Розробка засобів комп’ютерного моделювання селевої небезпеки в межах Карпатського регіону
Розроблено алгоритм розрахунку впливу селевих потоків на інженерні споруди у межах Карпатського регіону, котрий базується на емпіричних даних по Карпатському регіону та фундаментальних законах гідродинаміки. На основі запропонованого алгоритму створено програмний модуль для розрахунку навантажень, щ...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Центр менеджменту та маркетингу в галузі наук про Землю ІГН НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28399 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Розробка засобів комп’ютерного моделювання селевої небезпеки в межах Карпатського регіону / В.В. Шевчук, О.М. Іванік, М.В. Лавренюк // Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики: Зб. наук. пр. — 2009. — С. 307-318. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860232848570580992 |
|---|---|
| author | Шевчук, В.В. Іванік, О.М. Лавренюк, М.В. |
| author_facet | Шевчук, В.В. Іванік, О.М. Лавренюк, М.В. |
| citation_txt | Розробка засобів комп’ютерного моделювання селевої небезпеки в межах Карпатського регіону / В.В. Шевчук, О.М. Іванік, М.В. Лавренюк // Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики: Зб. наук. пр. — 2009. — С. 307-318. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Розроблено алгоритм розрахунку впливу селевих потоків на інженерні споруди у межах Карпатського регіону, котрий базується на емпіричних даних по Карпатському регіону та фундаментальних законах гідродинаміки. На основі запропонованого алгоритму створено програмний модуль для розрахунку навантажень, що передаються на інженерну споруду під впливом зовнішнього середовища. Модуль дозволяє здійснювати моделювання впливу селевих потоків, сформованих у межах Карпатського регіону, на техногенні об’єкти різного призначення із урахуванням параметрів як самих потоків, так і геолого-геоморфологічних і гідрометеорологічних даних.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:22:39Z |
| format | Article |
| fulltext |
307
© Â.Â. Øåâ÷óê, Î.Ì. ²âàí³ê, Ì.Â. Ëàâðåíþê, 2009
ÓÄÊ 550.89 (477.87)
Êè¿âñüêèé íàö³îíàëüíèé óí³âåðñèòåò ³ìåí³ Òàðàñà Øåâ÷åíêà,
ì. Êè¿â
ÐÎÇÐÎÁÊÀ ÇÀÑÎÁ²Â ÊÎÌÏ'ÞÒÅÐÍÎÃÎ
ÌÎÄÅËÞÂÀÍÍß ÑÅËÅÂί ÍÅÁÅÇÏÅÊÈ
 ÌÅÆÀÕ ÊÀÐÏÀÒÑÜÊÎÃÎ ÐÅòÎÍÓ
Вступ та постановка проблеми. Одним із небезпечних геологічних
процесів, що негативно впливають на функціонування природно-техно-
генних комплексів, є селеві потоки, що належать до категорії гравітацій-
но-водних процесів і характеризуються особливими геологічними, гео-
морфологічними та кліматичними умовами виникнення. Їм притаманна
складна стадійність формування, нестаціонарний рух потоку та його ла-
винний характер.
Як правило, селі виникають у басейнах невеликих гірських річок внас-
лідок злив, інтенсивного танення снігу, проривів завальних озер, обвалів,
зсувів, землетрусів. Їх швидкість становить зазвичай 2,5–4,5 м/с, однак під
час прориву може сягати 8–10 м/с і більше. Селі можуть формуватися внас-
лідок обводнення пухкоуламкових порід, їх зсуві і наступному течінні грязе-
кам’яної маси, так і завдяки взаємодії водного потоку із пухкими гірськими
породами, що зустрічаються на його шляху. Обмаль кількісної інформації
щодо характеристик селевого процесу у зв’язку з раптовістю їх прояву, ко-
роткочасністю та недостатнім методичним забезпеченням вимірів параметрів
селевих потоків, ускладнює проблему розробки методів оперативного про-
гнозування селів та своєчасного попередження про селеву небезпеку.
