ДИПЛОМ / Раздел ДП Безопасность и охрана труда, Методические указхапния и примеры расчета / ПРимеры выполнения расчетов по ОТ

15.6. Стихийные бедствия в гидросфере

Гидросфера("гидро" – вода) – водная оболочка на поверхности Земли, охватывающая океаны, моря, реки, озера, болота, подземные воды, горные и покровные ледники (застывшие воды). Виды стихийных бедствий в гидросфере

даны на рис. 15.4.

Опасные явления в гидросфере

	Гидрологические		Гидрогеологиче-
	Сильное волнение		Понижение уровня
	моря (5 и более		грунтовых вод
	Айсберги, обледене-		Повышение уровня
	ние судов, непрохо-		грунтовых вод
	Высокие уровни
	воды (наводнения)
	Приливная волна на
	реках (бор)

Рис. 15.4. Виды стихийных бедствий в гидросфере [28]

Самым грозным явлением в гидросфере является цунами– гравитационные волны очень большой длины и высоты, возникающие на поверхности морей и океанов (в переводе с японского цунами – большая волна в заливе).

Волны цунами похожи на ветровые, но у них сейсмическая природа. Длина волны – расстояние между соседними гребнями – от 5 до 1500 км, что не позволяет увидеть вторую, третью и последующую волны. Число волн достигает семи, при этом вторая или третья волна бывает наиболее сильной и вызывает наиболее сильные разрушения

Сила цунами оценивается магнитудой М от 0 до 3 (до 6 баллов). Предвестники цунами: землетрясение; отлив в неурочное время (быстрое

обнажение морского дна), длящийся до 30 мин; громоподобный шум, слышные до подхода волн; появление трещин в ледяном покрове у берегов.

Наводнения по повторяемости, площади распространения, суммарному среднегодовому ущербу занимают первое место среди опасных гидрологических явлений и процессов. По числу человеческих жертв и ущербу, приходящемуся на единицу площади поражения, они занимают второе место после землетрясений. Наводнения по высоте стояния воды могут быть низкие, высокие, выдающиеся (большие), катастрофические. Низкие (малые) наводнения наблюдаются примерно один раз в 5... 10 лет. Высокие наводнения, происходящие один раз в 20...25 лет. Выдающиеся, повторяющиеся каждые 50... 100 лет, охватывают целые речные бассейны. Один раз в 100...200 лет случаются

327

катастрофические наводнения, вызывающие затоплении громадных территорий в пределах одной или нескольких речных систем.

1хшьшую потенциальную опасность представляют подтопления– повышение уровня грунтовых вод. Подтопление территорий вызывает деформацию и разрушение фунтов оснований зданий и подземных коммуникаций, повышение сейсмичности территории, затопление подвалов зданий, ухудшение санитарной и экологической обстановки в городах и населенных пунктах.

При ливневых дождях наблюдается паводок,т. е. подъем воды в реках. Он, какпривило, скоротечен, возникает внезапно, продолжается несколько дней, но нажили большой ущерб экономике.

Весеннее половодье, т. е. подъем воды вследствие таяния снега и льда, как привило, происходит более медленно, чем при ливневом наводнении, что позволяет принять необходимые меры. Продолжительность половодья на малых реках составляет несколько дней, на больших – 1...3 мес. Большую опасность мри половодье представляют зажоры и заторы. Зажоры– это скопление шуги и мелкобитого льда, образующихся в зимнее время. Заторы– скопление льдин во время весеннего ледохода.

15.7. Очаги поражения стихийных бедствий в гидросфере

Очагом поражения при наводнении называется территория, в пределах которой произошли затопления местности, повреждения и разрушения зданий, сооружений и других объектов, сопровождающиеся поражениями и гибелью людей, животных и урожая, порчей сырья, топлива, удобрений, продуктов питания.

Масштабы наводнений зависят от высоты и продолжительности стояния опасных уровней воды, площади затопления, времени затопления (весной, летом, осенью, зимой).

Схематически сечение русла реки можно представить либо треугольным либо трапецеидальным, как изображено на рис. 15.5 [24].

а- треугольное русло; б- трапецеидальное русло

Рис. 15.5. Расчетная схема сечения реки

328

Исходные данные для определения очага поражения при наводнении: ширина реки до паводка b0 (м); ширина дна реки а0 (м); глубина реки до паводка h0 (м); скорость течения реки υ0 (м/с); интенсивность дождя J(мм/ч); площадь выпадения осадков F(км2); высота места hм (м); глубина затопления h3, (м); параметр профиля реки М= 1,4(трапеция), М= 2(треугольник); расход воды до выпадения осадков Q0 (м3/с); α, β – угол наклона береговой черты; tgα = 2h0/ b0 – треугольное русло, tgα=2h0/x0– трапецеидальное русло; x0=(b0– а0)/2.

