5.2.Определение проектного расхода воды в судоходном рукаве

Расчет проектного (при наличии в несудоходном рукаве запруды) распределения расходов сводится к определению на перекате судоходного рукава (сечение 13) при расчётном уровне размывающих скоростей, при которых произойдет соответствующее углубление дна в пределах судового хода (Рис. 11). Для определения проектного расхода в судоходном рукаве Q_сп сначала находят расчетную скорость V_p, а затем и проектный расход по формуле:

Q_сп = , где

- площадь поперечного сечения на гребне переката с учетом запроектированной прорези;

- расчетная скорость течения , необходимая для размыва дна в пределах судового хода. Расчетная скорость подсчитывается по зависимости

=0,8 К_зап V_разм,=0,8·1,25·0,66=0,66 м/с

где К_зап =1,25 - коэффициент запаса (большие значения соответствуют расположению перекатов в верхней части судоходного рукава и резко разнородным грунтам, меньшие значения - расположению перекатов в нижней части рукава и однородным грунтам);

Размывающая скорость V_разм определяется по формуле

V_разм=1,3∙V_нр = 0,66 м/с, где

м/с - значение неразмывающей скорости подсчитываемое по формуле В.Н. Гончарова;

Т = Т_г+(Н_ср.м - Н_пр ) = 3,00+0,5 = 3,5 м - глубина потока в пределах судового хода;

- коэффициент неоднородности частиц грунта.

Расчеты выполняется для переката судоходного рукава и сводятся в таблицу 7.

Значения проектных расходов воды в судоходном рукаве					Таблица 7
№ сечения	, м2	Vнр, м/с	Vразм, м/с	Kзап	Vp, м/с	Qсп, м3/с
13-13	1304	0,51	0,66	1,25	0,66	861

За проектный расход в судоходном рукаве принимаем Q_Сп = 861.

После назначения проектного расхода в судоходном рукаве, устанавливается значение проектного расхода в несудоходном рукаве:

Q_нсп = Q – Q_сn = 1020-861=159;

Производится сравнение бытового и проектного расходов воды в судоходном рукаве:

Q_сб = 842 м³/с < Q_сп = 861 м³/с < Q_{ср. м.} =1020 м³/с - нужна запруда меженного действия.

5.3. Расчет кривых свободной поверхности в рукавах при проектном состоянии.

Падение уровня на расчетных участках находим графически по способу Н.Н. Павловского. Графическая часть расчета представлена на рисунках 11, 12, 13, 14, 15.

1.В каждом сечении задаются три значения уровня воды:

- для сечений в судоходном рукаве и верхней (подпертой) части несудоходного рукава:

1 – Н_{ср. меж. б}. = Z_с

2 –Н_ср.меж.+ ΔH₁ (0,2÷0,3 м)

3 –Н_ср.меж.+ ΔH₂ (0,4÷0,5 м)

- для сечений в нижнем бъефе запруд:

1 – Н_{ср. меж. б}. = Z_с (табл. 6)

2 –Н_ср.меж. – ΔH₃ (0,2÷0,3 м)

3 –Н_ср.меж. - ΔH₄ (0,4÷0,5 м)

- для сечения в створе запруды:

1 – Н_{ср. меж. б}. + ΔH₁

2 – Н_{ср. меж. б}. + ΔH₂

3 – Н_{ср. меж. б}. – ΔH₃

4 – Н_{ср. меж. б}. – ΔH₄

2.Для каждого поперечного сечения в соответствии с высотными отметками свободной поверхности (относительно вычисленной при рабочем уровне) определяются характеристики сечения: ω, В, h, K, F, Zc (таблицы 8, 9, 10, 11)

3. Вычисляем значения tgφ_c = 2a/bQ²_сп = 13,48, tgφ_нc = 2a/bQ²_нсп = 39,55, где

Q_сп = 861 м³/с – проектный расход воды в судоходном рукаве;

Q_нсп = 159 м³/с – проектный расход воды в несудоходном рукаве;

а – масштаб по оси уровней Zc (1см = 0,05 м) для судоходного рукава;

b – масштаб по оси модулей сопротивления F (1см = 0,01·10^-6 c²/м⁵) для судоходного рукава;

