3.2. Затопление территории в нижнем бьефе, включая гидродинамическую аварию (волна прорыва), снижение уровня грунтовых вод, образование мелководий и заболачивание в верхнем бьефе (первая и вторая группы сценариев аварий ГТС)

3.2.1. Авария напорного фронта ГТС приводит к образованию волны прорыва, распространяющейся в нижнем бьефе, и осушению верхнего бьефа. Территории, расположенные в долине реки ниже ГТС, подвергаются затоплению и воздействию ударной гидравлической волны, в акватории водохранилища возможно образование участков с большими скоростями течения, а также оползней и обрушений берега из-за фильтрации грунтовых вод.

Основные составляющие ущербов связаны с параметрами паводковой волны. Степень разрушения зданий и сооружений в первую очередь определяется максимальной удельной (на единицу ширины) энергией потока. При определении сельскохозяйственных и экологических ущербов существенными могут оказаться глубина и время затопления территории. При оценке возможных людских потерь важным фактором (кроме перечисленных) является время добегания волны прорыва до того или иного населенного пункта.

Точность прогнозирования вероятного вреда напрямую связана с точностью прогнозирования гидродинамических параметров волны прорыва, которая определяется:

а) выбором сценария (сценариев) разрушения ГТС;

б) точностью расчета волны отлива (осушения) в верхнем бьефе;

в) точностью расчета распространения волны прорыва в нижнем бьефе.

3.2.2. Сценарий аварии ГТС с образованием волны прорыва предполагается как исходный для всех классов ГТС. При этом для ГТС 1 и 2 классов расчет проводится для всех вариантов разрушения напорного фронта, для сооружений 3 и 4 классов принимается вариант, как правило, прорыв земляной плотины, а для сооружений 4 класса с малой емкостью водного объекта и небольшой высотой плотины - одиночный проран. Сценарии уточняются с учетом реального состояния элементов напорного фронта.

3.2.3. Для оценки гидрографа излива необходимо иметь расчет уровенного режима верхнего бьефа. Расчет, как правило, проводится: при укрупненной оценке - при помощи балансовой ("нуль-мерной") модели верхнего бьефа или одномерных уравнений Сен-Венана, при детальной оценке ущерба - при помощи двумерных уравнений Сен-Венана численными методами.

3.2.4. Для определения вероятного вреда в результате прохождения волны прорыва должны быть рассчитаны следующие параметры:

степень возможных разрушений (в баллах);

границы зоны аварийного затопления;

максимальные значения глубины и скорости потока в зоне катастрофического затопления, в том числе при наличии ледового покрова;

время от начала аварии до прихода в данную точку местности прорывной волны (время добегания);

продолжительность затопления;

гидрографы излива и график падения уровня верхнего бьефа;

воздействие плавающего льда на объекты в нижнем бьефе;

вынос материалов из занесенного водохранилища и области отложений этих материалов в нижнем бьефе.

Расчет прорывного паводка является задачей речной гидравлики и должен осуществляться численными методами. Для больших плотин, расположенных в густонаселенных районах, в расчетах следует использовать исключительно двумерные (плановые) уравнения мелкой воды (Сен-Венана), решаемые численно.

В случаях речных долин с широкими поймами и руслами, существенно отличными от прямолинейных, в расчете учитывается взаимовлияние потоков на поймах и в русле.

При численном моделировании желательно применение нерегулярных треугольно-четырехугольных (гибридных) сеток. Для плотин строительной высотой не выше 15 м и сравнительно простых (близких к прямолинейным) участков долины и русла реки, а также для расчета очень протяженных участков возможно применение одномерных уравнений Сен-Венана с пересчетом поля скоростей на двумерную область.

3.2.5. По результатам расчета волны прорыва на топографических картах местности заданного масштаба (определяется размерами ГТС и затапливаемых территорий) вплоть до створа, в котором максимальный за время наводнения расход не превосходит расход обеспеченностью 5 процентов, должны быть нанесены в изолиниях (цветовой заливке) следующие параметры:

максимальные (за время паводка) глубины затопления в метрах (карта глубин затопления);

максимальные модули скорости течения в м/с (карта скоростей);

продолжительность затопления в сутках (карта времен затопления);

время добегания фронта прорывной волны в часах (карта времен добегания);

степень возможных разрушений в баллах (карта возможных разрушений);

интенсивность воздействия на население в зонах (карта зон воздействия на население);

при аварийном истечении из занесенных водохранилищ - области отложения наносов, вынесенных из водохранилища;

участки возможного образования ледовых заторов.

