WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Четвертая глава посвящена разработке методики определения уровней воды выше головы затора на участках между пунктами наблюдений по данным наблюдений за уровнями на стационарных и временных гидрологических постах и определению местоположения головы затора на каждую дату его развития.

При незначительном изменении скорости водного потока по длине речного участка и во времени изменение уровня воды находится решением уравнений СенВенана, представленных в следующем виде:

1 v v v I v, (1) g x t C R z Q B 0, (2) t x где I – уклон водной поверхности, v – скорость водного потока, х – продольная координата, z – отметка свободной поверхности потока, t- время, В - ширина потока, R – гидравлический радиус. Q – расход воды, g – ускорение свободного падения, С – коэффициент Шези.

Расчет неустановившегося движения воды в русле с использованием уравнений (1) и (2) сводится к нахождению отметки свободной поверхности воды (z) и расхода воды в виде зависимости Q f x,t. В результате решения уравнений (1) и (2) с некоторыми упрощениями расчетная величина скорости продвижения постоянной отметки (z) по длине реки составит:

K K z 1 z1 2z dx 1 z, (3) dt B x x 2 x x x где К-модуль расхода воды.

При заданных начальных условиях методом конечных разностей по уравнению (3) можно решить ряд задач, в частности, выполнить расчет отметки свободной поверхности на любой момент времени. При этом уравнение (3) целесообразно представить в виде графика, на котором по оси ординат откладывается время (t), по оси абсцисс - расстояние от начального створа (L), а уровни воды (Н) представлены в виде изолиний.

Общепринятый стандартный анализ данных наблюдений за уровнями воды на гидрометрических постах по длине реки заключается в построении совмещенных для ряда гидрологических постов хронологических графиков колебания уровня воды H f (t). Эти графики мало информативны с точки зрения процессов, происходящих в руслах на участках между гидрометрическими створами.

Анализ изменения уровня воды по длине реки по изолиниям отметок уровня воды (Н) значительно расширяет возможности использования наблюденной информации об уровнях воды в период образования заторов в руслах рек. Графики Н=f(L,t) содержат информацию об изменении уровня воды в любом створе реки и на любую дату, об уклонах водной поверхности, о месте образования затора льда, о продолжительности затопления прибрежных территорий и поймы, о длине подпорного участка и т.д. На графиках Н=(L,t) по оси можно отмечать места впадения притоков, расположения пойм, населенных пунктов и других подвергаемых затоплению объектов. В работе представлены примеры практического использования такого графика на примере рек Лена, Северная Двина и Печора.

Построение графиков изолиний следования постоянных отметок поверхности воды производится следующим образом. На координатную сетку в координатах времени (t), (вертикальная ось), и длины участка реки (L), (горизонтальная ось), наносятся наблюденные значения отметок свободной поверхности в абсолютных отметках в виде поля точек. В поле этих точек проводятся изолинии отметок уровней воды (изохроны). Использование программы «Surfer», предназначенной для интерполяции кривых водной поверхности, значительно облегчает техническую сторону выполнения данной процедуры. На рисунке 1 представлен график Н=f(L,t) для р. Лена в половодье 2001года.

Графики Н=f(L,t) являются особенно информативными при определении места формирования головы затора. При формировании головы затора соседние изолинии уровня воды начинают сходиться, а в момент размыва (разрушения) затора и тем более при его прорыве, соседние изолинии начинают расходиться, правые – по 1.31.30.29.28.27.26.25.24.23.22.21.20.19.18.17.16.15.14.13.12.11.10.9.8.7.6.5.4.3.2.1.2700 2650 2600 2550 2500 2450 2400 2350 2300 2250 2200 2150 2100 2050 2000 р. Бирюк р. Чэрэндей р. Б. Черепаниха р. Намана р. Ура р. Паледуй р. Хамара р. Джебра р. Нюя р. Б. Контайка р. Витим р. М. Патом р. Пилка р. Б. Патом р. Олекма Рисунок 1 - Изолинии следования постоянных отметок поверхности воды по длине реки Лена с 01.05 по 31.05.2001г.

направлению течения, левые – против течения. Дополнительно к графикам, представленным на рисунке 1 целесообразно выполнить построение на каждую дату более наглядного продольного профиля водной поверхности (рисунок 2). По изменению уклонов водной поверхности по длине реки можно уточнить место расположения затора.

z, м Б С 1 8 1 7 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 2 7 0 0 2 6 0 0 2 5 0 0 2 4 0 0 2 3 0 0 2 2 0 0 2 1 0 х, к м 1 0 / 0 5 1 6 / 0 5 1 8 / 0 5 2 0 / 0 Рисунок 2 - Продольный профиль водной поверхности р. Лена в период формирования затора с 01.05 2001 по 31.05.2001г.

