4. ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ И ТРАНСПОРТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЕСОСПЛАВНОЙ РЕКИ

1. Нормативные показатели гидрологических расчетов

Проектирование объектов строительства на лесосплаве производится по нормативным показателям обеспеченности расходов, уровней и скоро­стей течения воды, которые принимаются на основании [25] в зависимости от объекта проектирования, категории строительства и класса капиталь­ности сооружения. Согласно указаниям [25] при навигационном объеме лесосплава 0,9-2,0 млн. м³ расчет сплавопропускной способности для есте­ственного незарегулированного состояния реки ведется для маловодного года 85-процентной обеспеченности. Расчет уровней и габаритов сплавной трассы за период вывода плотов межнавигационной сплотки с плотбища проводится для маловодной навигации 90-процентной обеспеченности. Емкость лесохранилища запани рассчитывается для среднего по водности года 50-процентной обеспеченности. Передерживающие запани, располо­женные на несудоходных реках, рассчитываются по максимальному рас­ходу воды 10-процентной обеспеченности. Для сокращения объема расче­тов в курсовой работе допускается ограничение определения гидрологиче­ских характеристик опорного и расчетного створов для среднего по вод­ности года 50-процентной обеспеченности и маловодного года 90­процентной обеспеченности, а также максимальных скоростей течения воды весеннего половодья 10-процентной обеспеченности. При выполне­нии гидрологических расчетов в качестве основных источников рекомен­дуется пользоваться [17, 25].

2. Гидрологическое описание сплавной реки

Гидрологическое описание сплавной реки составляется на основании исходных данных задания на курсовую работу по водному транспорту лесоматериалов (прил. 7,8).

По данным задания (табл. П.8.1) составляют в выбранном масштабе схему реки, куда наносят границы сплавных участков, места впадения притоков, расположения складов и отметки водомерного поста (рис. 4.1). Далее последовательно приводят сведения о районе местонахождения бассейна реки, ее общей протяженности, в том числе используемой для первоначального сплава и в плотах береговой сплотки, о числе притоков, по которым проводится сплав, средней дате вскрытия реки.

По исходным данным п.1.3 (см. табл. П.8.1) строят график нарастания площади водосбора реки в створе опорного водомерного поста и в рас­четных створах (рис. 4.2).

51

Γ,ηγ

Zi

I

хэои HHHCtewoiroa иннаопо

1(1(1 2(1(1 3(1(1 4(1(1 5(1(1 Ш

Водомерный пост на плотбище

Рис.4.3. Кривая связи уровней воды опорного водомерного поста и водомерного поста на береговом плотбище

53

График связи уровней опорного водомерного поста Н_оп и водомерного поста на плотбище Н_пл (рис.4.3) строят по данным табл. П.8.13.

3. Гидрологическая характеристика расчетных створов реки и установление продолжительности сплавных периодов

Основным методом гидрологических расчетов для определения ха­рактеристик речного стока, которые необходимо знать для проведения лесосплавных работ, является использование и обобщение материалов гидрометрических наблюдений на данной реке за длительный период времени.

Если гидрометрические наблюдения в створе реки, где предполагается ве­сти лесосплавные работы, являются кратковременными, то следует использо­вать материалы наблюдений на смежных реках, расположенных в анало­гичных физико-географических условиях. В случае полного отсутствия наблюдений в данном створе реки надежное определение гидрологиче­ских характеристик является затруднительным. Приближенные ха­рактеристики могут быть найдены путем использования данных по близко расположенным створам и рекам, с учетом площадей водосборов и физико­географических особенностей этих рек. Используются также эмпирические формулы и карты изолиний различных характеристик стока [25].

В нашем случае задан недостаточный срок наблюдений за гидрологиче­ским режимом, поэтому воспользуемся теоретическим способом построения кривых обеспеченности. Первоначально находят гидрологические парамет­ры для опорного водомерного поста и затем на основании полученных зна­чений определяют гидрологические характеристики реки в расчетных лими­тирующих створах и в створе передерживающей запани. Результаты вычис­лений гидрологических характеристик по опорному водомерному посту вписывают в табл. 4.1.

При определении максимальных расчетных скоростей 5- и 2- процент­ной обеспеченности рекомендуется пользоваться зависимостями:

^ср.ж.с.5% = Уср.ж.с.1С%*^К5% ;

^V'ср.ж.с.2% ⁼ Уср.ж.с.1С%^хК2%,

где К=р%~ коэффициент перехода от максимальной скорости 10-процентной обеспеченности к максимальной скорости 5- процентной обеспеченности.

