Министерство транспорта Российской Федерации копия1. Анализ русловых переформирований и исследование скоростного режима
 Скачать 146.24 Kb.
|
|
2.2 Построение линии свободной поверхности при максимальном уровне, определение падения и продольного уклона Разность отметок водной поверхности в начале и конце рассматриваемого участка носит название падения. ∆Z = Zн - Zк (2.1) Если падение Z будет измерено в сантиметрах (метрах), а длина участка реки L - в километрах, то отношение величины падения к длине участка дает осредненное, на единицу длины, падение: ∆Z ср = (Zн - Zk) ) / L, см/км, (м/км) (2.2) где L = lк - lн (2.3) lк , lн - значения продольной координаты. L = 746 – 441 = 305 км. Если падение и длину выразить в одних единицах длины, например, в метрах, то отношение даст безразмерную величину, называемую уклоном: I = (Zн - Zк)/ L = ∆Z/L (2.4) Чтобы подсчитать усредненное значение падения водной поверхности или продольный уклон поверхности потока между пунктами А и Б данного участка реки, необходимо отметки уровня на гидропостах в пунктах А и Б привести к одной системе отметок. Для этого следует взять алгебраическую сумму величины уровня воды и отметки нуля графика данного гидропоста. При этом следует иметь в виду, что уровни по гидропостам даются в сантиметрах, а отметки нулей графиков - метрах. Построение линии свободной поверхности между гидропостами производится по отметкам максимального уровня воды, вычисленным по формуле ZHmax 1 = Z «0»гр.1 + Hmax 1 , м (2.5) 17.05. ZHmax 1 = 110,83 +5,65 = 116,48 м 17.05. ZHmax 2 = 92,43 + 4,38 = 96,81 м где Z«0»гр.1 - отметка нуля графика гидропоста, м; Нmах - максимальный уровень воды, м (максимальные уровни воды по гидропостам выбираются на один и тот же день). Определение падения и продольного уклона производится в таблице 2.2. Падение при максимальном уровне воды вычисляется по формуле ZHmax = ZHmax1 - ZHmax2, м (2.6) ZHmax = 116,48 – 96.81 = 19,67 м ZHmax1 - отметка максимального уровня воды по верхнему гидропосту; ZHmax2 - отметка максимального уровня воды по нижнему гидропосту. ZHmax1 = 5,65 + 110,83 = 116,48 м ZHmax2 = 4,38 + 92,43 = 96,81 м Определяется уклон водной поверхности (Imax - безразмерная величина, см. табл. 2.2). Imax = 116,48 – 96,81/ 305 = 0,064 Iпроект = 110,83 – 92,43/ 305 = 0, 060 Таблица - Расчет падений и уклонов при проектном уровне.
2.3 Построение линии, определяем срезку на обоих постах. Отметка проектного уровня воды по верхнему гидропосту; Zmax – Zпроект = ∆Z ∆Z = 116,48 – 110,83 = 5,65 м Отметка проектного уровня воды по нижнему гидропосту; ∆Z = 96,81 – 92,43 = 4,38 м Линия свободной поверхности между гидропостами.
4. Исследование скоростного режима русла 4.1 Построение графика связи уровней воды между гидропостами и вычисление скорости добегания Для построения графика связи уровней между гидропостами используются данные ежедневных уровней воды из гидрологических ежегодников, по которым строятся графики изменения уровней воды за навигационный период (см. рис.4.1) по времени, определяются соответственные уровни, время добегания, вычисляются скорости добегания по формуле C=L/t, (4.1) где L - расстояние между гидропостами, км; t - время добегания в сутках (часах). Расчет выполняется в табличной форме (см. табл. 4.1). График связи уровней воды между гидропостами строится по данным табл.4.1. Кроме того, на график наносится точка, соответствующая проектным уровням воды на гидропостах. График связей уровня воды
Таблица 4.1 - Расчет скорости добегания.
