ПОСТАНОВЛЕНИЕ Госгортехнадзора РФ от 04.11.2000 n 65 ОБ УТВЕРЖДЕНИИ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ЗОН ЗАТОПЛЕНИЯ ПРИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ АВАРИЯХ НА ХРАНИЛИЩАХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОТХОДОВ ХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ (вместе с МЕТОДИКОЙ... РД 09-391-00)


ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ И ПРОМЫШЛЕННЫЙ НАДЗОР РОССИИ
ПОСТАНОВЛЕНИЕ
от 4 ноября 2000 г. N 65
ОБ УТВЕРЖДЕНИИ "МЕТОДИКИ РАСЧЕТА
ЗОН ЗАТОПЛЕНИЯ ПРИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ АВАРИЯХ
НА ХРАНИЛИЩАХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОТХОДОВ
ХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ"
Федеральный горный и промышленный надзор России постановляет:
1. Утвердить "Методику расчета зон затопления при гидродинамических авариях на хранилищах производственных отходов химических предприятий".
2. Ввести в действие указанную Методику со дня утверждения.
Начальник
Госгортехнадзора России
В.М.КУЛЬЕЧЕВ



Утверждена
Постановлением
Госгортехнадзора России
от 4 ноября 2000 г. N 65
Срок введения в действие
со дня утверждения
МЕТОДИКА
РАСЧЕТА ЗОН ЗАТОПЛЕНИЯ ПРИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ АВАРИЯХ
НА ХРАНИЛИЩАХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОТХОДОВ ХИМИЧЕСКИХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
РД 09-391-00
Внесены Управлением по надзору в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности Госгортехнадзора России.
ВВЕДЕНИЕ
Методика предназначена для расчета зон затопления и количественной оценки уровня безопасности при гидродинамической аварии на эксплуатируемых и проектируемых хранилищах шламов, жидких производственных отходов, стоков и технических вод (в дальнейшем - "хранилищах").
При разработке "Методики расчета зон затопления при гидродинамических авариях на хранилищах производственных отходов химических предприятий (в дальнейшем - "Методика") учтены требования следующих документов:
- Федеральный закон от 21.07.97 N 117 "О безопасности гидротехнических сооружений" <*>;
------------------------------------
<*> В дальнейшем - ГТС.
- Постановление Правительства Российской Федерации от 06.11.98 N 1303 "Об утверждении Положения о декларировании безопасности гидротехнических сооружений";
- "Порядок разработки и дополнительные требования к содержанию декларации безопасности ГТС на подконтрольных Госгортехнадзору России предприятиях" (РД 03-268-99), утвержденный Постановлением Госгортехнадзора России от 25.02.99 N 17.
В Методике учтены особенности хранилищ отходов химического промышленного комплекса, в том числе:
- наличие в хранилищах высокотоксичных и токсичных веществ, веществ, представляющих опасность для окружающей природной среды (далее - "вредных веществ");
- размещение хранилищ на местности с относительно плавными формами рельефа недалеко от поверхностных водоемов, на промплощадках предприятий, в непосредственной близости от населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий;
- устройство ограждающих дамб из песчаных, супесчаных и суглинистых грунтов.
Методика может быть использована для расчета зон затопления и количественной оценки уровня безопасности при авариях на хранилищах предприятий других отраслей промышленности.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. При аварии на хранилищах отходов и стоков происходит разрушение ограждающих дамб и разлив содержимого хранилищ, вызывающий:
- затопление окружающих территорий, в том числе мест временного или постоянного присутствия человека, зданий и сооружений;
- распространение волной прорыва вредных веществ, которое приводит к загрязнению почв и земель, грунтовых вод, поверхностных водоемов, источников питьевого водоснабжения.
1.2. Опасность аварий определяется последствиями возникающих чрезвычайных ситуаций (ЧС).
1.3. При разработке Методики использованы традиционные положения теории русловых процессов, безнапорного гидротранспорта грунтов, а также Рекомендации по расчету охранных зон хвостохранилищ, выпущенные ВНИИПИ механической обработки полезных ископаемых ("МЕХАНОБР") в 1984 году [1 - 7].
1.4. Методика позволяет определить показатели, характеризующие аварию и ее последствия:
- границы зоны затопления;
- время образования прорана (время от начала до полного истечения жидкости из хранилища);
- размеры прорана;
- расходы и объемы жидких отходов, выливающихся по мере развития прорана;
- высота, скорость и гидродинамическое давление волны прорыва по пути движения;
- параметры загрязнения вредными веществами почвы, грунтовых и поверхностных вод;
- показатели последствий аварий по воздействию волны прорыва на человека, здания и сооружения;
- показатели последствий аварий по воздействию на окружающую природную среду.
1.5. Методика предназначена для использования:
- предприятиями и организациями, эксплуатирующими хранилища;
- проектными и экспертными организациями;
- другими организациями, по роду своей деятельности связанными с обеспечением безопасности хранилищ;
- при декларировании безопасности ГТС;
- при определении возможности дальнейшей эксплуатации хранилищ и других работах, в которых требуется количественная оценка уровня безопасности.
1.6. Полученные показатели последствий аварии могут быть использованы при оценке ущерба окружающей природной среде, материальных потерь, границ зон поражающих факторов и классификации ЧС.
1.7. Основные термины и определения, используемые в Методике:
Затопление - повышение уровня воды водотока, водоема или подземных вод, приводящее к образованию свободной поверхности воды на участке территории [8, 9].
