1.2 Гидрологические расчёты реки в лимитирующих створах и определение возможной продолжительности лесосплава.

Река разбита на два участка, на каждом из них лимитирующий створ. Для организации первоначального лесосплава необходимо определить в этих створах и в створе запани продолжительность лесосплава, средние значения поверхностных скоростей течения, ширину русла, глубин и расходов. С этой целью вычерчиваем поперечный профиль для каждого расчётного створа реки по данным пункта 2.4 задания.

Для каждого створа определяем среднюю отметку дна меженного русла Z_ср по зависимости (2.стр.10): Z_ср = Z / n (1.8)

где: Z – сумма всех отметок дна меженного русла в промерных точках (из задания 2.4); n – число промерных точек.

Для первого створа:

Z_ср1 = (33 + 31 + 28,5 + 27,8 + 26,9 + 27,2 + 28,5 + 31,4 + 32,8) / 10 = 29,4 м ;

Для второго створа:

Z_ср2 = (57,2 + 52,7 + 51,7 + 51,5 + 51,9 + 51 + 57,3 + 58) / 8 = 53,9 м;

Для третьего створа:

Z_ср3 = (42,1 + 38,2 + 37,1 + 36,7 + 36,8 + 37,3 + 38 + 42) / 8 = 38,5 м.

Нижний расчётный уровень воды должен возвышаться над средней отметкой меженного русла на 0,5 м, все последующие уровни назначаем через каждые 0,6 м на лимитирующих створах и через 1 м в створе запани. Ширину реки В при расчётных уровнях устанавливаем в соответствии с масштабом по поперечному профилю.

Площадь живого сечения  для каждого расчётного уровня определяем по следующим зависимостям (2.стр.10).

Для первого уровня: ₁ = В₁(Z₁ - Z_ср), (1.9)

Для второго уровня: ₂ = ₁ + 0,5(В₁ + В₂)( Z₂ – Z₁), (1.10)

Для третьего уровня: ₃ = ₂ + 0,5(В₂ + В₃)( Z₃ – Z₂), (1.11)

Для четвёртого уровня: ₄ = ₃ + 0,5(В₃ + В₄)( Z₄ – Z₃), (1.12)

Для пятого уровня: ₅ = ₄ + 0,5(В₄ + В₅)( Z₅ – Z₄). (1.13)

Среднюю глубину реки для каждого расчётного уровня определяем по отношению (2стр.11): h_ср =  / В (1.14)

где: , В – площадь живого сечения и ширина, соответствующие расчётному уровню.

Расход воды (2.стр.11): Q = V, (1.15)

где: V – средняя скорость потока, м / с ; V = С (1.16)

где: С – коэффициент Шези;

j – уклон свободной поверхности, из задания (табл. 2.5);

R – гидравлический радиус, равный средней глубине реки в расчётном створе.

Коэффициент Шези С определяем по формуле (5.стр.57):

С = (1 / n)h_ср^0,25 (1.17)

где: n – коэффициент шероховатости, из задания (табл.2.5).

Расчётные гидрологические характеристики лимитирующих створов при различных отметках уровней.

Таблица 1.3

Отметки расчёт- ных уровней Z, м	Ширина реки по урезу воды В, м	Площадь живого сечения реки , м2	Средняя глубина реки hср, м	Коэффи-циент Шези С, м	Средняя ско- рость потока V, м / с	Расход воды Q, м3 / с
Створ № 1 Zср = 29,4 м
29,9 30,5 31,1 31,7 32,3	56,0 61,5 67,5 70,2 76,0	22,4 57,5 96,35 137,66 181,52	0,4 0,93 1,42 1,96 2,38	31,6 39,2 43,6 47,2 49,6	0,26 0,50 0,69 0,88 1,02	5,82 28,8 66,4 121,1 185,1
Створ № 2 Zср = 53,9 м
54,5 55,1 55,7 56,3 56,9	31,0 32,5 34,0 35,0 41,5	15,5 34,55 54,5 75,2 98,15	0,5 1,06 1,6 2,14 2,36	25,4 30,6 33,9 36,36 37,26	0,4 0,71 0,97 1,2 1,29	6,2 24,5 52,8 90,24 126,6
Створ № 3 Zср = 38,5 м
39,5 40,5 41,5 42,5	50,5 54,0 57,5 61,0	50,5 102,75 158,5 217,75	1,0 1,9 2,75 3,56	30,3 35,4 38,7 41,5	0,13 0,69 0,90 1,1	6,5 70,89 149,55 239,52

Для первого створа определяем:

Площадь сечения:

₁ = 56 (29,9 – 29,5) = 22,4 м² ;

₂ = 22,4 + 0,5(56 + 61,5)(30,5 – 29,9) = 57,65 м²;

₃ = 57,65 + 0,5(61,5 + 67,5)(31,1 – 30,5) = 96,35 м²;

₄ = 96,35 + 0,5(67,5 + 70,2)(31,7 – 31,1)= 137,66 м²;

₅ = 137,66 + 0,5(70,2+ 76)(32,3 – 31,7) = 181,52 м².