За результатами тривалих досліджень науковців різних країн, у бага-
тьох селенебезпечних районах розроблено низку методик прогнозу селене-
безпеки, котрі враховують головні закономірності селеутворення, комплекс
умов, що визначають селенебезпечну ситуацію, зокрема, геоморфологічні
фактори, гідрометеорологічні параметри, критичні значення стоку,
циклічність селевих явищ тощо [1–6]. Запропоновано формули для визна-
чення динамічних характеристик водних та селевих потоків, їх швидкостей
та витрат (Н.Е. Долговим, М.М. Протод’яконовим, М.Ф. Срібним, Д.Л. Со-
коловським, І.І. Херхеулідзе, М.С. Дюрнбаумом, П.В. Покровським та ін.).
Розроблено моделі імовірнісної оцінки виникнення селів на основі декіль-
кох розрахункових параметрів, що характеризують склад потенційних селе-
вих відкладів, басейнових характеристик та кліматичних показників [7].
308
Однак жодна з наявних методик прогнозу селенебезпеки не може вважа-
тись універсальною, однаково прийнятною для регіонів із різними геолого-
геоморфологічними та кліматичними характеристиками. Відповідно, акту-
альним залишається завдання розробки адекватних методів та засобів про-
гнозування селів, що враховують специфіку геологічної будови того чи іншо-
го регіону, режим новітніх і сучасних геологічних процесів, умови форму-
вання та особливості розвитку селів.
Слід підкреслити нові можливості у питанні прогнозування селене-
безпеки, що виникають завдяки залученню сучасних комп’ютерних техно-
логій, зокрема, ГІС-методів та комп’ютерного моделювання. Оперативні
масові розрахунки у режимі моделювання з використанням найнеобхідні-
ших параметрів конкретних геологічних комплексів, морфоструктур та вірту-
альних селевих потоків дозволяють визначити критичні умови виникнення
селів у різнопорядкових долинах, кількісно оцінити їх силовий вплив на
техногенні споруди та розробити відповідні комплекси випереджувальних
заходів. Саме створення подібного розрахункового модуля мали на меті ав-
тори даного повідомлення.
Алгоритм кількісної оцінки впливу селевих потоків на інженерні
споруди в умовах Карпатського регіону. Для побудови концептуальних
моделей селевих процесів на загальному фоні майже повної відсутності
кількісних даних спостережень за селями необхідними є встановлення пев-
них гіпотез та визначень щодо протікання селевого процесу із обов’язко-
вим отриманням визначальних параметрів селів. Очевидно, що обрані вихідні
позиції обумовлюють особливості створених на їх основі засобів якісного і
кількісного прогнозування.
У межах Карпатського регіону переважають низькогірні і низькоселеносні
басейни зі значною диференціацією потоків за довжиною, кутами нахилу та
морфологією долин, ступенем покриття рослинністю схилів, літологією та
механічними властивостями породних комплексів, що розмиваються. Селеві
потоки, переважно зливові, належать до незв’язних, водних, таких, що транс-
портують наноси, близьких до потоків, визначальні параметри яких досліджу-
ються у русловій гідродинаміці. Різниця між водним і селевим потоком чи
паводком досить непевна, вони можуть переходити один в інший через перехідні
потоки із об’ємною вагою 1,05–1,20 г/см3. Їх прогнозування базується на оцінці
критичних об’ємів опадів і стоку, котрі можуть формувати у відповідних геоло-
гічних, геоморфологічних та гідрометеорологічних умовах руйнівні селеві яви-
ща. Розрахунки впливу селевих потоків на інженерні споруди в межах Закар-
паття на основі раніше запропонованого алгоритму [8, 9] показали доволі вузькі
рамки умов, за яких результати розрахунків можна вважати прийнятними, і
обумовили необхідність суттєвого його вдосконалення.
309
Викладений нижче алгоритм базується на емпіричних даних щодо
Карпатського регіону та фундаментальних законах гідродинаміки, зок-
рема формулі Бернуллі, із застосуванням якої отримується вираз для
ударного гідродинамічного тиску. Вважаючи, що рух ідеальної рідини
є адіабатичним та стаціонарним, а масові сили – консервативними, на
лініях течії виконується співвідношення, яке називається інтегралом
Бернуллі:
2
const.
