Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению

Классификация территории по пораженности ЭГП

Категория пораженности Характеристика пораженности Коэффициент пораженности
I Весьма слабая <0,01
II Слабая 0,01-0,1
III Средняя 0,1-0,3
IV Сильная 0,3-0,5
V Очень сильная 0,5-0,7
VI Весьма сильная >0,7

Задача 2

Определить вероятность возникновения (Рji) и активизации процесса (геодинамического потенциала) (Wпр,к) карстообразования на территории муниципального образования, подверженной опасному экзогенному геологическому процессу (ОЭкзГП) – карстованию подстилающих карбонатных пород.

Исходные данные:

Nпрj – количество участков на территории муниципального образования, подверженных процессам карстообразования;

Nji – общее количество элементарных участков i с опасными факторами j на территории муниципального образования;

i – количество участков, подверженных ОЭкзГП (процессу карстообразования);

j – опасный фактор ОЭкзГП - процесс карстообразования;

П – знак произведения при количестве m j-ых факторов (для рассматриваемой территории П равен 1 (процесс карстообразования).

Решение:

Комплексная оценка – вероятность возникновения или активизации рассматриваемого процесса (геодинамический потенциал) на любом к-ом элементарном участке (с координатами Xg, Jk) территории определяется как вероятность суммы конечного члена событий с допущением независимости действия факторов данного набора:

1. Определяется вероятность возникновения ОЭкзГП на территории муниципального образования:

Рji = Nпрji/ Nji

2. Определяется вероятность активизации (геодинамического потенциала) территории муниципального образования:

Wпр,к = 1 – Πmj=1 (1 – Рji)

Задача 3

Определить интенсивность размыва берегов (берегоразрушительного процесса) вновь созданного водохранилища по скорости отступания береговой линии С.

Исходные данные:

Q – среднегодовой расход воды (м3/с);

I – уклон;

d – средний диаметр частиц отложений, слагающих берег (мм);

Hb – высота берега над меженным уровнем воды в реке (м);

К – коэффициент, имеющий размерность (м3/с)-1 и зависящий от размера реки:

при Q>5000 м3/с и ширине реки > 15 000 м (крупнейшие реки) - К=0,95·10-5;

при Q<300 м3/с и ширине реки <50 м (малые реки) - К=5,5·10-3.

Решение:

Для общей оценки интенсивности размыва берегов используется формула К.М. Берковича (1982 г.):

С = К· Q2I/dHb

Задача 4

Определить долгосрочный и среднесрочный прогноз стоково-заторных уровней воды (Нм) в период весеннего половодья в районе Великого Устюга.

Исходные данные:

Нлед – максимальный уровень воды в период формирования ледяного покрова;

hл – максимальная годовая толщина льда на р. Сухоне в районе г. Великого Устюга.

Решение:

1. Долгосрочный прогноз стоково-заторных уровней воды имеет вид:

Нм = 1,5 Нлед +400

2. Среднесрочный прогноз учитывает не только осенние, но и зимние предпосылки формирования максимальных уровней воды в районе г. Великий Устюг: Их совместный эффект пропорционален величине Р – разности между Нлед и максимальной годовой толщиной льда Сухоны у г. Великий Устюг hл (см):

Р = Нлед – hл

Нм = 1,6Р + 494

Чем больше величина Р, тем больше вероятность формирования максимального уровня воды при участии затора. При Р= 0-50 см вероятность исключительно высоких уровней воды близка к 0, поскольку ширина ледовых полей относительно мала. Она может оставаться небольшой и при других сценариях изменения разности Нлед – hл. Максимальные уровни воды, соответствующие чрезвычайной ситуации, возникают при Р = 50-100 см и Р >100 см. В первом случае вероятность нарушения гидроэкологической безопасности равна 14, во втором – 50%. При любых значениях Р возможен чисто стоковый генезис максимального годового уровня воды (заторная составляющая уровня DНз =0). Она снижается при увеличении параметра Р от 0-50 до 100 см и более.

Задача 5

Оценить степень подтопления территории по критерию потенциальной подтопляемости Р:

Исходные данные:

Ho – глубина залегания уровня грунтовых вод (УГВ) до начала развития подтопления или в момент выполнения оценки подтопляемости (м);

Δh – возможный (прогнозируемый) подъем уровней подземных вод в точке (x,y,) на момент времени t при их дополнительном питании ω (м);

Hkp - подтопляющая критическая глубина подземных вод для данной территории (объекта), при превышении которой последние начинают воздействовать на объект (м).

