6. Определение расходов воды морфометрическим способом

Вычисления расходов воды производят с использованием профиля морфоствора в месте расположения мостового перехода. Данные для построения профиля морфоствора по рассматриваемому варианту трассы берут с карты в горизонталях. Профиль вычерчивают по ходу километров. Рекомендуемые масштабы:

- горизонтальный —1:10000;

- вертикальный —1 : 100.

При составлении профиля морфоствора следует учесть, что крайние отметки земли на поймах должны быть выше максимального из наблюдае­мых УВВ в створе мостового перехода не менее чем на 2-3 м.

Расход воды на водотоке определяют путем суммирования расходов в главном русле и на поймах:

где - площади, м² , живых сечений главного русла, правой и левой пойм, определяемые по профи­лю морфоствора путем суммирования элемен­тарных площадей треугольников и трапеций; средние скорости течения, м/с, соответственно в главном русле, на правой и на левой поймах.

Средняя скорость течения в русле реки или на пойме определяется по эмпирической формуле:

где п -коэффициент шероховатости русла, характеризующий со­ противление движению воды и зависящий от ситуационных условий местности в районе морфоствора, характера русла, растительности на поймах и т.д.

- средняя глубина воды на участке морфоствора, м.

I - уклон водной поверхности реки, определяемый в период паводка по формуле Б.Ф.Снищенко:

где - площадь живого сечения, м , соответствующего участка

морфоствора;

b - ширина, м, соответствующего участка морфоствора.

здесь i - уклон реки.

Средние глубины, скорости течения воды и соответствующие им рас­ходы воды в месте мостового перехода подсчитываются при ГМВ и далее примерно через 0,5 м до уровня, превышающего максимальный из заданно­го ряда на 2-3 м.

Результаты вычислений сводятся в таблицу 5. По этим дан­ным строятся графики зависимостей от уровня воды площадей живого се­чения (Q — f(H), средних скоростей v -f(H) и расходов Q = f(H) для каж­дого из участков морфоствора (главное русло, правая и левая поймы), а также в целом для водотока.

7. Определение расходов воды и соответствующих им уровней заданной вероятности превышения

Основные гидрологические характери­стики водотоков, в том числе расход и горизонт воды - величины случай­ные. Их определяют методами математической статистики, опираясь на известный закон распределения. Установлено, что эти характе­ристики подчиняются трехпараметрическому закону распределения веро­ятностей.

Требуемые значения вероятностей превышения устанавливаются нормами проектирования сооружений.

Размер отверстия водопропускного сооружения определяется по рас­четным расходам, а проверка сохранности его, а также расчет отметки бровки пойменных насыпей и незатопляемых регуляционных сооружений осуществляется по наибольшим расходам.

Определение расходов и соответствующих им уровней воды заданной вероятности превышения производится по кривой распределения вероят­ностей, для построения которой нужен статистический ряд многолет­них наблюдений за расходами. В курсовом проекте таким статистическим рядом являются расходы, соответствующие уровням воды, наблюдае­мым на водотоке в месте мостового перехода за 15 лет.

Отметки уровня воды за 15 лет наблюдения в месте мостового пере­хода уже известны. Расходы, соответствующие уровням УВВ (см.табл.4), определяются по графику зависимости Q =• f(H).

Значение эмпирической вероятности пре­вышения для каждого члена ряда, определенное по формуле

где т — порядковый номер члена ряда, расположенного по убы­вающей;

п — число наблюдений (в нашем случае п= 15).

Таблица 6

№ пп	Порядко­вый номер года на­блюдения за УВВ	Отмет­ки УВВ	Расход Q, м3/с	Эмпириче­ская вероят­ность р, , %	Модуль­ный ко­эффици­ент kj	(Кi-1)2
1	5	291,85	25750	6	1,88	0,774
2	9	291,82	25000	13	1,83	0,688
3	2	291,38	22000	19	1,61	0,372
4	13	290,73	16000	25	1,17	0,028
5	3	290,41	14500	31	1,06	0.004
6	15	290,4	14350	38	1,05	0.003
7	10	290,29	14000	44	1,02	0,001
8	6	290,12	13000	50	0,95	0,003
9	8	290,03	12500	56	0,91	0,008
10	14	289,88	12000	63	0,88	0,014
11	11	289,38	10500	69	0,76	0,057
12	1	288,87	7750	75	0,56	0,193
13	4	288,7	7000	81	0,51	0,240
14	7	288,45	6000	88	0,44	0,435
15	12	287,79	4500	94	0,33	0,592

Первый параметр случайной величины Q – среднеарифметическое значение расхода воды - определяется по формуле

где - сумма годовых максимальных расходов за все годы

наблюдений.

