Результаты промера глубин, измеренные расходы, данные мгновенной связки уровней воды и поплавочных наблюдений используются для получения гидравлической характеристики участка исследований: режима скоростей течения и гидравлического сопротивления русла реки.
Особое внимание уделяется изучению гидравлического сопротивления, т.к. надежность результатов, получаемых с помощью уравнений речной гидравлики, в сильной степени зависит от точности определения сил трения.
Суммарное сопротивление, оказываемое естественным руслом движению воды, слагается из трех главных частей: сопротивления зернистой поверхности дна, сопротивления донных гряд, сопротивления формы русла.
Ввиду незавершенности исследований по сопротивлению гряд и сопротивлению формы в речной гидравлике применяется суммарная оценка сил трения. Для этого на каждом участке русла вводится один, охватывающий все виды сопротивлений, коэффициент шероховатости n. Имеются таблицы значений коэффициента n для речных русел. Однако пользование табличными данными для коротких участков может привести к грубым ошибкам. Единственный способ выйти из затруднения состоит в определении значений n на основе натурных измерений расхода воды и уклона свободной поверхности.
Рис. 4. Продольный профиль дна и свободной поверхности на участке 219-220 км р. Северная
Рассматриваемый участок разбивают на несколько расчетных участков, граничные сечения которых назначают обычно в серединах плесовых лощин, на гребне переката и на переходах плесовых лощин в перекаты. В курсовой работе на плане участка реки назначают 5 сечений перпендикулярно направлению течения (примерно перпендикулярно линии наибольших глубин).
|
|
Примерная схема разбивки на расчетные участки приведена на рис. 3.
Расчетные сечения нумеруют сверху вниз по течению.
Вычерчивают поперечные профили расчетных сечений (рис. 5) на миллиметровой бумаге и определяют площадь w, ширину В и среднюю глубину Н=w/В при рабочем уровне (т.е. с учетом срезки). Срезка на день проведения однодневной связки уровней и измерения расхода воды задана.
Рис. 5. Поперечный профиль русла (сечение I-I)
Далее по измеренному (заданному) расходу воды Q подсчитывают во всех расчетных сечениях при рабочем уровне значения средней скорости течения u=Q/w
С имевшегося профиля свободной поверхности снимают отметки свободной поверхности Zi во всех граничных сечениях и находят величину падения свободной поверхности на расчетных участках: DZ=Zi–Zi+1 (где i – номер граничного сечения).
Отметки свободной поверхности в расчетных сечениях определяются с точностью до 1 мм путем линейной интерполяции по формуле: Zi=Zj–(Zj–Zj+1)(l/Dl)=Zj-I·l (где Zi – искомая отметка в расчетном сечении, которое расположено между точками однодневной связки, Zj и Zj+1 соответственно отметка выше и ниже расположенной точки однодневной связки; Dl – расстояние между точками однодневной связки; l – расстояние между расчетным сечением и выше расположенной точкой однодневной связки; I – уклон между точками однодневной связки).
Подсчитывают средние по участкам значения ширин русла и глубин: Bср=(Bi+Bi+1)/2; Hср=(Hi+Hi+1)/2.
Значения коэффициента шероховатости на расчетных участках определяют по формуле
|
|
(1)
где L – расстояние между расчетными сечениями по оси судового хода.
Расчеты сводят в табл. 1.
Результаты расчетов представляют в виде графиков Z=f(l) (строится в более крупном масштабе, чем продольный профиль), n=f(l) и u=f(l). Пример оформления этих графиков приведен на рис. 6.
Полученные данные в дальнейшем используются при расчетном обосновании проектов улучшения судоходных условий.
| N сечения | N участка | Q, м3/с | w, м2 | B, м | H, м | u, м/с | Zi, м | DZ, м | L, м | 
| 
| Bср, м | Hср, м | Hср5/3 , м5/3 | n, с/м1/3 | |
| I | Q=……… | |||||||||||||||
| II | ||||||||||||||||
| III | ||||||||||||||||
| IV | ||||||||||||||||
Таблица 1
Расчет значений коэффициентов шероховатости
Рис. 6. Графики изменения:
а) Z=f(l); б) υ=f(l); в) n=f(l)