Исследование влияния на речной поток центробежных сил инерции на поворотах русла

8.2 Исследование влияния на речной поток центробежных сил инерции на поворотах русла

При изменении направления потока возникают центробежные силы инерции, направленные по нормали к криволинейным линиям тока. Они приводят к образованию поперечного уклона I_поп, направленного от вогнутого берега к выпуклому, и поперечных составляющих скорости, перпендикулярных к основному направлению стока вод.

Поперечный уклон определяется по формуле:

,

где r – гидравлический радиус (снимается с плана), м

Превышение уровня воды у вогнутого берега над выпуклым определяется произведением поперечного уклона на ширину русла:

H = I_поп * B,

где B – ширина русла, м

H =0,0000098 * 250 = 0,00245 м

Для определения величины поперечной составляющей скорости V_поп. на вертикали, находящейся на повороте русла применяется формула К.И. Россинского и И.А. Кузьмина

V_поп = [(1,53 * С² * V_ср * h) / (g * r)] * (y1/h)^0,15 * [(y1/h)^0,3 – 0,80], м/с,

где y1 – высота точки над дном, м;

h – глубина потока, м.

1)(y1/h) = V_0,02 = [(1,53 * 37,482² * 0,34 * 1,91) / (9,8 * 2250)] * (0,02)^0,15 * [(0,02)^0,3 – 0,80] = -0,017 м/с

2)(y1/h) = V_0,2 = [(1,53 * 37,482² * 0,34 * 1,91) / (9,8 * 2250)] * (0,2)^0,15 * [(0,2)^0,3 – 0,80] = -0,009 м/с

3)(y1/h) = V_0,4 = [(1,53 * 37,482² * 0,34 * 1,91) / (9,8 * 2250)] * (0,4)^0,15 * [(0,4)^0,3 – 0,80] = -0,002 м/с

4)(y1/h) = V_0,6 = [(1,53 * 37,482² * 0,34 * 1,91) / (9,8 * 2250)] * (0,6)^0,15 * [(0,6)^0,3 – 0,80] = 0,003 м/с

5)(y1/h) = V_0,8 = [(1,53 * 37,482² * 0,34 * 1,91) / (9,8 * 2250)] * (0,8)^0,15 * [(0,8)^0,3 – 0,80] = 0,008 м/с

6)(y1/h) = V_1,0 = [(1,53 * 37,482² * 0,34 * 1,91) / (9,8 * 2250)] * (1,0)^0,15 * [(1,0)^0,3 – 0,80] = 0,0126 м/с

Строим эпюру скоростей течения от действия центробежной силы (см. рис. 8.3: а).

8.3 Исследование влияния на речной поток отклоняющей силы вращения Земли

Из теоретической механики известно, что всякое тело, движущееся по поверхности Земли с некоторой скоростью, испытывает ускорение, называемое кориолисовым.

В северном полушарии сила Кориолиса направлена вправо под прямым углом к движению тела, а в южном – влево. Под её действием в реках северного полушария частицы воды отклоняются к правому берегу и создают превышение уровня воды у правого берега по сравнению с левым, а в южном-наоборот. Что, в свою очередь, приводит к возникновению в северном полушарии поперечной циркуляции с направлением поверхностных слоёв воды к правому берегу, а донных-к левому. Совместно с продольным течением жидкости поперечная циркуляция образуется в потоке спиралеобразное движение. В северном полушарии циркуляция направлена по часовой стрелке, если смотреть по течению, и осуществляется как на прямолинейных участках русла, так и на поворотах. На поворотах русла влево она складывается с циркуляцией, вызываемой центробежной силой, а на поворотах вправо она уничтожается, ослабляя действие более мощной циркуляции, имеющей противоположное вращение и возникающей под действием центробежной силы.

Рассматриваемая поперечная циркуляция наиболее интенсивно проявляется на больших реках в период половодья, так как и скорости течения и масса воды в этот период наибольшие.

Поверхность воды на прямолинейном участке потока устанавливается нормально к равнодействующей силы Кориолиса и силы тяжести.

I_к = (0,0001456 * V_ср * sin) / g,

где  - географическая широта, на которой расположен исследуемый участок реки, в град. (в нашем случае  = 63° С. Ш.).

