книги / Примеры гидрологических расчетов мостовых переходов. Установление расчетных уровней и определение параметров ветровых волн
.pdfТаблица 12
Установление расчетного судоходного уровня по ГОСТу 26775-05
№ |
Годы |
Уровни воды в |
Омнирическал |
|
члена |
наблюде |
реке |
• м, |
вероятность |
ряда |
ний |
в убывающем |
превышения |
|
|
|
порядке |
|
уровней воды |
|
|
|
P i . % |
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
1981 |
164,73 |
2,9 |
2 |
1990 |
164,41 |
7,6 |
3 |
1985 |
164,30 |
11,1 |
4 |
1976 |
164,15 |
15,2 |
5 |
1979 |
163,84 |
19,3 |
6 |
1992 |
163,72 |
23,4 |
7 |
1973 |
163,65 |
27,5 |
8 |
1983 |
163,56 |
31,6 |
9 |
1988 |
163,43 |
35,7 |
10 |
1975 |
163,25 |
39,8 |
11 |
1986 |
163,11 |
43,8 |
12 |
1991 |
162,92 |
48,0 |
№ |
Годы |
Уровни воды в |
Эмпирическая |
|
члена |
наблюде |
реке |
, ч , |
вероятность |
ряда |
ний |
в убивающем |
превышения |
|
|
|
порядке |
|
уровней воды |
|
|
P i |
• * |
1 |
2 |
3 |
4 |
13 |
1984 |
162,86 |
52,0 |
14 |
1971 |
162,80 |
56,1 |
15 |
1987 |
162,68 |
60,2 |
16 |
1978 |
162,60 |
64,3 |
17 |
1980 |
162,55 |
68,4 |
18 |
1994 |
162,43 |
72,5 |
19 |
1977 |
.162,35 |
76,6 |
20 |
1982 |
162,16 |
80,7 |
21 |
1989 |
162,06 |
84,8 |
22 |
1974 |
161,81 |
88,9 |
23 |
1993 |
161,64 |
93,0 |
24 |
1972 |
161,50 |
97,3 |
в значениях p L уменьшается.
На клетчатке вероятностей нормального распределения строим
график |
Z |
= -f (p ) (р и с .1 1 ) |
. |
Для реки Ш класса расчетная |
вероятность Глаевышения р рс,сч |
- |
4% (т а б л .6 ) . По графику |
||
Z T = f ( p ) |
определяем соответствующую отметку расчетного |
судоходного уровня в створе водомерного поста РСУВ, равную 164.61 м.
Расчетный судоходный уровень в створе мостового перехода РСУМ находим из выражения ( 5 ) ;
?СУМ= РСУВ + S3 = 164.61 + 46C04.0GG25 = 164,61+1.20 =165,81 м.
Для рек, мало изученных в гидрологическом отношении, а также согсем не изученных, ГОСТ 267?5-85 допускает определять расчетный судоходный уоовень на основании использования данных краткосроч ных гидрометрических наблюдений с поиведением их к многолетнему периоду по дачным постов гидрометеорологической службы, располо женных на чеках-аналогах. При этом реки-аналоги ложны находить ся г сходных условиях.
3. ОПРЕЕЕЛЕШЕ РАСЧЕТНЫХ УРОВНЕЙ МЕШШ>; ВОД
Для составления проекта мостового перехода нужно знать не толь
ко расчетный уровень высоких вод РУББ и расчетный судоходный уро вень ?С7, но и расчетные уровни меженных вод.
За расчетные уровни меженных вод принимают:
1) накнпзший расчетный уровень меженных вод РУМВН с вероят
ностью превышения 9?£; 2 ) средний расчетный уровень меженных вод Р У Б С с вероятностью
превышения 502.
