Анализ русловых переформирований и исследование скоростного режима

Водные изыскания, выполняемые в связи со строительством гидротехнических сооружений на водоемах, носят название гидротехнических изысканий. В зависимости от целей гидротехнического строительства они подразделяются на воднотранспортные, водно-энергетические, лесосплавные, мелиоративные и др.

Воднотранспортные изыскания производят для получения материалов, необходимых как для проектирования и строительства разных объектов, так и для эксплуатации водных путей. Поэтому воднотранспортные изыскания подразделяются на строительные и эксплуатационные.

К строительным воднотранспортным изысканиям относятся изыскания, выполняемые в связи со строительством портов, судопропускных сооружений, судоремонтных заводов, набережных судоходных каналов, а также в связи с транспортным освоением водохранилищ.

В состав строительных изысканий входят следующие виды работ:

топографические, геодезические, гидрографические, гидрологические, метеорологические, инженерно-геологические и специальные.

Строительные изыскания проводят в тесной увязке с проектированием в строительстве. Каждой стадии проектных разработок соответствует определенная стадия изысканий. вода русло судовой

В соответствии со стадией проектирования изыскания делятся на облегченные (рекогносцировочные), подробные и предпостроечные.

Независимо от стадии проектирования и вида изысканий изыскательские работы для строительства подразделяются на следующие периоды: подготовительный, полевой и период камеральной обработки материалов.

Эксплуатационные воднотранспортные изыскания проводят на внутренних водных путях. В задачу эксплуатационных изысканий входят: изучение руслового и гидрологического режима; контроль за состоянием судовых ходов и их навигационного ограждения; обеспечение технической документацией дноуглубительных, выправительных и других путевых работ и определение их эффективности; составление и корректировка навигационных пособий.

Для производства изысканий технические участки имеют в своем составе специализированные и русловые изыскательские партии. За каждой партией закрепляют определенный участок реки, в пределах которого они выполняют работы согласно своему назначению.

На специализированные изыскательские партии обычно возлагается производство изысканий для коренного улучшения судоходных условий на затруднительных участках рек, работы по развитию и восстановлению планово-высотной опорной сети, сплошные гидрографические съемки для составления лоцманских карт и лоций и другие специальные работы.

Русловые изыскательские партии производят гидрографические съемки для дноуглубительных работ на транзитном судовом ходу, а также на акваториях портов и затонов и на подходах к ним. Русловые съемки для дноуглубительных работ на транзитном судовом ходу делятся на предварительные, повторные и контрольные. Предварительная съемка является основной. Она освещает состояние переката и судового хода на нем в текущую навигацию, определяет надобность в разработке судоходной прорези и позволяет наметить ее положение. Предварительные съемки обычно производят на спаде весеннего половодья.

Повторную съемку переката производят непосредственно перед дноуглубительными работами. Цель повторной съемки - окончательное трассирование прорези и корректировка расположения знаков судоходной обстановки.

Контрольную съемку выполняют для определения результатов дноуглубительных работ, оценки устойчивости прорези и выявления необходимости в последующих дноуглубительных работах.

В курсовой работе предлагается сделать анализ русловых деформаций, а также исследовать скоростной режим участка съемки.

1. Общие указания по курсовой работе

Построение линии свободной поверхности при проектном уровне между гидропостами (рисунок 2.2) производится по отметкам проектного уровня воды, вычисленным по формуле

Z_{Hпр i} = Z _«0»гр.i + H_{пр i} (2.9)

Z_Hпр1 = 109,35 + 0,72 = 110,07 м

Z_Hпр2 = 101,29 + 0,15 = 101,44 м

где Н_{пр i} - проектный уровень воды по гидропосту, м

Определение падения и продольного уклона производятся в таблице 2.3. Падение при проектном уровне воды вычисляется по формуле

_Hпр = Z_Hпрl - Z_Hпр2, м (2.10)

_Hпр = 110,07 - 101,44 = 8,63 м

где Z_Hпр1 - отметка проектного уровня воды по верхнему гидропосту;

Z_Hпр2 - отметка проектного уровня воды по нижнему гидропосту.