I_к = (0,0001456 * 0,34 * sin63°) / 9,8 = 0,0000045

Превышение уровня воды у вогнутого берега над выпуклым определяется произведением поперечного уклона на ширину русла:

H = I_к * B,

где B – ширина русла, м

H = 0,0000045*250=0,001125

Для определения поперечной составляющей V_к скорости (на вертикали), возникающей под действием силы Кориолиса, К. И. Россинский и И. А. Кузьмин предложили следующую формулу

V_к = (2,65 * w * С² * h * sin) * (y1/h)^0,15 * [(y1/h)^0,65 – 0,89], м/с,

где w – угловая скорость вращения Земли, выраженная в радианах в секунду

(w = 2 * p / (24 * 3600) = 0,0000728 рад/с)

1) (y1/h) = V_0,02 = (2,65 * 0,0000728 * 37,482² * 1,91 * sin63°) * (0,02)^0,15 * [(0,02)^0,65 – 0,89] = -0,194 м/с

2) (y1/h) = V_0,2 = (2,65 * 0,0000728 * 37,482² * 1,91 * sin63°) * (0,2)^0,15 * [(0,2)^0,65 – 0,89] = -0,183 м/с

3) (y1/h) = V_0,4 = (2,65 * 0,0000728 * 37,482² * 1,91 * sin63°) * (0,4)^0,15 * [(0,4)^0,65 – 0,89] = -0,127 м/с

4) (y1/h) = V_0,6 = (2,65 * 0,0000728 * 37,482² * 1,91 * sin63°) * (0,6)^0,15 * [(0,6)^0,65 – 0,89] = -0,069 м/с

5) (y1/h) = V_0,8 = (2,65 * 0,0000728 * 37,482² * 1,91 * sin63°) * (0,8)^0,15 * [(0,8)^0,65 – 0,89] = -0,013 м/с

6) (y1/h) = V_1,0 = (2,65 * 0,0000728 * 37,482² * 1,91 * sin63°) * (1,0)^0,15 * [(1,0)^0,65 – 0,89] = 0,047 м/с

По полученным данным V_поп и V_к строим эпюры V_поп и V_к и суммарную эпюру поперечной циркуляции (от действия сил центробежной и Кориолиса) (см. рисунок 8.3).

Похожие работы

Оценка экологических и экономических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ

Скачать

224699

13

7

... в предсказании краткосрочных процессов (на 10-15 лет), что связано с отсутствием необходимых материалов о состоянии компонентов экосистем и процессах их эволюционных и циклических изменений.   1.4 Экономические последствия строительства и эксплуатации водохранилищ   1.4.1 Воздействие ГТС на земельные ресурсы Изменения, вносимые созданием и эксплуатацией ГТС в режим водотока, как и изменения, ...

Проблемы управления экологической ситуацией на горных территориях

Скачать

366812

5

19

... предыдущего чрезмерного стравления, в восстановлении будут преобладать разновидности сорняков.   Глава 3. Проблемы горных территорий и возможные способы их решения. Природные и антропогенные катаклизмы. Природные катаклизмы в горах представляют результат геотектонической природы гор и их экологических характеристик. Однако катаклизмы зачастую вызываются деятельностью человека. Перед ...

Роль водной растительности в русловых процессах малых рек

Скачать

8009

0

0

... на возможно более ранних стадиях, так и в качестве своеобразного инструмента, и позволит внести существенные изменения в практику управления русловым и процессами на малых реках, контролировать русловые переформирования и управлять ими, регулировать процессы стока с целью оптимизации долинно-речных ландшафтов. Список литературы Давыдов Л.К. и др. Общая гидрология Л.,Гидрометеоиздат. 1973

Реконструкция газопровода

Скачать

104857

32

33

... Анализ причин возможной деформации говорит о том, что уровень НДС идеальный. Поэтому данный участок требует контроля своего положения но не требует немедленной реконструкции. 3. контрольно-измерительные приборы и автоматика 3.1.     Электрохимическая защита от коррозии внутриплощадочных коммуникаций КС и шлейфов Защитный потенциал подземных коммуникаций КС создается с использованием одной ...