Расход воды в реке до наступления наводнения (паводка) определяют по формуле (м3/с)

Qo=υ0S0

(15.10)

где υ0– скорость воды в реке до наступления паводка, м/с;

S0 – площадь сечения русла реки до паводка, м2; S0 = 0,5boho – для треугольного сечения, S0= 0,5(а0+b0)h0– для трапецеидального сечения.

Подставляя в формулу (15.10) значение S0,получим расход воды в реке

Qo=½h0·b0·υ0.

(15.11)

Расход воды после выпадения осадков (таяния снега) и наступления половодья (паводка) рассчитывается по формуле (м3/с)

Qmax = S·υmax или Qmax=Q0+ (J·F)/3,6

(15.12)

где S –площадь поперечного сечения потока при паводке, м2; υmax– максимальная скорость потока, м/с;

				h0 h		2/3
	max					,	(15.13)
		0		h
				0

где J –интенсивность осадков (таяния снегов), мм/ч; F –площадь выпадения осадков (таяния снега), км2. Высота подъема воды в реке при прохождении паводка (м) определяется по формулам

- для треугольного русла

h		2Qmaxh05/3	3/8	h ,	(15.14)
		b		0
		0 0

- для трапецеидального русла

		3				3/8
	2Qmax		b0	/2ctg				b0	(15.15)
h
		b0 0						2ctg

329

Максимальная скорость потока воды при прохождении паводка (м/с)

	Qmax	Qmax	(15.16)
		Smax

где Smax–площадь поперечного сечения потока при прохождении паводка, м/с, определяемая по формулам треугольного и трапецеидального сечения, в которые вместо hoподставляется h,а вместо bo–b.

Поражающее действие паводка определяется глубиной затопления h3(м) и максимальной скоростью потока затопления υ3(м/с), которые определяются по формулам

h3=h–hM	(15.17)
υ3=υmax·f	(15.18)

где f – параметр удаленности объекта от русла реки.

Параметр удаленности объекта от русла реки f определяется по данным табл. 15.10 в зависимости от параметра М, характеризующего профиль русла реки: М=1,25– для трапецеидального профиля; М=1,5 –для овального; М = 2,0–для треугольного профиля и отношения h3/h.

Таблица 15.10 – Значения параметра удаленности объекта от русла реки f

	М=1,25	М = 1,5	M=2,0
3/h
,1	,20	,23	,30
,2	,38	,43	,50
,4	,60	,64	,72
,6	,76	,84	,96
,8	,92	,05	,18
,0	,12	,20	,32

Ширина затапливаемой территории при прохождении паводка LN (м) рассчитывается по формуле

		h	(15.19)
	Ln sin

где h – высота подъема воды в реке, м; α – угол наклона береговой черты.

Поражающее действие волны затопления оценивают по табл. 15.11.

330

Таблица 15.10 – Параметры волны затопления

Объект			Степень разрушения
	сильная			средняя		слабая
	, м/с	0,м/с		, м/с	0,м/с	, м/с	0,м/с
Здания: - кирпичные		,5
- каркасные	,5						1,5
Мосты: - деревянные					,5		0,5
- металлические							0,5
- железобетонные							0,5
Дороги: - с асфальто-							1
вым покрытием					,5
- с гравийным покры-							0,5
тием	,5				,5	,5
Пирс						,5	1
Плавучий док					,5		1,5
Плавучий кран					,5	,5	1,5

В отличие от волны прорыва, наводнение и паводок оказывают более продолжительное действие, усугубляющее первоначальное разрушающее воздействие волны прорыва, как показано в табл. 15.12

Таблица 15.12 – Доля поврежденных объектов на затопленных площадях при крупных наводнениях, скорость потока затопления υ3 = 3...4М/C (%)

	Объект			Часы
		1	2	3	4	24	48
	Затопление подвалов	10	15	40	60	85	90
	Нарушение дорожного движения	15	30	60	75	95	100
	Разрушение уличных мостов		-	3,	6	30	45
	Смыв деревянных мостов	-	7	70	90	100	100
	Разрушение кирпичных зданий	-	-	10	40	50	60
	Прекращение электропитания	75	90	95	100	100	100
	Прекращение телефонной связи	75	85	100	100	100	100
	Повреждение систем газо- и тепло-	-	-	7	10	30	70
	снабжения
	Гибель урожая	-	-	-	-	3	8

Примечание.При υ3 =1,5...2,5м/сприведенные в таблице значения надо умно-

жить на 0,6; при υ3 = 4,5...5,5м/с–на 1,4

При определенных скоростях водного потока разрушаются транспортные

331

пути, плотины и дамбы (табл. 15.13,15.14).