Катастрофическое затопление - территория, на которой затопление имеет глубину 1,5 м и более и может повлечь за собой разрушения зданий и сооружений, гибель людей, вывод из строя оборудования предприятий [10].
Зона затопления - зона, в пределах которой происходит движение потока, образующегося при разрушении дамбы (плотины) [8, 11].
Почва - природное образование, слагающее поверхностный слой земной коры и обладающее плодородием [12, 13].
Плотность сухого грунта - отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к его первоначальному объему [14].
Плотность частиц грунта - масса единицы объема грунта без учета пор или масса единицы объема твердых частиц грунта [14].
Вода грунтовая - гравитационная вода первого от поверхности земли постоянно действующего водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое [13].
Коэффициент фильтрации - скорость фильтрации воды при градиенте напора, равном единице, и линейном законе фильтрации [14].
Градиент напора - отношение разности напора воды к длине пути фильтрации [14].
Инфильтрация - проникновение атмосферной или поверхностной воды в породы и почвы [14].
Авария - опасное техногенное происшествие, создающее угрозу жизни и здоровью людей, приводящее к разрушению зданий, сооружений, оборудования и транспортных средств, нарушению производственного и транспортного процесса, нанесению ущерба окружающей природной среде [8, 15, 16].
Гидродинамическая авария - авария на ГТС, связанная с распространением с большой скоростью воды и создающая угрозу возникновения чрезвычайной техногенной ситуации [8, 15, 16].
Чрезвычайная ситуация - обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии на ГТС, которая может повлечь или повлекла за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение жизнедеятельности людей [8, 16].
Предельно допустимая концентрация - максимальная концентрация, при которой вещество не оказывает прямого или опосредованного влияния на состояние здоровья населения (при воздействии на организм в течение всей жизни) и не ухудшает гигиенические условия водопользования [8].
Опасные отходы - отходы, которые в силу их реакционной способности или токсичности представляют непосредственную или потенциальную опасность для здоровья человека или состояния окружающей среды самостоятельно или при вступлении в контакт с другими отходами и окружающей средой [8].
Загрязняющие вещества - химические соединения, повышенное содержание которых в биосфере и ее компонентах вызывает негативную токсико-экологическую ситуацию [8].
Прудок-отстойник - водоем, в котором происходит осветление в процессе намыва [8].
2. РАСЧЕТ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОТХОДОВ <*>,
СОДЕРЖАЩИХСЯ В ХРАНИЛИЩЕ, В СЛУЧАЕ РАЗРУШЕНИЯ
ОГРАЖДАЮЩЕЙ ДАМБЫ
------------------------------------
<*> Отходы - жидкие производственные отходы, стоки и технические воды.
2.1. Основные положения, принимаемые при расчете
2.1.1. Процесс разрушения хранилища, образования прорана и движения образующегося при этом потока отходов является сложным. Неравномерный и неустановившийся характер движения потока по всей трассе растекания обуславливают переменные значения его гидродинамических параметров [1 - 7]. Поэтому для упрощения расчетов рассматриваемый процесс разделяется в расчетном отношении на два этапа:
1) расчет образования прорана и расчет параметров потока в сечении у подошвы откоса дамбы;
2) расчет максимальных параметров потока по трассе растекания.
2.1.2. В Методике приняты следующие допущения:
- расчет производится для глубины слоя жидкости и несконсолидированных отходов не менее 25 см;
- отходы в хранилище могут представлять собой однородный или неоднородный состав;
- поперечное сечение прорана принимается прямоугольным и постоянным по всей длине прорана;
- после образования прорана жидкость растекается по местности, имеющей естественный уклон;
- гидравлический прыжок, возникающий на переходе потока с участка с уклоном дна больше критического на участок, где уклон меньше критического, - не рассматривается [17, 18].
2.2. Расчет образования прорана (процесса разрушения дамбы)
2.2.1. В расчетах приняты следующие основные обозначения:
H - максимальная глубина вытекающего из прудка слоя
mах
жидкости несконсолидированных отходов, м;
F - площадь хранилища по максимальной отметке гребня дамбы,
кв. м;
V - полный объем отходов в хранилище, куб. м;
max
l - ширина гребня дамбы, м;
0
m - заложение внутреннего откоса дамбы <*>, м/м;
отк.
n - заложение внешнего откоса дамбы, м/м;
отк.
ро - плотность частиц грунта, т/куб. м;
s
в
ро - плотность жидкости в поверхностном слое, т/куб. м;
ж
с
ро - плотность жидкости в слое, расположенном на глубине,
ж
равной 1/2 толщины слоя жидкости и несконсолидированных отходов,
т/куб. м;
н
ро - плотность жидкости в придонном слое, т/куб. м;
ж
pо - средняя плотность сухого грунта тела дамбы, т/куб. м
d
[7];
в
ню - кинематический коэффициент вязкости жидкости в
поверхностном слое, кв. см/сек.;
с
ню - кинематический коэффициент вязкости жидкости в слое,
расположенном на глубине, равной 1/2 толщины слоя жидкости и
несконсолидированных отходов, кв. см/сек.;
н
ню - кинематический коэффициент вязкости жидкости в придонном
слое, кв. см/сек. (для воды кинематический коэффициент вязкости
равен 0,0101 кв. см/сек.);
d - средневзвешенный размер частиц грунта, мм.
------------------------------------
<*> Отношение длины горизонтальной проекции откоса к высоте откоса.
