Речной гидродинамики

Модели мелкой воды в задачах речной гидродинамики

---

Часть II. Моделирование практических задач речной гидродинамики
картографических данных уточнялась на основе космических снимков 
IRS LISS и IRS PAN с пространственным разрешением 23 м и 5,8 м со-
ответственно. После этого отметки рельефа интерполировались в центры 
ячеек расчетной сетки при помощи специальной программы по ориги-
нальной методике (см. п.4.4). Для расчетов применялись гибридные тре-
угольно-четырехугольные сетки нерегулярной структуры. Такие сетки 
хорошо адаптируются под плановые очертания расчетной области и осо-
бенности течения. Русло р. Кушум и плотины водохранилищ покрывались 
четырехугольной сеткой, а остальная область – треугольной. Таким обра-
зом, была построена расчетная сетка с длинами сторон от 50 до 70 м вдоль 
русла и 20–30 м поперек, на пойме и в водохранилищах длины сторон 
треугольных ячеек составили от 50 м до 150 м. Фрагмент расчетной сетки 
приведен на Рис. 7.5.2.
Также исходными данными для расчетов являлись кривые площадей 
и объемов водохранилищ, чертежи и гидравлические характеристики ги-
дроузлов.
Рис. 7.5.2.
Фрагмент расчетной сетки
Для каждого из водохранилищ в отдельности были рассмотрены раз-
личные сценарии аварии – мгновенное разрушение плотины, постепенное 
развитие прорана в теле плотины, перелив через гребень плотины при пе-
реполнении водохранилища с дальнейшим развитием прорана. Наиболее 
251

---

неблагоприятным сценарием аварии для каскада водохранилищ является 
случай, когда разрушение плотины вышележащего гидроузла приводит к 
аварии на нижележащем (так называемая каскадная авария).
Именно этот сценарий мы и рассмотрим более детально для каска-
да водохранилищ Урало-Кушумской ООС, начиная от прорыва плоти-
ны верхнего Кировского водохранилища к нижележащим. Модели-
рование показало, что самым неблагоприятным вариантом аварии на 
Кировском гидроузле является мгновенное разрушение плотины с до-
полнительным притоком воды к Кировскому водохранилищу 150 м
3
/с 
и разрушение плотины при переполнении водохранилища при допол-
нительным притоке воды 150 м
3
/с. Максимальный расход через про-
ран составляет 3600 м
3
/с при мгновенном разрушении и 2540 м
3
/с при 
условии перелива через гребень с последующим размывом грунтовой 
плотины (достигается примерно через 6 часов после начала аварии). 
Общая протяженность участка от плотины Кировского водохранили-
ща до Битикского гидроузла по руслу реки около 100 км, поэтому про-
цесс затопления долины происходит в течение более 3 суток. Зона за-
топления в основном лежит в пределах ширины пояса меандрирования
р. Кушум. Глубины затопления поймы составляют до нескольких метров, 
скорости течения на пойме не превышают 0,7–0,9 м/с, время добегания 
фронта прорывной волны до Битикского гидроузла около 20 часов, а вре-
мя добегания максимума расхода – около 60 часов (2,5 суток).
Для дальнейшего моделирования каскадной аварии был выбран сцена-
рий развития прорана и разрушения плотины в случае переполнения Киров-
ского водохранилища, т.к. мгновенное разрушение плотины является менее 
вероятным.
В этом случае к плотине нижележащего Битикского водохранилища 
подойдет прорывной паводок с максимальным расходом 350 м
3
/с, сформи-
ровавшийся при прорыве плотины Кировского водохранилища из-за его 
переполнения. Расчеты показали, что при этом даже непрерывный сброс 
через водопропускные сооружения Битикского гидроузла расхода 100 м
3
/с 
(что соответствует их максимальной пропускной способности при пол-
ностью открытых затворах) не позволит аккумулировать в Битикском во-
дохранилище поступающие сверху объемы воды. Переполнение водохра-
нилища произойдет на 5-е сутки с начала аварии, а поступающие сверху 
расходы все еще будут значительными (более 200 м
3
/с) (Рис. 7.5.3), поэ-
тому последствия развития каскадной аварии по такому сценарию будут 
катастрофическими.
Возможным вариантом ослабить последствия аварии в этом случае бу-
дет заблаговременная сработка Битикского водохранилища не с момента 
прорыва плотины Кировского гидроузла, а уже при возникновении предпо-
сылок о возможном переполнении Кировского водохранилища, но еще до 
начала перелива.
252