книги2 / 159
.pdf(90)
гдеhi–1 —глубина до дна вначальном створе 1-го лога (hi–1 =h01). Значение hi–1 для начального створа i-того лога, принимается равным расчетному значению h в конце створа предыдущего лога.
При уклонеi ii>0,01 (10‰) i-того лога скорости потоков в начале (ui–1) и в конце (ui, м/с) створов, определяются по зависимостям:
(91)
Критическая глубина потока (, hiкр, м) в i-том логе, определяется по зависимости:
|
|
|
|
0, 224Q2 |
|
|
|
hi |
|
|
|
i |
|
. |
(92) |
|
|
|
2 |
||||
|
5 |
i i |
|
||||
|
|
ctg |
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Высота «подпора» набегающего потока (hiН, м) (волны прорана— при катастрофическом затоплении) на конечном участке i-того лога, определяется по зависимости:
Н |
|
2Qi |
|
|
i i |
|
||
h0i hi |
5 |
|
|
;ctgθ i ctg |
|
. |
(93) |
|
ctgθiC i |
R i |
2 |
||||||
|
|
|
|
|
Взависимости от соотношения расчетных глубин (h ,hкр,hН,) иуклона |
|
|
i i i |
того лога, поток будет иметь кривую спада либо подпора. |
|
( ii)Определениеi- |
типа кривой свободной поверхности потока на участке |
i-того лога при прямом уклоне дна русла реки (ii > 0)
91
i и |
1.При |
|
—соблюдениеусловийдвумятипамипараметров |
||||
h. |
|
|
|
|
|
|
|
Если уклон дна русла |
ii |
меньше критического уклона |
iкр |
( ii < |
iкр), |
||
|
|
движенияпотокаh большекритическойглубины |
|||||
т. е.глубинаравномерного |
|
|
0 |
|
|
|
hкр(h0 > hкр), то существуют три вида кривых свободной поверхности потока, рис. 4:
взоне а — выпуклая кривая подпора a1;
взоне b —выпуклая кривая спада b1;
взоне с — вогнутая кривая подпора c1.
Рис. 4. Кривые свободной поверхности потока при h0 > hкр — поток находится
|
|
в спокойном состоянии |
|
|
|
|
|
|
|
|
Зона a |
Зона в |
Зона с |
|
|
При hi > h0(hн) > hкр |
При hi > h0(hн) > hi > hкр |
При h0(hн) > hкр > hi |
|
|
вогнутая кривая подпора |
выпуклая кривая спада b1 |
вогнутая кривая подпора |
|
|
а1 |
|
с1 |
|
|
В верхней (начальной) |
В верхней (начальной) |
В верхней (начальной) |
|
|
части кривая линия |
части кривая линия |
части кривая линия |
|
|
асимптотически прибли- |
асимптотически прибли- |
асимптотически прибли- |
|
|
жается к линии нормаль- |
жается к линии нормаль- |
жается к дну русла реки, |
|
|
ных глубин (N), в ниж- |
ных глубин (N), в ниж- |
в нижней (конечной) ча- |
|
|
ней (конечной) части она |
ней (конечной) части она |
сти она асимптотически |
|
|
асимптотически прибли- |
асимптотически прибли- |
приближается к линии |
|
|
жается к горизонтальной |
жается к линии критиче- |
критических глубин (K) |
|
|
прямой. |
ских глубин (K). |
Ситуация встречается |
|
|
|
|
при истечении из-под |
|
|
|
|
затвора (при заторе или |
|
|
|
|
зажоре), при сопряжении |
|
|
|
|
с нижним бьефом падаю- |
|
|
|
|
щей с водослива струн. |
|
|
|
|
|
|
92
Вначале и середине створа i-того лога hi = hН.
Вконце створа i-того лога hi > hН
Вначале и середине створа i-того лога hi ≈ hН.
Вконце створа i-того лога hi = hкр
Вначале и середине створа i-того лога hi < hН.