2.2.2. Подготовка исходных данных для расчета на I этапе
2.2.2.1. Исходными данными для расчета являются:
- максимальная глубина вытекающего из прудка слоя жидкости и несконсолидированных отходов;
- площадь хранилища по максимальной отметке гребня дамбы;
- ширина гребня дамбы;
- заложение внутреннего откоса дамбы;
- заложение внешнего откоса дамбы;
- плотность частиц грунта;
- средневзвешенный размер частиц грунта.
2.2.2.2. Вычисление средневзвешенного размера частиц грунта.
Для этого производятся замеры размера частиц грунта:
- для наливных хранилищ - на дамбе;
- для комбинированных (наливных + намывных) и намывных - на
первичной насыпной и на намывной дамбах.
Определяются среднее значение диаметра частиц грунта d и
ср
стандартное отклонение измерений сигма :
d
1 n
d = - SUM d ; (1)
ср n i=1 i
____________________
/ 1 n 2
сигма = /----- SUM (d - d ) , (2)
d n - 1 i=1 i ср
где:
d - диаметр i-той выделенной фракции частиц грунта,
i
определяемый по гранулометрическому анализу, мм;
n - количество измерений.
Из формул (1) и (2) получаем выражение для определения
средневзвешенного размера частиц грунта:
t x сигма
st d
d = d - -------------, (3)
ср _
/n
где t - квантиль распределения Стьюдента с доверительной
st
вероятностью 0,95 [19].
2.2.2.3. Плотность жидкости ро в j-том слое для отходов с
жj
неоднородным составом определяется по следующей формуле:
хи
н в j k в
ро = (ро - ро ) х (---) + ро , (4)
жi ж ж H ж
где:
н в
ро - ро
ж ж
k = 1,443 x ln(---------), (5)
с в
ро - ро
ж ж
Н - высота слоя жидкости и несконсолидированных отходов (м);
хи - расстояние от поверхности жидких отходов до
j
рассматриваемого j-го слоя (м).
Для отходов с однородным составом j = 1.
2.2.2.4. Кинематический коэффициент вязкости жидкости ню в
j
j-том слое для отходов с неоднородным составом определяется по
следующей формуле:
хи
н в j к в
ню = (ню - ню ) х (---) + ню , (6)
j H
где:
н в
ню - ню
k = 1,443 x ln(---------). (7)
с в
ню - ню
Для отходов с однородным составом j = 1.
Вывод формул (4) - (7) приведен в Приложении 1.
За начальные условия расчета размыва элементарного прорана
принимается равенство:
y = b = h = 0,1 х Н , (8)
0 0 0 max
где:
b - начальная ширина прорана;
0
y - начальная глубина прорана;
0
h - начальная глубина потока.
0
На рис. 1 <*> представлена схема расчета размыва гребня и
пляжной зоны хвостохранилища.
------------------------------------
<*> Рисунки не приводятся.
Задавая приращение глубины прорана на каждом расчетном шаге
постоянным и равным ДЕЛЬТА y <= y , определяется приращение ширины
0
прорана:
y
0
ДЕЛЬТА b = ДЕЛЬТА y x -------------. (9)
y + ДЕЛЬТА y
0
2.2.3. Задавая приращения размеров прорана (ДЕЛЬТА y и ДЕЛЬТА
b), определяем уменьшение глубины вытекающего из прудка слоя
ДЕЛЬТА H. Расчет ведется методом итераций.
Определение параметров размыва прорана и потока производится в
расчетный i-ый промежуток времени:
глубина прорана: y = y + ДЕЛЬТА y; (10)
i i-1
ширина прорана: b = b + ДЕЛЬТА b; (11)
i i-1
длина прорана (м): l = (m + n ) x y + l . (12)
i отк. отк. i 0
При достижении y = H принимается, что увеличение прорана
i max
рассчитывается только за счет его расширения:
b = b + ДЕЛЬТА b", (13)
i i-1
y
0
где ДЕЛЬТА b" = 2,5 x ДЕЛЬТА y х -------------. (14)
y + ДЕЛЬТА y
0
Глубина потока в проране (м):
2
h = - H , (15)
i 3 i
где H определяется по формуле (37).
i
Расход потока в проране (куб. м/сек.) [4]:
3/2 __
Q = m b H x /2g, (16)
i i i
где m - коэффициент водослива, принимаемый равным 0,31.
Удельный расход потока в проране (кв. м/сек.):
Q
i 3/2
q = -- = 1,373 x H . (17)
i b i
i
Скорость потока в проране (м/сек.):
Q
i 1/2
u = ----- = 2,056 x H . (18)
i b h i
i i
Неразмывающая скорость u (м/сек.) определяется для заданного
0
значения d и гидравлических параметров потока по зависимостям
ср
В.С. Кнороза [20]:
для 0,1 мм < d <= 0,25 мм:
0,3 0,35 0,05
ню x (g ро") x d
j j
u = 0,71 х ---------------------------; (19)
0i _______________________
/ -0,25
/0,0008 + (0,006 x R )
i
для 0,25 мм < d < 1,5 мм:
0,136 0,432 0,292
u = 1,8 x ню x (g ро") x d x
0i j
0,7
660 x R x ню
i j
x lg(---------------------------); (20)
0,35 0,24 1,81
(g ро") x d x k
j
для d >= 1,5 мм:
R
_______ i
u = /g ро" d x lg(11,5 --), (21)
0i j k
где:
0,75
k = 0,785 x d ;
g - ускорение силы тяжести (g = 981 см/кв. сек.);
R - гидравлический радиус потока для прямоугольного сечения
i
прорана, определяемый по формуле:
b x y
i i
R = ----------- (м); (22)
i b + 2 x y
i i
ро" - относительная плотность жидких отходов j-го слоя,
j
которая определяется как:
ро - ро
s жj
ро" = ----------. (23)
j ро
жj
Для частиц грунтов с d < 0,1 мм при определении значения
неразмывающей скорости необходимо учитывать силы сцепления между
частицами грунта. Значение u рекомендуется определять по
0
нормативно-справочной литературе [17].
