Б) для крупных наносов, м/с

Paсчеты характеристик русловых форм

(практические занятия)

А) Донные гряды

Определить параметры и динамические характеристики донных гряд.

Исходные данные:

Вариант 1: п = 0,025, У = 0.17, I = 0.001, D = 0.4 мм, N = 35 лет, Н_г = 35.6 м

Вариант 2: п = 0,035, У = 0.17, I = 0.0007, D = 0.8 мм, N = 35 лет,Н_г = 35.0 м

Вариант 3: п = 0,03, У = 0.17, I = 0.0012, D =2.0 мм, N = 35 лет, Н_г= 36.6 м

Решение:

1. Для различных глубин воды (Н = 0.2…3 м) строиться зависимость V = ƒ (H) для расчетной вертикали над грядой (М: 1 см – 0,2 м и м/с), используя данные измерений или формулу Шези:

V = С *

C =H^у / п,

2. Определяется значение неразмывающей скорости течения воды V_н при заданной крупности грунта донных наносовD (табл.П.3) и соответствующее ей критическая глубина. Для их оценки на графикеV =ƒ (H) следует построить зависимостьV_н = ƒ (H). Критическая (h_к) глубина находится для точки их пересечения, т.е. при V = V_н.

3. Для каждого года наблюдений за уровнем воды (по таблицам или гидрографам) с использованием зависимости V = ƒ (H) определяются:

продолжительность периода (Т_i), когда выполняется условие V>V_ни Н >H_k;

максимальную отметку уровня воды (Н_мах);

максимальную (h_мах) и среднюю (h_c) глубины воды над гребнем гряды за этот период,h_c = 0.5(h_мах + h_к);

максимальную (V_мах) и среднюю (V_c) скорости воды над гребнем гряды за этот период,V_c= 0.5(V_мах + V_к);

длина и высота гряды (ф. П.2, П.4) при Н = h_c;

средняя скорость и расстояние смещения гряды в каждом году(ф. П.5, П.6);

 

Длина гряд l_г м при установившемся режиме движения воды определяется по зависимости:

(П.2)

где С - коэффициент Шези на расчетной вертикали при среднем значении уклона потока по ширине реки, м^0,5/с;

Н =h_c- средняя глубина потока на вертикали (над гребнем), м;

g =9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

Высоту гряд h_г м следует определять по зависимостям:

 

h_г= 0,25Н при Н < 1 м; (П.4)

h_г= 0,2 + 0,1Н при Н > 1 м.

Скорость смещения гряд С_г определяется по формулам:

C_г = 0,019 υ Fr³, м/с (П.5)

C_г = 1642 υ Fr³, м/сут

где υ- средняя скорость потока над гребнем гряды, м/с;

- число Фруда.

Среднее расстояние, на которое сместится гряда в течении одного года (м), будет равно:

L =C_г * T. (П.6)

Таким образом, количество гряд, проходимых через створ сооружения в течении года, примерно составит:

N_g = L /l_г (П.7)

Продолжительность движения одной гряды установившегося профиля в сутках определяется по формуле:

τ_г= l_г / С_г, (П.8)

 

Фрагмент результатов расчетов параметров и смещения донных гряд за нормативный период эксплуатации водозабора

Год	Ti. сут	Нмах, м	hмах, м	hc м	Vмах, м/с	Vc, м/с	hг, м	Fr	Cг, м/сут	lг, м	L, м
		43,3
		44,9
		41,9
…………	……	……..
		40,2
		42,6

Сумма ΣL_i =

4.По полученным за многолетний период (N_р) наблюдений расстояниям смещения гряды вычисляется среднемноголетнее значение:L_см = ΣL_i / N_р(где N_р = 5), а при необходимости - количество гряд и продолжительность смещения гряды..

Б) Побочень ( затопляемаямезоформаречного русла)

Для определения смещения затопляемых мезоформ речного русла или их фрагментов, пересекающих створ сооружения за период его эксплуатации необходимо выполнить расчет скорости их перемещения.

Скорость перемещения затопляемых в паводок мезоформ речного русла или их фрагментов определяется по формуле:

С _Δ = 950 υ_г (h_г / Δ) Fr ³, (П.9)

где С _Δ - скорость перемещения мезоформ (в общем случае при расчетах может быть принято несколько расчетных вертикалей по ширине русла и соответственно получено неравномерное смещение мезоформы по ее фронту движения), м/сут;

υ_г - средняя скорость потока над гребнем микроформы, м/с; h_г /Δ - относительная высота микроформ;

h_г - высота микроформ, определяемая по формулам (3) и (4), м;

Δ - высота мезоформы, определяемая по топографической карте или русловой съемке как разность между отметками гребня и подвальямезоформ, м.Для варианта 1: ∆ = 1.5 м, варианта 2: ∆ = 2.0 м, варианта 3:∆ 2.5 м;

- значение числа Фруда над гребнем микроформ.