Значения коэффициентов К=%₀ и К₂% можно принимать соответственно рав­ными 1,2 и 1,4. Следует помнить, что это приближенный метод, а при точ­ном методе определение скоростей потока нужной обеспеченности прово­дится гидрологическими расчетами с использованием ряда наблюдений за колебаниями расходов и уровней воды.

54

Наименование характеристики	Значения характеристики
Площадь водосбора Fon, км2 Средний годовой расход Qzob.cp., м3/с Средний максимальный расход Qmok, м3/с Расчетные проценты обеспеченности гидроло­гических характеристик Среднегодовой расход воды, Qcp.p/% м3/с Максимальный расход воды, Qmw. р/, м3/с
	50	90	10

Значения коэффициентов вариации C_v вычисляют по зависимости

Cv = —¹¹ , (4.2)

I n — 1

где модульные коэффициенты для каждого года устанавливают по фор­муле

^Кгoд=^Qгoд ^/Qгoд.cр . ⁽⁴.³⁾

Расчеты удобно вести по табл.4.2.

Среднегодовой расход воды заданной обеспеченности определяют по формуле

^Qгод.р/ = ^Кр/ ^Qгод.cр ^{, (4}.⁴⁾

где модульный коэффициент для заданного процента обеспеченности находят по зависимости

Кр/=Фр/ Cv+1. (4.5)

Значение параметра Ф_р%, входящего в эту зависимость, определяют по данным таблицы прил. 10.

Максимальный расход 10-процентной обеспеченности рассчитывают по этой же схеме, но в формулу (4.5) подставляют коэффициент вариации максимальных расходов воды C_v и коэффициент асимметрии, вычислен­ный по формуле

55

Год	Для среднегодовых расходов					Для максимальных расходов
	Qaf, м' /с	К	К-1	(К-1)2	Qмак м /с		К	К-1	(К-1)2

Результаты расчета гидрологических характеристик опорного водо­мерного поста заносят в табл. 4.1. По полученным значениям гидроло­гических характеристик опорного водомерного поста определяют гид­рологические характеристики реки в расчетных лимитирующих створах и в створе передерживающей запани.

Среднегодовые расходы воды 50- и 90-процентной обеспеченности в расчетных створах определяют по формуле

Qp.c.=Q,»F^^ , (4.7)

где Q_OT - среднегодовой расход расчетной обеспеченности в опорном створе водомерного поста (см. табл. 4.1), м³/с;

и F_m - площади водосбора реки в расчетном и опорном створах, устанавливают по графику (см. рис. 4.2), км².

Далее вычисляют среднедекадные расходы воды 50-процентной и 90­процентной обеспеченности по зависимости

^Qдек.cр ^Qрс^Кдек

(4.8)

Значения декадных модульных коэффициентов К_дек принимают по табл. П.8.5. Все результаты гидрологических расчетов в расчетных створах записывают в табл. 4.3, по ним для всех расчетных створов строят гидрограф - кривую зависимости Q=f(J) (рис. 4.4).

Максимальный расход воды 10-процентной обеспеченности для створа запани определим по формуле

Qмак.зап.=Qмак.оп.·(Fc.з./Fоп)⁰'⁸³ , (4.9)

где F^ - площадь водосбора реки в створе запани;

Q^m. - максимальный расход воды в створе опорного водомерного поста.

56

Рис.4.4. Гидрограф расчетного лимитирующего створа №1

Характеристики	Значения характеристик
	опорный водомерный пост 90% обеспеченно­сти	для лимитирующих створов 90% обес­печенности		для створа запани при проценте обес­печенности
		№1	№2	10	50
1.Площадь водосбора реки, км2
2.Среднегодовой расход воды расчетной обеспечен­ности, м3/с
3.Среднедекадные расходы воды, м3/с:
апрель III декада
май I декада
май II декада
май III декада
июнь I декада
июнь II декада
июнь III декада

Для расчетных створов необходимо построить кривые зависимости средней глубины русла реки, средней скорости течения, расхода воды и ширины русла от отметки уровня воды. С этой целью по данным табл. П.2.8 для каждого расчетного створа строим поперечный профиль реки (см. рис.4.5).

Используя поперечный профиль, определим для каждого из них среднюю отметку дна меженного русла по формуле

Zcp.0H.=ZZ_dH/n, (4.10)

где ΣΖ_0Η - сумма отметок дна меженного русла в промерных точках; n - число принятых промерных точек.