Величина гидравлической крупности W (м/сек.) для размываемых
0
грунтов в проране определяется в зависимости от диаметра частиц
грунта по формулам [20]:
2
g x d x ро"
j
при d <= 0,1 мм: W = ------------; (24)
0 18 x ню
j
g x ро"
j 1/1,5
при 0,1 мм < d < 0,6 мм: W = d x (------------) ; (25)
0 ___
11,2 x /ню
j
1,2
g x d ро"
j 1/1,8
при 0,6 мм < d < 2,0 мм: W = (-------------) ; (26)
0 0,2
4,4 x ню
j
___________
при d >= 2,0 мм: W = 1,2 x /g x d x ро", (27)
0
где g - ускорение силы тяжести (g = 981 см/кв. сек.).
Время размыва элементарного объема прорана (сек.):
2 x ро x ДЕЛЬТА W
d i
ДЕЛЬТА t = -------------------, (28)
i мю x Q
i i
где:
мю - транспортирующая (размывающая) способность потока;
i
ДЕЛЬТА W - увеличение объема размытого прорана (куб. м):
i
ДЕЛЬТА W = W - W = 0,5 (b y l - b y l ). (29)
i i i-1 i i i i-1 i-1 i-1
В зависимости от гидравлических параметров потока и диаметра
частиц размываемого грунта они могут переноситься потоком либо во
взвешенном, либо в донном состоянии.
Если скорость потока u >= 2,7u и все частицы d <= 0,15 мм
i 0i
(переносятся во взвешенном состоянии), то величина мю может быть
i
определена как [1]:
u - u
крi 0i 4 d 1,6
мю = (----------) x (--) , (30)
i 3W R
0 i
где u - критическая скорость потока (м/сек.), определяется:
кр
0,5
при y < H : u = 2,63 x h ; (31)
i max крi i
0,2
при y = H : u = 3,77 x h . (32)
i max крi i
Если u < 2,7u и все частицы d > 0,15 мм (движутся в донном
i 0i
режиме), то величина мю определяется по формуле [1]:
i
u u
i 3 0i d 1,25
мю = 0,002 x (-----) x (1 - ---) x (--) , (33)
i ___ u h
/g d i i
где g - ускорение силы тяжести (g = 9,81 м/кв. сек.).
Объем жидкости, вытекающей из прудка за время ДЕЛЬТА t :
i
2 x ро x ДЕЛЬТА W
d i
ДЕЛЬТА V = Q x ДЕЛЬТА t = -------------------. (34)
i i i мю
i
Общий объем, вытекший за время Т = SUM ДЕЛЬТА t :
i
V = SUM ДЕЛЬТА V . (35)
i
Понижение уровня в прудке:
ДЕЛЬТА V
i
ДЕЛЬТА H = ---------. (36)
i F
Глубина слоя, вытекающего из прудка:
H = H + ДЕЛЬТА y - ДЕЛЬТА H . (37)
i i-1 i-1
При i = 1 принимаем, что H = y и ДЕЛЬТА H = 0.
0 0 0
Расчет ведется до того момента, когда V достигает значения
V или величина транспортирующей способности мю становится
max i
меньше 0,003.
Для удобства все результаты расчетов представляются в
табличной форме.
2.3. Определение параметров потока в сечении
у подошвы откоса дамбы
Для определения значений скорости U и глубины h потока по
внешнему откосу дамбы из результатов расчетов, полученных в п.
2.2.3, выбираются:
- максимальное значение полного расхода Q и соответствующие
max
ему значения ширины b и глубины h (вариант 1);
11 11
- максимальное значение удельного расхода q и
max
соответствующие ему значения ширины b и глубины h (вариант 2);
12 12
- максимальное значение ширины прорана b .
mах
Расчет по выбранным параметрам производится одновременно для
Q и q .
mах mах
2.3.1. Для определения формы свободной поверхности потока [4]
необходимо сравнить величину нормальной глубины h с критической
0
глубиной h и значение уклона внешнего откоса дамбы i со
кр во
значением критического уклона i .
кр
Определение критической глубины потока (м):
_________ _________
/ 2 / 2
/альфа Q /альфа q
3 / max 3 / max
h = / -----------; h = / ----------- <*>, (38)
кр1 2 кр2 g
g b
11
где:
альфа - коэффициент кинетической энергии, принимается равным
1,1;
g - ускорение силы тяжести (g = 9,81 м/кв. сек.).
------------------------------------
<*> Здесь и далее по тексту формулы в левой колонке относятся
к первому варианту расчета, в правой - ко второму.
Нормальная глубина h потока вычисляется в процессе
0
итерационной процедуры (подбором) по значению модуля расхода К :
0
вычисляется модуль расхода [4]:
Q q
max max
K = -----; K = -----, (39)
01 ___ 02 ___
/i /i
во во
1
где i = -----.
