч Полученные расчеты параметры волны прорыва по заданным условиям сводятся в таблицу 9. Таблица 9 – Расчетные параметры волны прорыва № участка 1 2 3 4 Длина участка, км, L 6 12 16 22 № створа 0 1 2 3 4 Высота волны, м, 𝐻В 6,68 3,61 2,24 1,97 1,5 Макс. Глубина в створе, м, 𝐻 7,38 4,51 3,24 2,87 2,6 Время, ч Тфр Тгр Тхв Тв 0 0,75 3,1 6,91 19,13 0 1,5 2,35 7,67 22,34 1,22 7,22 15,79 24,69 61,39 1,22 6,47 12,69 17,78 42,26 8