Ес.ли на реке имеется водомерный пост с данными многолетних
наблюдений за уровнями воды, то расчетные уровни меженных вод оп ределяют методом математической статистики путем обработки ряда
наинизших в году уровней открытой воды |
(i ) • Задача решается |
|
в следующей последовательности. |
|
|
1. |
Измеренные на водомерном посту годовые наинизшие уровни |
|
открытой |
воды в реке Я-цр) располагают в |
убывающем порядке (г п а - |
фа Я табл. 1 3 ) , причем каждому уровню присваивают |
свой порядковый |
номер и указывают соответствующий календарный год |
(графы 1 и 2 |
табл. 1 3 ) . |
|
32
Рис.11. Определение расчетного судоходного уровня по графику
2Гг = J (p ) (п о ГОСТу 26775-85)
ё
|
|
|
|
Таблица 13 |
|
К определению расчетных уровней меженных вод |
|||
J6 |
Годы |
Уровни воды в реке |
Эмпирическая ве |
|
члена |
наблюдений |
|
роятность превышения |
|
ряда |
|
в у?1$ваюшем по |
уровней |
воды |
|
|
рядке |
P i |
» ^ |
1 |
2 |
3 |
|
4 |
3
п%н(тсп)
|
2. Находят эмпирическую вероятность |
превышения p i |
каинкзшах |
|||
уровней открытой воды в реке для каждого года наблюдений по фор |
||||||
муле |
( 2 ) и заполняют графу 4 табл. 13. |
|
|
|
|
|
|
3. Наносят на клетчатку вероятностей нормального распределения |
|||||
(рис. 12) значения наинизших уровней открытой воды в реке |
^ н р ) |
|||||
(графа 3 табл. 13) к их эмпирической вероятности |
превышения р^ |
|||||
(графа 4 табл. 13 ) . По точкам |
проводят |
плавную |
кривую, |
представ |
||
лявшую собой график зависимости |
К.^ |
- |
I Q о) (сплошная линия |
|||
на ои с.1 2 ). |
|
|
' |
|
|
|
|
4. Полученный график экстраполируют до вероятности превышения |
|||||
р |
= 93% (экстраполированный |
участок графика показан пунктирной |
линией) . В результате этого находят отметку наиниэшего расчетного
уровня меженных вол |
?УЧВН. |
|
5. По графику |
ZH = f ( p ) определяют ординату, соответствую |
|
щую абсциссе |
р |
= 5G*. Эта ордината представляет собой отметку |
среднего расчетного уровня меженных вод РУМВС. |
||
В тех случаях, когда створ мостового перехода Ч - Ч не совпа |
||
дает со створом водомерного поста В - В (р и с .2 ) , расчетные уровни |
меженных вод, найденные в створе водомерного поста, нужно перенес ти в створ мостового перехода. Для этого используются следующие
зависимости: |
|
?УМВн(м ) = ГУМВн(в) ± S 2 T ; |
(7 ) |
34
2 Мшм
©— , A Q *4
|
|
|
|
|
т*г~ |
|
|
%'К |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ ч® |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КN |
|
|
|
/ 2 |
|
5 |
to |
г о |
30 |
50 |
?0 во |
90 9*f |
98 99 |
|
|
Р и с .12. К определению расчетных |
уровней |
P> /о |
|||||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
меженных вод |
|
|
|
|
||||
|
|
? г а 0(« ) |
= ? } ,,®С(В) |
* ■S'3 '. |
|
( 8) |
||||||
где |
|
и ?УЧРС£Мч |
- |
накнкзший и |
средний расчетные уровни |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
меженных вод в створе мостового пере |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
хода, |
м; |
|
|
|
|
?,п^ Н (в ) к |
р^ ' с (в) |
" |
наиниЭ1ПИЙ и |
средний |
расчетные уровни |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
меженных вод в створе водомерного пос |
|||||
S |
|
|
|
|
|
|
та, м; |
|
|
|
|
|
- |
расстояние |
между створами водомерного поста и мостового |
||||||||||
з |
|
перехода, |
м; |
|
|
|
|
|
|
|
||
- |
уклон |
реки |
на участке между теми же |
створами. |
|
|||||||
Б |
этих выражениях знак плюс принимают тогда, когда |
створ мос |
||||||||||
тового перехода М - М находится выше створа водомерного поста |
||||||||||||
В - Б |
(р и с ,2 ,а ) |
, |
а |
знак |
минус - |
когда |
створ М - М располагается |
|||||
нике створа Б - |
В |
(р и с .2 ,б ) . |
|
|
|
|
||||||
При отсутствии или недостаточности материалов наблюдений за |
||||||||||||
уровнями |
воды на данной реке |
расчетные |
уровни |
меженных вод РУЧВН |
35
и РУЧБС находят |
по |
кривой расхода Q ~ f (Z ') (р и с .1 ) после |
предварительного |
определения меженных расходов. |
|
П р и м е р |
5 |
. Определить расчетные уровни меженных вод |
в створе мостового перехода, который проектируется через реку Р.
На реке имеется водомерный пост с многолетним |
рядом |
наблюдений. |
|||
Р табл. 14 приведены |
значения |
годовых наинизших уровней |
открытой |
||
воды в реке %н ^ |
за период |
с 1967 по 1994 г |
, тс |
е с т ь |
за |
Л= 2В лет.
