Гидрологические расчёты реки в лимитирующих створах и определение

1.2. Гидрологические расчёты реки в лимитирующих створах и определение

возможной продолжительности лесосплава

Река разбита на два участка, на каждом из них лимитирующий створ. Для организации первоначального лесосплава необходимо определить в этих створах и створе запани продол-

жительность лесосплава, средние значения поверхностных скоростей течения, ширину рус-ла, глубин и расходов. С этой целью, по данным пункта 2.4 задания нужно вычертить попе-

речный профиль для каждого расчётного створа реки. В каждом створе (на поперечном про-

филе реки) задаться 4-5 расчётными отметками уровней воды и по формуле Шези, вычис- лить для различных значений глубин величин расхода средней скорости течения и ширины русла.

Для каждого створа определяется средняя отметка дна меженного русла Zср по зависи-

мости /2,стр.10/:

, (1.8)

где å Z-сумма всех отметок дна меженного русла в промерных точках (из задания 2.4);

n-число промерных точек.

В курсовой работе:

для створа 1:

для створа 2:

для створа запани:

Нижний расчётный уровень воды должен возвышаться над средней отметкой межен- ного русла на 0.5 м, все последующие уровни назначаются через каждые 0.6-0.7 м на лими-

рующих створах и через 1.0-1.2 м в створе запани. Ширина реки В при расчётных уровнях устанавливается в соответствии с масштабом по поперечному профилю.

Площадь живого сечения W для каждого расчётного уровня определяется по следую- щим зависимостям /2,стр.10/.

Для первого уровня:

W1=B1(Z1-Zср), (1.9)

Для второго уровня:

W2=W1+0.5(B1+B2)(Z2-Z1), (1.10)

Для третьего уровня:

W3=W2+0.5(B2+B3)(Z3-Z2), (1.11)

Для четвёртого уровня:

W4=W3+0.5(B3+B4)(Z4-Z3), (1.12

Для пятого уровня:

W5=W4+0.5(B4+B5)(Z5-Z4), (1.13)

Средняя глубина реки для каждого расчётного уровня определяется по отношению /2,стр.11/:

(1.14)

где W,B-площадь живого сечения и ширина, соответствующие расчётному уровню.

Расход воды определяется по выражению /2,стр.11/:

Q=W*V (1.15)

где V-средняя скорость потока,м/с

(1.16)

где С-коэффициент Шези (иногда называют скоростной множитель);

R-гидравлический радиус. Принимается равным средней глубине реки в расчётном

створе;

j-уклон свободной поверхности, из задания (табл.2.5).

В свою очередь, коэффициент Шези “C” можно определять по формулам Базена, Пав-

ловского, Маннинга. В курсовой работе он определяется по отношению /5,стр.57/:

(1.17)

где n-коэффициент шероховатости, из задания (табл.2.5).

В курсовой работе, площадь живого сечения W определяется:

Для первого уровня:

створ 1, W1=57.5*(29.9-29.4)=28.8 м2;

створ 2, W1=33.5*(54.5-53.9)=20.1 м2;

створ 3, W1=54.0*(39.5-38.5)=54.0 м2;

Для второго уровня:

створ 1, W2=28.8+0.5(57.5+62.5)*(30.5-29.9)=64.8 м2;

створ 2, W2=20.1+0.5(35.5+35.0)*(55.1-54.5)=40.0 м2;

створ 3, W2=54.0+0.5(54.0+60.0)*(40.5-39.5)=111.0 м2;

По аналогичным расчётам, используя формулы (1.11;1.12;1.13), имеем данные:

Для третьего уровня:

створ 1, W3=103.8 м2;

створ 2, W3=62.0 м2;

створ 3, W3=174.5 м2;

Для четвёртого уровня:

створ 1, W4=145.8 м2;

створ 2, W4=84.1 м2;

створ 3, W4=245.0 м2;

Для пятого уровня:

створ 1, W5=190.4 м2;

створ 2, W5=106.9 м2;

Используя формулы (1.14;1.15;1.16;1.17), а также значения коэффициента шероховатос-ти n и уклона свободной поверхности j из табл.2.5 задания, определяем для трёх створов и

для всех уровней значения средней глубины hср, средней скорости потока V коэффициента Шези С и расхода воды Q. Значения ширины реки В при различных уровнях замеряются с профилей створов, с учётом масштаба. В качестве примера, выполним расчёт на отметке

уровня Z=29.9 м створа 1, на отметке Z=54.4 м створа 2 и на отметке Z=39.5 м створа запани:

Отметка уровня Z=29.9 м створа 1:

-средняя глубина реки:

-коэффициент Шези:

-средняя скорость течения:

-расход воды: Q=W*V=28.8*0.32=9.2 м3/с

Отметка уровня Z=54.5 м створа 2:

-средняя глубина реки:

-коэффициент Шези:

-средняя скорость течения:

-расход воды: Q=W*V=20.1*0.47=9.4 м3/с

Отметка уровня Z=39.5 м створа запани:

-средняя глубина реки:

-коэффициент Шези:

-средняя скорость течения:

-расход воды: Q=W*V=54.0*0.43=23.1 м3/с

Методика расчётов на всех уровнях аналогична. Итоги расчётов сведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3.