Решение:

Критерий потенциальной подтопляемости определяется по формуле:

P= Hkp | HoΔh(x,y,t,ω)

При Р≥1 территория является подтопленной или потенциально подтопляемой, а при Р<1 и при tс≥ Т (tс – момент времени наступления Hkp, Т – расчетный период времени) территория не является потенциально подтопляемой.

В зависимости от вышеперечисленных величин производится типизация территорий по степени подтопления (таблица):

Таблица

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению

Вид терри-тории по подтоплен-ности (области)   Подвид процесса (районы)   Разновидности процесса (участки)   Приложения
I. Подтоплен-ные террито-рии Но≤Нкр, Р≥1   I.А. Подтопленные в естественных условиях   Нео ≤ Нкр   I.A.1. Постоянно подтопленные   Нсмо ≤ Нкр   Условные обозначения: Нсмо- глубина до начального, среднего многолетнего положения УГВ, м; An - естественное периодическое приращение к среднему многолетнему УГВ с 11-летним циклом,м; Ac- естественное сезонное (максимальное расчетной обеспеченности) приращение к среднему многолетнему УГВ, м; Ат – техногенное периодическое приращение к среднему многолетнему уровню с учетом колебаний в нарушенных условиях, м; Δh – прогнозируемое приращение к среднему многолетнему УГВ при дополнительном питании ωо, м; Нео , Нто – глубина до начального уровня соответственно в естественных и техногенно нарушенных условиях, м; Т – расчетный период времени
  I.A.2. Периодически подтопленные   Нсмо - Аn≤ Нкр  
  I.А.3. Сезонно подтопленные   Нсмо – Ас≤ Нкр  
I.Б. Подтопленные в техногенно нарушенных условиях   Нто ≤ Нкр   I.Б.1. Постоянно подтопленные   Нсмо≤ Нкр  
  I.Б.2. Временно подтопленные   Нсмо – Ат≤ Нкр    
II. неподтоп-ленные террито-рии Нокр, Р(Т)≤1 II.А. Потенциально подтопляемые (при заданном техногенном воздействии, нарушении естественных условий) Р=Нкр/(Нсмо – Δh) ≥ 1   II.А.1.Потенциально подтопляемые постоянно   Р=Нкр/(Нсмо - Δh) ≥ 1  

Задача 6

Определить водность реки в момент весеннего половодья (Q, м3) по общему стоку воды в реку за половодье Y (м3) (тало-дождевому стоку).

Исходные данные:

U - запас воды в снеге и ледяной корке на поверхности почвы к моменту начала снеготаяния (м);

Х - дополнительные осадки, участвующие в формировании половодья (м);

I - суммарная инфильтрация талой и дождевой воды в почву (м) (зависит от типа почвы, водонасыщенности активного слоя почвы, глубины промерзания);

А - количество воды, задержанной на поверхности (м) (зависит от характера поверхности почвы, микрорельефа, растительности и др.);

F – площадь рассматриваемой поверхности;

Z - суммарные потери воды на испарение за период половодья (м);

W – общий объем стока воды в реке в межень (м3) (среднегодовой показатель);

S – площадь водосбора (м2).

Решение:

Y = [U + X·(I+A+Z/F)] · S

По определенному стоку воды в половодье Y определяется водность реки в период весеннего половодья Q:

Q = W + Y

Задача 7

Определить коэффициент пожароопасности (КП) лесов на текущий день в пожароопасный период.

Исходные данные:

t – температура воздуха (°С) на 12 часов по полудню;

r – температура точки росы (°С) на 12 часов по полудню;

n – число дней после последнего дождя

Решение:

t

КП = Σ t (t-r)

n

Исходные данные для расчета КП

Дата Количество осадков t t-r
7.07 Осадки выпали до 12 часов в количестве 3 мм 16.9 1.6  
8.07 Осадков не было 17.9 2.5
9.07 Осадков не было 26.8 21.2
10.07 Осадков не было 24.1 15.1

Задача 8

Определить уровень уязвимости населенного пункта к природным источникам чрезвычайных ситуаций (Iпр):

Исходные данные:

I – показатель уязвимости;

К – коэффициент, учитывающий динамику (положительную и отрицательную) изменения в инженерно-технической защищенности территории и объектов на прогнозируемый период;

NЧС – количество ЧС, обусловленных природными источниками, за период наблюдений;

Nист – общее количество природных источников ЧС за период наблюдений (опасные и неблагоприятные гидрометеорологические явления, опасные экзогенные процессы и пр.).

