Обработка геофизической информации с помощью компьютерных технологий

Значение N по табл. А.4 при Н=50(м):

N=350(м³/с 1м).

Тогда

4. Продолжительность прохождения волны прорыва (попуска) t до объекта на расстоянии R и время опорожнения водохранилища Т

По табл. А.3 при R=50(км) определим коэффициент m₁=2,6:

Ответ: параметры  волны прорыва (попуска):

Высота волны  прорыва (попуска) h=7,5(м);

Время подхода  волны прорыва (попуска) t_пр=4,63(ч);

Время опорожнения  водохранилища T=0,694(ч);

Продолжительность прохождения волны прорыва (попуска) t=1,804(ч).

3.5.2. Задача. В результате весеннего половодья произошел подъем уровня воды в реке Козинка, через которую наведен железобетонный мост. Близь реки расположен пос. Шепелевка, и недалеко от него имеется водохранилище с плотиной. После переполнения водохранилища и прорыва плотины через проран в ней с параметром в безразмерном виде - В=0,65 началось резкое увеличение уровня воды в р. Козинка, и гидропоток воды  устремился  к пос. Шепелевка. Известны высота уровня воды в верхнем бъефе плотины Н₀=85(м), удаление створа объекта от плотины L=5(км), гидравлический уклон водной поверхности реки i=2 10^-3, а также высота месторасположения объекта h_м=2,5(м), максимальная высота затопления участка местности (поселка) по створу объекта h_зат=8(м) и высота прямоугольника, эквивалентного по площади смоченному  периметру в створе объекта, h_cp=5,5м. Объект экономики: здания и склады – кирпичные; оборудование – крановое 15т.: кабель подземный. В поселке 75 шт. 5-ти этажных ж/б домов, их фундаменты – свайные. В каждом доме проведены трубы газоснабжения. В поселке проходит дорога с асфальтобетонным покрытием. Определить параметры волны прорыва – высоту, скорость  и степень возможных разрушений на объекте и в поселке.

 

Решение:

Высота волны  прорыва 

Из табл. А.5 для В=0,65, H₀=85(м), i=2 10^-3, находим А₁=320, В₁=166. Тогда

Скорость  волны прорыва:

Из табл. А.5 для В=0,65, H₀=85(м), i=2 10^-3, находим А₂=61, В₂=52. Тогда

Время прихода  гребня (t_гр) и фронта (t_фр) волны прорыва.

Определяем  по табл. А.7 при H₀=85(м), L=5(км), i=2 10^-3, что t_гр=1,1ч=66(мин) и t_фр=0,1ч=6(мин).

Время (продолжительность) затопления территории объекта:

Коэффициент β находим по табл. А.6 при H₀/h₀=85/8=10,6, т.е. при H₀= 10h₀ и отношении iL/H₀=2∙10^-3 5000/85=0,118. Следовательно, при

iL/H₀=0,118 и H₀= 10h₀ по табл. А.6 коэффициент β найдем методом интерполяции:

Тогда

Возможные разрушения волны прорыва находят по табл. А.2 при h=4,45(м) и V=0,858(м/с) = 0,9(м/с)

• На объекте: здания получат среднее разрушение, склады – сильное разрушения
• В поселке: мост и дороги получат сильные разрушения, дома- среднее разрушение.

Ответ: параметры  волны прорыва (попуска)

h=4,452(м),

V=0,858м/с,

t_гр=1,1ч,

t_фр=0,1ч,

t_зат.=7,09ч.

 

Таким образом, в ходе рассмотрения методик были изучены способы и формулы  расчета параметров волны прорыва  и степени разрушения элементов объекта экономики.

 

3.6. Рассмотрение и расчет геофизических показателей заданного водного объекта

Задание:

Теоретически  рассчитать объем озера на следующий  год. Разработать схему контроля изменения объема воды в течении  года (по кварталам). Произвести анализ полученных результатов.

Цель регулирования  водного баланса озера сводится к следующему:

• обеспечение наиболее оптимального уровенного режима в бассейнах озера;
• обеспечение гидрохимического режима озера, гарантирующего сохранение химического состава.

