База нормативной документации: www.complexdoc.ru

16.3. Морфометрические расчеты

При проектировании мостовых переходов в створах с неизученным гидрологическим режимом прогноз последнего нередко приходится делать на основе приближенного морфометрического расчета, при котором оценивают сопротивляемость речному потоку поверхности русла и пойм по их внешним морфологическим и геометрическим характеристикам с последующим определением средних скоростей течения и расходов воды по уравнению равномерного течения жидкости (Шези).

Морфометрические расчеты используют для следующих целей:

1. Построения кривых расходов общего Q = f(Н) и руслового бытового Qрб = f(Н) (рис. 16.4).

Рис. 16.4. Схема к построению морфометрических кривых расходов общего Q = f(Н) и руслового бытового Qрб = f(Н):

а - морфоствор; б - кривые расходов; В - ширина элемента; т - коэффициент ровности русла; h - средняя глубина на участке

2.Оценки распределения расчетного общего расхода между элементами живого сечения долины в месте перехода (руслом и поймами). Величина распределения расчетного расхода между руслом и поймами - одна из основных характеристик, в конечном итоге определяющих как генеральные размеры сооружений мостовых переходов, так и последующие условия их эксплуатации.

3.Определения величин расчетных уровней в неизученных створах при известных величинах расчетных расходов.

4.Оценки величин прошедших расходов по следам паводков на местности.

5.Оценки бытовых скоростей течения в руслах и на поймах.

806

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

6. Построения эпюр элементарных и интегральных расходов, используемых при специальных расчетах, в частности при расчетах групповых отверстий.

Уравнение равномерного течения жидкости, используемое в морфометрических расчетах, имеет вид:

где

V - средняя скорость течения потока;

R - гидравлический радиус, принимаемый равным для относительно широких речных потоков с достаточной степенью точности равным средней глубине потока h;

I - уклон свободной поверхности потока;

С = m h1/6 - коэффициент Шези-Маннинга;

m = 1/п - коэффициент ровности (величина обратная коэффициенту шероховатости п), принимаемый в зависимости от морфологических характеристик участка по табл. 16.3.

Тогда основное уравнение морфометрического расчета будет

где

(16.2)

i - номер характерного участка морфоствора;

Iб - бытовой уклон свободной поверхности потока.

Таблица 16.3.

Коэффициенты ровности

807

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Примечание : Вместо коэффициента ровности т можно использовать коэффициенты шероховатости п, при этом m = 1/п

Обычная последовательность морфометрического расчета следующая:

1. На имеющемся профиле морфоствора выделяют характерные участки долины реки, различающиеся по ровности (шероховатости) и глубинам, и по морфологическим признакам

808

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

(табл. 16.3) назначают соответствующие коэффициенты ровности (шероховатости) участков (см. рис. 7.1).

2.В соответствии со схемой, представленной на рис. 16.4, задаются j-м уровнем воды и для каждого i-го характерного участка определяют площадь живого сечения wji и среднюю глубину hji

3.Вычисляют среднюю скорость течения Vji на каждом i-м участке по формуле (16.2) и расходы воды Qji = wjiVji.

4.Суммируют расходы на характерных участках долины реки

ив конечном итоге определяют величины общего Qi и руслового бытового расхода Qрбi при j-м уровне воды.

5. Расчеты выполняют в табличной форме (см. рис. 7.1) либо, чаще всего, на компьютере.

Для створов, по которым известны величины расчетного уровня и расхода, морфометрический расчет дает возможность определить главную характеристику долины реки - распределение общего расхода между руслом и поймами:

где

тр, тпi - соответственно, коэффициенты ровности русла и характерных участков пойм;

Врб, Впi - бытовая ширина русла и ширина i-го участка поймы;

hрб, hпбi - средняя глубина в русле и на i-м участке поймы.

Величины руслового и пойменного расходов определяются:

Qрб = Qt; Qпб = Q(1 - t).

Табличные значения коэффициентов ровности (шероховатости) по возможности следует корректировать по результатам натурных измерений скоростей течения при разных уровнях воды с одновременным установлением уклонов свободной поверхности потока.

809