Вычисляются осредненное падение и уклон при проектном уровне:

_ср = _Hпр/L, м/км. (2.11)

_ср = 8,63/175 = 0,0493 м/км

I_пр = _ср/10³ (2.12)

Вывод: участок относится к перекатному типу, так как уклон при проектном уровне больше, чем при максимальном (I_пр>I_max).

Таблица 2.2 - Расчет падений и уклонов при максимальном уровне.

Таблица 2.3 - Расчет падений и уклонов при проектном уровне.

3.1 Определение отметок максимального уровня

Отметки максимального уровня воды на каждом километре исследуемого участка русла определяются по формуле

Z_{Hmax n} = Z_{Hmax в} - _n (3.1)

где Z_{Hmax в} - отметка максимального воды на верхнем гидропосту;

падение на каждом километре при максимальном уровне

_n = I_max· L_n (3.2)

где L_n - расстояние от верхнего гидропоста до рассматриваемого километра;

I_max - уклон при максимальном уровне.

Расчёт производится в таблице 3.1.

3.2 Определение отметок проектного уровня по уклону водной поверхности

Отметки проектного уровня воды на каждом километре исследуемого участка русла определяются по формуле

Z_Hпр.n^(I) = Z_Hпр.в - _n (3.3)

где Z_Hпр.в - отметка проектного уровня воды на верхнем гидропосту;

ДZ_n = I_пр· L_n - падение на каждом километре при проектном уровне; (3.4)

L_n - расстояние от верхнего гидропоста до рассматриваемого километра;

I_пр - уклон при проектном уровне. Расчёт производится в таблице 3.1.

3.3 Вычисление значений срезок на исследуемом участке

Вычисляются значения срезок по гидропостам:

для верхнего поста ДH_в = Н_{max в} - Н_{пр в}; (3.5)

для нижнего поста ДH_н = Н_{max н} - Н_{пр н} (3.6)

В таблице 3.1 рассчитываются значения срезок на каждом километре исследуемого участка вычитанием значений отметок проектного уровня из отметок максимального уровня

ДH_n = Z_{Hmax n} - Z_Hпр.n (3.7)

Для контроля вычислений определяются величины срезок ДH_n(ф) по формулам.

Если разница между ДH_в и ДH_н меньше 5см, то срезки на рассматриваемом участке равны их среднему значению:

H_n(ф) = (ДH_в+ ДH_н)/2 (3.8)

Если разница между ДH_в и ДH_н больше 5см, то принимаем значения срезок для каждого километра пропорционально расстояниям:

H_n(ф) = ДH_в + (ДH_н - ДH_в)L_n/L (3.9)

где L - расстояние между гидропостами. (Таблица 3.1).

3.4 Определение отметок проектного уровня по значениям срезки, сравнение и анализ результатов

Определение отметок проектного уровня по значениям срезки ДH_n(2) производится по формуле:

Z_{Hпр n.} = Z_{Hmax n} - Н_n(ф), (3.10)

где Z_{Hmax n} - отметка максимального уровня воды каждого километра рассматриваемого участка;

Н_n(ф) - срезка для каждого километра.

Результаты представлены в табл.3.1.

Таблица 3.1 - Определение отметок проектного уровня.

Вывод: расчет произведён верно, т.к. результаты 2 и 5 строк приблизительно равны.

3.5 Определение отметок дна по линии судового хода и сравнение с линией проектного дна

Продольный профиль по линии судового хода чертится на миллиметровой бумаге формата A3 или А4. По вертикальной оси откладываются значения отметок в метрах, а по горизонтальной - расстояния в метрах или километрах (см. рис. 3.1.). По отметкам максимального уровня воды проводится линия свободной поверхности для максимального уровня, по отметкам проектного уровня проводится линия свободной поверхности для проектного уровня красным цветом. Вычисляются отметки дна на каждом километре рассматриваемого участка по формуле

Z_дна = Z_Hпр.n - h_n. (3.11)

где Z_Hпр.n - отметка проектного уровня, м;

h_n - глубина по судовому ходу, м.

Отметки проектного уровня для промежуточных точек определяются интерполяцией пропорционально расстояниям.