с. К р е с т о в с к о е п. М а ч а г. Л е н с к с. Н ю я г. О л е к м и н с к При наличии заранее заготовленных поперечных профилей русла реки на ее проблемных участках, не охваченных режимными гидрологическими наблюдениями, можно определить не только местоположение головы затора, но и толщину скопления льда. Определение толщины скопления льда основывается на уравнении, характеризующем водопропускную способность русла подо льдом, которое можно представить в следующем виде:

Q2 L 0,9tск В, (4) 4 / 3 / H n2В р где Q - расход воды под скоплением льда, H - перепад уровня воды на участке стеснения русла скоплением льда длиной L (участок с повышенным уклоном водной поверхности), - площадь поперечного сечения русла, соответствующая средней отметке уровня на этом участке (Нср), tск - толщина скопления льда, В - ширина реки по нижней поверхности льда при уровне Hср. - отношение коэффициента шероховатости нижней поверхности скопления льдин (nл) к коэффициенту шероховатости русла (nр).

Правая часть уравнения (4) является функцией отметки уровня воды и толщины скопления льда. Если задаться разными значениями и tск, то с помощью этого уравнения для участка Lск, вычисляя Q2/H, можно построить кривую Q hск f Hср, tск (5) H Для построения кривой (5) необходимо располагать следующими характеристиками расчетного участка:

1) графиками связи площади водного сечения и ширины реки с уровнем воды;

2) коэффициентом шероховатости русла (nр), который определяется по гидравлическим справочникам. Морфометрические характеристики устанавливаются по материалам русловых и береговых топографических съемок, а также по крупномасштабным картам.

Имея данные о расходе и уровнях воды на каждом из расчетных участков в разные моменты времени, нетрудно с помощью кривой (5) оценить толщину скопления льдин. После выполнения аналогичных расчетов для других участков реки, находится масса льда в заторе в целом.

По уровням воды на участках между створами можно оценить зоны затопления прибрежных территорий.

На примерах рек Лены, Северной Двины, Печоры, Пинеги, Ловати по данным наблюдений за многолетний период выполнена проверка применимости предложенной методики для оценки местоположения головы затора, хода уровней выше головы затора и площади затопления прибрежных территорий. Для поверочного расчета максимальных уровней выше затора льда использованы материалы наблюдений за многолетний период наблюдений на участках рек Печоры - участок от с. Якша до д. Мутный Материк (7 пунктов наблюдений, 37 лет); Лены - участок от п. Витим до г. Олекминск (8 пунктов наблюдений, 40 лет) и Северной Двины – участок от с. Медведки до с.Усть- Пинега (пунктов наблюдений, 40 лет). Среднеквадратичное отклонение наблюденных и рассчитанных заторных уровней для контрольных пунктов р. Печора колеблется от ±18 до±29%, для р Лена от ±10 до ±25%, для р. Северная Двина от ±12 до±30%.

Точность отражения динамики затора, уровней воды выше затора и параметров заторов в значительной мере зависит от количества пунктов наблюдений за уровнями воды. Поэтому на затороопасных участках средних и больших рек в период их вскрытия целесообразно проведение наблюдений за уровнями на дополнительных временных гидрологических постах, расположенных друг от друга на расстоянии не менее H з L, (6) Io где - среднее квадратическое отклонение максимального заторного уровня от H з среднего значения в створе опорного гидрологического поста, Io - уклон водной поверхности на участке между гидрологическими постами при свободном ото льда русле. На средних реках это расстояние ориентировочно может составлять от 25 до 30 км, на больших реках – до 50 км.

Предложенная методика позволяет в оперативном режиме по изменению направленности изохрон на исследуемом участке проследить динамику головы формирующегося затора и назначить комплекс противозаторных мероприятий, направленных на уменьшение размеров и мощности заторов. Полученная по предложенной методике информация за многолетний период позволит достаточно обосновано спланировать противопаводковые мероприятия на затороопасных участках реки.

В пятой главе рассмотрены методы, используемые для оценки риска наводнений, обусловленных заторами льда, и изложена методика расчета глубины затопления прибрежных территорий при формировании заторных наводнений на участках рек, не освещенных режимными наблюдениями за уровнем воды.

