Прогнозирование обстановки при чрезвычайной ситуации на водохранилище

А. В. Федорян 

Прогнозирование обстановки 
при чрезвычайной ситуации  
на водохранилище 

Практикум 

Москва 
Берлин 
2020 

УДК 627.8:614.84(075) 
ББК 38.772в6я723+68.902.2в6я723 
Ф33 
Рецензенты: 
Анохин А. М., канд. техн. наук, профессор  
каф. Гидротехническое строительство НИМИ Донской ГАУ; 
Сукало Г. М., канд. техн. наук, профессор  
каф. ТБиП НИМИ Донской ГАУ

Федорян, А. В. 

Ф33     Прогнозирование обстановки при чрезвычайной ситуации на водохранилище : практикум / А. В. Федорян. — 
Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2020 — 84 с. 

ISBN 978-5-4499-1226-8 

Даны общие положения в области возникновения волны 
прорыва и ее разрушающего воздействия на территорию нижнего бьефа гидроузла, приведена методика расчета волны прорыва при ее движении, представлен контрольный пример, 
показаны различные способы определения зоны катастрофического затопления, приведены варианты исходных данных 
для расчета. Рассмотрен расчет параметров волны прорыва 
с помощью программного комплекса «Волна 14», с получением графической информации о затоплении по контрольным 
створам. 
Практикум предназначен для выполнения расчетнографической работы и практических занятий студентами 
среднего профессионального образования по специальности 
08.02.04 «Водоснабжение и водоотведение». 
Текст приводится в авторской редакции. 

УДК 627.8:614.84(075) 
ББК 38.772в6я723+68.902.2в6я723 

ISBN 978-5-4499-1226-8
© Федорян А. В., текст, 2020
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2020

Оглавление 

Введение ......................................................................................................... 5 

1. Общие положения................................................................................. 7 

2. Методика расчета волны прорыва .......................................... 14 

3. Пример расчета волны прорыва ............................................... 27 

4. Определение размеров
зоны затопления ..................................................................................... 37 

4.1. Определение протяженности зоны 
катастрофического затопления ....................................... 37 

4.1.1. Пример решения 
графическим методом ........................................................ 37 

4.1.2. Пример решения 
методом интерполяции ..................................................... 38 

4.2. Определение контурных границ 
зоны затопления ...................................................................... 40 

5. Варианты исходных данных
для расчета параметров волны прорыва .................................. 42 

6. Расчет параметров волны прорыва
с использованием программного
комплекса «Волна 14» .......................................................................... 44 

6.1. Общие сведения о программном 
комплексе «Волна» .................................................................. 44 

6.2. Описание работы 
с программным комплексом .............................................. 45 

6.3. Образцы отчетов  
по результатам работы 
на программном комплексе ............................................... 58 

Литература ................................................................................................. 82 

Введение 

Гидродинамическая авария на водоподпорном гидротехническом сооружении (ВГТС) характеризуется разрушением 
напорного фронта гидроузла (земляной плотины) и образованием прорывной волны, которая с большой скоростью распространяется в нижнем течении от створа плотины. 
Чрезвычайные ситуации на ВГТС, которые могут вызвать 
гидродинамическую аварию, подразделяется на следующие 
виды причин: 
— повышение уровня воды в водохранилище выше 
допустимой отметки, установленной условиями безопасной 
эксплуатации, что вызывает перелив воды через гребень плотины; 
— увеличение сверх проектных (расчетных) величин 
с фильтрационных расходов воды через тело плотины; 
— появление тока воды по контакту тела грунтовой плотины с поверхностями бетонных элементов конструкций (водосброс, донный водовыпуск и др.); 
— появление локальных мест на низовом откосе тела 
плотины сосредоточенной фильтрации воды выше дренажной 
призмы; 
— сползание или обрушение низового откоса тела плотины; 
— выход из строя механизмов, обеспечивающих подъем 
и опускание затворов на водосбросном сооружении; 
— резкое снижение пропускной способности входного порога водосбросного сооружения (ледяной затор, затор 
от плавающих предметов и т. п.). 
— и др. 
При разрушении напорного фронта в теле плотины образуется проран, через который масса воды под большим напором устремляется в нижний бьеф. 
В данном практикуме даны общие положения в области 
возникновения волны прорыва и ее разрушающего воздействия на территорию нижнего бьефа гидроузла, приведена методика расчета волны прорыва при ее движении, представлен 

контрольный пример, показаны различные способы определения зоны катастрофического затопления, приведены варианты 
исходных данных для расчета. 
Назначение практикума — обеспечить самостоятельное 
выполнение студентами водохозяйственного и строительного 
факультетов расчетно-графической работы на тему «Расчет 
параметров волны прорыва при гидродинамической аварии» 
в рамках изучения курса БЖД. Также, материалы практикума 
предназначены для выполнения раздела БЖД дипломного 
проекта. 

