Расчет характеристик прорана в грунтовых плотинах и максимальных расходов при переливе водохранилищ

Макушин Мирон Алексеевич
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Цель работы – дать оценку существующим методам расчета характеристик прорана и максимальных расходов и на основании данной оценки провести расчет для выбранных объектов по выбранным методикам. В ходе работы был проведен аналитический обзор существующих методик и проведен расчет по 3 методикам и сравнение полученных результатов с наблюденными. Аналитический обзор позволил выявить недостатки существующих методов, а расчет по выбранным объектам выявить состоятельность использования выбранных расчетных схем. Также были приведены альтернативные подходы к вопросу расчета характеристик прорана.

Водохранилища, подпруженные грунтовыми плотинами, распространены
по всему земному шару и в России, в частности, так как они довольно дешевы с
точки зрения строительства. Однако, большинство таких плотин, будучи
построены еще в прошлом веке, находятся в аварийном состоянии, либо были
нарушения при проектировании, которые не учли возможность перелива.
Данные аспекты становятся причинами масштабных катастрофических
паводков в результате перелива водохранилища через гребень плотины,
которые наносят значительный материальный ущерб близлежащим
территориям и уносят множество людских жизней.
Одной из основных особенностей перелива через грунтовую плотину
является формирования прорана – промоины при прорыве водным потоком
напорного гидротехнического сооружения, например, дамбы или земляной
плотины. Формирование и увеличение прорана ведет за собой сброс воды из
водохранилища и его последующее опорожнение. Описание этого процесса
дает возможность получить картину опорожнения водохранилища, а также
максимальных расходов воды во время сброса воды. Однако же большинство
методик, призванных описывать данный процесс, имеет ряд недостатков,
связанных неточностью описания данного процесса.
Цель данной работы – дать оценку существующим способам и методам
расчета характеристик прорана и максимальных расходов при переливе
водохранилища с грунтовой плотиной и на основе данной оценке провести
расчеты по выбранным объектам. В рамках данной цели были поставлены
следующие задачи:
• Создание информационной базы случаев прорыва водохранилищ при
переливе грунтовой плотины, в которую входят площадь и объем
резервуара, высота дамбы и длина по гребню, а также ширина
образовавшегося прорана, объем паводка и максимальный расход воды;
• Выделение основных этапов процесса образования прорана и факторов,
на него влияющих;
• Аналитический обзор существующих способов расчета характеристик
прорана и максимальных расходов воды при прорыве водохранилищ;
• Расчет гидравлико-морфометрических характеристик прорана и
максимальных расходов воды по выбранным методикам на основе
собранных данных о случаях прорывов водохранилищ и анализ
полученных результатов;
• Формулировка альтернативных подходов к расчету характеристик
прорана на основе анализа процесса формирования прорана;
• На основе выполненных задач сформулировать основные выводы по
работе.

В заключении стоит отметить, что основную цель данной работы можно
считать достигнутой. В ходе исследовательской работы были
проанализированы существующие способы и методы расчета характеристик
прорана и максимальных расходов воды. Условно их можно определить в 4
группы: руководящие документы, концептуальные расчетные методы,
детерминированные модели на основе систем дифференциальных уравнений с
включением блока эрозионного размыва и стохастические методы оценки
устойчивости грунтовой плотины. В ходе этого анализа были выявлены
недостатки этих методов. Особый акцент делался на руководящих документах,
так как они используются при проектировании гидротехнических сооружений.
Основными их недостатками можно считать недоучет формирования прорана
как в случае с ПМП, где данный процесс выражается коэффициентом,
учитывающим отношение ширины прорана к длине плотины. Для РД 03-607-03
характерно использование эмпирических соотношений, которые имеют
довольно узкий диапазон использования, а также недоучет связи между
формированием прорана и сбросом воды, выражающейся в том, увеличение
сброса воды влияет на изменение характеристик прорана, а увеличение
характеристик прорана, в свою очередь, влияет на увеличение сброса воды, что
при непосредственном использовании выражается в обособленности расчете
изменения морфометрических характеристик прорана. Также была собрана
информация о некоторых случаях прорыва водохранилищ в результате
перелива через грунтовую плотину и рассчитаны необходимые характеристики
по выбранным методикам. Собранные и рассчитанные данные позволили в
дальнейшем проводить расчет по выбранным методикам и проводить
сравнение рассчитанных и наблюденных значений.
Для расчета были выбраны следующие методики: ПМП, РД 03-607-03 и
модель прорыва озера подпруженного ледником Ю.Б. Виноградова.
Использование методик позволило получить расчетные значения, которые
сравнивались с наблюденными значениями. Произведено обсуждение
результатов на основе которых для рассчитанных значений выявлены основные
нюансы, связанные с особенностями использованных методов. Недостатки,
которые были выявлены в ходе анализа, во многом, повлияли на расхождение
рассчитанных и наблюденных значений. В большей степени это характерно для
ПМП. В частности, использование условного эмпирического коэффициента для
получения возможной ширины прорана являлось довольно неточным, что
сказывалось на расхождении в наблюденных и рассчитанных значениях, а
также в полученных значениях расходов воды. Наиболее удовлетворительные
результаты были получены по модели Ю.Б. Виноградова, что связано с
особенностями заложенных в модели уравнений, которые описывают физику
процесса, и с тем, что начальные параметры для расчета по модели задавались
максимально приближенными к случаю грунтовой плотин. Также в
большинстве выбранных случаев довольно близкие значения давала методика
РД 03-607-03. Расчетная схема включала в себя расчет характеристик прорана,
характеристик грунта и потока, что во многом и определило близость значений.
Тем не менее, для некоторых случаев значения имели расхождения. Это связано
с обособленностью расчета характеристик прорана и изменений объемов и
расходов воды, т.е. изменение гидравлико-морфометрических характеристик
прорана никак не зависит от истечения воды из водохранилища и от
рассчитываемых характеристик грунта. В данном случае это не совсем верно,
так как связь между изменением характеристик прорана и изменением объема
воды в водохранилище работает в обе стороны, что было подробно указано
выше. Кроме того, были предложены альтернативные подходы возможного
математического описания процесса образования прорана на основе
выявленных этапов процесса и основных факторов. В первом приближении
преимуществом этих вариантов является возможный учет связи между
процессом размыва прорана и сбросом воды, а также учет сил внешнего
воздействия, а именно динамических характеристик потока, и сил
сопротивления грунта, зависящих от сцепления грунта и угла внутреннего
трения.
Формирование и последующее развитие прорана – один из ключевых
факторов, влияющих на опорожнение водохранилища при переливе. Ключ к
пониманию этого процесса – понимание того, каким образом истечение воды
влияет на вынос материала из прорана. В дальнейшем это позволит создать
наиболее приближенную модель формирования прорана, что поможет в
прогнозировании подобных явлений как в процессе проектирования грунтовой
плотины, так и во время эксплуатации уже имеющихся водохранилищ.

