3773

21

Решение. Определяем модуль стока:

q = Q / F = 0,85 / 1500 = 0,00056 м3/с с 1 га = 0,56 л/с с 1 га.

Задача № 4

Определить коэффициент стока, если средний годовой модуль стока q = 0,1 л/с с 1 га, годовое количество осадков Н = 650 мм.

Решение. Находим объём стока с 1 га за год:

Wст= 0,1 * 60 * 60 *24 * 365 / 1000 = 3153,6 м3/га;

Слой стока: hст = 0.1 * 3153,6 = 315 мм; Коэффициент стока σ = 315 / 650 = 0,48.

3.2. Построение графиков частоты и обеспеченности

Проектирование гидротехнических сооружений. Проведение лесокультурных работ на затапливаемых землях требует знания повторяемости и продолжительности стояния горизонтов воды за определённый период (год, вегетационный период, весенний период и т.д.). Поэтому строят графики повторяемости (частоты) и продолжительности (обеспеченности).

Таблица 3 Повторяемость и продолжительность стояния горизонтов воды

22

Амплитуду колебаний уровней воды за данный период разбивают на интервалы величиной 10-50 см. Из гидрологических ежегодников (таблиц ежегодных уровней) определяем число дней стояния горизонтов в каждом интервале и составляем таблицу 3.

Полученные данные служат для построения графика частоты. Он показывает количество дней, в течение которых уровни воды находились в пределах того или иного интервала. Наиболее часто повторяющийся в течение вегетационного периода горизонт воды называется бытовым горизонтом (ГБВ).

Обеспеченности (продолжительность стояния горизонтов воды) получают последовательным суммированием числа дней для различных интервалов графика частоты (от верхнего интервала).

Пример построения графика частоты и обеспеченности.

Используя данные таблицы, построим графики частоты и обеспеченности уровней волы в реке за май – сентябрь.

23

Рис. 1. График частоты и обеспеченности летних расходов воды: 1 – повторяемость стояния горизонтов; 2 – продолжительность

3.3 Твёрдый сток и заиление водохранилищ

Движение воды в руслах рек сопровождается изменением берегов (абразионные процессы), что приводит к насыщению водного потока продуктами размыва и смыва.

Для расчёта среднего многолетнего расхода наносов рек лесостепи и степи (между Днепром и Волгой) может быть использована следующая формула:

R = Д * Q * Н,

где: R – средний многолетний расход рек, кг/с;

Д – эрозионный коэффициент районирования территории; Н – средневзвешенная высота бассейна, м;

Q – средний многолетний расход воды, м3/с.

24

Эта формула может быть рекомендована для рек с площадями бассейнов от 200 до 35000 км2. Для рек с площадью бассейнов меньше 200 км2 в расчетную формулу следует вводить поправочный коэффициент Кп. Значение Кп приводится в таблице 4.

Таблица 4

Кп для рек с площадью бассейна менее 200 км2

коэффициент Кп

При этом следует различать сток как взвешенных наносов, так и донных. Если взвешенные наносы не являются руслоформирующими, то тогда следует раздельно учитывать сток взвешенных наносов, представленных руслоформирующими фракциями, расчет следует вести только на взвешенные наносы.

Иногда в практике необходимо сделать комплексную их оценку. Тогда вычисляют суммарный сток взвешенных и донных наносов по следующей формуле:

Кобщ = R (1 + β),

где β – величина расхода донных наносов в долях от расхода взвешенных наносов.

Для равнинных рек β = 0,05-0,10, а для горных рек β = 0,10-0,30. Причем чем меньше мутность воды и крупность наносов, тем больше β.

Поступающая вода с бассейна водосборной площади водохранилища, а также впадающие в него водотоки приносят массу взвешенных породных частиц. Происходит процесс заиления водохранилищ. При оценке этого процесса в зависимости от хозяйственных задач решаются следующие вопросы:

1)оценка общего стока заиления водохранилища;

2)оценка потери полезной емкости водохранилища вследствие заиления его верхней части;

3)установление границ зоны затопления в результате изменения кривой свободной поверхности;

4)оценка заиления судоходных глубин в ходе заиления;

25

5)установление границ зоны активизации поперечных перемещений

русла;

6)оценка поступления наносов к плотине;

Суммарная приближенная оценка продолжительности периода заполнения водохранилища наносами может быть произведена по формуле

Т = Wв /Wн( 1 – β ),

где: Т – средняя продолжительность периода заиления, лет; Wв – мёртвый объём водохранилища, м3;

Wн – средний годовой объём наносов, м3;

β – транзитная часть наносов мелких фракций, сбрасываемых из водохранилища при паводках, в долях от общего объёма наносов, для равнинных водотоков в среднем 0,3-0,4.

Средний годовой объём наносов определяется по формуле

Wн = Rо * 31,5 * 1000 / β,

где Rо– средний годовой расход наносов, кг/с;

β – объёмный вес наносов (т/м3), равный от 0,5-0,7 для илистых наносов, в первые годы уплотненных наносов до 1,0-1,5 для песчаных или илистых уплотненных грунтов.

Задача № 1

Средний многолетний расход воды в реке

Q = 150 м3/с, средневзвешенная высота бассейна над замыкающим створом составляет 50 м, эрозионный коэффициент Д = 0,95, река равнинного типа. Определить суммарный сток наносов Rо при площади водосбора 850 км2.