Затем задаются 4-5 расчетными отметками уровня воды на попереч­ном профиле русла реки. При этом желательно первую отметку прини­мать на 0,4-0,5 м выше среднего дна меженного русла.

Последующие расчетные уровни назначают через каждые 0,5-0,6 м на лимитирующих створах и через 1,0-1,2 м в створе запани. Для каждо­го расчетного уровня по поперечному профилю устанавливают ширину реки B по урезу воды.

58

Площадь живого сечения реки для расчетных уровней определяют по формулам:

для первой отметки уровня воды

ап=В_г ^(Z1- 2ср.д_И⁾; ⁽⁴.¹¹⁾

для второй отметки уровня воды

ω₂=ω+0,5· (B1+B2) · (Z2-Z); (4.12)

для последующих

^ωη=^ωη-1 + ^{0,5 (B}n-1+^Bn> · ^(Zn^-Zn-l)· ⁽⁴.¹³⁾

Средние глубины реки вычисляют по зависимости

^=ω/Β. (4.14)

Коэффициент Шези определяют по выражению

c=(1/n)V·²⁵ ■ (4.15)

Среднюю скорость потока рассчитывают по формуле

^υ = ^c 'л/V. (⁴¹⁶)

Расход воды находят по зависимости

Q=vm

Значения уклонов свободной поверхности i и коэффициентов шеро­ховатости русла n принимают по данным табл. П.8.10 и табл. П.8.11. Расчеты легче вести в табличной форме (табл.4.4).

По результатам расчетов (табл. 4.3) нужно построить кривые зави­симости:

^Q190%=^f1(T^{); Q2}90%=^f2(T⁾; ^Q10%=^fs(T⁾; ^Q50%=^f4(T⁾ .

Для створа запани необходимо нанести на график (рис.4.5) еще кри­вую h^=f(Z). Все кривые целесообразно расположить рядом с попереч­ными профилями реки, как это показано на рис. 4.5.

Далее переходят к установлению продолжительности периодов пло­тового и первоначального лесосплава. Плотовой лесосплав проводится с приречного склада №1 в течение 10-12 дней в период весеннего полово­дья. На гидрографе расчетного лимитирующего створа №1 (рис. 4.4) откладывают Т_спкпл =10 дней и определяет расход воды Q_сплм. Получен­ный расход откладывают на графике Q=f(z) (рис. 4.5) и на поперечнике

59

№ рас­ чет­ ных уров ней	Отметки расчет­ ных уровней Z, м	Ширина реки по урезу воды B, м	Площадь живого сечения русла реки ω, м2	Средняя глубина створа реки ЬСр, м	Коэффици­ент Шези С, м0,5/с	Средняя ско­рость потока v, м/с	Расход воды Q, м3/с
Лимитирующий створ 1-1 Средние отметки дна меженнего русла
1
2
3
4

Для определения отметки минимального сплавного уровня воды, обеспечивающего проведение первоначального сплава, на поперечном профиле реки в расчетных створах над средним уровнем дна отклады­вают сплавную глубину к_спкмол, и через нее проводят горизонтальную линию, определяющую ▼ Z_(:m__M0IL. По полученному значению отметки ▼Zспл.мол на графике Q=f(z) (рис. 4.5) определяют Q^mor.. После этого на гидрографе соответствующего лимитирующего створа (рис.4.4) через значение минимального сплавного расхода Q^mm. проводят параллель­ную оси общую линию. Точка пересечения этой линии с гидрографом указывает на возможную дату окончания первоначального лесосплава. Продолжительность периода первоначального лесосплава на первом участке отсчитывают от даты окончания плотового лесосплава (см. рис. 4.4). Гидравлические характеристики потока для расчетных створов и периодов лесосплава сводят в табл. 4.5.

60

г:

hep, м

Рис.4.5. Гидравлические характеристики расчетного лимитирующего створа №1

№ п/п	Наименование характеристик	Значения характе		ристик
		1 створ		2 створ
		плотовой сплав	первона­ чальный сплав	первона­ чальный сплав
1	Минимальная сплавная глубина, м
2	Минимальный сплавной уровень, м
3	Дата начала сплава
4	Дата окончания сплава
5	Продолжительность сплавного периода, сут.
6	Ширина реки, м:
	в начале периода
	в конце периода
	средняя для периода
7	Средняя по живому сечению скорость течения, м/с:
	в начале периода
	в конце периода
	средняя для периода