Вконце створа i-того лога hi = hкр
|
2.При |
|
|
|
|
|
|
—соблюдениеусловийдвумятипамипараметров |
||||||
|
h. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i иЕсли уклон дна русла |
|
ii больше критического уклона |
iкр ( |
ii > |
||||||||||
|
iкр), т. е. глубина |
равномерного движения потока h |
0 |
меньше критиче- |
||||||||||
|
|
|
< h |
|
|
|
|
|
|
|
||||
ской глубины h |
кр |
(h |
0 |
кр |
), то существуют три вида кривых свободной |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
поверхности потока, рис. 5: |
|
|
|
|
|
взоне а — выпуклая кривая подпора a2;
взоне b —вогнутая кривая спада b2;
взоне с — выпуклая кривая подпора c2.
Рис. 5. Кривые свободной поверхности потока при h0 < hкр — поток находится в бурном состоянии
93
Зона a |
|
|
|
|
(hН) |
Зона в |
|
|
(hН) |
Зона с |
> h (hН) > h |
|
|||
При h |
i |
> h |
кр |
> h |
0 |
При h |
кр |
> h > h |
0 |
При h |
кр |
i |
|||
|
|
|
|
|
i |
|
|
0 |
|||||||
вогнутая кривая подпора |
выпуклая кривая спада b2 |
вогнутая кривая подпора |
|||||||||||||
а2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с2 |
|
|
|
В верхней (начальной) |
В верхней (начальной) |
В верхней (начальной) |
|||||||||||||
части кривая линия со- |
части кривая линия со- |
части кривая линия зна- |
|||||||||||||
прикасается с линией |
прикасается с линией |
чительно ниже линии |
|||||||||||||
критических глубин (K), |
критических глубин (K), |
нормальных глубин (N), |
|||||||||||||
в нижней (конечной) ча- |
в нижней (конечной) ча- |
в нижней (конечной) |
|||||||||||||
сти она приближается к |
сти кривая линия спада |
части линия асимптоти- |
|||||||||||||
горизонтальной прямой. |
асимптотически прибли- |
чески приближается к |
|||||||||||||
Кривая подпора встреча- |
жается к линии нормаль- |
линии нормальных глу- |
|||||||||||||
ется перед преградой в |
ных глубин (N). |
|
бин (N). |
|
|||||||||||
бурном потоке. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В начале и середине |
|
В начале и середине |
|
В начале и середине |
|
|||||||
створа i-того лога hi |
= hкр. |
створа i-того лога hi |
= hкр. |
створа i-того лога hi |
= hН. |
|||||||
В конце створа i-того |
В конце створа i-того |
В конце створа i-того |
||||||||||
лога h |
i |
> h |
кр |
|
лога h |
i |
≥ hН |
|
лога h |
i |
= hН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.При |
|
—соблюдениеусловийдвумятипамипараметров |
||||||||||||
|
h. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i иЕсли уклон дна русла |
|
|
ii равен значению критического уклона |
iкр |
|||||||||||
( ii |
= |
|
iкр), т. е. глубина |
равномерного движения потока h |
0 |
равна кри- |
|||||||||
|
|
|
|
(h |
|
= h |
|
|
|
|
|||||
тической глубине потока h |
кр |
0 |
кр |
), то существуют следующие виды |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
кривой свободной поверхности, рис. 6: |
|
|
|
взоне а — кривая подпора а3;
взоне с — прямая подпора (или кривая подпора малой кривизны)с3.
94
Рис. 6. Кривые свободной поверхности потока при h0 = hкр— поток находится в спокойном состоянии
Зона a
При hi > hкр = h0 (hН)
кривая подпора а3
В верхней (начальной) части кривая линия находится на линии нормальных и критических глубин (N-K), в нижней (конечной) части кривая она близка к горизонтальной прямой.
Зона с
При hi < h0 (hН) = hкр
кривая подпора с3
В верхней (начальной) части линия асимптотически приближается к линии нормальных глубин (N) в нижней (конечной) части линия находится на линиях нормальных и критических глубин (N-K).