Решение:

1. Определение уровня уязвимости:

 
  Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

2. Для определения Iпр находим показатель уязвимости I :

 
  Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

Задача 9

Определить величину риска чрезвычайной ситуации (R) на рассматриваемой территории по величинам математического ожидания ущерба определенного рода за год и вероятности наступления неблагоприятного события за год.

Исходные данные:

p - вероятность наступления чрезвычайной ситуации (частота аварий, катастроф) за год;

g - потенциальный ущерб от чрезвычайной ситуации;

s - вероятность наступления неблагоприятного события при условии, что случилась чрезвычайная ситуация.

Решение:

1. По величине математического ожидания ущерба риск определяется по формуле:

R = pg (количество/год)

Размерность риска согласуется с характером ущерба и имеет вид: ущерб/год.

2. По вероятности наступления неблагоприятного события за год риск определяется из соотношения:

R = ps (млн. руб. / год)

Размерность риска во втором случае, учитывая безразмерность параметра s, имеет вид: 1/год.

Задача 10

Определить параметры волны прорыва (высоты волны прорыва НВI) при разрушении гидротехнического сооружения и времени полного опорожнения водохранилища Т1.

Исходные данные:

Н - глубина водохранилища у плотины в м;

hб -глубина реки у плотины в м;

WB - объем водохранилища;

А - коэффициент кривизны водохранилища, для ориентировочного расчет, принимается равный - 2;

m - параметр, характеризующий форму русла реки;

Вi - ширина прорана м;

Н - глубина водохранилища перед гидроузлом (для расчетов - равна Н у плотины);

Решение:

1. Определение высоты волны прорыва:

НВI = 0,6Н - hб , м

2. Определение времени прохождения волны прорыва через створ разрушенной плотины (время полного опорожнения водохранилища):

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru , час

Задача 11

Определить сроки завершения эвакуационных мероприятий (отселения населения) в населенном пункте, попадающем под воздействие волны прорыва при разрушении гидротехнического сооружения.

Исходные данные:

Hi - высота водного потока в i-м створе;

Кi - показатель формы долины реки, для оперативных расчетов принимаем равным 0,6;

L – расстояние от створа гидротехнического сооружения (нижнего бьефа плотины) до населенного пункта;

«Ч» + - время образования прорана (получения сигнала о прорыве плотины).

Определить время завершения эвакуационных мероприятий по скорости течения водного потока.

Решение:

1. Определяем скорость течения водного потока волны добегания:

Vi= Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

2. По полученной скорости определяем время добегания волны прорыва до населенного пункта::

t = L / Vi

3. Определяем время завершения эвакуационных мероприятий:

«Ч» + t

Задача 12

Определить уровень развития муниципального образования по показателю индекса человеческого потенциала Iр.

Исходные данные:

Тж – продолжительность ожидаемой жизни в момент рождения (лет) на данной территории;

Дv – валовый внутренний продукт на душу населения данной территории (тыс. рублей);

Тсрж – среднестатистическая продолжительность жизни по России (лет);

Дmin – среднепрожиточный уровень жизни данной территории (тыс. рублей):

Решение:

Индекс развития человеческого потенциала определяется:

Iр= Тж · Дvсрж · Дmin

При Iр>1 – высокий жизненный потенциал

Задача 13

Определить продолжительность подъема половодья tn при отсутствии данных уровенных режимов в ходе гидрологических наблюдений на водном объекте

Исходные данные:

F - площадь водосбора реки у населенного пункта - 825 км²;

Q1% - расчетный максимальный мгновенный расход воды - 406 м³/с;

h1% - расчетный слой стока весеннего половодья заданной обеспеченности p% (при 1%) - 276 мм;

ks - коэффициент несимметричности гидрографа (по данным рек-аналогов) - 0,36

(при этом значение коэффициента формы гидрографа λ = 1,0);

kτ – переходный коэффициент (водосбор расположен в южной части лесной полосы) - 1,24.

Решение:

1) Определяется среднесуточный расход воды:

Ǭ1% = Q1%/ kτ

2) Вычисляется модуль максимального среднесуточного расхода воды:

ǭ1% = Ǭ1%/ F (м³/(с·км²)

3) Рассчитывается продолжительность подъема половодья:

tn = 0,0116·λ·h1% / ǭ1% (сутки)

Задача 14

Рассчитать уклон реки I по продольному профилю отметок уровня реки на данном участке

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

Исходные данные:

Н (на схеме – h4) – отметка поверхности реки на расстоянии L от истока;

Но (на схеме - h1)– отметка поверхности у истока реки - в замыкающем створе;

z – падение от истока до замыкающего створа;

а – параметр, характеризующий форму профиля реки/

iсз – средневзвешенный уклон поверхности воды;

iср – средний уклон (определяется по справочнику Росгидромета (1968 г.)