Линия проектного дна проводится красным цветом по отметкам, полученным вычитанием минимальной гарантированной глубины h_г. из отметок проектного уровня:

Z_пр.дна = Z_Hпр.n - h_г (3.12)

Гарантированная глубина h_г = 1м.

Вывод: землечерпательные работы не требуются, т.к. линия проектного дна выше, чем линия дна.

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 (см. рис.4.2). Кроме того, на график наносится точка, соответствующая проектным уровням воды на гидропостах.

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:

, (4.2)

где С - коэффициент Шези

I - продольный уклон водной поверхности.

R = щ/ч - гидравлический радиус, м; (4.3)

для равнинных рек гидравлический радиус равен средней глубине

h_ср = щ/B (4.4)

где щ - площадь поперечного сечения русла, м²;

ч - 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 = R^1/6/ n (4.5)

где n - коэффициент шероховатости.

Коэффициент шероховатости можно определить по гидравлическим таблицам в зависимости от вида русла или по формуле

n = kd^1/6, (4.6)

где коэффициент k по В.М. Маккавееву равен 0,03;

d - средний диаметр частиц донных отложений, мм.

Порядок расчета.

1) Определяем коэффициент шероховатости русла по формуле (4.6):

n = 0,03 0,65^1/6=0,028

2) Строится поперечное сечение русла (см. рис. 4.3.) на исследуемом участке;

определяется его площадь:

щ₁ = 1/2·1·37,5 = 18,75 м²

щ₂ = 1/2·(1+2,75)·50 = 93,75 м²

щ₃ = 1/2·(2,75+1)·137,5 = 257,8 м²

щ₄ = 1/2·1·50 = 25 м²

щ = щ₁+щ₂+щ₃+щ₄ = 395,3 м²

длина смоченного периметра:

ч = ч₁+ч₂+ч₃+ч₄ = 275,03 м

средняя глубина по формуле (4.4):

h_ср = 395,3/275 = 1,44 м

гидравлический радиус по формуле (4.3):

R = 395,3/275,03 = 1,44 м

Для равнинных рек R = h_ср, расчет выполнен верно.

3) Вычисляется коэффициент Шези по формуле (4.5):

C = 1,44^1/6/0,028 = 37,95

4) Средняя скорость определяется по формуле (4.2):

Анализ полученных результатов:

4.3 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:

V_нр = 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 V_р, при которой движение донных наносов становится массовым, называется размывающей. Соотношение между размывающей и не размывающей скоростями равно 1,3.

V_p = 1,3·V_нp. (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:

1) определить неразмывающую скорость по формуле (4.7):

V_нр = 3,9·(0,00065·2,75/ 0,0009)^0,2 ·(0,00065 + 0,0014)^0,3 = 0,698 ? 0,7 м/с

2) определить соответствующую размывающую скорость по формуле (4.8):

V_р = 1,3 · 0,7 = 0,91 м/с

3) среднюю скорость потока, определенную по формуле Шези, сравнить с полученным значением размывающей скорости.

V_ср < V_р

Вывод: размыв дна в потоке происходить не будет, т.к. средняя скорость потока меньше размывающей.

4.4 Исследование распределения скорости течения по вертикали

Для аналитического выражения закономерности изменения осред-ненных скоростей течения по глубине (на вертикали) предложен ряд формул. В данной работе используется формула А.В.Караушева:

(4.9)

где Р - безразмерный параметр, определяемый по выражению

Р = 0,57 + 3,3/ С при 10<С<60, (4.10)

Р = 0,0222 - 0,000197С при 60<C<90 (4.11)

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;

V_п - поверхностная скорость течения, м/с;

V_п = 1,11·C·V_ср/ (C - 1) (4.12)

где С - коэффициент Шези;

V_ср - средняя скорость потока.

Порядок расчета:

P = 0,57 + 3,3/ 37,95 = 0,66

V_п = 1,11·37,95·0,32/ (37,95 - 1) = 0,399 = 0,4 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.

4.5 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 в плане (см. рис.4.5) в сторону вогнутого берега. Они приводят к образованию поперечного уклона I_поп. и поперечных составляющих скорости, перпендикулярных основному направлению течения воды.