2
v
+ Π + Ρ = (1)
Для однорідної нестисливої рідини ρ = const і тому
2
const.
2
v p
+ Π + =
ρ
(2)
Якщо масові сили – сили тяжіння (П = gz), то
2
const
2
v pz
g g
+ + =
ρ
, (3)
де
2
2
v
g
– швидкісна висота, z – геометрична (нівелірна) висота, p
gρ
– п’єзо-
метрична висота.
Якщо розглянути два перерізи потоку, позначивши їх 1 та 2, а через
p1, v1, z1, p2, v2, z2, позначити відповідні значення тиску, швидкості і висоти
для кожного з цих перерізів, матимемо іншу форму запису інтегралу Бер-
нуллі:
2 2
1 1 2 2
1 2 .
2 2
v p v pz z
g g g g
+ + = + +
ρ ρ
(4)
Вибираючи тепер положення другого перерізу на стінці нерухомої пе-
решкоди матимемо очевидні рівності: v2 = 0, z1 = z2. Звідси
2
1 1 2
2
v p p
g g g
+ =
ρ ρ
або
( ) 2
2 1 .
2
p pp v
g
−
= =
γ γ
(5)
Враховуючи найбільш несприятливий сценарій зіткнення потоку із
перешкодою, коли має місце удар важкого уламку породи по стінці пере-
шкоди, останню формулу можна переписати у вигляді:
2
,
2
p vK
g
= α
γ
(6)
310
де K – коефіцієнт, що враховує характеристики тіл, які зазнають удару; при
розглядуваному типі удару він покладається рівним 2, а α – поправочний
коефіцієнт швидкості по кількості руху, він покладається рівним 1–1,33.
Слід зауважити, що, використовуючи формулу Бернуллі, ми припускає-
мо, що потік веде себе як ідеальна нестислива рідина, хоча в реальності він є
сумішшю з істотною різницею значень густини твердої та рідкої фракції.
Одержимо тепер вираз для гідростатичного тиску. Згідно з гідроста-
тичним парадоксом Паскаля, маємо наступний вираз для головного векто-
ра сил тиску рідини на стінку перешкоди з площею поверхні S: R = γzcS, де
zc – вертикальна координата центру тяжіння C площі S. Звідси для тиску
одержимо:
,c
Rp z
S
= = γ (7)
або
2c
p Hz= =
γ
, (8)
де H – глибина потоку.
Таким чином, складаючи вирази для ударного гідродинамічного та
гідростатичного тиску, одержимо вираз для повного тиску потоку на пере-
шкоду:
2 2
2 2 2 2
H v gH vp K K
g g
γ
= γ + γ α = + α
. (9)
Покладаючи в цій формулі g ≈ 10, матимемо:
2 2
0.1 5
2 2 2
H v vp K H K
g
= γ + γ α = γ + α
. (10)
При K = 2 та α = 1 одержимо відому формулу І.І. Херхеулідзе, викори-
стану у роботі [4] :
( )2
повний c 0 c0,1 5P H v= γ + , (11)
де Pповний [т/м2] – повний тиск; γc [т/м3] – середня густина (питома вага)
селевого потоку; H0 [м] – його глибина; vc [м/c] – його швидкість.
Як це випливає із формул (10) і (11), для кількісного прогнозу вірту-
ального силового впливу селевого потоку на різноманітні об’єкти чи спо-
руди необхідне визначення ряду параметрів селевого потоку чи селевого
паводку, що само по собі є доволі складним завданням. Геолого-геомор-
фологічні дані щодо площ водозбору, параметрів різнопорядкових річко-
вих долин, характеристик потенційно селеутворювальних, здатних роз-
311
миватись пухких відкладів та деяких інших, встановлені попередніми дос-
лідженнями і входять до регіональних баз даних або відображені на спе-
ціальних картах регіону, у тому числі прогнозних. Це стосується також
даних багаторічних гідрометеорологічних спостережень, які використо-
вуються, зокрема, для встановлення режиму опадів, періодичності екст-
ремальних ситуацій, визначення середньої їх інтенсивності, густини селів
тощо. Значні труднощі виникають при визначенні головного динамічного
параметра селевого потоку – його швидкості, а також глибини, пов’яза-
них із характером русел і долин, кількістю опадів, режимом стоку, витра-
тами потоку.