В начале и середине створа i-того лога |
В начале и середине створа i-того лога |
hi = hкр = hН. |
hi < hкр = hН. |
В конце створа i-того лога hi > hкр |
В конце створа i-того лога hi = hкр |
95
Средняя скорость потока воды (uсрi, м/с) i-того лога определяется по зависимости:
u i ui 1 ui . |
(94) |
2 |
|
Усредненное значение коэффициента Шези (Cсрi) i-того лога определяется по зависимости:
C |
i |
Ci 1 Ci . |
(95) |
|
2 |
|
|
|
|
|
Усредненное значение гидравлического радиуса (Rсрi, м) i-того лога определяется по зависимости:
R |
|
Ri 1 Ri |
. |
(96) |
|
||||
i |
2 |
|
|
|
|
|
|
Усредненное значение живого сечения (ωсрi, м2) i-того лога определяется по зависимости:
i i i 1 . |
(97) |
2 |
|
Потери напора (hтр, м) между створами i-того лога определяются по зависимости:
|
|
u2 |
L |
|
|
h |
|
i |
i |
. |
(98) |
C2 |
|
||||
|
|
R |
|
||
|
|
i |
i |
|
Исходя из уравнения Бернулли, определяется длина кривой свободной поверхности потока (li, м) i-того лога по формулам:
(99)
96
Если длина кривой свободной поверхности потокаli меньше расстояния между створами Lлi (li < Lлi), то hi в конце и середине i-того участка лога достигнет значений hH или hкрi (зоны а, в, с).
В противном случае, при (li > Lлi), глубина потока (hiуточн) в конце участка i-того лога должна быть уточнена по формуле:
h |
h h |
hi 1 (hi hi 1 ) ii . |
(100) |
|
i |
i |
i 1 |
L i |
|
|
|
|
|
Площадь максимального затопления территории между створами i-того лога (Si, м2) определяется по формуле:
h |
(m |
+ m |
) i |
+ h |
( m |
+ m |
) i |
(101) |
||
Si = |
i−1 |
i−1 |
i−1 |
i−1 |
i |
i |
i |
i |
L i. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
Площадь максимального затопления контролируемой территории (SЗТ, м2) между всеми створами i-тых логов определяется по формуле:
i |
|
SЗТ Si . |
(102) |
1 |
|
Площадь контролируемой территории (SКТ, м2), расположенной в границах между створами всехi-тых логов, определяется по формуле:
i |
|
SКТ В i L i . |
(103) |
1 |
|
Гидродинамическое давление на сооружения, расположенные вi-том логе, определяется по зависимости:
Pi |
|
2,7 u2 i |
, |
(104) |
|
||||
|
2 |
|
|
где ρж —плотность воды при текущей ее температуре, кг/м3.
Поперечное сечение (Ski, м2), обеспечивающее отвод потока с i-того лога определяется по зависимости:
Ski |
Qi |
. |
(105) |
|
|||
|
u i |
|
Расчет по приведенным зависимостям повторяется для каждого последующего i-того лога.
97
Поитогамрасчетоввсехлоговграфическиформируетсяобщаякривая свободной поверхности потока на всех i-тых участках лога в границах НТ (КТ)—зоны вероятного затопления местности, как совокупности кривых свободных поверхностей потоков определенных для нескольких участков (логов), характеризующихся соответствующими значениями глубин (h1, h2, h3, h4 и т. д.) в начальных, средних и конечных створах их логов, а также на основе сведений о типах кривых свободных поверх-
ностей (a1,2,3; b1,2,3; c1,2,3) и отношениях длин кривых свободных поверхностей потоков к длинам i-тых участков логов (li/Lлi).
Приведенный математический аппарат позволяет рассчитать гидродинамические параметры потока (в том числе ширину потока, направленного вдоль оси реки иплощадь затопления) выбранного участка местности—НТ (КТ), разделенной на i-тое количество логов.