Величину центробежной силы определяют как

F_цб = mV²/r, (4.13)

где m - масса, кг·с²/м;

V - средняя продольная скорость, м/с;

r - радиус закругления, м (измеряется на плане).

Поперечный уклон определяется по формуле

I_поп. = tgв = V²_ср/(r·g) (4.14)

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

ДН = I_поп·В (4.15)

Для определения величины поперечной составляющей скорости V_поп. на вертикали, находящейся на повороте русла, предложено несколько формул (В.М. Маккавеевым, М.В. Потаповым, К.И. Россинским, И.А. Кузьминым и др.). Приведем формулу К.И. Россинского и И.А. Кузьмина:

V_поп. = [(1,53С²V_срh)/(gr)] (y₁/h)^0,15 [(y₁/h)^0,3 - 0,80], м/с (4.16)

где у₁ - высота точки над дном, м;

h - глубина потока на вертикали, м.

Порядок расчета:

вычисляются поперечный уклон (4.14)

I_поп. =0,32²/(2875·9,8) = 0,0000036 ? 4·10^-6;

превышение уровня воды у вогнутого берега (4.15)

ДH = 4·10^-6·275= 0,0011 м;

определяются на вертикали величины скоростей поперечной циркуляции (4.16)

V_{поп. 0,02} =[(1,53·37,952·0,32·2,75)/(9,8·2875)] 0,02^0,15 [0,02^0,3 - 0,80] =

= - 0,0188 м/с

V_{поп. 0,2} =[(1,53·37,952·0,32·2,75)/(9,8·2875)] 0,2^0,15 [0,2^0,3 - 0,80] =

= - 0,0099 м/с

V_{поп. 0,4} =[(1,53·37,952·0,32·2,75)/(9,8·2875)] 0,4^0,15 [0,4^0,3 - 0,80] =

= - 0,0024 м/с

V_{поп. 0,6} =[(1,53·37,952·0,32·2,75)/(9,8·2875)] 0,6^0,15 [0,6^0,3 - 0,80] =

= 0,0037 м/с

V_{поп. 0,8} =[(1,53·37,952·0,32·2,75)/(9,8·2875)] 0,8^0,15 [0,8^0,3 - 0,80] =

= 0,009 м/с

V_{поп. 1,0} =[(1,53·37,952·0,32·2,75)/(9,8·2875)] 1,0^0,15 [1,0^0,3 - 0,80] =

= 0,014 м/с

По этим значениям строится эпюра скорости поперечной циркуляции (см. рис. 4.6).

4.6 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, горизонтальная составляющая которого равна

k = 2·w·V·sin ц, (4.17)

где ц - широта места (для реки Вилюй ц = 63^о с.ш.);

w - угловая скорость вращения Земли;

V - скорость движения тела.

Это ускорение, умноженное на массу тела m, дает силу, называемую силой Кориолиса:

К = 2·m·w·V·sin ц (4.18)

В северном полушарии сила Кориолиса направлена вправо под прямым углом к движению тела, а в южном - влево. Под ее действием на 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. Это, в свою очередь, приводит к возникновению в северном полушарии поперечной циркуляции с направлением поверхностных слоев воды к правому берегу, а донных - к левому. Совместно с продольным течением жидкости поперечная циркуляция образует 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. Аналогично вышеуказанному определению поперечного уклона на закруглении русла получим следующее выражение для поперечного уклона:

I_к = k/ g (4.19)

Угловая скорость вращения Земли, выраженная в радианах в секунду равна:

w = 2р/ (24·3600) = 0,0000728 рад/ с (4.20)

Подставляя это выражение в формулу (4.15), получим:

k = 0,0001456·V_ср·sin ц (4.21)

Тогда формула для поперечного уклона будет иметь вид:

I_k = (0,0001456 V_ср·sin ц)/ g (4.22)

Превышение уровня воды у правого берега над левым (в северном полушарии) определяется произведением поперечного уклона на ширину русла:

ДН = I_k · B (4.23)

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

Vк = (2,65·w·h·C²·sin ц)(y₁/ h)^0,15 [(y₁/h)^0,65 - 0,89], м/с. (4.24)

Порядок расчета:

1) определить поперечный уклон (4.22)