1  
Общие положения 

Гидродинамическая авария — чрезвычайное событие, 

связанное с выходом из строя (разрушением) гидродинамически опасного объекта (или его части) и неуправляемым перемещением больших масс воды, вызывающих повреждения различного характера и затоплением обширных территорий. 

Гидродинамически опасный объект (ГОО) — сооружение 

или естественное образование, создающее разницу уровней 
воды до и после него. К ГОО относятся гидротехнические сооружения напорного фронта и естественные плотины. Отличительной особенностью ГОО является образование волны 
прорыва при его разрушении. При прорыве плотины в ней образуется проран, от размеров которого зависит объем, скорость 
падения вод верхнего бьефа в нижний и параметры волны прорыва — основного поражающего фактора этого вида аварий. 

Волна прорыва — волна, образующаяся во фронте устре
мившегося в проран потока воды, имеющая, как правило, значительную высоту гребня и скорость движения и обладающая 
большой разрушительной силой. Волна прорыва с гидравлической точки зрения является волной перемещения, которая, 
в отличие от ветровых волн, обладает способностью переносить в направлении своего движения значительные массы 
воды. Поэтому волну прорыва следует рассматривать как 
определенную массу воды, движущуюся вниз по водотоку 
и непрерывно изменяющую свою форму, размеры и скорость. 
Схематично продольный разрез сформировавшейся волны 
прорыва изображен на рисунке 1. 

Начало (передняя часть) волны называется фронтом 

волны, который, обладая большой скоростью, постепенно выдвигается вперед (по мере удаления от створа гидроузла). 
Наиболее высокая часть волны называется гребнем волны, который движется с меньшей, чем фронт скоростью, и разница в скоростях тем больше, чем больше расстояние от плотины. Еще с меньшей скоростью движется хвост волны. Вследствие различия скоростей этих трех характерных точек волна 
постепенно растягивается по длине, соответственно, высота 
волны при этом уменьшается. 

Рисунок 1. Схема продольного разреза волны прорыва 

По мере продвижения вниз по водотоку происходит  

постоянное изменение (колебание) размеров волны в зависимости от уклонов дна, формы русла, коэффициента шероховатости русла и поймы. Усредненные скорости движения волны 
прорыва приведены в таблице 1. 

Основное следствие прорыва плотин — катастрофиче
ское затопление местности, т. е. стремительное затопление  
водой нижерасположенной территории и возникновение 
наводнения. 

Таблица 1 

Средняя скорость движения волны прорыва, км/ч 

Характеристика русла и поймы
J = 0,01
J = 0,001
J = 0,0001

На реках с широкими поймами
4–8
1–3
0,5–1

На извилистых реках с заросшими 
или неровными каменистыми поймами, 
с расширением и сужением пойм

8–14
3–8
1–2

На реках с хорошо разработанным руслом, 
с узкими и средними поймами 
14–20
8–12
2–5

На слабоизвилистых реках с крутыми 
берегами и узкими поймами
24–18
12–16
5–10

Катастрофическое затопление характеризуется: 
 максимально возможными высотой и скоростью вол
ны прорыва; 

 границами зоны возможного затопления; 
 максимальной глубиной затопления участка местно
сти (створа); 

 длительностью затопления территории. 
Катастрофическое затопление территории распростра
няется со скоростью волны прорыва и через некоторое время 
после разрушения плотин приводит к затоплению обширных 
территорий слоем воды от 0,5 до 10,0 м, а в некоторых случаях — и более. 

Зона катастрофического затопления — территория,  

в пределах которой происходит затопление потоком воды, образующейся в результате гидродинамической аварии, ограниченная сверху створом гидроузла, а снизу — створом с отметкой затопления, соответствующей паводку обеспеченностью  
5 %. В целях защиты населения и объектов народного хозяйства в районах расположения водохранилищ, т. е. там, где возможно возникновение гидродинамической аварии, рассматривают зоны: 

 по отношению к затапливаемой территории: зоны 

возможного затопления; зоны катастрофического затопления; 

 по воздействию на здания, сооружения: зоны слабых, 

зоны средних, зоны сильных разрушений (таблицы 2–4); 

 по воздействию на людей: катастрофическая, сильно
го, среднего и слабого воздействия (таблица 5). 

Таблица 2 

Значения параметров волны прорыва  

при отнесении территорий к той или иной зоне разрушений  

(производственные здания) 

Тип зданий

Сильные

разрушения

Средние

разрушения

Слабые

разрушения

Н, м

V, м/с

Т, ч

Н, м

V, м/с

Т, ч

Н, м

V, м/с

Т, ч

Кирпичные 
малоэтажные 
здания (1–3 этажа)

4
2,5
170
3
2
100
2
1
50

Здания с легким 
металлическим 
каркасом

5
2,5
170
3,5
2
100
2
1,5
50