(максимальная ошибка – 7 см на 1 км протяженности реки)

К - коэффициент корреляции – 0,97

к1, к2, m1, m2 - параметры

Решение:

1. При l/L = 0 и H = Ho + z в истоке реки в замыкающем створе:

l/L = 1 и H = Ho

При вогнутых профилях а > 1; выпуклых профилях – а < 1

Отсюда:

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

2. При наблюдениях за уровнями воды на реке на одном водомерном посту расчет падения z:

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

3. При отсутствии данных об уклонах поверхностной воды (расчет по данным о длине реки от истока до расчетного створа):

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

Задача 15

Определить продолжительность подъема половодья при отсутствии данных уровенных режимов в ходе гидрологических наблюдений на водном объекте

Исходные данные:

площадь водосбора реки у населенного пункта F=825 км2;

расчетный максимальный мгновенный расход воды Q1%=406 м3/с;

расчетный слой стока весеннего половодья h1%=276 мм;

коэффициент несимметричности гидрографа (по данным рек-аналогов) ks=0,36, при этом значение коэффициента формы гидрографа λ = 1,0;

h1% - расчетный слой стока половодья заданной обеспеченности p% (при 1%);

водосбор расположен в южной части лесной полосы – переходный коэффициент kτ для значения Q1%=406 м3/с: kτ=1,24.

Решение:

1. Определяется среднесуточный расход воды:

Ǭ1% = Q1%/ kτ3/с)

2. Вычисляется модуль максимального среднесуточного расхода воды:

ǭ1% = Ǭ1%/F (м3/(с·км2)

3. Рассчитывается продолжительность подъема половодья:

tn = 0,0116·λ·h1% / ǭ1% (сутки)

Задача 16

Определить силу воздействия водного потока на береговую линию водотока

Исходные данные:

V0 – скорость водного потока до поворота водотока (реки);

V1 – скорость водного потока после поворота водотока (реки)

(в расчетах ввиду малой величины принимаем V0 = V1 = 1,2 м/с);

Ɵ – угол поворота водотока, равный 120°;

ρ – плотность воды водотока, равная 1;

Fx – сила движения водного потока в точке А (соприкосновения с береговой линией водотока), равная 3,2;

Fy – сила сопротивлению движения водного потока в точке А (в месте соприкосновения с береговой линией), равная 1,3;

Q – расход воды водотока, равный 380 м3/с;

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

Определить:

F – силу воздействия (действия) водного потока на береговую линию водотока

Решение:

F = √ F2x + F2y = 2 ρ·Q V1·cos Ɵ/2

Задача 17

Определить коэффициент потери энергии в месте сужения водного потока в водотоке

Исходные данные:

ω1 площадь сечения водотока в сечении pq, равная

ω2 площадь сечения водотока в сечении ad, равная

ω3 площадь сечения водного потока в сечении mn, равная

ζс – коэффициент сопротивления (потери энергии);

ζсж – коэффициент сжатия водного потока в месте сужения (в сечении mn);

ζрас – коэффициент расширения водного потока в месте сужения (в сечении pq);

ε – коэффициент сжатия струи (водного потока);

d1 (pq) – диаметр сечения водного потока по профилю pq

d2 (ad) – диаметр сечения водного потока по профилю ad

d3 (mn) – диаметр сечения водного потока по профилю mn

λ – коэффициент формы профиля ложа (русловой части) водного потока

Ɵ – угол сжатия водного потока в месте сужения водотока

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

Определить:

коэффициент потери энергии в месте сужения водного потока в водотоке (в месте возможного затора, зажора) ζс

Решение:

1. Коэффициент сжатия струи:

ε = ω2/ ω1

2. Коэффициент потери энергии в месте сужения по профилю mn:

ζс = λ/8tg Ɵ·(1 – d41/d42)

Задача 18

Определить интенсивность (Iст) снеготаяния

Исходные данные:

Кст – коэффициент стаивания (учитывает неравномерность залегания снежного покрова и его водоудерживающей способности);

Wвс – запасы воды в снеге (в поле и в лесу);

Кву – коэффициент водоудержания;

Кст рассчитывается ежегодно по данным территориальных подразделений Росгидромета

Решение:

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

Задача 19

Произвести расчет расхода шуги при прогнозировании зажора

Исходные данные:

αл - густота ледохода (шуги);

vл - скорость движения льда (шуги);

hл - средняя толщина льда;

В - ширина реки

Расход (сток) льда (шуги) Qлед – количество льда (шуги), проходящей через поперечное сечение потока в 1 секунду:

