Автореферат (1151766), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Рис. 3. График зависимости калибровочной функции от коэффициента n в формуле Павловского
Верификация методики расчета параметров прорывных и паводковых волн выполнялась как по существующим аналитическим решениям, так и по экспериментальным данным, полученным в апробированных программных комплексах. В работе приведены следующие данные по верификации модели:
-
Результаты расчетов для задачи Стокера при различных соотношениях глубин в верхнем и нижнем бьефе плотины.
-
Результаты моделирования гидравлического прыжка, возникающего при втекании критического потока в покоящуюся жидкость.
-
Расчеты параметров волн прорыва для экспериментальных данных для плотины на р. Давыдовка в Егорьевском районе и на р. Дрезна в Павлово-Посадском районе Московской области, водохранилища на р. Верхний Утяк Кетовской межхозяйственной оросительной системы в Курганской области.
Верификация методики моделирования распространения паводковых и прорывных волн показала хорошую согласованность полученных результатов с аналитическими результатами и данными, полученными с использованием апробированных методик.
Созданный алгоритм и его компьютерная реализация на основе современных геоинформационных технологий, позволяет провести оперативное моделирование распространения волны прорыва или паводка и получить двумерную карту долины реки с отображением затопленных участков, ранжированных по глубине. Значимым отличием разработанной технологии от существующих аналогов является требование минимального количества исходной информации, без снижения надежности получаемых результатов.
В четвертой главе приведены результаты расчетов на основе разработанных алгоритмов и созданной компьютерной программы с учетом калибровки модели. Проведена апробация и сравнение полученных уровней и зон затопления с результатами, основанным на применении других программных средств.
Разработанный метод моделирования речного потока и определения зон затопления апробирован на участке реки Малый Узень в Саратовской области. Рассмотрен участок реки протяженностью 221 и выполнено моделирование возможного прорыва плотины на Верхнеперекопновском водохранилище (рис. 4). В задачи моделирования входило определение времени добегания и параметров волны прорыва в случае экстремального паводка и разрушения тела плотины для обоснования мест расположения и конструкции дамб обвалования. Предполагается, что дамбы обвалования будут защищать территории с прогнозируемыми глубинами воды при затоплении менее 2м.
Рис. 4. Исследуемый участок реки Малый Узень (спутниковый снимок)
Рассматриваемый гидроузел характеризуется следующими параметрами: объем при НПУ – 68,9 млн. 
, отметка НПУ - 78 м, высота плотины – 17,6 м, длина по гребню плотины – 2428 м.
При моделировании были определены границы исследуемой территории. Область была разбита расчетной сеткой с шагом 1 м. Были выбраны контрольные поперечные сечения реки. В каждом сечение были получены параметры: скорость потока, глубина, время добегания волны прорыва. Графический интерфейс разработанной программы приведен на рисунке 5. По результатам моделирования построен график зависимости, показанный на рисунке 6. Из графика следует, что максимальная скорость распространения волны прорыва составляет 1,3 м/с. Участки с наибольшими скоростями волны прорыва с учетом рельефа местности находятся на расстояниях до 20 км и от 65 до 70 км от плотины. Найдена зависимость расхода водного потока от расстояния от плотины (рисунок 7). Из приведенного графика можно сделать вывод, что основная опасность затопления в случае чрезвычайного паводка распространяется на 75 километров от плотины. В результате моделирования установлено, что площадь затопления с глубинами: менее 1 м составила 62,7 км2; от 1 м до 2 м - 41,4 км2; от 2 м до 3 м - 24,42 км2; более 3 м - 12,46 км2. Суммарная площадь затопления достигла 140,98 км2.
Рис. 5. Графический интерфейс программы с результатами
расчета зон затопления
Выполненное сравнение результатов моделирования волны паводка с использованием разработанной методики и программного комплекса MIKE 11 показало, что максимальное отклонение полученных значений по разработанной методике площадей зон затопления составило 2,1%. При этом для всех параметров распространения волны получены результаты моделирования, которые отличаются не более, чем на 7 % в любом рассматриваемом сечении. Следует отметить, что при увеличении точности задания коэффициентов шероховатости по данным дешифрирования космоснимков, возможно повышение точности получаемых результатов и снижение ошибки расчетов.
Рис. 6. График распределения скорости потока в зависимости от расстояния
Рис. 7. График зависимости расхода от расстояния от плотины
Полученные результаты подтвердили возможность использования разработанной методики для решения практических задач, в частности, при решении задач по определению параметров волны прорыва, возникающей вследствие обрушения плотины. В результате моделирования были получены данные, позволяющие назначить необходимые противопаводковые мероприятия. Быстрота получения решения на основе разработанной технологии позволяет применять ее не только заблаговременно, но и в случаях имеющихся прогнозов о высокой вероятности возникновения чрезвычайной ситуации.
В пятой главе обоснованы мероприятия для защиты сельскохозяйственных земель от затопления, определены параметры гидротехнических защитных сооружений.