Таблица 15.13 – Условия разрушений транспортных сооружений в зависимости от глубины А и скорости водного потока v

Объект				Разрушения
		сильные			средние			слабые
	h, м		υ, м/с	h, м		υ, м/с	h, м		υ, м/с
Металлические мосты и путепроводы с	2		3	1		2	0		0,5
пролетом 30... 100 м
То же, более 100 м	2		2,5	1		2	0		0,5
Железобетонные мосты	2		3	1		1,5	0		0,5
Деревянные мосты	1		2	1		1,5	0		0,5
Дороги с асфальтобетонным покры-	4		3	2		1,5	1		1
тием
Дороги с гравийным покрытием	2,5		2	1		1,5	0,5		0,5
Промышленные объекты с легким	5		2,5	4		2	2		1
каркасом
Промышленные объекты с ж/б каркасом	12		3	9		3	4		1,5
Кирпичные дома 1...2 этажа	4		2,5	3		2	2		1
Кирпичные дома 3 и более этажей	6		3	4		2,5	2,5		1,5
Деревянные дома	3,5		2	2,5		1,5	1		1
Сборные дома	3		2	2,5		1,5	1,5		1
Пирс	4		6	3		4	2,5		1
Мосты	1-2		1,5-2	0,5		1			-

Таблица 15.14 – Условия разрушения плотин и дамб при толщине слоя воды h и длительности перелива τ

Объекты	h, м	τ, ч
Плотины из местных материалов:
с защитным покрытием	4	3
с нормальным покрытием	2,5	2
Земляные дамбы:
с защитным покрытием	2	2
без покрытия	1,5	1

Пример 15.4. Определить последствия паводка, вызванного ливневыми дождями, для предприятия, расположенного на берегу реки. На территории предприятия имеются деревянные одноэтажные дома и трехэтажное административное здание. Интенсивность осадков J = 50 мм/ч, площадь выпадения осадков F = 150 км2. Ширина реки b0 = 100 м, глубина h0 = 2,5 м, скорость течения реки υo = 1 м/с. Русло реки треугольное, угол наклона берегов α = β = 45°. Высота места hм= 2м.

Решение.Определим расход воды в реке до выпадения осадков по формуле

(15.11)

332

Qo =½ ho·bo·υo = ½·2,5·100·1=125м3/с

Определим расход воды после выпадения осадков по формуле (15.12)

Qmax=Q0+ (J·F)/3,6=125+(50·150)/3,6=2208,3м3/с

Определим высоту подъема воды при прохождении паводка по формуле (15.14) для треугольного русла

2Qmaxh05/3

3/8

2 2208,3 3

3/8

h

h

=

2,52

2,5 4,8м

b0 0

100 1

0

Определим максимальную скорость потока в русле реки по формуле

(15.13)

			h		h 2/3		= 1,0		2,5 4,8			2/3
				0								2,1м/с
	max	0			h				2,5
					0

Рассчитаем отношение h3/h = (h–ho)/h = (4,8– 2)/4,8=0,6.

По табл. 15.10 найдем значение параметра удаленности объекта от русла реки (для М=2)F=0,96.

Определим максимальную скорость потока затопления по формуле (15.18)

υ3=υmax·f= 2,1·0,96=2м/с

Определим глубину затопления по формуле (15.17) h3 =h–hм = 4,8–2=2,8 м

Поражающее действие паводка определяем по табл. 15.13, принимая высоту воды 2,8ми скорость потока 2м/с.

Вывод. Сборные деревянные дома получат сильные разрушения, кирпичные здания –средние разрушения.

При землетрясениях и извержениях вулканов в океане, а также при подводных ядерных взрывах возможны такие колебания воды, которые при подходе к мелководью образуют волны – цунами. Чем больше магнитуда М, тем больше высота цунами.

Скорость распространения волн-цунами рассчитывается по формуле (м/с)

g Ho ;

(15.20)

где g–ускорение силы тяжести, м/с2;

333

Н0–глубина океана в эпицентре землетрясения, м.

Время подхода волны к побережью можно определить из выражения (ч)

tn=R/υ,

(15.21)

где R – расстояние до эпицентра землетрясения, км. Высота волны у побережья определяется по формуле

4	Ho	,	(15.22)
h ho	H

где h0– высота волны в океане, м;

Н0– глубина океана в эпицентре, м; Н– глубина акватории у побережья, м.

Степени разрушения (сильная, средняя, слабая) в зависимости от высоты волны приведены в табл. 15.15.

Таблица 15.15 – Степени разрушения объектов от волн-цунами

	Объект		Разрушения
		сильные	средние	слабые
	Здания с ж/б каркасом	12	9	4,5
	Цех промышленный	7,5	6	3
	Кирпичные дома в 1-3 этажа	4	3	2
	Кирпичные дома 4 и более этажей	6	4	2,5
	Деревянные дома	3,5	2,5	1
	Суда	5	4	2

Крупные суда при угрозе цунами выводят в море, маленькие - закрепляют на берегу, людей эвакуируют на возвышенные места, на расстояние более 3 км от берега.