По результатам  расчетов составляются прогнозы водного  баланса для трех возможных по водности условий: для засушливого  года; для дождливого года; для среднего по водности года.

В данном варианте все расчеты будут проводиться  для года сильной водности.

 

Таблица 3.10

Исходные  данные и расчет объема озера

	Осадки	Грунтовые воды	Поверхностный  сток	Испарение	Забор воды
1 квартал	6	6 0.5=3	6 0.3=1.8	2	5
2 квартал	5	5 0.5=2.5	5 0.3=1.5	3	2
3 квартал	7	7 0.5=3.5	7 0.3=2.1	3	6
4 квартал	5	5 0.5=2.5	5 0.3=1.5	5	1

Далее рассчитываем объем озера  в каждом квартале:

Объем озера=(Осадки + Грунтовые воды + Поверхностный сток) – (Испарение + Забор воды)

V1=(6+3+1.8) – (2+5)=3.8(ед.куб.)

V2=(5+2.5+1.5) – (3+2)=4(ед.куб.)

V3=(7+3.5+2.1) – (3+6)=3.6(ед.куб.)

V4=(5+2.5+1.5) – (5+1)=3(ед.куб.)

Определяем средний объем озера  за год:

Vср.=( 3.8+4+3.6+3)/4=3.6(ед.куб.)

 

Таблица 3.11

Зависимость глубины озера от его объема

Средний объем	Шкала
1	10
2	11
3	12
4	13
5	14
6	15
7	16
8	17
9	18
10	19
11	20
12	21
13	22
14	23
15	24

 

Критерии  оценки объема озера в зависимости  от уровня шкалы представлены в Таблице 11.

 

Таблица 3.12

Критерии оценки объема озера

Минимальный критический объем	2см
Минимальный объем озера для потребления	10см
Оптимальный объем для потребления	25см
Максимальный объем для потребления	50см
Максимальный критический объем	70см

 

Из таблицы 10 – Зависимость глубины озера от его объема находим, что при объеме озера приблизительно 12 ед.куб. шкала показывает глубину 21см. Отсюда составляем пропорцию:

 

1) 3.8 ед.куб. – 21(см)

4 ед.куб. – Хсм.

Х=(4∙21)/3.8=22.1(см)

2) 4 ед.куб – 21(см)

3.6 ед.куб – Хсм

Х=(3.6∙21)/4=18.9(см)

 

3) 3.6 ед.куб – 21(см)

3.8 ед.куб – Хсм

Х=(3.8*21)/3.6=22.2(см)

 

Таким образом, объем озера в первом квартале составил 3800(м³), а во втором 4000(м³). Уровень водомерной рейки на стационарном гидрологическом посту при этом оказался на отметке 22.1(см), что по критерию оценки объема озера близко к оптимальному объему для потребления. В третьем квартале объем воды остался прежним и составил 3600 (м³). Между вторым и третьим кварталом уровень водомерной рейки оказался на отметке 18.9(см). В четвертом квартале объем составил 3800 (м³). Отметка на рейке показала 22.2(см). В целом, в течении года объем воды в озере был предельно нормальным и находился на уровне оптимального объема для потребления

 

3.7. Русловые процессы – расчет по заданной местности

 

Для расчета  русловых процессов большое значение имеет рассмотрение процесса переноса частиц реки. Первой стадией перемещения наносов является отрыв их от дна, что совершается подъемными силами, возникающими вследствие асимметрического обтекания лежащих на дне частиц. Второй стадией является вовлечение частиц внутрь потока и перенос их путем обратного подъема падающих частиц, что обусловлено процессами турбулентного перемешивания.

Существует  проблема в отношении статистического  характера движения наносов. Во-первых, отдельные частицы отличаются друг от друга и размерами, и формой, и размещение среди других частиц. Во-вторых, и сама скорость потока, турбулентность которого мы подразумеваем, пульсирует, т.е. изменяется в данной точке во времени, и это изменение имеет характер непрерывного случайного процесса.