Qлед = αл vл hл B

Задача 20

Произвести краткосрочный прогноз подъема воды при образовании зажора на 3-5 дней у водозабора населенного пункта

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

Исходные данные:

Нзаж – прогнозируемый уровень подъема воды при образовании зажора;

НXIл – средний уровень озера в ноябре (см);

L - расстояние кромки льда от водозабора (км);

Нвз – уровень воды у водозабора

Решение:

Нзаж = 129НXIл + 0,53L + 0,24Нвз - 404

Задача 21

Произвести расчет прогнозирование заторного уровня

Исходные данные:

Нзат – максимальный заторный уровень на данном участке;

Нл – уровень воды в период ледостава на данном участке.

Решение:

Нзат = 180 + 2,18Нл

Задача 22

Определить Qp – максимальный расход весеннего половодья обеспеченностью p, 1 %

Исходные данные:

F – площадь водосбора, 350 км²;

hp – слой стока весеннего половодья обеспеченностью p,1 %;

kо – коэффициент, характеризующий дружность весеннего половодья (определяется по данным рек-аналогов) – 6 ;

n – районный показатель редукции – 1;

с – коэффициент, характеризующий снижение редукции в зоне малых площадей водосбора – 2,5;

µp – коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимального расхода воды – 7;

δ, δ1, δ2 – коэффициенты, учитывающие снижение модуля максимального стока под влиянием озерности, залесенности, заболоченности (соответственно 0,2; 0,1; 0,35).

Решение:

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

Задача 23

Определить величину интенсивности растворения карстующихся пород (Qk) и величину карстовой эрозии (Hk)

Исходные данные:

Мп.с. – модуль подземного стока;

Qk – масса растворенной породы, выносимой подземными водами, контролирующими карстовый процесс;

Ск и Сн – конечное и начальное содержание ионов (к – катионов, а – анионов), образующихся при растворении тех или иных карстующихся пород (начальное содержание – содержание в атмосферных осадках; конечное – в подземных водах, дренирующих породы карстующегося массива);

n – коэффициент, равный 2,5 для кальцита и каменной соли и 3,8 – для гипса;

p – плотность карстующихся горных пород (для каменной соли 2,2 г/см², для гипсов и мела – 2,3 г/см², для известняков и доломитов – 2,4 г/см²).

Величина карстовой эрозии Hk – условное снижение земной поверхности в единицу времени, соответствующее объему вынесенного подземными водами карстующейся породы:

Решение:

  1. Определяется величина интенсивности растворения карстовых пород:

Qk = Мп.с.·(Ск – Сн)к,а = Мп.с.·n(Ск – Сн)к,а (г/с·км²)

  1. Определяется величина карстовой эрозии:

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

Задача 24

Определить водность реки (объем водного потока Qпол) при дождевом паводке

Исходные данные:

F – водосборная площадь реки с обеих берегов;

l – расстояние между 1 и 2 створами реки (участком реки, подверженным влиянию ливневых осадков);

εt – удельный приток в реку дождевого стока (м³/с);

lt - ширина водосбора в створе в момент времени t;

Н1 и Н2 – глубина в створах фронтов 1 и 2;

V1 и V2 – скорости установившегося невозмущенного движения речного потока (в отсутствие дождя);

αq – коэффициент стока при обеспеченности расхода воды q;

НТ – расчетное количество осадков (мм), связанное с силой ливня S (мм/мин) и расчетной продолжительностью осадков Т* соотношением: НТ=S(60Т*)¹/³;

τ – безразмерное время, равное: τ =t/Tст (Tст – время с начала нарастания дождя до добегания дождевого стока после полного прекращения дождя с края водосборной площади F до бровки реки дождеприемника) или τ=(n/m+n)1/m ;

n, m – показатели степени кривой, аппроксимирующей гидрограф дождя;

q – величина с размерностью единичного (удельного) расхода воды;

ß – средняя ширина речного русла в пределах длины l;

τ *= 0,5 τ – время наибольшей высоты волны дождевого паводка.

Решение:

1. Определяем с1 и с2 – скорости фронтов течения водного потока в реке на 1 и 2 створах

c1=V1± qH1

c2=V2± qH2

2. Определяем Wt – полный объем дождевой воды в реке с начала ее поступления до момента времени стекания со склонов остатков дождя:

Тст

Wt=2∫ εt ltdt или Wt=10³αqНТF

3. Определяем водность реки (объем водного потока Qпол) при дождевом паводке

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

Принципиальная схема типизации территорий по подтоплению - student2.ru

Наши рекомендации