Пример15.5.В результате землетрясения в океане на глубине 6000м возможно формирование волны-цунами высотой 2 м. Расстояние до берега 9000 км. Глубина океана у побережья 20 м. Определить скорость, высоту и время прихода волны к побережью, а также степень разрушения кирпичных домов до 3 этажей.

Решение.Определяем скорость волны по формуле (15.20)

g Ho =9,8 6000 242м/с

Определяем время прихода волны к побережью по формуле (15.21)

334

tn=R/υ = 9000000/242= 10ч

Определяем высоту волны у побережья по формуле (15.22)

h h 4	Ho	= 2 4	6000	8,3м
			20
o	H

Результат воздействия волны высотой 8,3 м на объекты определим по табл. 15.15.

Вывод. Дома будут иметь сильные разрушения.

Задачи

1 Магнитуда в эпицентре землетрясения равна 6 баллам. Рассчитать энергию и интенсивность землетрясения на расстоянии 50 км. Определить минимальный предел устойчивости и характер разрушения одноэтажных деревянных и многоэтажных кирпичных зданий при природном землетрясении.

2 Рассчитать избыточное давление ударной волны при взрыве емкости с углеводородным готом 500 км определить соответствующий балл интенсивности землетрясения и оценить характер разрушения объекта, на котором имеются одноэтажные кирпичные производственные здания и многоэтажное административное здание. Расстояние от объекта до эпицентра 200м.

3 Оценить обстановку и степень разрушения малоэтажных кирпичных зданий на расстоянии 70 км от эпицентра землетрясения интенсивностью 7 баллов. Рассчитать время прихода продольных и поверхностных сейсмических волн. Глубина гипоцентра 30 км. Дома построены на насыпном грунте (осадочных породах).

4 Определить расстояние, на котором в населенном пункте, состоящем из одноэтажных кирпичных домов, произойдут разрушения не выше слабых. Интенсивность в эпицентре 10 баллов.

5 В регионе с плотной жилой застройкой, состоящей из многоэтажных кирпичных домов (3...5 этажей) и деревянных одноэтажных домов, ожидается ураганный ветер с максимальной скоростью 35 м/с. Общее количество людей, находящихся в зданиях, 800 человек. Оценить последствия урагана для региона.

6 Произошло землетрясение в океане на глубине 5000м, которое вызвало волну-цунами высотой 1,5 м. Расстояние от эпицентра до берега 5000км, глубина океана у побережья 25 м. Рассчитать скорость прихода, высоту и время прихода волны-цунами к побережью. Оценить последствия ее воздействия на промышленное предприятие, на котором имеется административное кирпичное здание малой этажности, складские деревянные помещения и промышленные цеха.

335

Раздел 6. Очаги поражения при применении оружия

Глава 16. Современные средства поражения

16.1.Общие сведения

Вклассификации чрезвычайных ситуаций по причинам возникновения особую группу представляют социально-политические конфликты. Под соци- ально-политическими конфликтами понимают крайне острую форму разрешения противоречий между государствами с применением современных средств поражения, а также межнациональные кризисы, сопровождающиеся насилием.

К современным средствам поражения относятся различные виды оружия, среди которых особую группу представляет оружие массового поражения: ядерное, нейтронное, химическое, бактериологическое (рис. 16.1).

Современные средства поражения

	Оружие мас-		Психотрон-		Информаци-		Обычные
	сового по-		ное оружие		онное ору-		средства
	ражения				жие		поражения

ядерное		нейтронное		химическое		бактериологическое

Рис. 16.1. Современные средства поражения [28]

Под оружием понимают средства поражения и средства доставки. В последнее время разработаны виды оружия, предназначенные не для уничтожения противника, а для разгона больших масс людей, например, демонстрантов. К такому «несмертельному» оружию относятся клеевые пушки, пеномёты; инфразвуковые генераторы; лазерные винтовки; микроволновые пушки; "пончиковые" винтовки; "гладиаторская сеть" и др.

Особого внимания заслуживает оружие, действие которого основано на взрыве. Под взрывомпонимают широкий круг явлений, связанных с выделением за очень короткий промежуток времени большого количества энергии в ограниченном пространстве. Взрывы обычно связаны с превращениями вещества в результате химической реакции или ядерных превращений [14].

Боеприпасы, действие которых основано на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся при взрывных ядерных реакциях, называются ядерным оружием.Подземный взрыв (тектонический) дает волну сжатия, распространяющуюся в грунте и приводящую к искусственным землетрясениям. Подводный взрыв вызывает цунами – мощную волну высотой до 40 метров, заходящую вглубь суши на расстояние до 3 км.

336