2. Расчет гидравлических элементов потока в расчетных струях

Расчет выполнен для проектного состояния русла (4, 5 струи).

Во всех расчетных сечениях для этой струи определяют гидравлические элементы потока: площадь струи ω_стр, ширину струи b_стр, среднюю глубину h_стр = ω_стр/b_стр, среднюю скорость в сечении струи U_стр = Q_стр/ω_стр, значение неразмывающей U_нр и размывающей U_р скоростей течения. Значения неразмывающих скоростей вычисляются по формуле В.Н. Гончарова:

U_нр = 3,0(h_стр d₅₀/d₉₀)^0,2(d₅₀ + 0,0014)^0,3 (6)

где d₅₀ и d₉₀ - диаметры частиц грунта, обеспеченные соответственно на 50 и 90 % по кривой гранулометрического состава (приведены в исходных данных).

Значения размывающих скоростей определяются по соотношению U_р=1,3U_нр.

Результаты подсчета указанных величин сведены в табл.2.

Таблица 2

Гидравлические элементы потока и значения в струях 4 и 5

№ струи	№ поперечника	м2	м	м	м3/с	м/с	м/с	м/с
4	1	282	68	4,15	260	0,50	0,65	0,92
	2	272	56	4,86		0,51	0,67	0,96
	3	313	66	4,74		0,51	0,67	0,83
	4	307	60	5,12		0,52	0,68	0,85
	5	372	61	6,10		0,54	0,70	0,70
5	1	314	148	2,12	260	0,44	0,57	0,83
	2	262	66	3,97		0,49	0,64	0,99
	3	260	65	4,00		0,49	0,64	1,00
	4	487	151	3,23		0,47	0,62	0,53
	5	469	164	2,86		0,46	0,60	0,55

По данным таблицы 2 построены совмещенные графики изменения скоростей по длине струй 4 и 5 (рис. 7,а и рис. 8,а).

Для получения количественной оценки устойчивости прорези выполняется расчет деформаций дна на основе уравнения баланса наносов.

3. Расчет деформаций прорези

Уравнение деформации для выделенных струй записывается в следующем виде:

+ (b_стр)_ср. ·z_д/t = 0, (7)

где Q_s - приращение расхода влекомых наносов, м³/ с;

(В_стр)_ср - средняя на участке ширина струи, м;

l - длина расчетного участка, м;

t - расчетный интервал времени, сутки;

е - пористость грунта (для песка ε = 0,4);

z_д - приращение отметки дна, м.

Последовательность расчета:

1. Вычисляются значения расхода влекомых наносов в расчетных сечениях струй по формуле К. В. Гришанина: Q_s = 0,015(U_стр/U_нр)³·d₅₀(U_стр-U_нр)b_стр

2. Подсчитывается приращение величины расхода влекомых наносов Q_s = Q_s,I+1-Q_s,i,

где I -номер расчетного сечения.

3. Вычисляется начальная скорость деформаций. При этом начальную скорость повышения или понижения высоты дна в пределах каждого расчетного участка находят по формуле:

, м/сут , (8)

где (b_стр)_ср = (b_стр,i + b_стр,i+1)/2;

l - длина расчетного участка по оси струи, м.

Величина получает тот же знак, что и величина ΔQ_s.

4. Подсчитываются деформации дна за период времени t по соотношению: .

Интервал времени t принимается равным 5 суток. Расчеты деформаций дна сводятся в табл. 3.

По результатам расчетов строят графики изменения скорости начальной деформации по длине струй 4 и 5 (рис. 7,б и рис. 8,б).

Скорости течения в расчетных струях больше неразмывающих, что говорит о том, что в пределах прорези будет происходить транзитное движение наносов.

Исходя из графиков, можно утверждать, что по прошествии 5 суток будет происходить размыв дна прорези на всем протяжении струи 4. На участке струи 5 в пределах промежутков 1-2 и 3-4 будет происходить размыв, а на промежутках 2-3 и 4-5 намыв. Деформации размыва преобладают над деформациями намыва, поэтому можно сделать вывод, что прорезь устойчивая.

Таблица 3

Расход влекомых наносов и значения начальной скорости деформаций дна в пределах струи № 2 и № 3

№ струи	№ поперечника	Uстр,м/c	Uнр, м/c	Uстр/Uнр	(Uстр/Uнр)3	Uстр-Uнр	bстр,м	Qs м3/c	(bстр)ср,м	∆Qs м3/c	∆l, м	ξнач, м/сут	∆Zд, м
2	1
	2
	4
	5
	6
3	1
	2
	3
	4
	5
	6

По результатам расчетов строятся графики изменения скорости начальной деформации по длине струи ξнач (рис. 11, рис.12.).