1. Виноградов Ю.Б., Виноградова Т.А. Современные проблемы
гидрологии: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений
2. Волосухин В.А., Волосухин Я.В. Нормативное, правовое и
техническоерегулированиевобластибезопасности
гидротехнических сооружений. – М.: Гидросооружения, №1, 2010,
с. 22-30.
3. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л., Гидрометеоиздат,
1969, 424 с.
4. Гидротехнические сооружения /Г.В. Железняков, Ю.А. Ибад-заде,
П.Л. Иванов и др.; под общ. Ред. В.П. Недриги. – М.: Стройиздат,
1983.
5. Караушев А.В. Теория и методы расчета расхода речных наносов. –
Л.: Гидрометеоиздат, 1977, 272 с.
6. Кременецкий, Н. Н. Гидравлика: учебник для с.-х. техникумов по
специальности “Гидромелиорация”. – 3-е изд. – М.: Энергия, 1975. –
416 с.
7. Методические рекомендации по определению расходов воды при
проектировании переходов через водотоки в зоне воздействия
некапитальных плотин. – М., 1981.
8. РД 03-607-03 Методические рекомендации по расчету развития
гидродинамических аварий на накопителях жидких промышленных
отходов.
9. Мирцхулава Ц.Е. Размыв русел и методика оценки их
устойчивости. М., «Колос», 1967, 179 с.
10.Пономарчук К.Р. Оценка параметров развития прорана при
разрушении грунтовой плотины. – М.: Природообустройство, №3,
2011, с. 77 – 82.
11.Трофимов В.Т., Королёв В.А., Вознесенский Е.А., Голодковская
Г.А., Васильчук Ю.К., Зиангиров Р.С. Грунтоведение. Под ред.
В.Т.Трофимова – 6-е изд., перераб. и дополн. – М.: Изд-во МГУ,
2005, 1024 с.
12.Чертоусов, М.Д. Гидравлика. Спец. Курс, Для гидротехн.
специальностей высш. учеб. Заведений. – 3-е изд., перераб. и доп. –
М.; Л.: Госэнергоиздат, 1957. – 640 с.
13.Штеренлихт Д.В. Гидравлика. М.: Энергоиздат, 1984.
14.Mouyeaux A., Carvajal C., Bressolette P., Peyras L., Breul P.,
Bacconnet C. Probabilistic stability analysis of an earth dam by
Stochastic Finite Element Method based on field data. Computers and
Geotechnics,101, 2018, p. 34–47.
15.RCEM – Reclamation Consequence Estimating Methodology. Dam
Failure and Flood Event Case History Compilation. – U.S. Department
of the Interior Bureau of Reclamation, 2014.
16.Sharma K.P, Kumar A. Case Histories of Earthen Dam Failures.
International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering.
– Missouri University of Science and Technology, 2013.
17. Tingsanchali T., Chinnarasri С. Numerical modelling of dam failure due
to flow overtopping. – Hydrological Sciences Journal, 46 (1), 2001, p.
113-130.
18.Zagonjolli. M. Dam break modelling, risk assessment and uncertainty
analysis for flood mitigation. – Taylor and Francis/Balkema, 2007.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Татьяна С. кандидат наук
    4.9 (298 отзывов)
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (пос... Читать все
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (поставки напрямую с издательств), доступ к библиотеке диссертаций РГБ
    #Кандидатские #Магистерские
    551 Выполненная работа
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Анна Н. Государственный университет управления 2021, Экономика и ...
    0 (13 отзывов)
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уни... Читать все
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уникальности с нуля. Все работы оформляю в соответствии с ГОСТ.
    #Кандидатские #Магистерские
    0 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Дарья Б. МГУ 2017, Журналистики, выпускник
    4.9 (35 отзывов)
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных ко... Читать все
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных компаниях, сейчас работаю редактором. Готова помогать вам с учёбой!
    #Кандидатские #Магистерские
    50 Выполненных работ
    Анастасия Л. аспирант
    5 (8 отзывов)
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибост... Читать все
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибостроение, управление качеством
    #Кандидатские #Магистерские
    10 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Расчет паводков на реках средней полосы России
    📅 2020год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет