5.2. Определение проектного расхода воды в судоходном рукаве

Расчет проектного (при наличии в несудоходном рукаве запруды) распределения расходов сводится к определению на перекатах судоходного рукава при расчетном уровне размывающих скоростей, при которых произойдет соответствующее углубление дна в пределах судового хода.

Для определения проектного расхода в судоходном рукаве Q_сп сначала для каждого переката в этом рукаве находят расчетную скорость V_р и площадь поперечного сечения на гребне переката ω_прк с учетом запроектированной прорези, а затем и проектный расход по формуле

Расчетная скорость, при которой произойдет размыв дна в пределах судового хода подсчитывается по зависимости

где K_зап=1,2÷1,5 - коэффициент запаса (большие значения соответствуют расположению переката в верхней части судоходного рукава и резко разнородным грунтам, меньшие значения - расположению переката в нижней части рукава и однородным грунтам)

Неразмывающая скорость V_нр вычисляется по формуле В.Н. Гончарова, а размывающая скорость – по соотношению V_разм = 1.3V_нр. При вычислении неразмывающих скоростей глубина в пределах судового хода принимается равной T=T_г + (H_ср.м – H_пр).

м

Расчеты выполняются для всех перекатов судоходного рукава и сводятся в табл.6.

Таблица 5

Значения проектных расходов воды в судоходном рукаве

№ сечения	, м2	, м/с	, м/с		, м/с	, м3/с
2’	117	0,455	0,592	1,3	0,616	72,1

После назначения проектного расхода воды в судоходной рукаве Q_сп устанавливается значение проектного расхода в несудоходном рукаве Q_нсп:

Затем производится сравнение бытового и проектного расходов воды в судоходном рукаве. При этом могут встретиться три случая:

1. Q_сп < Q_сб < Q - запруда не нужна;

2. Q_сб < Q_сп < Q - нужна запруда меженного действия;

3. Q_сб < Q_сп > Q - нужна запруда весеннего действия.

м³/с

м³/с

м³/с

м³/с

- запруда не нужна.

Принимаем условно распределение расходов, которое соответствует второму случаю.

5.3. Расчет кривых свободной поверхности в рукавах при проектном состоянии

При проектном распределении расходов воды по рукавам падения уровня на расчетных участках находим графически по способу Н.Н. Павловского. Для этого строим графики зависимости модулей сопротивления от средних отметок уровня воды на расчетных участках F = f(Z_с) по судоходному и несудоходному рукавам (рис.11). Графики зависимости F = f(Z_с) строятся по трем точкам. Одна из них отвечает отметке расчетного среднемеженного уровня H_ср.м бытового режима (табл.4). Две другие назначаются дополнительно: 1) в судоходном рукаве и в верхней (подпертой) части несудоходного рукава, одна на ΔН₁ = 0,2 м и другая на ΔН₂ = 0,4 м выше среднемеженного уровня; 2) в нижнем бьефе запруды вторую и третью отметки назначаем ниже расчетного среднемеженного уровня, соответственно, на ΔH₃ =0,2 м и ΔH₄ =0,4 м.Для сечения в створе запруды назначаем четыре дополнительных уровня H_ср.м + ΔН_1,2 и H_ср.м - ΔН_3,4 (рис.12), используя их для расчетов модулей сопротивления на расчетных участках, расположенных, соответственно, выше и ниже створа запруды.

Модули сопротивления для проектного состояния подсчитываются с учетом нового положения уровня воды. Результаты подсчета модулей сопротивления сводятся в таблицы (табл.6 и табл.7). При этом значения средних отметок Z_с вычисляются, исходя из средних отметок в бытовом состоянии (табл.4), путем прибавления или вычитания из них дополнительных значений ΔH_i уровня воды.

По способу Н.Н. Павловского графически находят падения уровня на расчетных участках ΔZ_i, отметки уровня верхнего Z_вб и нижнего Z_нб бьефов и величину перепада воды на запруде ΔZ_з при проектном распределении расходов по рукавам.

Для этого предварительно вычисляют значения

(16)

где а - масштаб по оси уровней Z_с (1 см =0,05 м);

b - масштаб по оси модулей сопротивления F (1 см – 0,25 10^-6 с²/м⁵).

Построения начинают по судоходному рукаву от известной отметки уровня в нижнем сечении Z_н = 10.00 м, проводя лучи под углом φ_с к вертикальной оси Z_с с использованием кривой F= f (Z_с) соответствующего расчетного участка (см. рис.11). В результате находим падение уровня ΔZ_i на расчетных участках и отметку уровня Z_в в верхнем (выше острова) сечении участка. Полученная отметка Z_в по горизонтали переносится на график F= f(Z_с) несудоходного рукава, где построения выполняют, спускаясь от Z_в под углом φ_нс до сечения в створе запруды, и находят отметку Z_вб верхнего бьефа запруды. Затем под тем же углом φ_нс проводят лучи, поднимаясь от нижнего сечения с отметкой Z_н = 10.00 м до сечения в створе запруды , и находят отметку Z_нб нижнего бьефа запруды.

Определяется перепад уровней на запруде как разница отметок верхнего и нижнего бьефов запруды ΔZ_з = Z_вб –Z_нб.

м

По результатам графических построений (см. рис.11) строятся кривые свободной поверхности при проектном состоянии, которые совмещаются с бытовой кривой свободной поверхности (рис.13). Эти кривые дают наглядное представление о влиянии запруды на положение свободной поверхности воды по длине затруднительного участка.