Водомерный пост находится на расстоянии S = 12,7 км от
створа мостового перехода выше по течению. Уклон реки на участке
между створами водомерного поста и мостового перехода |
|
С/ =С,0СС35. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
Таблица |
14 |
||
Значения годовых наинизших |
уровней открытой воды |
|
|
|
|||||
|
|
в |
реке Р |
|
|
|
|
|
|
к, |
Годы |
Отметки |
уоовня |
Д |
Годы |
Отметки |
уровня |
||
п/п |
наблюдений |
воды в реке |
п/п наблюдений |
воды |
в |
реке |
|
||
|
2 |
* н (П |
• м |
|
|
%нГП • »■ |
|
||
1 |
3 |
1 |
2 |
|
|
3 |
|
||
1 |
1967 |
16С.44 |
15 |
1961 |
|
160,61 |
|
||
г. |
1968 |
161,22 |
16 |
1382 |
|
161,12 |
|
||
3 |
1969 |
161,75 |
17 |
1983 |
|
16С.35 |
|
||
4 |
1Р7С |
150,33 |
18 |
18S4 |
|
161,36 |
|
||
5 |
1971 |
161,56 |
19 |
1985 |
|
160,84 |
|
||
6 |
1?72 |
161,50 |
30 |
1986 |
|
160,56 |
|
||
7 |
1S73 |
160,76 |
21 |
1987 |
|
161,16 |
|
||
6 |
1974 |
161,08 |
22 |
1988 |
|
160,89 |
|
||
9 |
1975 |
160,27 |
23 |
1989 |
|
16G.39 |
|
||
1C |
1976 |
161,26 |
24 |
1990 |
|
161,41 |
|
||
11 |
1977 |
160,93 |
25 |
1991 |
|
16G.78 |
|
||
12 |
1978 |
161,82 |
26 |
1992 |
|
161,65 |
|
||
13 |
1979 |
160,42 |
27 |
1S93 |
|
160,69 |
|
||
14 |
1980 |
161,62 |
28 |
1994 |
|
161,53 |
|
||
|
Сначала определим расчетные уровни меженных вод в створе водо |
||||||||
мерного поста, |
то есть |
найдем |
величины Р У Ч Е ^ ^ |
и РУ?ШС^ . |
|
||||
|
Годовые наинизшие уровни открытой воды в реке |
|
распола |
||||||
гаем |
в убывающем порядке (графа 3 |
т а б л .15) . Каждому |
уровню |
при |
36
сваиваем 030“: порядковый номер и указываем соответствующий
календарный |
год |
(графы |
1 и 2 |
табл. 1 5 ) . |
|
|
||||||
|
По формуле ( 2 ) находим эмпирическую вероятность превышения |
|||||||||||
Pi |
каинизших уровней воды для каждого |
года наблюдений. |
|
|||||||||
|
Лдч |
первого |
члена ряда (д ля 1978 г . ) |
|
|
|||||||
|
А |
|
= |
П + |
1CD |
---------1 “ |
5 »3 - |
100 = 2 , 5 * , |
|
|||
|
|
|
|
0,4 |
|
|
28 + |
0,4 |
|
|
|
|
для |
второго |
члена ряда |
(д л я 1969 г . ) |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Рг - -^ -Н - |
ЮС = б,«, |
|
||||||
для |
третьего члена ряда |
(д ля |
1992 г . ) |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
100= 9>5* |
|
|||
|
Результаты расчета приведены в графе 4 табл. 15. |
|
||||||||||
|
Наносим на клетчатку вероятностей нормального распределения |
|||||||||||
(р и с. 13) |
значения наинизших уровней |
открытой воды в реке |
2’H(i ) |
|||||||||
(граф а 3 табл. 1 5 ) и их |
эмпирической вероятности превышения р^ (гра |
|||||||||||
фе 4 |
табл. |
15 ) |
. Точки |
соединяем плавной кривой и в результате |
||||||||
этого |
получаем |
график зависимости |
2Н |
* |
f (р ) (сплошная линия |
|||||||
на |
р и с .1 3 ) . |
|
|
|
|
|
|
J |
|
|||
|
График |
экстраполируем до вероятности |
превышения р |
= 99* |
(пунктирная линия на графике) и получаем отметку наинизшего рас
четного |
|
уровня мекенннх |
вод |
в створе водомерного.поста Р У М В „ , |
||||||
оавную |
160,26 |
м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
По графику |
- f ( p |
) |
определяем ординату, |
соответствующую |
||||||
абсциссе |
р |
- |
50*. Она получилась равной 161,26 |
м. Эта ордината |
||||||
