Максимальные расходы воды в периоды половодья рек

Площадь водосбора, км2	500	1000	10000
Максимальный расход, м3/с	100 - 400	400 - 1500	1500 - 4500

Таблица 1.5

Возможные размеры зон затопления в зависимости от уровня подъема воды

Максимальный подъем уровня воды, м	1,5 - 2	2 - 4	4 - 6	6 - 14
Зона затопления, км2	10	10 - 100	100 - 1000	>1000

Паводок. В отличие от половодья длительность паводка, как правило, не превышает 1-2 суток и несколько больше продолжительности выпадения осадков, вызвавших его. Опасность паводкового наводнения заключается в его неожиданности. Например, при ливневых осадках в предгорных районах и население, и органы местного управления могут оказаться не подготовленными к нему. Форма гидрографа расхода паводка подобна гидрографу половодья (но он сжат по оси времени ) – имеется восходящий участок, гребень (соответствует максимальному уровню воды) и нисходящий участок.

Максимальный подъем уровня воды в реке при паводке рассчитывается по формуле (1.5). Максимальный расход определяется выражением:

, (1.6)

где и - расход максимальный и до выпадения осадков соответственно, м³/с; - интенсивность осадков, мм/час; - площадь района выпадения осадков в бассейне реки, км²; - коэффициент, учитывающий долю стока выпавших осадков в реку (обычно , в приближенных расчетах для оценки максимального подъема воды принимают ); коэффициент “3,6” учитывает переход от размерности - мм/час, - км² к размерности - м³/с.

Высота паводка по мере удаления от места, где он максимален, уменьшается.

Скорость движения гребня паводка рассчитывается по формуле:

, (1.7)

где – скорость течения реки до выпадения осадков.

В олна прорыва. При разрушении плотин изливающаяся через проран вода образует волну прорыва – типа мощного паводка (рис. 1. 6).

Высота гребня волны прорыва и скорость движения гребня могут быть рассчитаны по соответствующим формулам для паводка при заданных характеристиках прорана в теле плотины. В качестве примера в табл. 1.6 приведены параметры волны прорыва для двух характерных гидроузлов: равнинного ( м, уклон дна ) и предгорного ( м, ), в обоих случаях отношение ширины прорана к длине плотины принималось равным 0,5, считалось, что русло имеет прямоугольную форму.

Таблица 1.6

Параметры волны прорыва

( – расстояние от плотины, η – высота гребня, – максимальная скорость течения, – время прихода фронта волны, – время прихода гребня волны прорыва)

Гидроузел	, км	η, м	, м/с	, час	, час
Равнинный м,	10	7,5	1,8	1,3	4
	50	7,0	1,2	12	22
	100	6,5	0,9	27	45
	250	5,5	0,55	84	120

Предгорный м,	10	34	9,2	0,25	0,5
	50	29	7,0	1,70	2,9
	100	25	6,0	3,80	6,0
	250	20	4,5	11,0	15,0

Распространение волны прорыва приводит к затоплению речной долины ниже плотины по течению реки. Кроме этого, движущийся с большой скоростью водный поток приводит к повреждению и разрушению зданий, сооружений, оборудования в прибрежной зоне.

Нагонные наводнения. Они наблюдаются при прохождении мощных циклонов через заливы, бухты, прибрежные области. Циклон – это атмосферное возмущение с пониженным давлением в центре и вихревым движением воздуха. Минимальное атмосферное давление приходится на центр циклона: 950-960 мбар (1 бар=10⁵ Па), в отдельных случаях 920-930 мбар при нормальном атмосферном давлении 1012 мбар. Горизонтальные размеры циклона – от нескольких сотен до 2-3 тысяч километров, по вертикали он может захватывать всю тропосферу (до 10 км). Воздух в циклоне движется приблизительно по изобарам (линии равного давления - рис. 1.7), смещаясь к центру и вверх, в центре его скорость максимальна и достигает 20-30 м/с.

П одвижные циклоны перемещаются, в общем, с запада на восток, средняя скорость перемещения порядка 30-45 км/час, но может достигать 100 км/час.

Пониженное атмосферное давление в центре циклона вызывает подъем воды - – барический подъем:

, (1.8)

где и – нормальное атмосферное давление (периферия циклона) и давление в центре циклона соответственно, Па; – плотность воды, кг/м³; – ускорение свободного падения.

Например, для Па и Па подъем уровня воды в центре циклона составляет 0,63 м. Подъем небольшой, но он происходит на площади в тысячи квадратных километров. При движении циклона этот подъем перемещается, приобретая вид длинной волны (длина волны – сотни километров). Входя в сужающиеся заливы, бухты, эта волна вызывает повышение уровня воды в несколько раз превышающее барический подъем в центре циклона. Это первая причина нагонных наводнений.

Второй фактор: вызывая барическое повышение уровня воды, циклон возбуждает собственные колебания воды - сейши в заливах, бухтах (для возбуждения собственных колебаний важно наличие границы вода – берег). Эти колебания представляют собой стоячие волны (рис. 1.8).

В зависимости от формы водоема возможны колебания основного тона и обертонов, когда на характерном размере водоема укладывается разное число полуволн. Например, в Финском заливе наблюдаются одно-, двух-, трех- и четырехузловые сейши. Подъем уровня воды в устье Невы за счет сейш в Финском заливе может достигать 100-150 см.

Третья причина нагонного наводнения – ветровой нагон (рис. 1.9). Ветер повышает уровень воды у берега – .

О собенно опасна ситуация, когда действие всех трех факторов суммируется.

На основе данных многолетних наблюдений для каждого района, подверженного действию нагонной волны, устанавливаются эмпирические зависимости для уровня подъема воды. Например, для Санкт-Петербурга расчет прогнозируемого подъема уровня воды ведется по высоте подъема воды в Таллине : , где – дополнительный подъем воды за счет ветрового нагона, который зависит от скорости западного ветра. Прогноз о высоте наводнения выдается за 5-6 часов до момента максимального подъема уровня воды в городе.

Для защиты от наводнений наиболее эффективно строительство гидротехнических сооружений: плотин, дамб, водохранилищ, укрепление берегов, подсыпка территорий.