Среднее расстояние, на которое сместится мезоформа в течении одного года (м), будет равно:

L_i =C_Δ * T_i. (П.10)

где Т_i - период половодий и паводков, когда средние скорости потока воды над мезоформой превышают неразмывающие.

Расстояние L _Δм, пройденное мезоформой вдоль расчетного продольника за прогнозируемый период времени (срок эксплуатации сооружения) Т_пр, следует вычислять по зависимостям:

L_см = ΣL_i / N,

L_Δ =L_см * Т_пр,,(П.11)

где L_см - среднемноголетнее значение смещения мезоформы, м/год;

N– период наблюдений за уровнем воды в реке, данные по которым использованы в расчетах.

Фрагмент результатов расчетов параметров и смещения донных гряд и побочня за нормативный период эксплуатации водозабора

Год	Тi, м/сут	Vc, м/с	hc м	Fr	Cг, м/сут	C∆ м/сут	Li м
…………

Сумма ΣL_i =

Таблица П.3

 

Значения неразмывающих скоростей потока

А) для песка, м/с

 

Глубина потока H м	Диаметр частиц d мм
0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
0,5	0,37	0,38	0,39	0,40	0,40	0,41	0,41	0,42	0,42	0,43	0,48	0,54	0,60	0,64	0,68
1,0	0,43	0,44	0,44	0,45	0,46	0,47	0,47	0,48	0,49	0,49	0,55	0,63	0,69	0,74	0,78
1,5	0,46	0,47	0,48	0,49	0,50	0,51	0,51	0,52	0,53	0,54	0,59	0,68	0,75	0,80	0,85
2,0	0,49	0,50	0,51	0,52	0,53	0,54	0,54	0,55	0,56	0,57	0,63	0,72	0,80	0,85	0,90
2,5	0,51	0,52	0,54	0,54	0,55	0,56	0,57	0,58	0,59	0,60	0,66	0,75	0,83	0,89	0,94
3,0	0,53	0,54	0,56	0,56	0,57	0,58	0,59	0,60	0,61	0,62	0,68	0,78	0,86	0,92	0,98
3,5	0,55	0,56	0,57	0,58	0,59	0,60	0,61	0,62	0,63	0,64	0,70	0,80	0,89	0,95	1,01
4,0	0,56	0,58	0,59	0,60	0,61	0,62	0,62	0,63	0,64	0,65	0,71	0,82	0,91	0,98	1,04
4,5	0,58	0,59	0,60	0,61	0,62	0,63	0,64	0,65	0,66	0,67	0,72	0,84	0,93	1,00	1,06
5,0	0,59	0,60	0,62	0,62	0,63	0,64	0,65	0,66	0,67	0,68	0,76	0,86	0,96	1,02	1,08
6,0	0,61	0,62	0,64	0,65	0,66	0,67	0,68	0,69	0,70	0,71	0,78	0,89	0,99	1,06	1,12
7,0	0,63	0,64	0,66	0,67	0,68	0,69	0,70	0,71	0,72	0,73	0,81	0,92	1,02	1,10	1,16
8,0	0,65	0,66	0,68	0,69	0,70	0,71	0,72	0,73	0,74	0,75	0,83	0,95	1,05	1,12	1,19
9,0	0,66	0,68	0,69	0,70	0,71	0,72	0,73	0,74	0,76	0,77	0,85	0,97	1,08	1,14	1,22
10,0	0,68	0,69	0,71	0,72	0,73	0,74	0,75	0,76	0,77	0,78	0,87	0,99	1,10	1,18	1,25

Б) для крупных наносов, м/с

 

Глубина потока Н м	Диаметр частиц d мм
0,5	1,12	1,23	1,41	1,52	1,62	1,75	1,88
1,0	1,25	1,40	1,60	1,76	1,88	2,07	2,30
1,5	1,34	1,47	1,71	1,88	2,03	2,25	2,52
2,0	1,38	1,54	1,79	1,98	2,22	2,37	2,66
2,5	1,42	1,58	1,85	2,10	2,38	2,47	2,80
3,0	1,46	1,62	1,90	2,12	2,33	2,65	2,87
4,0	1,51	1,68	1,95	2,19	2,40	2,71	3,22