во n
отк.
Задавая различные значения h (h ) <*>, определяем
1 2
характеристики потока:
------------------------------------
<*> Здесь и далее по тексту значения параметров, указанных в
скобках, относятся ко второму варианту расчета.
- площадь сечения (кв. м):
омега = b h ; омега = b h ; (40)
1 11 1 2 12 2
- смоченный периметр потока:
хи = b + 2h ; хи = b + 2h ; (41)
1 11 1 1 12 2
- гидравлический радиус:
омега омега
1 2
R = ------; R = ------; (42)
1 хи 2 хи
1 2
- коэффициент Шези:
1 1/6 1 1/6
C = - R ; C = - R , (43)
1 n 1 2 n 2
где n - коэффициент шероховатости, принимаемый равным 0,025
[4];
- значение расчетного модуля расхода К :
r
__ __
K = омега C /R ; K = омега C /R . (44)
r1 1 1 1 r2 2 2 2
Подставляя значения параметров (40) - (43) в (44), получим:
____________
/b x h
3 / кр1 1 2
K = 40 x b x h x / (----------);
r1 кр1 1 b + 2h
кр1 1
(45)
____________
/b x h
3 / кр2 2 2
K = 40 x b x h x / (----------) .
r2 кр2 2 b + 2h
кр2 2
Результаты расчетов и значения h (h ) заносятся в таблицу.
1 2
Значение h (h ), при котором расчетный модуль расхода K ~= K
1 2 r1 01
(K ~= K ), и будет значением нормальной глубины потока h
r2 02 01
(h ).
02
Величина критического уклона определяется по формуле [4]:
g хи g хи
кр1 кр2
i = ---------------; i = ---------------. (46)
кр1 2 кр2 2
альфа C b альфа C b
кр1 кр1 кр2 кр2
Подставляя значения параметров, определяемых по уравнениям
(40) - (43) при условии h = h , в (46), получим:
кр
______________
/ 4
/(b + 2h )
-3 3 / кр1 кр1
i = 5,57 x 10 x / ---------------;
кр1 4
b x h
кр1 кр1
(47)
______________
/ 4
/(b + 2h )
-3 3 / кр2 кр2
i = 5,57 x 10 x / ---------------,
кр2 4
b x h
кр2 кр2
где b = b ; b = b .
кр1 11 кр2 12
В зависимости от глубины потока в начале откоса h (h ) и
11 12
соотношения i > либо < i (i > либо < i ) и h > либо <
во кр1 во кр2 01
h (h > либо < h ) определяется форма свободной поверхности
кр1 02 кр2
потока [4, 17, 18].
2.3.2. Определение глубины потока в сечении у подошвы откоса.
Из полученных значений h , h , h (h , h , h )
11 01 кр1 12 02 кр2
выбираются наибольшее и наименьшее значение глубины потока
(h , h (h , h )) и вычисляется среднее значение:
max1 min1 max2 min2
h + h h + h
max1 min1 max2 min2
h = -------------; h = -------------. (48)
ср1 2 ср2 2
Определяем длину откоса L, на которой устанавливается
нормальная глубина h (h ) [6]:
01 02
L = h n [эта - эта -
1 01 отк. 21 11
_
- (1 - j ) [фи(эта ) - фи(эта )]];
1 21 11
(49)
L = h n [эта - эта -
2 02 отк. 22 12
_
- (1 - j ) [фи(эта ) - фи(эта )]];
2 22 12
____________________
/ b
_ 3 / ср1 4
j = 45 x /h x (------------) ;
1 ср1 b + 2h
ср1 ср1
(50)
____________________
/ b
_ 3 / ср2 4
j = 45 x /h x (------------) ,
2 ср2 b + 2h
ср2 ср2
где:
b = b ; b = b ;
ср1 11 ср2 12
эта - относительная глубина (для каждого из вариантов),
ij
определяется:
h h
max1 max2
эта = -----; эта = -----; (51а)
11 h 12 h
01 02
h h
min2 min2
эта = -----; эта = -----. (51б)
21 h 22 h
01 02
По величинам гидравлических показателей русла X (X ) и
1 2
относительным глубинам находятся функции относительной глубины
фи(эта ), фи(эта ) и фи(эта ), фи(эта ) (см. Приложение 2).
11 12 21 22
Гидравлический показатель русла определяется по формулам [6]:
2,8 2,8
X = 3,4 - --------; X = 3,4 - --------. (52)
1 b 2 b
ср1 ср2
---- + 2 ---- + 2
h h
ср1 ср2
Полученные в (49) величины L и L сравниваются с длиной
1 2
внешнего откоса дамбы L .
0
Если полученное значение L < L (L < L ), то считается, что
1 0 2 0
глубина потока у подошвы откоса равна нормальной глубине h = h
01 11
и h = h . Если же значение L > L (L > L ), тогда, задавая
02 12 1 0 2 0
L = L (L = L ), из уравнения (49) определяем глубину потока у
1 0 2 0
подошвы откоса:
L
0
h = ------------------------------------------------------;
01 _
n {эта - эта (1 - j ) [фи(эта ) - фи(эта )]}
отк. 21 11 1 21 11
(53)
L
0
h = ------------------------------------------------------.
02 _
n {эта - эта (1 - j ) [фи(эта ) - фи(эта )]}
отк. 22 12 2 22 12
2.3.3. Определение скорости потока в сечении у подошвы откоса
дамбы.