Вывод: Скорость добегания больше при высоких уровнях воды, меньше - при низких. Анализ графика связи уровней воды: При высоких уровнях русло относительно устойчивое. При средних уровнях (период спада половодья) русло неустойчивое, так как скорости снижаются, происходит размыв перекатов и занесение плесовых лощин. При низких уровнях русло устойчивое, так как скорости низкие. 4.2 Определение средней скорости в живом сечении В природе наблюдается два режима движения жидкостей: ламинарный и турбулентный. Режим движения жидкости зависит от скорости течения и глубины потока. Турбулентный режим бывает установившимся и неустановившемся. Движение может быть равномерным и неравномерным. При равномерном движении средняя скорость течения в поперечном сечении русла определяется по формуле Шези: V ср = С√RI (4.2) где С - коэффициент Шези I - продольный уклон водной поверхности. R = w/χ - гидравлический радиус, м; (4.3) для равнинных рек гидравлический радиус равен средней глубине hср = w/B (4.4) где щ - площадь поперечного сечения русла, м2; χ - длина смоченного периметра русла, м; В - ширина русла, м. Коэффициент Шези зависит от шероховатости русла, глубины потока и от формы живого сечения. Для определения этого коэффициента существует ряд формул, в курсовой работе используется формула Маннинга С = R1/6/ n (4.5) где n - коэффициент шероховатости. Коэффициент шероховатости можно определить по гидравлическим таблицам в зависимости от вида русла или по формуле n = kd1/6, (4.6) где коэффициент k по В.М. Маккавееву равен 0,03; d - средний диаметр частиц донных отложений, мм. Порядок расчета. Исходные данные:
1) Определяем коэффициент шероховатости русла по формуле (4.6): n = 0,03 0,601/6=0,027 2) Вычисляется коэффициент Шези по формуле (4.5): C = 51/6/0,027 = 48,43 3) Вычисляется средняя скорость течения, определяется по формуле (4.2): Rср = 48,43*√5*7*10-5 =0,906 м/с. 4) Строится поперечный профиль русла по исходным данным
График поперечный профиль русла 4.3 Исследование распределения скорости течения по вертикали Для аналитического выражения закономерности изменения осред-ненных скоростей течения по глубине (на вертикали) предложен ряд формул. Исходные данные:
В данной работе используется формула А.В.Караушева: V = Vп √1-Р(y/h)2 м/с (4.9) где Р - безразмерный параметр, определяемый по выражению Р = 0,57 + 3,3/ С при 10<С<60, (4.10) Р = 0,57 + 3,3/40 = 0.65 при 60 y/h - относительная глубина точки наблюдения (0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0) у - глубина, на которой определяется скорость течения, отсчитываемая от поверхности воды, м; h - глубина на вертикали, м; Vп - поверхностная скорость течения, м/с; Порядок расчета: P = 0,57 + 3,3/ 40 = 0,65 V0 = 0,65·√1-0,65(0/4) 2= 0 м/с V1 = 0,65·√1-0,65(0,8/4) 2= 0,640 м/с V2 = 0,65·√1-0,65(1,6/4) 2= 0,615 м/с V3 = 0,65·√1-0,65(2,4/4) 2= 0,568 м/с V4 = 0,65·√1-0,65(3,2/4) 2= 0,496 м/с V5 = 0,65·√1-0,65(4,0/4) 2= 0,384 м/с По вычисленным значениям скорости течения в точках на вертикали по судовому ходу строится эпюра скорости течения (годограф скорости) на вертикали (см. рис. 4.4) Анализ результатов: у поверхности скорость больше, чем у дна за счет шероховатости русла. 4.4 Определение размывающей и неразмывающей скоростей течения Средняя скорость течения V на вертикали, отвечающая состоянию предельного равновесия донных частиц, когда отдельные частицы срываются с места и перемещаются, но общего движения наносов еще нет, называется неразмывающей. Она является предельной скоростью, отвечающей началу сдвига отдельных частиц, т.е. скоростью начала влечения и может быть определена с помощью следующих зависимостей. Формула В.Н. Гончарова, которая по данным исследований ЛИВТа дает на песчаных перекатах наилучшие результаты: Vнр = 3,9·(dh/ d95)0,2 ·(d + 0,0014)0,3 (4.7) где h - глубина потока (принимается по судовому ходу), м; d - средний диаметр донных частиц, м; d95 - диаметр частиц с обеспеченностью 95% по кривой гранулометрического состава, т. е. такой диаметр, который оказывается превзойденным лишь у 5% частиц, м. Скорость течения Vр, при которой движение донных наносов становится массовым, называется размывающей. Соотношение между размывающей и не размывающей скоростями равно 1,3. Vp = 1,3·Vнp. (4.8) В задании требуется определить, будет ли происходить размыв дна в потоке, имеющем продольный уклон I, на вертикали с глубиной h, средней крупностью донных отложений d. Порядок расчета: Исходные данные:
1) определить неразмывающую скорость по формуле (4.7): Vнр = 3,9·(0,5·0,5/ 0,9)0,2 ·(0,5 + 0,0014)0,3 = 0,498 м/с 2) определить соответствующую размывающую скорость по формуле (4.8): Vр = 1,3 · 0,498 = 0,647 м/с 3) среднюю скорость потока, определенную по формуле Шези, сравнить с полученным значением размывающей скорости. Коэффициент шероховатости n = kd1,6 = 0,03*6√0,5 = 0,017 C =R1,6/n = 6√0,5 /0,017 = 33,785 V ср = С√RI = 33,785 √0,5*9*10-5 = 0,226 Vср < Vр Ответ: Vср=0,226 м/с, Vр=0,647м/с, Vнр=0,498м/с Вывод: размыв дна в потоке происходить не будет, т.к. средняя скорость потока меньше размывающей. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||