Розрахункові формули максимальних витрат дощових паводків дуже
різноманітні, базуються на різних принципах. Більшість з тих, що отрима-
ли достатньо широке застосування, враховують площу водозбору, інтен-
сивність зливи та повноту стоку, а також менш значущі фактори, вплив яких
передається корегувальними коефіцієнтами.
Серед об’ємних формул дощового стоку набула поширення і була ви-
користана у [10] формула Д.Л. Соколовського, котра враховує об’єм і форму
паводка:
0, 28 t v
c h
H FQ f
t
α
= , (12)
де Qc [м
3/сек] – витрати потоку; Ht [мм] – кількість опадів, визначається як
добуток середньої інтенсивності дощу і його тривалості; α – коефіцієнт
стоку; t [год] – час підняття паводку; Fv [км
2] – площа водозбору; fh – кое-
фіцієнт форми гідрографу.
Коефіцієнт стоку дощових паводків залежить від кількості опадів та
від попередньої зволоженості ґрунтів і режиму інфільтрації. Його значення
для високих дощових паводків відзначається відносною витриманістю за
географічними зонами і визначаються за аналогією із раніше вивченими
басейнами. В умовах Карпатського регіону коефіцієнт стоку у сухий період
змінюється від 0 до 0,2, у вологий – зростає до 0,4 – 0,5, а в особливо дощові
періоди сягає 0,7.
Ефективність використання формули Д.Л. Соколовського у розра-
хунковому модулі знижується через неточність визначення величини t та
коефіцієнту fh. Використання для визначення останнього емпіричної фор-
мули:
12
4hf v
=
+
, (13)
де v [м/сек] – найбільша швидкість по перерізу потоку, потребує даних щодо
ще більш змінного параметру – швидкості потоку.
312
Фаза підняття графіку паводка складається із пологої частини, яка
відображає стік води найближчих прируслових схилів, і крутої частини,
обумовленої притоком води від більшої частини басейну:
п п.дt t= τ + , (14)
За умови відомої швидкості та відсутності спостережень
п 3,6
L
v
τ = , (15)
де L [км] – довжина русла до розрахункового створу, v – середня швидкість
добігання піку паводку, що дорівнює у свою чергу v = 0,70 vmax, де vmax –
максимальна швидкість течії у створі (м/сек); τп – час добігання піка павод-
ка, рівна часові здвигу між піком дощу і піком паводку [год]; tп.д – тривалість
підняття дощу.
За часом добігання піка паводку визначається розрахункова тривалість
зливи
пT = µτ , (16)
де Т – розрахункова тривалість опадів; τп – час добігання піка паводка; µ –
коефіцієнт сповільнення стоку. При τп < 10–15 год, Т = τп. Значно простішою
для прогнозних розрахунків видається формула Н.Є. Долгова для повного
стоку:
max pQ k a F= α , (17)
де kр – коефіцієнт розмірності; a – середня інтенсивність зливи; α – кое-
фіцієнт стоку; F – площа басейну. Якщо визначати Qmax у м3/сек, a – у мм/год,
а F – у км2, то формула (17) матиме вигляд
max 0, 28 .Q a F= α (18)
Загалом зливи та дощі з огляду на ефект у відношенні стоку поділяются
на декілька типів: 1) зливи – короткі та інтенсивні дощі тривалістю не більше,
ніж 2–3 год та середньою інтенсивністю а ≥ 10–20 мм/год; 2) зливові дощі
тривалістю від декількох годин до декількох діб із середньою інтенсивністю
а ≥ 2–10 мм/год; 3) обложні дощі, як правило, інтенсивністю 3–5 діб та більше
з невеликою середньою інтенсивністю а < 2 мм/год. Максимальний селевий
ефект мають зливові дощі першого типу, хоча ймовірність виникнення селів
унаслідок інших типів є також високою. До цього ж слід додати, що загальна
тривалість дощів не дає змоги охарактеризувати їх стосовно стокового ефек-
ту, бажаним є врахування тривалості їх ефективної частини, під час якої інтен-
сивність дощу перевищує інтенсивність інфільтрації, так звану тривалість
водовіддачі, під час якої і відбувається процес стоку [10]. Зрозуміло, що зі
зростанням тривалості дощу зменшується його інтенсивність (рис. 1).