Скорость u определяется по известному расходу и глубине потока
в сечении у подошвы откоса:
Q q
max max
u = ------; u = ----. (54)
1 b h 2 h
1 01 02
Из полученных расчетов из двух случаев выбираем максимальные
значения параметров потока в сечении у подошвы откоса: глубины
h и скорости u . Ширина потока в этом сечении принимается
max max
равной максимальной ширине прорана b . Эти величины являются
max
исходными для расчета движения потока по прилегающей к хранилищу
местности.
2.4. Расчет максимальных параметров потока по трассе
В зависимости от характера рельефа вытекающий из хранилища поток может быть ограничен боковыми склонами долины либо растекание может происходить нестесненным образом, если хранилище расположено на плоской местности или в широкой долине.
Учитывая, что хранилища предприятий химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности в основном относятся к овражным, овражно-пойменным и (или) равнинным типам и имеют емкость до нескольких млн. куб. м, принимаем, что вытекающий поток ограничен постоянным значением боковых склонов ложбин, лога или слабонаклоненных поверхностей поймы или равнины.
В расчете принято допущение о том, что лог по всей длине трассы растекания имеет треугольное сечение.
Для определения параметров потока по трассе растекания русло
потока разбивается на участки с постоянными уклонами дна и формой
поперечного сечения. На границах участков принимается условие
равенства расходов. За расчетное принимается максимальное значение
расхода потока Q = Q , полученное в результате расчета на
П max
первом этапе.
Для расчета площади сечения лога на концах выбранных участков
задаются характерные абсолютные отметки бортов А и дна А лога
Б Д
(см. рис. 2).
Для определения формул расчета скорости u , глубины h и
i i
ширины b потока [4] вычисляются уклоны i-ых участков лога I :
i Лi
L
Лi
I = -----------,
Лi A - A
Дi Дi-1
где L - длина выбранного i-го участка лога.
Лi
Для уклонов с I < 0,01 параметры потока определяются:
Лi
_
Q X
П i
- скорость потока: u = ----------- x (1 - ---------); (55)
i b x h _
i-1 i-1 3,32 + X
i
_
X
i
- глубина потока: h = h x (1 - ---------); (56)
i i-1 _
2,85 + X
i
_0,6
- ширина потока: b = b x (1 + 4,69 x X ), (57)
i i-1 i
________
l x /g x h
_ i i-1
где X = --------------- - относительное расстояние; (58)
i b x u
i-1 i-1
b = h (m" + m" ),
i i Лi Пi
где m" = ctg альфа и m" = ctg альфа (см. рис. 2).
Лi Л Пi П
При i = 0: b = b ;
0 max
l = 0;
0
__________
/2b h
/ max max
h = /------------,
0 m" + m"
Л0 П0
где m" и m" - заложения соответственно левого и правого
Л0 П0
откосов лога у подошвы откоса дамбы.
Гидродинамическое давление P на сооружения, расположенные на
i
пути потока на расстоянии l от подошвы дамбы, вычисляется по
формуле:
2
2,7 x гамма x u
0 i
P = ----------------- (Па), (59)
i 2g
где гамма - средний удельный вес потока (Н/куб. м)
0
Для защиты объектов, попадающих в зону затопления, отвести
поток через какое-либо пропускное сооружение (водоотводной канал),
находящееся на расстоянии l от подошвы дамбы, расчет которого
ведется по условию пропуска максимального расхода потока Q .
П
Поперечное сечение S , обеспечивающее отвод потока, рассчитывается
K
по значению скорости u в этом месте и по максимальному расходу:
Q
П
S = --. (60)
К u
Приведенные выше формулы позволяют рассчитать параметры потока по длине выбранной расчетной трассы движения на прилегающей к хранилищу местности, нанести их на соответствующий план или карту и определить границы зоны затопления.
Ввиду сложности расчетов и большого числа итераций в ЗАО "Экоцентр-Агрохимбезопасность" разработан комплекс компьютерных программ "PRORAN".
2.5. Определение параметров загрязнения почвы, грунтовых вод
и поверхностных водоемов вредными веществами,
содержащимися в отходах
2.5.1. Для проведения расчетов приняты следующие допущения:
- инфильтрация жидкой фазы на площади затопления через почву и грунт свободная, т.е. фильтрация происходит без подпора со стороны грунтовых вод;
- не учитывается вода, остающаяся в почвенно-растительном слое и в естественных впадинах и понижениях по трассе потока;
- не учитывается дифференциация загрязнения по мощности и площади почв, грунтового потока, акватории водоемов.
2.5.1.1. При определении степени загрязнения почвы принимается, что вся масса вредных веществ из профильтровавшейся с поверхности жидкости остается в почвенном слое и распределяется равномерно по глубине слоя и площади затопления.
При расчете не учитывается, что часть вредных веществ из профильтровавшихся стоков, не задерживаясь в почвенном слое, попадает в грунтовые воды.
2.5.1.2. При определении степени загрязнения грунтовых вод принимается, что вся масса вредных веществ из профильтровавшейся с поверхности жидкости попадает в грунтовые воды и распределяется равномерно по мощности грунтового потока и площади затопления.
При расчете не учитывается, что часть вредных веществ из профильтровавшихся стоков останется в почве.
2.5.1.3. При определении параметров загрязнения поверхностных водоемов принимается, что вся масса вредных веществ, содержащихся в вытекшей из хранилища жидкости, распределяется равномерно:
- для замкнутых поверхностных водоемов - по всему объему водоема;
- для проточных поверхностных водоемов - по сечению водоема.