а – масштаб по оси уровней Zc (1см = 0,05 м) для несудоходного рукава;

b – масштаб по оси модулей сопротивления F (1см = 0,10·10^-6 c²/м⁵) для несудоходного рукава;

Отсюда:

φ_c = 85,8º

φ_нc = 88,5º

3. Используя значения F и Zc строим графики зависимости F = f(Zc) по судоходному и несудоходному рукавам (рисунок 15)

4. Графически находим падение уровня на расчетных участках , отметки уровня верхнегои нижнего -бьефов и величину перепада воды на запруде, при проектном распределении расходов по рукавам.

Построения начинают по судоходному рукаву от известной отметки уровня в нижнем сечении Z_н = 10,00м, проводя лучи под углом к вертикальной оси Z_c с использованием кривой F = f (Z_c) соответствующего расчетного участка. В результате находят падение уровней на расчетных участках и отметку уровняв верхнем ( выше острова) сечении участка.

Полученная отметка Z_в = 10,46 м по горизонтали переносится на график F = f (Z_c) несудоходного рукава, где построения выполняют, спускаясь от под углом до сечения в створе запруды, и находят отметку = 10,14 м верхнего бьефа запруды. Затем под тем же углом с проводят лучи, поднимаясь от нижнего сечения с отметкой Z_н = 10,00 м до сечения в створе запруды, и находят отметку = 10,02 м нижнего бьефа запруды (рис 15)

4. Определяется перепад уровней на запруде как разница отметок верхнего и нижнего бьефов запруды = 0,12 м

5. По результатам графических построений строятся кривые свободной поверхности при проектном состоянии, которые совмещаются с кривыми свободной поверхности при бытовом состоянии. Эти кривые дают наглядное представление о влиянии запруды на уровни воды по длине затруднительного участка.

Таблица 8

Результаты расчета модулей сопротивления и средних отметок в судоходном рукаве

Наим. рукава	№ сеч.	№ уч-ка	ω, м2	В, м	h, м	С, м1/2/с	Кi·103, м3/с	Кср·103, м3/с	К2ср·106, м6/с2	Δl, м	Fi·10-6, c2/м5	Zс, м
Судоходный рукав	при уровне выше среднемеженного на 0,2 м
	7	VII	792,0	390,2	2,03	43,278	48,836	72,427	5245,701	787,5	0,150	10,27
	8		1380,4	567,6	2,43	44,602	96,019
		VIII						117,591	13827,621	1004,9	0,073	10,37
	9		1683,8	534,5	3,15	46,567	139,163
		XI						141,568	20041,389	951,9	0,047	10,42
	10		1756,9	564,9	3,11	46,468	143,972
		X						139,145	19361,223	350,8	0,018	10,45
	11		1654,8	539,8	3,07	46,357	134,317
		XI						144,240	20805,141	318,2	0,015	10,47
	12		1823,4	559,5	3,26	46,832	154,163
		XII						126,986	16125,395	791,6	0,049	10,49
	13		1368,7	524,3	2,61	45,132	99,809
		XIII						77,733	6042,369	963,7	0,159	10,58
	1		770,6	299,5	2,57	45,023	55,656
	при уровне выше среднемеженного на 0,4 м
Судоходный рукав	7	VII	871,2	401,4	2,17	43,764	56,169	82,288	6761,499	787,5	0,116	10,47
	8		1495,0	578,5	2,58	45,056	108,288
		VIII						130,143	16937,187	1004,9	0,059	10,57
	9		1791,9	547,1	3,28	46,871	151,998
		XI						154,279	23802,037	951,9	0,040	10,62
	10		1871,7	583,6	3,21	46,707	156,560
		X						151,814	23047,577	350,8	0,015	10,65
	11		1764,1	552,8	3,19	46,668	147,069
		XI						157,091	24677,603	318,2	0,013	10,67
	12		1937,1	576,6	3,36	47,069	167,114
		XII						139,025	19327,904	791,6	0,041	10,69
	13		1475,1	539,5	2,73	45,481	110,936
		XIII						86,446	7472,861	963,7	0,129	10,78
	1		831,4	308,3	2,70	45,377	61,955