При моделировании  руслового процесса необходимо учитывать  его характеризующие физические величины: жидкий и твердый расход, ширину потока, среднюю по сечению глубину потока, средний диаметр наноса, гидравлическую крупность, поверхностный уклон, динамическую скорость, начальную скорость влечений наносов, среднюю скорость потока и среднюю расходную концентрацию наносов.

Найденные по карте параметры для расчета  русловых процессов:

- уклон русла  реки : ;

- средняя  высота русла : h = 86.25 м;

- ширина  потока:  b=95.09 м;

- для обычных  речных наносов параметр а=3/2.

Также даны:

- неизвестная  безразмерная постоянная: С=1/3 ÷1/5;

- ускорение  силы тяжести: g = 9.78 м/с² ;

- кинематический  коэффициент вязкости: =1.2;

- средний  диаметр наноса: D = 0.30;

 

1) Жидкий  расход q :

Для определения  жидкого расхода необходимо рассчитать скорость турбулентного режима: , где - кинематический коэффициент вязкости.

2) Твердый  расход р: 

3) Гидравлическая  крупность:  , = 2(см/с)

4) Динамическая  скорость: , , =1.95

5) Начальная скорость влечений наносов ,

6) Средняя  скорость потока и средняя  расходная концентрация наносов 

 

Таким образом, рассчитаны параметры, необходимые для моделирования руслового процесса. В связи с скоростью влечений наносов, равной 49 см/с возможен процесс меандрирования, т.к. данная скорость не слишком высока, чтобы не остановиться перед препятствием и образовать наносы частиц.

3.8. Создание связей между основной моделью графика местности и теплодинамическими показателями атмосферы

В AutoCAD с помощью функции Hyperlink (Гиперссылка) на панели Insert (Вставка) связываем теплодинамические показатели атмосферы, а именно розу ветров и график среднесуточных температур, с созданной 3D моделью рельефа местности.

 

Рис. 3.7 Диалоговое окно Insert Hyperlink

 

Для этого  загружаем с помощью кнопки Brose (Загрузить) соответствующие документы, затем правой кнопкой мышки нажимаем на выбранной фигуре и открываем документ:

 

Рис. 3.8 Открытие необходимого документа

 

Рис. 3.9. Роза ветров

 

Также делаем гиперссылку на геологический разрез, выбирая другую фигуру для открытия документа.

 

Таким образом, с помощью функции Hyperlink осуществляется связь между разработанных в программной среде Microsoft Exсel, теплодинамическими показателями атмосферы и моделью рельефа заданной местности.

Вывод раздела 3

3D модель заданной местности строится с помощью программного продукта AutoCAD, где на изображенном рельефе наглядно видно рельеф выпуклый (положительный) и вогнутый (отрицательный).

При построении ГР участка земной коры изучаются свойствами слагающих пород, их мощности, геологическими факторами. С помощью данного ГР видно залегание каждого типа пород, глубина скважины и каждого типа почв.

Роза ветров строится по данным направления ветра, позволяет определить направление ветра в определенный день месяца, что имеет большое значение при расчете и проведении определенного рода мероприятий.

График среднемесячных температур строится по данным температуры воды и воздух, на котором видны температуры, а также их зависимость. По данным можно предположить, что данные температуры воды и воздуха были сняты в сентябре или в мае.

По данным расчетов по озеру был  сделан вывод, что объем озера в первом квартале составил 3800(м³), а во втором 4000(м³). Уровень водомерной рейки на стационарном гидрологическом посту при этом оказался на отметке 22.1(см), что по критерию оценки объема озера близко к оптимальному объему для потребления. В третьем квартале объем воды остался прежним и составил 3600 (м³). Между вторым и третьим кварталом уровень водомерной рейки оказался на отметке 18.9(см). В четвертом квартале объем составил 3800 (м³). Отметка на рейке показала 22.2(см). В целом, в течении года объем воды в озере был предельно нормальным и находился на уровне оптимального объема для потребления