313
Інтенсивність зливи розраховується за наступною формулою [11]:
1
ca
bt
=
+
, (19)
де b та c – параметри, що визначаються за метеорологічними даними для
певного кліматичного району. Шляхом відповідної зміни параметра b мож-
на змінювати співвідношення розрахункової інтенсивності коротких трива-
лих дощів. Параметр c дозволяє враховувати більшу чи меншу інтенсивність
дощів рівної тривалості.
Для східноєвропейської території ця формула набуває вигляду (розра-
хована на основі даних багаторічних метеорологічних спостережень за 28
метеостанціями у цьому регіоні):
5
1 0,06
a
t
=
+ . (20)
Ключове значення у розрахунковому модулі безперечно має вибір спо-
собу обрахування швидкості селевого потоку. Коректне визначення значень
швидкості водних та селевих потоків вкрай необхідне для прийняття рішень
щодо інженерного регулювання селів. Відомо, що швидкість руслового до-
бігання залежить від форми русла, його нерівностей та глибини потоку.
Зазвичай швидкість визначається за широко відомою формулою Шезі. Од-
нак, як справедливо зазначає Д.Л. Соколовський, значна мінливість ко-
ефіцієнтів нерівностей русел, а також та обставина, що формула Шезі відоб-
ражає рівномірний рух, в той час, як у природних руслах він є нерівномір-
ним, обумовлюють невисоку точність розрахунків [10]. Оскільки морфо-
метричні елементи русла, зокрема, глибина і ухил, що входять до формули
Шезі, змінюються не менше від швидкості, причому, зі збільшенням глиби-
ни ухили, як правило, зменшуються, то сама швидкість часто виявляється
Ðèñ. 1. ijàãðàìà çàëåæíîñò³ ³íòåíñèâíîñò³ äîùó â³ä òðèâàëîñò³ äëÿ ñõ³äíî¿ ªâðîïè
(çà äàíèìè Ì.Ì. Ïðîòîä’ÿêîíîâà [11]): 1 – cåðåäíÿ ³íòåíñèâí³ñòü äîùó; 2 – ³íòåí-
ñèâí³ñòü äîùó çà ðîçðàõóíêîâîþ ôîðìóëîþ.
314
більш постійною величиною, ніж її складові. Тим не менше, він пропонує
уточнену на основі дослідних даних формулу:
0,40 0,50
max ср17,0V J h= , (21)
де Vmax – максимальна швидкість у створі; J – ухил русла; hср – середня гли-
бина по живому перерізі за максимального накопичення.
На основі формули Шезі запропоновано низку інших формул з визна-
чення швидкості потоку. Певного поширення набули формули М.Ф. Срібно-
го, М.А. Мосткова, І.І. Херхеулідзе та ін. відзначаючи залежність швидкості
стоку V м/сек від ухилу русла І ‰, від кількості води, що стікає, яка вимі-
рюється витратами води Q м3/сек, а також від нерівностей поверхні і попе-
речного перерізу русла, М.М. Протод’яконов пропонує визначати швидкість
руслової течії за формулою Шезі із коефіцієнтом за Маннінгом [11]:
31
84
1V k Q I= , (22)
де
3 1
4 2
1
10,075( )k k
n
= .
Тут І – середній ухил русла, ‰ ; 1
n
– коефіцієнт нерівностей дна;
ω
Rk = – коефіцієнт, що залежить від форми поперечного перерізу русла;
R – гідравлічний радіус, м; ω – площа живого січення, м2.
За М.Ф. Срібним, у розрахунках зазвичай приймають 1/n = 25 (при
крайніх значеннях для періодичних потоків – від 15 до 30), k = 0,30 (крайні
значення: від 0,15 до 0,40). Відтак, близьке до середнього значення k1 = 0,46.
