Моделирование неустановившегося движения в нижнем бьефе гидроузла при разрушении грунтовой плотины

В Республике Беларусь создано 153 водохранилища. В период прохождения по реке катастрофических паводков и половодий возникает риск переполнения водохранилищ, перелива этих масс через гребень земляной плотины и затопления значительных территорий. Разрушение плотины сопровождается образованием прорана и истечением через него в нижний бьеф неустановившегося потока воды в виде волны прорыва. Волна прорыва и катастрофическое затопление местности являются основными разрушающими факторами гидродинамических аварий. Расчеты по определению параметров волны и оценке возможных последствий затопления необходимы при составлении оперативно-тактических планов по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций при авариях на подпорных сооружениях, определении вероятного ущерба от затопления территории в нижнем бьефе гидротехнического сооружения в результате прохождения волны прорыва. Необходимо оценить зону затопления и гидродинамические параметры потока: максимальные значения глубины и скорости потока в зоне катастрофического затопления, время от начала аварии до прихода в данную точку местности прорывной волны, продолжительность затопления, границы зоны катастрофического затопления, гидрограф расхода в створе размываемой плотины и график падения уровня верхнего бьефа. Степень достоверности прогнозных расчетов определяется точностью двух применяемых математических моделей: 1) размыва плотины; 2) движения волны прорыва. Анализ показывает, что для расчета движения волны прорыва во всех случаях применяются гидродинамические модели, основанные на однои двумерных уравнениях Буссинеска – Сен-Венана. Параметры волны – ее высота и скорость распространения – полностью зависят от гидрографа расхода в створе размываемой плотины, который, в свою очередь, определяется динамикой ее размыва. Цель исследования – разработка методики расчета затопления нижнего бьефа в результате разрушения грунтовой плотины.

1. Обухов, Е. В. Исследование влияния водности года на внешний водообмен Днепродзержинского водохранилища в условиях изменения климата / Е. В. Обухов // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2017. Т. 60, № 4. С. 380–388. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-4-380-388.

2. Левкевич, В. Е. Закономерности развития береговых процессов на водохранилищах гидроэлектростанций Беларуси / В. Е. Левкевич // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 5. С. 463–478. https://doi.org/10.21122/10297448-2018-61-5-463-478.

3. Правила определения количественных и качественных характеристик водного режима при создании плотин и водохранилищ на реках: ТКП 17.06-06–2012 (02120). Минск: Минприроды, 2012. 40 с.

4. О государственной экологической экспертизе, стратегической экологической оценке и оценке воздействия на окружающую среду: Закон Респ. Беларусь от 18 июля 2016 г. № 399-З // Нац. правовой Интернет-портал Респ. Беларусь, 21.07.2016, 2/2397.

5. Пособие по проведению оценки воздействия на окружающую среду водохранилищных ГЭС / Концерн «Белэнерго». Минск, 2005. 68 с.

6. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг состояния водоподпорных гидротехнических сооружений (плотин) и прогнозирование возможных последствий гидродинамических аварий на них. Общие требования: ГОСТ Р 22.1.11–2002. М.: Изд-во стандартов, 2002. 15 с.

7. Карпенчук, И. В. Определение параметров волны прорыва и оценка возможных последствий затопления / И. В. Карпенчук, М. Ю. Стриганова // Вестник Командно-инженерного института МЧС Респ. Беларусь. 2008. № 2. С. 41–45.

8. Временная методика оценки ущерба, возможного вследствие аварии гидротехнического сооружения: РД 153-34.2-002-01. М.: М-во энергетики Рос. Федерации, 2001. 59 с.

9. Методика определения размера вреда, который может быть причинен жизни, здоровью физических лиц, имуществу физических и юридических лиц в результате аварии судоходных гидротехнических сооружений: приказ МЧС и Минтранса Рос. Федерации от 2 октября 2007 г. № 528/143.

10. Компьютерное моделирование прохождения прорывных и паводковых волн по речной пойме: гидравлические параметры, безопасность, оперативное управление / А. Л. Бубер [и др.] // Актуальные проблемы гражданской защиты: XI Междунар. науч.-практ. конф. по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций: тезисы докладов. М., 2006. С. 57.

11. Волынов, М. А. Результаты трехмерного моделирования волны прорыва вблизи прорана / М. А. Волынов, И. В. Гугушвили // Природообустройство. 2011. № 2. С. 38–42.

12. Богославчик, П. М. Расчетная модель размыва грунтовых плотин при переливе / П. М. Богославчик // Наука и техника. 2018. Т. 17, № 4. С. 292–296. https://doi.org/10.21122/22271031-2018-17-4-292-296.

13. Грушевский, М. С. Волны попусков и паводков в реках / М. С. Грушевский. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 336 с.

14. Klohn-Crippen. Red River One-Dimensional Unsteady Flow Model: Final Report Submitted to International Joint Commission. Richmond (British Columbia), 1999. 88 p.

15. Ahmad, S. Comparison of One-Dimensional and Two-Dimensional Hydrodynamic Modeling Approaches for Red River Basin: Final Report to International Joint Commission / S. Ahmad, S. P. Simonovic. Winnipeg: University of Manitoba, 1999. 52 p.

16. Альтшуль, А. Д. Гидравлические сопротивления / А. Д. Альтшуль. М.: Недра, 1970. 216 с.

17. Приближенная методика расчета затопления поймы реки при экстремальных попусках из водохранилища в период половодья / В. В. Веременюк [и др.] // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2018. Т. 2, № 1. C. 67–74.

18. Веременюк, В. В. Расчет параметров волны половодья в реке ниже водохранилища / В. В. Веременюк, В. В. Ивашечкин // Мелиорация. 2016. № 1. C. 26–31.

19. Турчак, Л. И. Основы численных методов / Л. И. Турчак. М.: Наука, 1987. 320 с.