Таблица 9

Результаты расчета модулей сопротивления и средних отметок в верхней (подпертой) части несудоходного рукава

Наим. рукава	№ сеч.	№ уч-ка	ω, м2	В, м	h, м	С, м1/2/с	Кi·103, м3/с	Кср·103, м3/с	К2ср·106, м6/с2	Δl, м	Fi·10-6, c2/м5	Zс, м
Несудоходный рукав	при уровне выше среднемеженного на 0,2 м
	1’		834,7	400,9	2,08	40,357	48,606
		I						35,246	1242,298	1162,1	0,935	10,64
	2		447,3	279,0	1,60	38,638	21,886
		II						28,585	817,129	1053,0	1,289	10,59
	3		621,4	310,0	2,00	40,103	35,285
		III						27,676	765,963	1221,4	1,595	10,53
	4		489,3	397,6	1,23	36,971	20,067
		IV						18,523	343,116	991,5	2,890	10,41
	5		449,4	413,1	1,09	36,220	16,979
		V						17,618	310,388	668,7	2,154	10,28
	6		416,9	307,1	1,36	37,581	18,256
	при уровне выше среднемеженного на 0,4 м
	1’		916,2	414,7	2,21	40,759	55,510
		I						40,621	1650,081	1162,1	0,704	10,84
	2		504,9	296,1	1,70	39,036	25,733
		II						33,081	1094,328	1053,0	0,962	10,79
	3		684,6	322,0	2,13	40,499	40,428
		III						32,899	1082,312	1221,4	1,129	10,73
	4		570,1	409,9	1,39	37,733	25,369
		IV						23,276	541,762	991,5	1,830	10,61
	5		537,2	463,0	1,16	36,610	21,183
		V						21,862	477,955	668,7	1,399	10,48
	6		479,4	317,3	1,51	38,257	22,541

Таблица 10

Результаты расчета модулей сопротивления и средних отметок в створе запруды (сечение 6) и в нижнем бъефе запруды (сечение 7’)

при уровне ниже среднемеженного на 0,2 м и на 0,4 м

Наим. рукава	№ сеч.	№ уч-ка	ω, м2	В, м	h, м	С, м1/2/с	Кi·103, м3/с	Кср·103, м3/с	К2ср·106, м6/с2	Δl, м	Fi·10-6, c2/м5	Zс, м
Несудоходный рукав	6	VI	298,2	286,7	1,04	35,949	10,931	27,409	751,254	919,2	1,224	9,81
	7’		786,6	402,8	1,95	39,928	43,887
	6	VI	541,9	276,4	1,96	39,955	30,313	33,954	1152,851	919,2	0,797	9,61
	7’		707,3	389,6	1,82	39,446	37,594

Таблица 11

Судоходный рукав	Несудоходный рукав
№ сеч. № уч-ка Fi·10-6, c2/м5 Zс, м 7 VII 0,197 0,150 0,116 10,07 10,27 10,47 8 VIII 0,090 0,073 0,059 10,17 10,37 10,57 9 IX 0,057 0,047 0,040 10,25 10,42 10,62 10 X 0,022 0,018 0,015 10,22 10,45 10,65 11 XI 0,018 0,015 0,013 10,27 10,47 10,67 12 XII 0,059 0,049 0,041 10,29 10,49 10,69 13 XIII 0,190 0,159 0,129 10,38 10,58 10,78 1	№ сеч. № уч-ка Fi·10-6, c2/м5 Zс, м 1’ I 1,266 0,935 0,704 10,44 10,64 10,84 2 II 1,759 1,289 0,962 10,39 10,59 10,79 3 III 2,327 1,595 1,129 10,33 10,53 10,73 4 IV 4,781 2,890 1,830 10,21 10,41 10,61 5 V 3,445 2,154 1,399 10,08 10,28 10,48 6 VI 0,797 1,224 0,869 9,61 9,81 10,01 7’

Рисунок 12,

13,

14,

15