Решение. Для данной реки, где площадь водосбора более 200 км2, поправочный коэффициент в формулу не вводим, и тогда в рабочем варианте суммарный сток взвешенных и донных наносов определим:

Rо = Д * Q * Н ( 1 + β ) = 0.95 * 150 * 50 (1 + 0,05) = 7481 кг/с.

Задача № 2

Определить среднюю продолжительность периода затопления водохранилища наносами, если общий средний расход наносов Ко = 6 * 103 кг/с, мертвый запас воды Wо =

= 34 * 108м3, δ = 3,3.

26

Решение. Определяем средний годовой объём наносов:

Wн = Rо * 31,5 * 1000 / β = (6 * 103) * (31,5 * 1000)/ 0,5 = 378 * 106 м3.

Затем определяем период затопления водохранилища наносами: Т = Wо / Wн( 1 – δ) = 34 * 108 / 378 * 106( 1 – 0,3 ) = 12 лет.

3.4 Определение скоростей и расходов воды поплавками

На водотоке выбирают прямолинейный участок без подпора воды. Берега и особенно русло должны быть возможно более устойчивыми, не подвергаться зарастанию. На выбранном участке разбивают три створа.

Рис. 2. Разбивка створов (1) и промеры живых сечений (2)

Расстояние между створами должно равняться 3-4 кратной ширине реки. Поплавки в количестве 10 и более выбрасывают в реку на 1-2 метра выше верхнего створа и секундомером засекают время прохождения поплавков через намеченные створы. После этого проводят детальные промеры живых сечений на каждом створе.

Задача № 1

Определяем скорость и расход воды в реке по следующим данным: расстояние между крайними створами 1 = 20 м, время прохождения брошенных в воду поплавков: 25, 28, 27, 26, 30,29, 28, 30, 27 с. Среднее время (tср) равно среднему из двух наименьших значений:

t ср= (25 + 26) / 2 = 25,5 с.

Максимальная поверхностная скорость

Vпов = 1 / t ср = 20 / 25,5 = 0,78 = 0,8 м/с.

27

Площадь живого сечения для каждого створа определяют как сумму элементарных фигур (трапеций, треугольников), а смоченный периметр – как сумму гипотенуз прямоугольных треугольников.

Таблица 5

Промеры живых сечений

ср = ( в + 2 * с + н) / 4 = (1,17 + 2,60 + 1,49) / 4 = 1,32 м2;ср = ( в + 2 * с + н) / 4 = (3,94 + 8,12 + 4,45) / 4 = 4,12 м.

Для вычисления расхода воды при расчётах необходимо перейти от поверхностной скорости к средней скорости течения реки через переходной коэффициент К1: V = К1 * Vпов; К1 = С / С + 14; С = 87 / 1 + / R,

где: С – скоростной коэффициент Шези;

– коэффициент шероховатости, для чистых русел равен 1.3; R – гидравлический радиус.

3.5Определение скоростей и расходов воды гидрометрическими вертущками

Гидрометрическая вертушка позволяет определять скорость течения воды в реке (водотоке) более точно, чем поплавками. Наиболее

28

распространенная вертушка Н.Е. Жестковского. Скорость движения воды определяется по специальным графикам в зависимости от числа оборотов лопастного винта. Скорость вращения винта фиксируется звонком посредством замыкания электрической цепи через 20 оборотов.

Для определения скорости движения воды по всей ширине реки и ее профилю выбирается гидрометрический створ, где назначается несколько промерных вертикалей, в зависимости от глубины, выбирается несколько точек для определения скорости. Скорость может быть определена в одной, двух, трех, пяти точках. Средняя скорость на вертикали вычисляется по формулам:

-одноточечное измерение на глубине 0,6 м – V = V0,6h;

-двухточечное – V = 0,5 (V0,2h + V0,8h);

-трёхточечное – V = 0,25 ( V0,2h + 2V0,6h + V0,8h);

-пятиточечное – V = 0,1 ( Vпов + 3V0,2h + 3V0,6h + 2V0,8h + Vдно).

Рис. 3. Разбивка скоростных вертикалей (1, 2, 3)

Таблица 6

Определение расхода воды по скоростям

29

30

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основная

1. Андрющенко, П. Ф. Гидротехнические сооружения в садовопарковом и ландшафтном строительстве [Текст] : учеб. пособие / П. Ф. Андрющенко, А. Н. Дюков, Т. П. Деденко. – Воронеж, 2009. – 111 с.

2.Гидротехнические мелиорации [Текст]: учебное пособие / В.И.Михин, Т.А.Малинина, Е.А.Михина, Т.П.Деденко;М-во образования и науки РФ,

ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».- Воронеж, 2018.-104 с.

Дополнительная литература

1. Краткий словарь основных гидротехнических терминов, формул и определений [Электронный ресурс]: учебное пособие для выполнения курсовой работы и практических занятий по гидротехническим мелиорациям по направлению подготовки 250100Лесное дело / А.Н.Дюков, П.Ф.Андрющенко, Е.А.Михина, Т.А.Малинина, Т.П.Деденко; -Воронеж, 2013.-ЭБС ВГЛТУ .

2.Сабо, Е.Д. Гидротехнические мелиорации объектов ландшафтного строительства [Текст] : учеб. / Е.Д. Сабо, В.С. Теодоронский, А.А. Золоторевский. – М. :Академия, 2008.- 336 с.

3.Теодоронский, В.С. Гидротехнические мелиорации [Текст] : учеб. 2-

еизд. / В.С. Теодоронский, А. А. Золоторевский, Е.Д. Сабо. – М.: Юрайт,

2017. – 338 с.