Численные характеристики риска наводнений важны при решении множества задач, таких как оценка возможного ущерба на уровне речного бассейна, региона или муниципального образования, обоснование эффективности инвестиций, зонирование территорий по опасности затопления, установление страховых тарифов.

В гидрологической литературе нередко термин «риск» употребляется как тождественный термину «опасность» и определяется как возможность или вероятность неблагоприятного факта или события. В последние годы при оценке риска все большее внимание уделяется подходу, при котором под риском понимаются «вероятностные потери, определяемые умножением вероятности негативного события на величину возможного ущерба от него». Выражение риска через математическое ожидание ущерба является наиболее удобным, так как позволяет совмещать в одном показателе одновременно и значение ущерба и его вероятность. В общем случае риск наводнения оценивается по зависимости ущербов от обеспеченности уровней воды, что эквивалентно вероятности превышения самих ущербов.

Гидрологическая сторона задачи оценки риска заторных наводнений состоит:

в определении вероятности появления опасного с точки зрения народного хозяйства уровня воды на любом участке реки;

оценке отметок начала выхода воды на пойму, глубин затопления и соответствующих им площадей затопления прилегающих территорий;

в нанесении на генеральные планы городских и сельских поселений границ затопления разной обеспеченности.

Потенциальный риск заторных наводнений определяется степенью неожиданности затопления водой местности выше привычного (обычного) уровня, так называемого ординара. Чем реже наводнение, тем больше его опасность.

Вероятность заторных наводнений зависит от повторяемости заторов, высоты поймы и наивысшего заторного уровня. При низкой пойме и мощных заторах, наводнения могут быть почти ежегодно. В этом случае даже при высоких заторных уровнях воды ущерб от наводнений, как правило, невелик, поскольку они ожидаются.

Поэтому в качестве индекса потенциального риска заторных наводнений по гидрологическим условиям предложен параметр, учитывающий превышение заторного уровня воды над бровкой и вероятность наступления этого события:

D = (Hз,1% - Hп)(l - P3), (7) где Hз,1%- максимальный заторный уровень воды 1% вероятности превышения, Нп - отметка начала затопления поймы, Рз - вероятность затопления поймы в долях единицы.

По основным рекам России для пунктов наблюдений выполнена оценка распространения потенциального риска заторных наводнений и составлены карты индекса D.

Распространение потенциального риска заторного наводнения близко к распространению частоты затопления пойменных участков при заторах. Значения параметра D, как показателя потенциального риска для исследуемых выше рек изменяется от 0 до 6,5. Максимальные значения параметра D, учитывающего превышение заторного уровня воды над бровкой и вероятность наступления этого события имеют не высокую повторяемость, порядка 1% (D>5, 4

Наиболее часто повторяются случаи при 0

Для пунктов, на которых ведутся наблюдения за уровнем воды, риск заторных наводнений определяется по следующей схеме. Сначала устанавливается вероятность максимального заторного уровня и отметка начала затопления поймы. При наличии наблюдений статистическая обработка рядов наблюдений за уровнями даёт возможность определить значения уровней разной вероятности превышения, а крупномасштабные топографические карты и съемки, выполненные предварительно, позволяют построить поперечные профили русла и поймы в расчетных створах. На основе предварительно подготовленных поперечных профилей русла предлагаемая методика позволяет определить границы и площади затопления при разных уровнях воды, а также выполнить оценку последствий наводнения, ущерба от них и риска затопления территории.

Для территорий, подверженных наводнениям, необходимо построение двух типов карт: карт зон затоплений (вероятности затопления) и карт зон риска затоплений, которые дают количественное выражение потенциальных ущербов при затоплениях территорий при заторах заданной вероятности превышения. Эти карты могут быть использованы при разработке системы страхования объектов от затопления.

Рассмотренная выше методика определения максимальных уровней по графикам хода уровней воды по длине реки Н =f (L, t) позволяет оценить риски заторных наводнений и для участков реки, расположенных между пунктами гидрологических наблюдений. Для этого по данным наблюдений за уровнями воды в створах наблюдений строятся графики хода уровней равных отметок по длине реки за каждый год;

для створов (участков), где ущерб от затопления прибрежных территорий может быть максимальный, а наблюдения за уровнем воды не ведутся, по ходу изолиний уровня в период заторообразования определяется максимальный уровень воды;

по полученным годовым значениям уровня в период образования заторов в русле составляется многолетний ряд, и рассчитываются уровни воды разной обеспеченности, характерные для данного участка (створа);

далее по ряду h = Нз - Нn, полученному для каждого года, вычисляются значения h разной вероятности превышения в створе, не охваченном наблюдениями;

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»