Допускается применять электронные топографические карты и ГИС-технологии.

Карта возможных разрушений строится на основе рассчитанных величин максимальной (за время паводка) удельной (на единицу ширины) энергии потока в каждой точке области катастрофического затопления, в том числе при наличии ледового покрова, которая является определяющим фактором при оценке степени его разрушающего воздействия.

Карта зон воздействия на население строится на основе карты возможных разрушений и карты времен добегания с целью определения возможного количества погибших и пострадавших людей, разработки мероприятий по эвакуации населения, оценки расходов на ликвидацию последствий аварии.

3.2.6. Результаты численных расчетов, моделирующих излив воды из верхнего бьефа, следует представлять в виде графика изменения уровня ВБ во времени в ходе аварии, а при детальных и планшетных оценках - распределение скоростей в водохранилище в характерные моменты времени излива.

При расчетах излива из занесенного водохранилища следует представить график изменения во времени объема выноса через проран наносов и их характеристики.

3.2.7. Особенности расчета волны прорыва при разрушении напорного фронта ГТС защитных дамб и обвалований осушенных территорий заключается в следующем:

расчет должен проводиться до момента выравнивания уровня в водохранилище и над затопленной территорией;

при расчете раскрытия прорана необходимо учитывать, что с некоторого момента времени течение в проране становится подтопленным (для плотин русловых водохранилищ подтопление истечения, как правило, бывает несущественным).

3.2.8. Особенности расчета волны прорыва при разрушении защитной дамбы во время наводнения.

При расчетах волны прорыва, возникающей при разрушении защитной дамбы во время половодий, паводков иного происхождения, ветровых нагонов и других наводнений, необходимо учитывать характерную для этих видов наводнений особенность - временную изменчивость, влияние на ход процесса затопления. Расчет в этом случае проводится до момента осушения территории. При существенном влиянии на ход наводнения при возникновении аварии (при большой емкости защищаемой низины) следует рассчитывать течение над защищаемой территорией и в зоне за ее пределами.

3.2.9. Особенности расчета волны прорыва дамб, ограждающих каналы, проходящие в насыпи или полунасыпи:

при назначении сценариев аварии следует рассмотреть возможность персонала по принятию управляющих решений (отключение питающих канал насосных станций, закрытие затворов и т.д.), определяющих масштабы аварии;

в тех случаях, когда истечение из прорана будет неподтопленным, движение воды в канале допускается прогнозировать с использованием одномерной схематизации. Для оценки бокового оттока допускается применение формулы водослива с широким порогом (как при расчете установившихся течений). В этом случае расчет течения над затапливаемой областью, в зависимости от рельефа местности, проводится при помощи двумерных гидравлических моделей. При подтопленном истечении расчет проводится с использованием одномерной методики для русел с тройником (если это оказывается возможным для рассматриваемой местности) или по двумерной методике и для потока над затапливаемой территорией, и в канале.

3.2.10. Особенности расчета волны прорыва при разрушении напорного фронта ГТС золошлакоотвалов заключается в том, что при заполнении прудка золошлакоотвала водонасыщенной пульпой следует использовать математические модели, учитывающие особенности гидродинамического трения в такой среде. Для сред, способных в состоянии покоя иметь негоризонтальную поверхность, необходимо использовать лишь такие математические модели, которые позволяют прогнозировать этот эффект (такие среды образуют конус выноса, засыпающий территорию и расположенные на ней объекты и в ряде случаев, определяющий ущерб). В ряде случаев хорошее приближение к действительности может быть получено при использовании уравнений с учетом сухого трения, что позволяет прогнозировать форму конуса выноса.

3.2.11. Гидрологические и гидравлические процессы в ВБ.

Гидрологические и гидравлические процессы в ВБ связаны с изменением режима подземных вод в бассейне водохранилища. Учет изменения режима подземных вод необходим для оценки изменения несущей прочности грунтов и риска возникновения оползней, подвижек или просадок грунта.

3.2.12. Особенности оценки подтопления и заболачивание при утечках из каналов.

При расчете режима фильтрации из каналов необходимо учитывать влияние прибрежной растительности.