Возведение защитных дамб является основным способом предотвращения затопления сельскохозяйственных земель. При обосновании противопаводковых мероприятий на примере р. Малый Узень полученные данные моделирования показали, что площадь затопленных земель с глубинами до 2 м составляют 104,1 
. С учетом необходимости создания запаса 0,5 метра над уровнем воды высота дамб принята равной 2,5 метра.
Из полученных данных об уровнях и зонах затопления исследуемой речной долины, было определено местоположение дамб. Общая протяженность дамб обвалования составила 122,4 км, в том числе с креплением внешнего откоса щебнем или гравием – 31,2 км, с отсыпкой откосов песком с размером зерен 3 мм – 11,3 км. Сведения по распространению волны прорыва, полученные по разработанной методике, в зависимости от расстояния от плотины приведены в таблице 1. Были получены данные о глубине, скорости волны и времени достижения максимального уровня для исследуемых сечений реки. Стоит заметить, что достижение максимального уровня происходит через некоторый временной промежуток после добегания фронта волны. Параметры дамб обвалования приведены в таблице 2. Материал для строительства дамб обвалования обоснован исходя из данных о фактических неразмывающих скоростях.
Таблица 1. Параметры распространения волны прорыва
| Расстояние от плотины, (м) | Глубина, (м) | Скорость волны прорыва, (м/с) | Достижение макcимального уровня от начала прорыва, (ч.) |
| 11665 | 5.44 | 1.2 | 12.1 |
| 21019 | 4.88 | 1.3 | 15.28 |
| 30433 | 4.02 | 1.2 | 20.7 |
| 40771 | 3.84 | 0.8 | 25.7 |
| 50352 | 3.55 | 0.35 | 32.5 |
| 60646 | 3.85 | 1.1 | 35.6 |
| 70424 | 3.45 | 0.9 | 46.2 |
| 83777 | 4.55 | 1.1 | 54.78 |
| 91279 | 3.54 | 0.5 | 60.3 |
| 100814 | 4.50 | 0.81 | 65.83 |
Таблица 2. Параметры дамб обвалования
| Расстояние от плотины, (м) | Скорость волны, (м/с) | Материал строительства дамб обвалования |
| 0 - 11665 | 1.3 | Щебень или гравий с размером частиц грунта 10 мм |
| 21019-24460 | 1.2 | Щебень или гравий с размером частиц грунта 10 мм |
| 24460-29309 | 0.8 | Песок с размером зерен 3 мм |
| 29309-30433 | 1.1 | Щебень или гравий с размером частиц грунта 10 мм |
| 30433-34825 | 0.8 | Песок с размером зерен 3 мм |
| 34825-36994 | 1.1 | Щебень или гравий с размером частиц грунта 10 мм |
| 38334-39890 | 1.5 | Щебень или гравий с размером частиц грунта 15 мм |
| 41716-43540 | 1.1 | Щебень или гравий с размером частиц грунта 10 мм |
| 48520-50352 | 1.0 | Щебень или гравий с размером частиц грунта 5 мм |
| 57211-58808 | 0.9 | Щебень или гравий с размером частиц грунта 5 мм |
| 60646-63491 | 0.8 | Песок с размером зерен 3 мм |
| 67586-72778 | 0.8 | Песок с размером зерен 3 мм |
На остальных участках укрепление берегов специальными материалами не требуется. В качестве примера, на рисунке 8 показаны зоны возможного затопления, и указана трасса защитных дамб на участке около поселка Краснянка.
Рис. 8. Зоны затопления и трасса дамб вблизи населенного пункта Краснянка и Черная Падина
Как показывает исследование, противопаводковые мероприятия в первую очередь должны быть направлены на защиту населенных пунктов. Полученные данные о высоте волны прорыва позволили сделать вывод о том, что в первую очередь следует возводить защитные дамбы с укреплением откосов вблизи таких населенных пунктов Васильевка, Александрия, Еремеевка, Борисоглебовка, Алексашкино. В случае возникновения чрезвычайной ситуации потребуется срочная эвакуация жителей населенного пункта Перекопное, находящегося на расстоянии 1661 м – 4728 м от плотины. В последующем необходимо проводить противопаводковые мероприятия на оставшихся участках, если земли, которые окажутся пострадавшими в результате стихийного бедствия, используются в сельскохозяйственных целях. Если возможный ущерб соизмеримо ниже стоимости противопаводковых мероприятий, может быть принято решение о непроведении защитных мероприятий на рассматриваемых участках речной долины.
Как показывает экономическая оценка разработанной технологии сумма, требуемая на проведение моделирования паводковой или прорывной волны с расчетом зон затопления для объектов 3 и 4 класса безопасности гидротехнических сооружений, колеблется от 300 до 500 тыс. руб. При получении обоснования противопаводковых мероприятий по предложенной методике затраты составляют 50 тыс. руб. Необходимые расчеты выполняются в сжатые сроки. Экономия материальных ресурсов при проведении одного расчета составляет от 250 до 450 тыс. руб. При этом созданная технология позволяет также проводить расчеты для гидротехнических объектов 1 и 2 классов, что значительно повышает экономический эффект применения разработанной технологии.
Основные выводы и результаты работы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