I_k = (0,0001456·0,32·sin63є)/ 9,8 = 0,000004236;

2) определить превышение уровня воды у правого берега над левым (4.23)

ДН = 0,000004236·275 = 0,001165 м;

3) определить по формуле (4.24) скорости поперечной циркуляции, возникающей под действием силы Кориолиса

V_{к 0,02} = (2,65·0,0000728·2,75·37,95²·sin63⁰)·0,02^0,15·(0,02^0,65 - 0,89) =

= - 0,3072 м/с

V_{к 0,2} = (2,65·0,0000728·2,75·37,95²·sin63⁰)·0,2^0,15·(0,2^0,65 - 0,89) =

= - 0,2881 м/с

V_{к 0,4} = (2,65·0,0000728·2,75·37,95²·sin63⁰)·0,4^0,15·(0,4^0,65 - 0,89) =

= - 0,2010 м/с

V_{к 0,6} = (2,65·0,0000728·2,75·37,95²·sin63⁰)·0,6^0,15·(0,6^0,65 - 0,89) =

= - 0,1088 м/с

V_{к 0,8} = (2,65·0,0000728·2,75·37,95²·sin63⁰)·0,8^0,15·(0,8^0,65 - 0,89) =

= - 0,0165 м/с

V_{к 1,0} = (2,65·0,0000728·2,75·37,95²·sin63⁰)·1,0^,15·(1,0^,65 - 0,89) =

= 0,0749 м/с

4)построить эпюру поперечных скоростей (см. рис. 4.6)

5) построить суммарную эпюру поперечной циркуляции (от действия сил центробежной и Кориолиса) (см. рис. 4.6).

Вывод: сила Кориолиса и центробежная сила направлены в одну сторону, значит эпюры скоростей суммируются.

5. Определение расхода воды и расхода взвешенных наносов в поперечном сечении русла

В поперечном сечении исследуемого участка определяется расход воды и расход взвешенных наносов аналитическим методом.

5.1 Определение расхода воды аналитическим методом

Порядок выполнения работы.

1) Вычисляются скорости течения воды в каждой из пяти точек на пяти скоростных вертикалях и определяются средние скорости на каждой вертикали.

Вычисления проводятся в таблице 5.1.

Графы 1, 2, 3 таблицы заполняются для выбранного поперечного сечения русла по плану участка, графы 5 и 6 - по данным из приложения. Делением суммы оборотов лопасти вертушки (графа 5) на время измерения (графа 6) определяется число оборотов лопасти в 1 секунду "n" (графа 7). Затем вычисляются скорости во всех точках на вертикалях по уравнению вертушки:

V = a + b·n, м/c (5.1)

где n - число оборотов в 1 секунду,

а и b - коэффициенты уравнения вертушки; а = 0,037, b = 0,750.

Средняя скорость на каждой вертикали (графа 9) вычисляется по формуле:

V_ср = 0,1(V_пов + 3V_0,2 + 3V_0,6 + 3V_0,8 + V_дно), м/с (5.2)

2) Производится аналитическое вычисление расхода воды и площади живого сечения в таблице 5.2.

Сначала для каждого элемента живого сечения между вертикалями записываются площади сечений (w_i) (графа 4), которые были посчитаны в п.4.2. В графе 5 записываются средние скорости на вертикалях, определенные в таблице 5.1.

Средние скорости течения между вертикалями (V_nср.) (графа 6) определяются как полусуммы средних скоростей (V_ср.i) на смежных вертикалях.

V'_{cр 2} = (V_ср.1 + V_ср.2)/2 и т.д. (5.3)

При этом для первой и последней части живого сечения средние скорости определяются умножением средней скорости на ближайшей вертикали на коэффициент, учитывающий распределение скорости течения у берега. Берег пологий, поэтому коэффициент берем равным 0,7.

V'_{cр 1} = k V_ср.1 (5.4)

Расходы воды через части живого сечения (q_i) (графа 7) определяются произведением площадей (w_i) на средние скорости (V_nср.) между вертикалями.

q_i = w_i V'_{ср I} (5.5)

Общий расход воды (Q) определяется суммированием расходов через элементы сечения.