При расчете не учитывается, что часть вредных веществ из профильтровавшихся в грунтовые воды стоков останется в почве и водоносных грунтах.
2.5.2. Расчет параметров загрязнения почвы [21 - 27].
Объем профильтровавшейся с поверхности почвы жидкости V (куб.
ф
м,) определяется по формуле:
V = K x J x F x T , (61)
ф ф ф ф
где:
F - площадь фильтрации (кв. м), F = F , здесь F - площадь
ф ф з з
затопления при максимальных значениях параметров волны от
хранилища до водной преграды (реки, озера, водоотводящего канала);
J - градиент инфильтрационного потока;
K - коэффициент фильтрации почвенного слоя (м/сутки),
ф
определяется по данным изысканий;
T - время фильтрации жидкости (сутки), которое определяется:
ф
U"
ср
Т = k" x T ---, (62)
ф U"
ср
где:
Т - время образования прорана (сутки) (см. п. 2.2.3);
k" - коэффициент, характеризующий время, при котором расход
потока в проране больше 0,7 Q , и определяемый по зависимости
mах
Q = f(T), полученной по результатам расчетов в п. 2.2.3 (для
расчетов рекомендуется принимать k" = 0,3);
U" и U" - средние рассчитанные значения скоростей потока
ср ср
в проране (см. п. 2.2.3) и по трассе растекания (см п. 2.4).
Значение V не должно превышать общего объема V вытекшей из
ф
хранилища жидкости (см. формулу (35)).
Для каждого i-го вредного вещества, содержащегося в жидких
П
отходах, вычисляется концентрация вредного вещества в почве С
i
(мг/кг) на площади F :
ф
V
П ф П
C = C х ------------- + С , (63)
i i П фi
F x М х ро
ф П d
где:
C - концентрация i-го вредного вещества в жидких отходах,
i
мг/л;
М - мощность почвенного слоя, м;
П
П
ро - плотность сухого почвенно-грунтового слоя, т/куб. м;
d
П
С - фоновая концентрация i-го вещества в почве, мг/кг.
фi
П
Параметры М и ро определяются по данным изысканий.
П d
Полученная концентрация сравнивается с ПДК данного вещества в почве (см. Приложение 3).
При отсутствии конкретных исходных данных для ориентировочных оценок рекомендуется пользоваться следующими значениями параметров:
М = 0,5 - 1,0 (м);
П
П
ро = 1,4 - 1,6 (г/куб. см);
d
П
C = 0.
фi
2.5.3. Расчет параметров загрязнения грунтовых вод [21 - 27].
Объем профильтровавшейся с поверхности жидкости определяется
по формуле (61).
Для каждого i-го вредного вещества, содержащегося в жидких
отходах, вычисляется концентрация вещества в грунтовых водах
ГВ
С (мг/л) в зоне затопления:
i
ГВ Г ГВ
V x C + F х m х n х С
ГВ ф i ф фi
C = -----------------------------, (64)
i ГВ Г
V + F х m х n
ф ф
где:
ГВ
C - концентрация вещества в грунтовых водах до
фi
гидродинамической аварии (фоновая концентрация) (мг/л);
ГВ
m - мощность грунтового потока (м);
Г
n - пористость водоносных грунтов.
ГВ ГВ Г
Параметры С , m и n определяются по данным изысканий.
фi
Полученная концентрация сравнивается с ПДК данного вещества в воде (см. Приложение 4).
2.5.4. Расчет степени загрязнения поверхностных водоемов.
Следует различать два случая:
1. Непроточная водная преграда (замкнутый водоем).
2. Проточная водная преграда.
Объем жидких отходов V , попадающих в замкнутый водоем,
В
принимаем равным объему жидкости, вылившейся из хранилища (см. п.
2.2.3, формула (35)):
V = V.
В
Для каждого из вредных веществ, содержащихся в жидких отходах,
В
вычисляется концентрация в воде замкнутого водоема C (мг/л):
i
В
V x С + V x C
В В i з фi
C = ------------------, (65)
i V + V
В з
где V - объем замкнутого водоема, куб. м.
з
Полученная концентрация сравнивается с ПДК данного вещества в
воде (см. Приложение 4).
Для проточного водоема удельное содержание вредного вещества в
В
воде проточного водоема C (мг/л) составит:
i
В
Q x C + Q x C
В max i П фi
C = --------------------, (66)
i Q + Q
max П
где:
Q - расход проточного водоема (куб. м/сутки);
П
Q - максимальный расход изливающегося из хранилища потока
max
(куб. м/сутки) (см. п. 2.3.1).
Полученная концентрация сравнивается с ПДК данного вещества в
воде.
2.5.5. При наличии соответствующих исходных данных возможно
районирование площади фильтрации стоков по значениям К , J, Т ,
ф ф
П П Г
М , ро , С , n . В этих случаях при определении параметров
П d фi
загрязнения почвы и грунтовых вод для каждого выделенного района
П
(r) рассчитывают величины V (r), C (r).
ф i
2.5.6. Учет сорбции, ионного обмена, окислительно-восстановительных, других физико-химических и биохимических процессов, которые происходят с вредными веществами при фильтрации стоков через почвенный слой и грунты, может привести к снижению параметров загрязнения.