Полученные расчетные площади затопления НТ (КТ) необходимо уточнить согласно соответствующим гипотезам МСП иМКП и нанести на соответствующий план (карту), после чего определить границы зоны вероятного затопления контролируемого НП. Сиспользованием топографических или электронных карт рельефа местности из территорий зон затоплений НТ (КТ) и НП, необходимо исключить участки местности, высота рельефа местности которых будет выше крайних точек (вурезах воды) в сечениях i-тых логов реки, в которых зафиксированы уровни подъема воды (hi–1 и hi), при этом промежуточные значения уровней подъема воды вкрайних точках береговых линий по длине каждого лога определяются методом интерполяции.
4.3. Выходные данные модели для прогнозирования наводнений вследствие паводков
Выходными данными ПАМ-НВ при краткосрочном прогнозировании являются:
1. Характеристика зон затопления местности при паводках, вызванных обильными осадками:
а) реализуемые с применением байесовского классификатора: отклонения фактического значения площади затопления местности при наводнении, в границах которого расположен НП, от ее расчетного значения в течение суток, через каждые 3 ч;
98
б)реализуемые сиспользованием аналитической обработки результатов вероятностной оценки иГИС: прогнозируемые площади иполигоны затопления КТ и НП в течение суток, через каждые 3 ч;
в)исходные данные, используемые на каждом шаге прогнозирования.
2.Численность населения, попавшего в зону затопления. Характеристика структуры потерь и пострадавших среди населения в зоне затопления НП.
3.Численность биологических активов, попавших взону затопления НП, и структура их вероятных потерь.
4.Количество и структура повреждений зданий и сооружений, попавших в зону затопления, по категориям: жилые дома (многоквартирные, частные); социально-значимые объекты (школы, больницы, детские сады и т. д.); объекты транспортной инфраструктуры; объекты экономики (производственные, радиационные; биологические и химические опасные объекты и др.).
Выходными данными ПАМ-НВ при среднесрочном прогнозировании паводков, вызванных обильными осадками, являются:
а) реализуемые с применением байесовского классификатора: отклонения фактического значения максимальной площади затопления местности при наводнении, в границах которого расположен НП, от ее расчетного значения, втечение 10 суток, через каждые сутки; результаты вероятностной оценки возможности возникновения НВ на территории,
вграницах которой расположен НП в течение 10 суток; результаты вероятностной оценки возможности образования катастрофического затоплении территории, в границах которой расположен НП в течение 10 суток;
б) реализуемые с использованием аналитической обработки результатов вероятностной оценки и ГИС: прогнозируемые максимальные площади и полигоны затопления КТ и НП в течение 10 суток, через каждые сутки;
в) исходные расчетные данные, используемые при прогнозировании.
99
Глава 5.
Модель для прогнозирования последствий отключения теплоснабжения
Основными причинами, приводящими к аварийным отключениям теплоснабжения (ОТ) на распределительных электросетях, являются [51]: стихийные природные явления; физические (конструктивные), в том числе механические повреждения в результате строительных и ремонтных работ; действия (бездействия) обслуживающего персонала (человеческий фактор); технологические нарушения, в том числе функциональные отказы вработе оборудования тепловой сети ипотребителей тепловой энергии.
5.1.Входные данные модели для прогнозирования последствий отключения теплоснабжения
Основными входными данными для формирования базового обучающего множества ПАМ-ОТ в отношении НТ служат следующие данные [52, 53]: характеристики систем теплоснабжения и потребителей; характеристики отказов систем теплоснабжения; характеристики пониженного (аварийного) теплоснабжения потребителей; параметры метеорологической обстановки.
Основным источником данных для подготовки характеристик систем теплоснабжения и потребителей являются схемы теплоснабжения, разрабатываемые согласно требованиям [54, 55].
В результате подготовки каждой расчетной схемы ТС должны быть определены следующие данные: общие параметры ТС; перечни участков ТС и их характеристики; перечни ЗРА и их характеристики; перечни потребителей и их характеристики; относительные часовые расходы теплоносителя у потребителей в послеаварийных режимах; перечни участков ТС и ЗРА, выход которых из строя не нарушает расчетный уровень теплоснабжения потребителей.
100