Формули (21, 22) також не позбавлені зазначених недоліків, тому у
розрахунковому модулі вони використовуються як засіб вибіркового і конт-
рольного співставлення результатів розрахунків, отриманих іншими, більш
експресними методами, що базуються переважно на узагальнених емпірич-
них даних.
Важливо зазначити, що максимальні рівні усереднених значень швид-
кості водних потоків різних порядків одночасно відображають інтенсивність
опадів (витрати потоків) та особливості долин (поздовжні і поперечні
профілі, терасованість тощо), котрі у свою чергу відображають час форму-
вання долин і ступінь реалізації ерозійного потенціалу під час тих чи інших
неотектонічних рухів. Очевидно, що режими зростання швидкості до кри-
тичних (селеутворювальних) рівнів не можуть бути однаковими: у коротких
високопорядкових притоків зі значними ухилами і порівняно вузькими до-
315
линами вони швидко досягаються навіть внаслідок короткотривалих злив і,
навпаки, у довгих потоках (річках) із терасованими долинами досягнення
критичних значень швидкості можливе лише під час тривалих злив, котрі,
формуючи однопікові повені на крупних річках, викликають багатопікові
паводки на коротких. Водночас, у долинах різної довжини значення швид-
кості стабілізуються, сягаючи певного рівня за будь-якої тривалості опадів.
Тренди виходу швидкості на понадкритичний та максимальний рівні у по-
токах різних порядків залежно від тривалості злив можуть встановлюва-
тись для того чи іншого регіону за багаторічними спостереженнями і вико-
ристовуватись в якості інтегральної характеристики для прогнозної оцінки
повеневої та селевої небезпеки. На жаль, емпіричних даних щодо реальних
значень швидкості, що мали місце у різнопорядкових потоках Карпатського
регіону під час повеней та селів, недостатньо для встановлення однознач-
них залежностей, такі дані повинні накопичуватись у майбутньому із нала-
годженням відповідного моніторингу. Тим не менше, спроба узагальнення
наявних даних у межах порівняно невеликого Закарпатського полігону вия-
вилась доволі перспективною.
Аналіз рисунку гідрографічної сітки у межах річкових долин дослід-
женого регіону дав можливість провести класифікацію русел за довжиною
та рисунком гідрографічної сітки. Річкова сітка із деревовидним рисунком
має приблизно однакову довжину приток, яка становить близько одного кіло-
метру. Такі притоки є найбільш селенебезпечними, вони відзначаються знач-
ними ухилами русел, V-подібним профілем долин зі слабкою задерновані-
стю і залісненістю схилів. Головні русла у цих випадках можуть мати знач-
ну довжину і терасовані долини. Селенебезпечними у них можуть бути лише
певні відрізки із локальним розвитком пухких відкладів, придатних для се-
леформування. Якщо ж рисунок гідрографічної сітки має пір’ясту будову
при довжині приток до 3 км (що не набагато перевищують довжину голов-
ного русла), форма площі водозбору та режим добігання обумовлюють та-
кож високу ступінь селенебезпеки у притоках і головному руслі, але за сут-
тєво більшої тривалості опадів. У потоках довжиною понад 5 км селенебез-
печними можуть бути лише певні інтервали, навіть якщо повені достатньо
регулярні, за відповідної тривалості злив.
Пропонується поділ русел на три групи за характерною довжиною
русла: 1) L1 < 1 км; 2) 1 ≤ L2 < 5 км; 3) L3 ≥ 5км. На підставі аналізу
наявних даних для кожної групи приймаються наступні емпіричні за-
лежності тривалості злив із урахуванням зміни інтенсивності та кри-
тичної швидкості:
1 5v T= ; 4
2 3v T= ; 6
3 2v T= .
316
Таким чином, задаючи інтенсивність зливи – Ht, її тривалість у годи-
нах – T, площу території, на яку він випав – Fv, здатність ґрунту вбирати
воду – коефіцієнт α та передбачувану довжину русла для даної місцевості –
L, обчислюємо швидкість та витрати селевого потоку – vc і Qc.
