4.2. Проверка отметки гребня полузапруды на пропуск весеннего ледохода

Проверка полученной расчетом отметки гребня полузапруды на пропуск весеннего ледохода выполняется по выражению

Z_г < (Z_нл - t_л) (8)

где Z_нл - отметка низкого уровня весеннего ледохода;

t_л - толщина льда.

Значение низкого уровня весеннего ледохода Z_нл приведено в задании, а толщина льда принимается равной 0,5÷0,8 м.

При не соблюдении условия необходимо указать меры, ко­торые предусматриваются в таких случаях в соответствии с положениями § 11.2 [1].

4.3. Расчет крупности материала крепления гребня полузапруды

Для определения крупности материала крепления вычисляется скорость течения на гребне полузапруды V_г по формуле

(9)

где ω_сл - часть площади поперечного сечения, расположенная над гребнем полузапруды (при расчетной отметке Z_г) до расчетного уровня воды H_р.

Диаметр частиц крепления d₀ определяется по формуле

(10)

где h_г - глубина потока на гребне полузапруды, которая определяется делением площади переливающегося слоя ω_сл длину полузапруды l_п.

Д ля обеспечения надежности крепления диаметр d₀ увели­чивают в 1,5÷2 раза.

Рис. 5. Графическое определение отметки гребня полузапруды

Рис. 6. Экспериментальный график зависимости K_сл = f(m, K_св) при расстоянии между полузапрудами S=3l_п (штриховые линии) и S=1.5l_п и менее (сплошные линии)

5. Гидравлический расчет запруды

Задача расчета запруды сводится к нахождению ее высоты и длины крепления дна в нижнем бьефе.

Расчет запруды состоит из следующих последовательных этапов:

1. Расчет распределения расхода воды по рукавам при сво­бодном состоянии несудоходного рукава (бытовое состояние).

2. Определение проектного расхода в судоходном рукаве.

3. Расчет кривых свободной поверхности в рукавах при бы­товом состоянии потока и при наличии запруды в несудоходном рукаве (т.е. при проектном распределении расхода).

4. Расчет отметки гребня запруды.

5. Определение режима сопряжения бьефов и назначение длины крепления дна в нижнем бьефе запруды.

Расчет запруды выполняется применительно к среднемеженному уровню воды Н_ср.м и отвечающему ему расчетному расходу Q (ука­заны в задании).

Перед выполнением гидравлического расчета запруды следует ознакомиться с содержанием §11.3 [1].

5.1. Расчет распределения расхода воды по рукавам при свободном состоянии несудоходного рукава

Расчет распределения расхода воды по рукавам при бытовом состоянии выполняется в следующей последовательности.

1. Участок двухрукавного разветвле­ния поперечниками разбивается на расчетные участки с таким условием, чтобы в пределах каждого расчетного участка площади живых сечений изменялись однозначно (только увеличивались или уменьшались). Обычно расчетные поперечники назначаются в серединах плесовых лощин и на гребнях перекатов (рис.7). Если при этом площади сече­ний смежных поперечников значительно отличаются друг от друга, то необходимо назначить дополнительные расчетные сечения на переходных участках от плесовых лощин к перекатам. Кроме того, назначаются три дополнительных сечения: несколько выше приверха острова, в створе запруды в несудоходном рукаве и несколько ниже ухвостья острова. Граничные верхнее и нижнее сечения назна­чаются там, где в соответствии с рельефом дна отметки свобод­ной поверхности в правой и левой частях русла можно считать одинаковыми. Эти граничные сечения делят на две части (рис.8). Одна часть, рассматриваемая как самостоятельное сечение, относится к судоходному рукаву, а другая - к несудоходному.

Рис.7. План участка разветвления русла с разбивкой на расчетные участки

Рис. 8. Поперечные профили русла при расчетном уровне для верхнего (а) и нижнего (б) сечения

2. Вычерчиваются поперечные профили русла во всех назначенных сечениях до расчетного среднемеженного уровня Н_ср.м и подсчитываются гидравлические элементы потока: площадь ω, ширина по зеркалу воды В, средняя глубина , модуль расхода ( где С = h^1/6/n - коэффициент Шези, n - коэффициент шероховатости, значения которого указаны в исходных данных), модуль сопротивления русла (где K_ср = (K_i + K_i+1)/2 - среднеарифметическое значение модулей расхода в граничных сечениях расчетного участка, длина которого равна Δl). Результаты расчетов сводятся в табл.5.

3. Определяется расход воды в судоходном Q_с.б и несудоходном Q_нс.б рукавах в бытовом состоянии по формулам

(11)

где Q - расчетный расход воды при среднемеженном уровне;

∑F_с, ∑F_нс - сумма модулей сопротивления, соответственно, судоходного и несудоход­ного рукавов.

4. Используя полученные значения расходов Q_с.б и Q_нс.б по уравнению установившегося неравномерного движения без учета сил инерции, подсчитывают величину падения уровня ΔZ_i на каждом расчетном участке в судоходном и несудоходном рукавах

(12)

где индекс i обозначает судоходный или несудоходный рукав.

По вычисленным значениям ΔZ_i определяют отметки свободной поверхности воды Z_бi в каж­дом расчетном сечении при бытовом состоянии. Вычисление отметок ведется от сечения с отметкой Z_н, расположенного непосред­ственно ниже ухвостья острова. Отметка в этом сечении при рас­четном среднемеженном уровне условно принимается равной Z_н=10.00 м. Подсчет отметок ведется с точностью до 1 см. По вычисленным отметкам строят кривые свободной поверхности по рукавам при бытовом состоянии русла (рис.9).

Итогом этого этапа расчетов является подсчет средних отметок Z_с уровня воды на соответствующих расчетных участках Z_с = (Z_i + Z_i+1)/2 (где i – номер расчетного сечения). Значения Z_с используются в дальнейшем для построения графиков зависимости модулей сопротивления русла от средних отметок F = f(Z_с). Эти графики в свою очередь используются для определения значений падений уровня воды графическим способом Павловского при проектном распределении расходов воды по рукавам.

Рис. 9. Кривые свободной поверхности в рукавах: I и III – проектное и бытовое состояние в несудоходном рукаве; II и IV – то же в судоходном рукаве