Средняя глубина реки:

h_ср1 = 22,4 / 56 = 0,4 м;

h_ср2 = 57,65 / 61,5= 0,93 м;

h_ср3 = 96,35/67,5 = 1,42 м;

h_ср4 = 137,66 / 70,2 = 1,96 м;

h_ср5 = 181,52 / 76 = 2,38 м.

Коэффициент Шези:

С₁ = (1 / 0.025) * 0.4 = 31,6

С₂ = (1 / 0.025) *0.93^0,25 = 39,2

С₃ = (1 / 0.025) * 1.42^0,25 = 43.6

С₄ = (1 / 0.025) * 1.96^0,25 = 47.2

С₅ = (1 / 0.025) * 2.38^0,25 = 49.6

Средняя скорость потока:

V₁ = 31.6 = 0.26 / с;

V₂ = 39.2 = 0,50 м / с;

V₃ = 43.6 = 0.69 м / с;

V₄ =47.2 = 0.88 м / с;

V₅ = 49.6 = 1.02 м / с.

Расход воды:

Q₁ = 22.4* 0.26= 5.82 м³ / с;

Q₂ = 57.65 * 0.50 =28.8 м³ / с;

Q₃ = 96.35 * 0.69 = 66.4 м³ / с;

Q₄ = 137.66 * 0.88 = 121.1 м³ / с;

Q₅ = 181.52 * 1.02 =185.1 м³ / с.

Аналогичным методом определяем площадь сечения, среднюю глубину реки, коэффициент Шези, среднюю скорость потока и расход воды для всех уровней второго и третьего створов. Итоги расчётов сводим в таблицу 1.3. По данным из таблицы 1.3 на поперечных профилях лимитирующих створов (рисунки 1.2, 1.3, 1.4) строим графики зависимостей Q = f (Z), V = f (Z),

h_ср = f (Z).

Для расчёта возможной продолжительности периода лесосплава определяем минимально допустимые глубины для молевого и плотового лесосплавов (2.стр.11: h_мол = d_мах  + Z, (1.18)

где: d_мах – максимальный диаметр круглых лесоматериалов, м (задание п.1.9);

 - относительный объёмный вес лесоматериалов,  = 0,85;

Z – донный запас при молевом сплаве, Z= 0,1м.

h_мол = 0,50 * 0.85 + 0,1 = 0,52 м

Для плотового сплава: h_пл = Т + Z (1.19)

где: Т – осадка сплоточных единиц, из задания (п.3.1);

Z – донный запас при плотовом лесосплаве , Z =0,2 м.

h_пл = 1,2+ 0,2 = 1,4 м.

На поперечном профиле от отметки Z_ср откладываем допустимые глубины для молевого и плотового лесосплава, проводим горизонтальные линии до пересечения с графиком зависимости Q = f (z) и определяем минимальные сплавные расходы Q_мол и Q_пл.

Z_мол = 29,4 + 0,55 = 29,9 м Z_пл = 29,4 + 1,4 = 30,8м

Затем эти расходы переносим на гидрографы соответствующих створов. Для построения гидрографов необходимо определить среднедекадные расходы воды 50 и 90% - ной обеспеченности в расчётных створах.

В створе № 1 (рис. 1.2) Q_мол1 = 27,8м³ / с;

Минимальные расходы воды Q_пл1 = 25,4 м³ / с;

В створе № 2 (рис 1.3) Q_мол2 = 23,8 м³ / с;

Для построения гидрографов лимитирующих створов определяем среднедекадные расходы воды года заданного процента обеспеченности в расчётных створах (2.стр.12): Q_дек = Q_рс К_дек (1.20)

где: К_дек – модульный коэффициент декадного стока по данным водомерного поста (п.2.2),

Q_рс – среднегодовой расход воды года заданного процента обеспеченности в расчётном створе(2.стр.12), Q_рс = Q_р%вп F_рс / F (1.21)

где: Q_р%вп – среднегодовой расход воды заданной обеспеченности в створе водомерного поста (таб. 1.1);

F_рс , F – площади водосбора реки в створах в расчётном и водомерном постах (рис. 1.1).

Расчёты средне - декадных расходов воды в лимитирующих створах проводим для третьей декады апреля, трёх декад мая и трёх декад июня. Средне - декадные расходы в лимитирующих створах № 1 и 2 определяем для лет 90 % - ной обеспеченности, а в створе запани для 50 % и 90 % - ной.

На гидрографах в створах № 1 и № 2 отмечаем среднюю дату начала лесосплава (п.1.10 задания).

Остальные расчёты аналогичны, их результаты сведены в таблицу 1.4 для построения гидрографа.