З іншого боку, ці величини пов’язані із площею русла селевого потоку
наступним співвідношенням:
c cQ v S= ⋅ (23)
де S площа поперечного перерізу русла селевого потоку. З формули (23)
маємо:
c
c
QS
v
= . (24)
Вважатимемо, що поперечній переріз русла має форму трапеції з ос-
новами a, b та висотою H0, тоді
02
a bS H+
= ⋅ . (25)
Припускаючи, що ширина русла на дні (величина a) та кути нахилу
схилів русла (ϕ1, ϕ2) є відомими, з геометричних міркувань отримуємо:
( )0 1 2ctg ctgb a H= + ϕ + ϕ
та
( )0
1 2 0ctg ctg
2
HS a H = + ϕ + ϕ ⋅
. (26)
Прирівнюючи праві частини співвідношень (24, 25), отримуємо рівнян-
ня для знаходження глибини селевого потоку H0 за заданими значеннями
кутів нахилу схилів та ширини потоку на дні, а також за знайденими раніше
витратами та швидкістю селевого потоку:
( )2 c
0 1 2 0
c
ctg ctg 2 2 0QH aH
v
ϕ + ϕ + − = . (27)
Звідси
( )2 c
1 2
c
0
1 2
2 ctg ctg
ctg ctg
Qa a
v
H
− + + ϕ + ϕ
=
ϕ + ϕ
. (28)
Визначаючи кути нахилу схилів русла слід враховувати, що вони зазви-
чай є неправильними поверхнями змінної крутизни. Однак локальні змен-
шення та збільшення крутизни взаємно компенсуються, унаслідок чого кру-
тизна схилів може вважатись постійною, тобто схили можуть враховува-
317
тись у вигляді площин з нахилом, рівним середньому нахилу схилів. Ця об-
ставина враховувалась при отриманні даних щодо кутів нахилу схилів як
за вимірами впродовж польових робіт, так і при використанні даних ГІС-
проекту по Карпатському полігону.
Таким чином, задаючи густину селевого потоку та використовуючи по-
будовану математичну модель, можемо розрахувати повний нестаціонарний
(динамічний) тиск селевого потоку на інженерну споруду (формула (11)).
Гідродинамічна сила, що діє на споруду, обчислюється за формулою:
повнийF P S= ⋅ . (29)
Висновки. Представлений алгоритм, що базується на емпіричних да-
них щодо Карпатського регіону та фундаментальних законах гідродинаміки,
демонструє необхідність вибору розрахункових формул та величин, визна-
чення яких є можливим у конкретних ситуаціях та відповідних геолого-гео-
морфологічних умовах. На основі запропонованого алгоритму створено про-
грамний модуль для розрахунку навантажень, що передаються на інженерну
споруду під впливом зовнішнього середовища (рис. 2). Даний модуль дозво-
ляє проводити моделювання впливу селевих потоків, сформованих у межах
Карпатського регіону, на техногенні об’єкти різного призначення із ураху-
ванням параметрів як самих потоків, так і геолого-геоморфологічних і гідро-
метеорологічних даних. Отримані результати використовуватимуться для прий-
няття випереджувальних заходів щодо негативної дії селів у Карпатах.
Ðèñ. 2. Ñêð³íøîò ïðîãðàìíîãî ìîäóëÿ ïî ðîçðàõóíêó âïëèâó ñåëåâèõ ïîòîê³â íà
³íæåíåðí³ ñïîðóäè
318
1. Багрій І.Д., Блінов П.В., Гожик П.Ф., Кожем’якін В.П. Активізація небезпечних геоло-
гічних явищ у Закарпатті як наслідок екстремальних паводків. – К., 2004. – 210 с.
2. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. – Л.: Недра, 1977.
3. Руководство по изучению селевых потоков. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977. – 144 с.
4. Флейшман С.М. Сели. – Л.: Гидрометеоиздат, 1978. – 312 с.
5. Херхеулидзе И.И. Расчет основных характеристик селевых потоков // Междунар. сим-
позиум по паводкам и их расчетам. – Л.: Гидрометеоиздат, 1969. – С. 384–394.
6. Херхеулидзе И.И. Сквозные защитные и регуляционные сооружения из сборного желе-
зобетона на горнах реках. – М.: Гидрометеоиздат, 1967. – 131 с.