представляет собой отметку среднего расчетного уровня меженных |
||||||||||
вод б створе |
водомерного |
поста Р У М В ^ ч . |
|
|
||||||
Перенесем |
полученные |
отметки |
РУМБн ?вч |
и РУНВС/В) в створ мос |
||||||
тового |
перехода, |
используя |
зависимости \ 7 ) |
и (8 ) |
|
|||||
Р У Ч Е ^ |
= |
? Г © н (в ) |
“ |
S 3 |
= 160,28 - |
12700.0,00035 = |
||||
|
|
|
= |
160,28 - |
4,44 |
= |
155,84 м ; |
|
|
37
Тяблиня 15
Определение расчетных уровней меженных под
*Голы Уровни волы в
члена |
наблюде |
реке ZHCO * |
Рада |
ний |
в убывающем |
|
|
порядке |
1 |
2 |
3 |
Эмпирическая |
|
.№ |
Годы |
Уровни волн в |
Эмпирическая |
|
|
вероятность |
пре |
члена |
наблюде |
реке ZH(i ) , м, |
вероятность |
пре |
|
вышения уровней |
ряда |
ний |
в убывающем |
вышения уровней |
|||
волк |
pi , |
% |
|
|
порядке |
воды p i , |
% |
|
4 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
1978 |
161,82 |
2,5 |
15 |
1977 |
160,93 |
51,8 |
2 |
1969 |
161,76 |
6 ,0 |
16 |
1988 |
160,89 |
55,3 |
3 |
1992 |
161,65 |
9,5 |
17 |
1985 |
160,84 |
58,8 |
4 |
1980 |
161,62 |
13,0 |
16 |
1991 |
160,7R |
62,3 |
5 |
1971 |
161,58 |
.16,6 |
19 |
1.973 |
160,76 |
65,8 |
6 |
1994 |
161,53 |
20,1 |
21.; |
1993 |
160,69 |
69,4 |
7 |
1972 |
161,50 |
23,6 |
21 |
1981 |
160,61 |
72,8 |
8 |
1990 |
161,41 |
27,1 |
22 |
1986 |
160,56 |
76,4 |
9 |
1984 |
161,36 |
30,6 |
23 |
1967 |
160,44 |
79,8 |
10 |
1976 |
161,28 |
34,2 |
24 |
1979 |
160,42 |
83,5 |
Л |
196R |
161,22 |
37,7 |
25 |
1989 |
160,39 |
87,0 |
12 |
1987 |
161,18 |
41,2 |
YP |
.1983 |
160,35 |
90,4 |
13 |
1982 |
161,12 |
44,8 |
27 |
1970 |
160,33 |
93,9 |
14 |
1974 |
161, Г-8 |
48,2 |
2 » |
1275 |
160,27 |
97,5 |
р , %
Р и с.13. Определение расчетных уровней меженных вод
EWB0 (M ) |
= PWBC(B) - S 3 = 161,26 - 127CC.C,CC035 = |
||
|
= 161,26 - 4,44 = 156,S2 M. |
|
|
4. |
РАСЧЕТ ПАРЛ'ТЕТРОЕ ВЕТРОВЫХ ВОЛЕ |
|
|
Под влияние»', ветра на поверхности воды г. реках к водохрани |
|||
лищах возникают волны. |
высота hg |
|
|
Параметрами ветровой волны являются ее |
к длина Л |
||
(р и с .1 4 ) . Высота.ветровой волны зависит от |
скорости к |
направле |
ния ветра, длины разгона волны, глубины реки |
при расчетном уровне |
|
высоких вод |
К'?.В, конфигурации реки в районе |
мостового перехода |
и характера |
растительности на поймах. |
|
При проектировании мостовых переходов расчеты параметров вет
ровых волн производят в |
условиях мелководья, когда |
глубина воды |
|||
Ь |
« С . 5 Л , |
где |
Л - |
длина волны. |
|
л ля |
возможности |
определения |
параметров ветровых |
волк необхо |
димо иметь следующие исходные денные: расчетную скорость ветра
на высоте |
|
10 м над поверхностью воды (э т а скорость обозначается |
||||||||
VfQ) , |
длину разгона волны |
X |
и |
среднюю глубину |
реки |
/? на |
||||
всем протяжении разгона волны при РУЗВ. |
|
|
||||||||
Скорость VJQ |
, |
м/с, находят из |
выражения |
|
|
|||||
|
|
|
|
4 o = K |
v V |
|
M . |
|
< 9' |
|
где |
- |
расчетная |
скорость |
ветра |
|
по данным метеорологической |
||||
|
|
станции |
на высоте |
2? |
над |
поверхностью воды, |
м/с; |
|||
К у - |
коэффициент перехода от |
скорости ветра, |
измеренной на |
|||||||
|
|
высоте |
Z |
. к скорости, ветра Ъ^а ; этот |
коэффициент |
|||||
|
|
принимают по табл. |
16 . |
|
|
|
|
4G