Q = ? q_i (5.6)

3) По полученным данным дополнительно вычисляются:

а) средняя скорость в живом сечении площадью W

V_ср = Q/W, м/с; (5.7)

б) средняя глубина живого сечения

h_ср = W/B, м; (5.8)

где B - ширина русла.

Таблица 5.1 - Вычисление скоростей в точках живого сечения

Таблица 5.2 - Вычисление расхода воды аналитическим способом

h_ср = W/ B = 395,3/275 = 1,44 м

V_ср = Q/ W = 257,09/395,3 = 0,65 м/с.

5.2 Вычисление расхода взвешенных наносов аналитическим методом

Вычисление расхода взвешенных наносов производится в таблицах 5.3 и 5.4.

Порядок выполнения работы.

1) Определяются значения мутности в каждой точке отбора проб. Мутность (графа 8) находится делением весового количества наносов P на объем пробы A

с = P 10⁶ / A, г/м³ (5.9)

Вес наносов в пробе дан.

Объем каждой пробы на мутность A = 3000 см³

2) Вычисляются единичные расходы наносов б в точках (графа 9) по формуле

б = v*с, г/(м²с) (5.10)

где v - скорость течения в точке, м/с (из таблицы 5.1);

с - мутность в той же точке, г/м³.

3) Вычисляются средние единичные расходы наносов на вертикалях (графа 10) по формуле

б_ср.i = 0,1(б_пов. + 3б_0,2 + 3б_0,6 + 2б_0,8 + б_дно), г/(м²с) (5.11)

4) По полученным данным аналитическим способом вычисляется расход взвешенных наносов по таблице 5.4. Общий расход взвешенных наносов (R) находят суммированием расходов наносов (r_i) (графа 7) через части живого сечения между смежными вертикалями (w_i) (графа 6), которые вычисляются умножением значений площадей (графа 6) на средние единичные расходы между вертикалями.

Средние единичные расходы наносов между вертикалями (графа 5) определяются как полусуммы средних единичных расходов наносов на смежных вертикалях, которые вычислены в табл. 5.3. При этом для первой и последней частей живого сечения средний единичный расход определяется умножением среднего единичного расхода на ближайшей вертикали на коэффициент, равный 0,7 (аналогично определению скоростей течения между вертикалями в табл. 5.2).

Общий расход взвешенных наносов

R_н = ? r_i, кг/с (5.12)

5) По полученным данным вычисляется средняя мутность в сечении

с_ср. = 1000 R_н /Q, г/м³ (5.13)

Размещено на http:www.allbest.ru/

Таблица 5.3 - Вычисление мутностей и единичных расходов взвешенных наносов в точках живого сечения.

Размещено на http:www.allbest.ru/

Таблица 5.4 - Вычисление расхода взвешенных наносов в живом сечении русла

Средняя мутность в сечении:

= 1000·R_н / Q = 1000·5,82/ 257,09 = 22,64 г/м³

Размещено на http:www.allbest.ru/

6. Анализ русловых переформирований

6.1 Описание участка

По планам участка съемки (см. приложение 1) производится его описание, включающее следующее:

1) название участка или переката: р. Вилюй, перекат Самсоновский.

2) наличие островов или осерёдков: на 675 километре находится остров размерами 325Ч100 м.

3) коэффициент извилистости:

К_изв = L/ l = 9/6,25 = 1,44

где L - длина участка по руслу, км;

l - расстояние по прямой, км.

коэффициент разветвленности:

К_разв = (l₁ + l₂ + … + l_n + L)/L = (0,525 + 9)/9 = 1,058

где L - длина судового хода, км;

l₁, l₂,…l_n - длины рукавов и проток, км.

4) гарантированная глубина: 1,0 м.

5)минимальная и максимальная ширина русла между нулевыми изобатами:

B_max = 350 м на 681 км

B_min = 50 м на 674,5 км

6) минимальная и максимальная ширина русла между изобатами гарантированной глубины:

B_max = 275 м на 681 км

B_min = 38 м на 674,5 км

7) минимальная и максимальная глубина по линии судового хода:

h_max = 3,1 м на 675,5 км

h_min = 2,6 м на 682,5, 683,5 км

8)притоки, водовороты, затяжные, свальные и другие течения отсутствуют.