7. Cannon S., Gartner J., Rupert M., Michael J. A method for the rapid assessment of the
probability of post-wildfire debris flow from recently burned basins in the intermountain
west, U.S.A. // Geophysical Research Abstracts. – Vol. 8. – 02030. – 2006.
8. Іванік О.М. Головні особливості взаємозлежностей факторів формування селевих по-
токів у межах басейну р. Абранка // Вісник Київ. ун-ту. Серія Геологія. – Вип. 43. –
2008. – С.16–19.
9. Шевчук В.В., Горбань В.О., Іванік О.М. Комп’ютерне моделювання впливу селевих по-
токів на інженерні споруди // Вісник Київ. ун-ту. Серія Геологія. – Вип. 42. – 2007. –
С. 117–119.
10. Соколовский Д.Л. Речной сток (Основы теории и методики расчетов). – Л.: Гидрометео-
издат, 1968. – 539 с.
11. Протодьяконов М.М. Определение максимального стока поверхностных вод с малых
водосборов. – Л.: Гидрометеоиздат, 1960. – 171 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-28399 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0017 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:22:39Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Центр менеджменту та маркетингу в галузі наук про Землю ІГН НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шевчук, В.В. Іванік, О.М. Лавренюк, М.В. 2011-11-10T23:31:34Z 2011-11-10T23:31:34Z 2009 Розробка засобів комп’ютерного моделювання селевої небезпеки в межах Карпатського регіону / В.В. Шевчук, О.М. Іванік, М.В. Лавренюк // Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики: Зб. наук. пр. — 2009. — С. 307-318. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. XXXX-0017 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28399 550.89 (477.87) Розроблено алгоритм розрахунку впливу селевих потоків на інженерні споруди у межах Карпатського регіону, котрий базується на емпіричних даних по Карпатському регіону та фундаментальних законах гідродинаміки. На основі запропонованого алгоритму створено програмний модуль для розрахунку навантажень, що передаються на інженерну споруду під впливом зовнішнього середовища. Модуль дозволяє здійснювати моделювання впливу селевих потоків, сформованих у межах Карпатського регіону, на техногенні об’єкти різного призначення із урахуванням параметрів як самих потоків, так і геолого-геоморфологічних і гідрометеорологічних даних. uk Центр менеджменту та маркетингу в галузі наук про Землю ІГН НАН України Моніторинг геологічного середовища та небезпечних природно-техногенних процесів Розробка засобів комп’ютерного моделювання селевої небезпеки в межах Карпатського регіону Article published earlier |
| spellingShingle | Розробка засобів комп’ютерного моделювання селевої небезпеки в межах Карпатського регіону Шевчук, В.В. Іванік, О.М. Лавренюк, М.В. Моніторинг геологічного середовища та небезпечних природно-техногенних процесів |
| title | Розробка засобів комп’ютерного моделювання селевої небезпеки в межах Карпатського регіону |
| title_full | Розробка засобів комп’ютерного моделювання селевої небезпеки в межах Карпатського регіону |
| title_fullStr | Розробка засобів комп’ютерного моделювання селевої небезпеки в межах Карпатського регіону |
| title_full_unstemmed | Розробка засобів комп’ютерного моделювання селевої небезпеки в межах Карпатського регіону |
| title_short | Розробка засобів комп’ютерного моделювання селевої небезпеки в межах Карпатського регіону |
| title_sort | розробка засобів комп’ютерного моделювання селевої небезпеки в межах карпатського регіону |
| topic | Моніторинг геологічного середовища та небезпечних природно-техногенних процесів |
| topic_facet | Моніторинг геологічного середовища та небезпечних природно-техногенних процесів |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28399 |
| work_keys_str_mv | AT ševčukvv rozrobkazasobívkompûternogomodelûvannâselevoínebezpekivmežahkarpatsʹkogoregíonu AT ívaníkom rozrobkazasobívkompûternogomodelûvannâselevoínebezpekivmežahkarpatsʹkogoregíonu AT lavrenûkmv rozrobkazasobívkompûternogomodelûvannâselevoínebezpekivmežahkarpatsʹkogoregíonu |