Расчётные гидрологические характеристики лимитирующих створов

при различных отметках уровней.

Отметки расчётных уровней Z, м		Ширина реки по урезу воды В, м		Площадь живого се- чения реки W, м	Средняя глубина реки hср, м		Коэффици- ент Шези С, м 0.5/с	Средняя скорость потока V, м/с	Расход воды Q, м3/с
Створ №1 Zср=29.4 м
29.9 30.5 31.1 34.7 32.3	57.5 62.5 67.5 72.5 76.0			28.8 64.8 103.8 145.8 190.4	0.5 1.03 1.54 2.01 2.5		33.6 40.4 44.5 47.6 50.3	0.32 0.55 0.74 0.91 1.07	9.2 35.65 76.8 132.0 203.2
Створ №2 Zср=53.9 м
54.5 55.1 55.7 56.3 56.9	33.5 35.0 36.0 37.5 38.5			20.1 40.7 62.0 84.1 106.9	0.6 1.16 1.72 2.24 2.78		26.6 31.5 34.7 37.1 39.1	0.47 0.77 1.04 1.27 1.48		9.4 31.5 64.3 106.5 158.2
Створ №3(запань) Zср=38.5 м
39.5 40.5 41.5 42.5			54.0 60.0 67.0 74.0	54.0 111.0 174.5 245.0		1.0 1.85 2.60 3.3	30.3 35.3 38.5 40.9	0.43 0.68 0.88 1.05		23.1 75.4 153.2 257.4

По данным вычислений приведённых в табл.1.3 на рис.1.2;1.3;1.4 на попереЀных профилях лимитирующих створов строятся графики зависимостей Q=f(z),V=f(z),hср=f(z)

Для расчёта возможной продолжительности периода лесосплава необходимо определить минимально допустимые глубины для молевого и плотового лесосплава /2,стр.11/:

(1.18)

где dmax-максимальный диаметр круглых лесоматериалов, dmax=0.55 (из задания 1.9);

-относительный объёмный вес лесоматериалов, =0.85;

-донный запас при молевом сплаве, =0.1м

В курсовой работе:

hмол=0.55*0.8+0.1=0.57 м

для плотового сплава:

hпл=Т+, (1.19)

где Т-осадка сплоточных единиц, из задания (п.3.1), Т=1.2;

-донный запас при плотовом лесосплаве, =0.2 м

hпл=1.2+0.2=1.4 м

На поперечном профиле (рис.1.2) от отметки Zср следует отложить допустимые глубины для молевого (hмол) и плотового (hпл) лесосплава, провести горизонтальные линии до пересе- чения с графиком зависимости Q=f(z) и определить минимальные сплавные расходы Qмол и

Qпл.

В курсовой работе:

Zмол=29.4+0.57=29.97 м; Zпл=29.4+1.4=30.8 м

Затем эти расходы переносят на гидрографы соответствующих створов. Для построения гидрографов необходимо определить среднедекадные расходы воды 50 и 90%ной обеспечен-

ности в расчётных створах.

Минимальные расходы воды:

В створе №1, с (рис.1.2) Qмол.1=12.5 м3/с

Qпл.1=55.0 м3/с

В створе №2, с (рис.1.3) Qмол.2=8 м3/с

Qпл.2=42 м3/с

В дальнейшем строим гидрографы лимитирующих створов Q=f(z). С этой целью опре- деляем среднедекадные расходы воды года заданного процента обеспеченности в расчётных

створах /2,стр.12/:

Qдек=Qрв*Kдек, (1.20)

где Kдек- модульный коэффициент декадного стока по данным водомерного поста (п.2.2 зада-

ния);

Qрс- среднегодовой расход воды года заданного процента обеспеченности в расчётном

створе /2,стр.12/:

(1.21)

где Qp%ВП- среднегодовой расход воды года заданной обеспеченности в створе водомерного

поста (табл.1.1.);

Fрс,F- соответственно площади водосбора реки в створах расчётном и водомерного поста

Fрс,F принимаются по графику, рис.1.1.

Расчёты среднедекадных расходов воды в лимитирующих створах производят для треть-ей декады апреля, трёх декад мая и трёх декад июня. Среднедекадные расходы расходы в ли- митирующих створах №1 и 2 определяют для лет 90%-ной обеспеченности, а в створе запа-ни-для 50%-ной и 90%-ной.