9)затоны, пристани, сооружения: имеется воздушный переход на 680,3 км.

10) длина участка (или километраж по судовому ходу): 9 км.

11) характеристика берегов:

правый берег скалистый с 680,5 по 675,5 км, галечно-песчаный на 683,5-680,5 км и 675,5-674,5 км;

левый берег: галька с песком на всем протяжении участка (674,5-683,5 км);

бровка пологая по левому берегу на 680-675 км, крутая по правому и левому берегу на 683,5-680,5 км и 675,5-674,5км.

12) причины образования переката на данном участке: центробежная сила и сила Кориолиса размывают правый берег. Наносы оседают ниже по течению, образуя остров.

13) направление течения реки: на юго-восток на 683-680 км и на северо-восток на 680-675 км.

14) наличие пунктов плановой и высотной опорной сети:

Пункт А находится на 683 км. Пункт В находится на 674,5 км.

15) наличие береговой и плавучей обстановки:

перевальные знаки по правому берегу на 683, 678,5 км, по левому берегу на 680,5 км;

сигнальные знаки на 680,6 км, предупреждающие о воздушном переходе;

ходовые знаки на правом берегу на 678,3, 676,6 км, сообщающие, что следовать надо на расстоянии 50-80 м от берега;

знак створа с перевалом на 676,5 км, линейного створа на 675,5 км.

6.2 Анализ русловых переформирований

Левый берег:

683,5-682,6 км - зона размыва;

682,6-675,5 км - зона намыва;

675,5-674,5 км - зона размыва;

Правый берег:

683,5-683 км - зона намыва;

683-675 км - зона размыва;

675-674,5 км - зона намыва;

Средняя скорость движения острова

V-_ср = S/t = 125/10 = 12,5 м/год,

где S - расстояние смещения, м;

t - время смещения, годы.

Совмещенные планы съемок представлены в приложении 1.

7. Обработка материалов промерных работ

7.1 Построение плана участка реки в изобатах

В задании выполняется камеральная обработка материалов промерных работ на участке реки, включая приведение измеренных глубин к срезочному (проектному) уровню и построение плана участка в изобатах.

Исходными материалами для выполнения задания являются:

1) выкопировка с планшета съемки участка реки с нанесенными на нее точками промеров глубин;

2) выписка из журнала промеров глубин с указанием отметок рабочих уровней воды на промерных галсах Z_р и величины срезки глубин ДH.

Порядок выполнения работы.

1) По заданному варианту величины срезки (ДH) глубины, измеренные при рабочем уровне (h_р), приводятся к срезочному (проектному) уровню. Глубины при срезочном уровне (h_ср) находят вычитанием величины срезки (ДH) из глубин при рабочем уровне (h_р)

h_ср = h_р - ДH. (7.1)

Вычисление ведется в таблице 7.1.

2) По приведенным к срезочному уровню глубинам (h_ср) строится план участка реки в изобатах в масштабе 1:10000.

Для этого предварительно на план переносятся промерные точки, справа от них выписываются приведенные глубины (h_ср) в метрах с точностью до 0,01 м, и с помощью методов интерполяции проводятся изобаты через один метр (0,0; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 и т.д.).

На план участка наносятся:

1)линии урезов воды при срезочном и рабочем уровнях; урез воды при срезочном (проектном) уровне соответствует нулевой изобате, урез воды при рабочем уровне соответствует линии, проходящей через крайние точки левого и правого берегов, т.е. точки с глубинами, равными отрицательной величине срезки (-ДH);

2)магистральный ход с привязанными к нему промерными галсами;

3)береговая ситуация;

4)после проведения изобат на плане участка реки проводится линия судового хода (трассирование осуществляется по наибольшим глубинам в виде ломаной прямой с возможно меньшим числом углов), указывается направление течения стрелками в начале и конце участка;

5)проводится изобата гарантированной глубины.

План участка реки в изобатах представлен в приложении 3.

Таблица 7.1 - Расчет срезочных глубин (срезка ДH = 2,40 м)

ЛИТЕРАТУРА

Размещено на Allbest.ru