2.6. Показатели последствий гидродинамических аварий
на хранилищах отходов предприятий химического комплекса
2.6.1. Показатели последствий гидродинамической аварии характеризуются следующими видами опасных явлений: гибелью людей, нанесением ущерба здоровью и нарушением условий жизнедеятельности людей, разрушением и повреждением зданий и сооружений, загрязнением окружающей природной среды.
Величина показателя последствий является количественной оценкой уровня безопасности.
Исследования показали устойчивость результатов расчета показателей последствий аварии к вариации параметров, принимаемых в соответствии с допущениями, принятыми в п. п. 2.2.2.2 - 2.2.2.4.
Определяемые в Методике величины показателей последствий являются количественной оценкой уровня безопасности гидродинамической аварии и могут использоваться при оценке количества пострадавших людей, материальных потерь, ущерба окружающей среде, определении класса чрезвычайных ситуаций.
2.6.2. Показатели последствий силового воздействия волны прорыва на человека, здания и сооружения (гибель, нанесение ущерба здоровью и нарушение условий жизнедеятельности людей, разрушение и повреждение зданий и сооружений) определяются для территории в пределах зоны затопления, в границах которой воздействие волны опасно для жизни или здоровья человека, может вызвать разрушение и повреждение зданий и сооружений.
2.6.2.1. Показатель последствий силового воздействия волны
прорыва на человека (Z ) определяется количеством людей, постоянно
N
(N ) или временно (N ) находящихся в зоне воздействия волны
1 2
прорыва, значения параметров которой равны или превышают
критические значения для жизни и здоровья человека:
В
Z = N + N x P (чел.), (67)
N 1 2 Ч
В
где Р - вероятность пребывания человека в зоне силового
Ч
воздействия волны прорыва в течение суток.
Например, если в зоне затопления люди присутствуют
В
круглосуточно, Р = 1; если в зоне затопления люди присутствуют
Ч В
неполные сутки, например одну смену (8 час.), Р = 0,33.
Ч
В качестве критического значения параметра волны прорыва может
быть принята, например, глубина потока в зоне растекания h >=
max
1,5 м или параметры потока, приводящие к разрушению зданий и
сооружений, в которых находятся люди.
2.6.2.2. Показатель силового воздействия волны прорыва Z на
С
здания и сооружения определяется прочностными характеристиками
зданий и сооружений, а также параметрами волны прорыва
(гидродинамическое давление, скорость и глубина потока):
фи (i)
n С
Z = SUM --------. (68)
С i=1 фи (i)
LIM
фи (i)
С
Если фи (i) >= фи (i), то -------- = 1.
С LIM фи (i)
LIM
фи (i)
С
Если фи (i) < фи (i), то -------- = 0,
С LIM фи (i)
LIM
где:
фи (i) - значение параметра гидродинамической волны прорыва;
С
ф (i) - предельное значение параметра волны прорыва для
LIM
данного вида i-го здания или сооружения (см. Приложение 5);
n - количество зданий и сооружений, оказавшихся в зоне
затопления.
Показатель Z численно равен количеству зданий и сооружений,
C
подвергшихся повреждению или разрушению.
2.6.2.3. Показатель последствий гидродинамической аварии по
воздействию на окружающую среду определяется соотношением
П
концентраций загрязняющих веществ в почве (С ), грунтовых водах
ГВ В i
(С ), в водоемах (С ) и соответствующих предельно допустимых
i i
концентраций (С ).
ПДК
Рассчитав показатель для отдельных вредных веществ как Z =
i
С / С (i), выбирают несколько веществ, имеющих наибольшее
i ПДК
значение Z , и определяют суммарный показатель последствий (Z ).
i П
Показатели определяются по каждому элементу окружающей среды -
почва, грунтовые воды [24]:
П
С
П k i
Z = SUM --------; (69а)
П i=1 П
С (i)
ПДК
ГВ
С
ГВ k i
Z = SUM -------; (69б)
П i=1 ГВ
С (i)
ПДК
В
С
В k i
Z = SUM --------, (69в)
П i=1 В
С (i)
ПДК
где k - количество суммируемых вредных веществ.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Леви И.И. Динамика русловых процессов. Л.: Госэнергоиздат, 1957.
2. Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1962.
3. Кнороз B.C. Безнапорный гидротранспорт и его расчет. Известия ВНИИГ. 1951, т. 44.
4. Чугаев P.P. Гидравлика. Л.: Энергоиздат, 1982. С. 573, табл. П-4.
5. Исследование и расчет волны прорыва из хвостохранилища Михайловского ГОКа, ВНИИ Водгео. М., 1978.
6. Временные методические рекомендации по расчету зон при внезапном прорыве ограждающих дамб хвостохранилищ. ВИОГЕМ. Белгород, 1981.
7. Рекомендации по расчету охранных зон хвостохранилищ. Механобр. Л., 1984.
8. РД 09-255-99. Методические рекомендации по оценке технического состояния и безопасности хранилищ производственных отходов и стоков предприятий химического комплекса.
9. ГОСТ 19185-73. Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения.
10. СНиП II-89-80. Генеральные планы промышленных предприятий. М., 1990.
11. ПБ 06-123-96. Правила безопасности при эксплуатации

<ПИСЬМО> ВАС РФ от 04.11.2000 n С1-7/УП-1146 ОБ ИНФОРМАЦИОННОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ФЕДЕРАЛЬНЫХ АРБИТРАЖНЫХ СУДОВ ОКРУГОВ И АРБИТРАЖНЫХ СУДОВ СУБЪЕКТОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ  »
Постановления и Указы »
Читайте также