В методике по определению гидрологических характеристик для удобства расчетов используется безразмерная величина - отношение на­блюдаемого годового максимального расхода к среднеарифметическому -так называемый модульный коэффициент К_i:

Вторым-параметром случайной величины Q является коэффициент вариации (коэффициент рассеивания), характеризующий среднеквадратич­ное отклонение членов ряда, определяемый по формуле:

=

Задаваясь соотношениями величин С_s/ С_v. ( в примере С_s / С_v = 2 и C_s / C_v = 4), находят ординаты теоретических интегральных-кривых распределения вероятностей К_р, и вычисляют теоре­тические расходы Q_T по формуле

Результаты вычислений сводятся в таблицу (табл. 7).

Таблица 7

р, %	Сs/Сv. = 2		Сs/Сv = 4
	К p	Qт	К p	QT
0,1	3,27	44658,4	4,15	56676,5
0,3	2,91	39741,9	3,44	46980,1
0,5	2,74	37420,2	3,13	42746,4
1	2,51	34279,1	2,75	37556,7
3	2,13	29089,4	2,18	29772,3
5	1,94	26494,6	1,94	26494,6
10	1,67	22807,19	1,62	22124,3
20	1,38	18846,6	1,31	17890,7
30	1,19	16251,8	1,13	15432,4
40	1,04	14203,3	1,00	13657
50	0,92	12564,4	0,89	11335,3
60	0,80	10925,6	0,79	10379,3
70	0,69	9423,3	0,70	9559,9
80	0,57	7784,5	0,61	8330,77
90	0,44	6009,1	0,51	6965,1
95	0,34	4643,4	0,44	6009,1
97	0,29	3960,5	0,40	5462,8
99	0,21	2867,9	0,34	4643,4

Далее на специальную клетчатку вероятности (рис. 6) наносят точки с ко­ординатами (р, q_T) и получают теоретические кривые распределения .

На эту же клетчатку вероятностей наносят эмпирические точки с ко­ординатами (p, q). Для дальнейшего рассмотрения принимается С_s/С_v. = 2 теоретическая кривая распределения вероятностей, которая имеет наи­меньшее отклонение от эмпирических точек.

Пользуясь теоретической кривой распределения вероятностей, можно определить максимальные годовые расходы на водотоке Q любой вероят­ности превышения, а по графику определить соответ­ствующий данному расходу уровень УВВ.

Расчетный рас­ход определяется с вероятностью превышения 1%, а наибольший - с веро­ятностью превышения 0,33%.

Таблица 7

Значения	Вероятность 1%				Вероятность 0,33%
	Весь поток	Главное русло	Правая пойма	Левая пойма	Весь поток	Главное русло	Правая пойма	Левая пойма
УВВ	Расчетный (РУВВ)=294,90				Наибольший ( НУВВ)=295,3
Расход Q,	34750	19750	10500	4500	38750	21250	12000	5250
Средняя скорость м/с	-	4,2	2,8	2,3	-	4,3	2,9	2,4
Площадь	10250	4800	3500	1900	11300	5000	4150	2200
Контроль	-	4,1	3	2,3	-	4,2	2,8	2,3
Ширина участка морфоствора b, м	2660	270	1130	870	2720	270	1160	900

Таким образом, отверстие мостового перехода рассчитывается на безопасный пропуск расчетного расхода _{при РУВВ=294.90 м., а высота пойменных насыпей и струенаправляющих дамб определяется с учетом подъема воды до отметки НУВВ= 295.3 (} )