На гидрографах в створах №1 и 2 отмечают среднюю дату начала лесосплава (п.1.10 задания)

В курсовой работе, среднегодовой расход воды 90%-ной обеспеченности лимитирующе-

го створа № 1, определяется:

Среднедекадный расход воды 90%-ной обеспеченности для третьей декады апреля в створе

№ 1, определяется по формуле/1.22/:

Qдек=Qр.с.*Кдек , (1.22)

В курсовой работе:

Qапр.ств.!=26.75*2.2=58.7 м3/с

где Кдек-модульный коэффициент декадного стока в третьей декаде апреля, 90%-ной обеспе-

ченности, по данным водомерного поста (п.2.2 задания, К=2.2).

Остальные расчёты аналогичны, их результаты сведены в табл.1.4. для построения гидрогра-

фов.

В курсовой работе:

Створ запани-Р=50%:

P=90%:

По расчётным данным табл.1.4. строятся гидрографы створов, (рис.1.5;1.6;1.7).

Плотовой лесосплав можно проводить от даты начала лесосплава до даты соответствую-

щей точке пересечения Qпл с гидрографом. Этот период на реках первоначального лесоспла-

ва принимают в пределах 6-15 суток, но не более возможной продолжительности плотового лесосплава Тпл полученной расчётом.

Молевой лесосплав в створе № 1 начинается сразу после окончания плотового и возмо-жная продолжительность его ограничивается датой, соответствующей точке пересечения ми-

нимального расхода Qмол с гидрографом.

В лимитирующем створе № 2 молевой лесосплав начинается с первого дня лесосплава

(п.1.10 задания). Если горизонтальная линия Qмол расположена ниже гидрографа и не пересе-кается с ним, дата возможного окончания молевого лесосплава будет соответствовать пос-леднему дню июня. Значения расчётных параметров в лимитирущих створах, установленные

по графикам на рис.1.2. и 1.3, заносятся в табл. 1.5.

Ширина реки в начале периода плотового лесосплава Внп измеряется на поперечном про-филе по расходу Qнп , полученному на гидрографе рис.1.5. и перенесённому на кривую зави-симости Q=f(Z) на рис.1.2.

Ширина реки в конце периода плотового лесосплава находится аналогично по расходу

соответствующему дате фактического окончания плотового лесосплава.

Ширина реки при молевом лесосплаве, а также среднее по живому сечению скорости ре-

ки как для плотового , так и молевого лесосплава в створе № 1, определяются по этому же

способу.

Расчётные параметры для молевого лесосплава в створе № 2 определяются по гидрогра-фу, поперечному профилю и кривым, постренным для этого створа.

Таблица 1.5.

Значения расчётных параметров в створах № 1,2 по данным примера.

Расчётные параметры	Единицы Измерения	Створ № 1		Створ № 2 Молевой лесоплав
		Плотовой лесосплав	Молевой лесосплав
1.Минимальные глубины, hмин 2.Минимальные уровни, Zмин 3.Начало периода 4.Окончание периода 5.Возможная продолжитель- ность лесосплава 6.Ширина реки: в начале периода, Вн в конце периода, Вк средняя для периода, Вср 7.Средняя по живому сече- нию скорость течения: в начале периода, Vн в конце периода, Vк средняя для периода, Vср	м м число, месяц число, месяц суток м м м   м/с м/с м/с	1.4 30.8 6.05 20.05   15 72.0 72.0 72.0   0.87 0.87 0.87	0.57 30.0 21.05 30.06   40 72.5 61.0 66.7   0.87 0.49 0.68	0.57 54.5 6.05 30.06   55 36.5 34.0 35.25   0.9 0.5 0.7

 

 

 

Таблица 1.4. Среднедекадные расходы воды Q, м3/с в расчётных стврах.

Месяц	Декада	Среднегодовой расход воды Qр.с., м3/с в створе водомерного поста с табл.2.2 задания		Модульные коэффи-циенты декадного сто-ка по данным водо-мерных постов (табл.2.2 задания)		Среднегодовой расход воды года заданного процента обеспечен-ности в расчётном створе Qр.с. м3/с				Среднедекадные расходы в расчётных створах, м3/с Qдек=Qр.с.*Кдек ,
		50%	90%	50%	90%					створ №1 Р=50%	створ №2 Р=90%	Створ запани
						створ №1 Р=50%	створ №1 Р=90%	Створ запани
								Р=50%	Р=90%			Р=50%	Р=90%
Апрель	III	30.3	28.7	2.35	2.2	26.75	10.45	25.54	24.2	58.7	23.0	60.00	53.24
Май	I II III			4.8 6.35 4.15	4.6 6.1 4.0					123.05 163.2 107.0	48.1 63.6 41.8	122.6 162.2 106.0	111.3 147.6 96.8
Июнь	I II III			2.9 1.75 1.23	2.8 1.7 1.2					74.9 45.5 32.4	29.3 17.8 12.54	73.5 44.7 31.4	67.8 41.1 29.0