1.2 Гидрологические расчёты реки в лимитирующих створах и определение возможной продолжительности лесосплава.

Река разбита на два участка, на каждом из них лимитирующий створ. Для организации первоначального лесосплава необходимо определить в этих створах и в створе запани продолжительность лесосплава, средние значения поверхностных скоростей течения, ширину русла, глубин и расходов. С этой целью вычерчиваем поперечный профиль для каждого расчётного створа реки по данным пункта 2.4 задания.

Для каждого створа определяем среднюю отметку дна меженного русла Z_ср по зависимости (2.стр.10): Z_ср = Z / n (1.8)

где: Z – сумма всех отметок дна меженного русла в промерных точках (из задания 2.4); n – число промерных точек.

Для первого створа:

Z_ср1 = (33 + 31 + 28,5 + 27,8 + 26,9 + 27,2 + 28,5 + 31,4 + 32,8) / 10 = 29,4 м ;

Для второго створа:

Z_ср2 = (57,2 + 52,7 + 51,7 + 51,5 + 51,9 + 51 + 57,3 + 58) / 8 = 53,9 м;

Для третьего створа:

Z_ср3 = (42,1 + 38,2 + 37,1 + 36,7 + 36,8 + 37,3 + 38 + 42) / 8 = 38,5 м.

Нижний расчётный уровень воды должен возвышаться над средней отметкой меженного русла на 0,5 м, все последующие уровни назначаем через каждые 0,6 м на лимитирующих створах и через 1 м в створе запани. Ширину реки В при расчётных уровнях устанавливаем в соответствии с масштабом по поперечному профилю.

Площадь живого сечения  для каждого расчётного уровня определяем по следующим зависимостям (2.стр.10).

Для первого уровня: ₁ = В₁(Z₁ - Z_ср), (1.9)

Для второго уровня: ₂ = ₁ + 0,5(В₁ + В₂)( Z₂ – Z₁), (1.10)

Для третьего уровня: ₃ = ₂ + 0,5(В₂ + В₃)( Z₃ – Z₂), (1.11)

Для четвёртого уровня: ₄ = ₃ + 0,5(В₃ + В₄)( Z₄ – Z₃), (1.12)

Для пятого уровня: ₅ = ₄ + 0,5(В₄ + В₅)( Z₅ – Z₄). (1.13)

Среднюю глубину реки для каждого расчётного уровня определяем по отношению (2стр.11): h_ср =  / В (1.14)

где: , В – площадь живого сечения и ширина, соответствующие расчётному уровню.

Расход воды (2.стр.11): Q = V, (1.15)

где: V – средняя скорость потока, м / с ; V = С (1.16)

где: С – коэффициент Шези;

j – уклон свободной поверхности, из задания (табл. 2.5);

R – гидравлический радиус, равный средней глубине реки в расчётном створе.

Коэффициент Шези С определяем по формуле (5.стр.57):

С = (1 / n)h_ср^0,25 (1.17)

где: n – коэффициент шероховатости, из задания (табл.2.5).

Расчётные гидрологические характеристики лимитирующих створов при различных отметках уровней.

Таблица 1.3

Отметки расчёт- ных уровней Z, м	Ширина реки по урезу воды В, м	Площадь живого сечения реки , м2	Средняя глубина реки hср, м	Коэффи-циент Шези С, м	Средняя ско- рость потока V, м / с	Расход воды Q, м3 / с
Створ № 1 Zср = 29,4 м
29,9 30,5 31,1 31,7 32,3	57,5 62,5 67,5 72,5 76,0	28,8 64,8 103,8 145,8 190,4	0,5 1,03 1,54 2,01 2,5	33,6 40,0 44,0 48,0 50,3	0,32 0,52 0,62 0,74 0,082	9,2 33,7 64,4 107,8 156,1
Створ № 2 Zср = 53,9 м
54,4 55,1 55,7 56,3 56,9	33,5 35,0 36,0 37,5 38,5	20,1 40,7 62,0 84,1 106,9	0,6 1,16 1,72 2,24 2,78	26,6 31,5 34,5 36,9 39,1	0,48 0,78 1,04 1,25 1,48	9,6 31,7 65,4 105,1 158,2
Створ № 3 Zср = 38,5 м
39,5 40,5 41,5 42,5	54,0 60,0 67,0 74,0	54,0 111,0 174,5 245,0	1,0 1,85 2,60 3,3	30,3 35,4 38,5 40,9	0,42 0,67 0,87 1,04	22,7 74,4 151,8 254,8

Для первого створа определяем:

Площадь сечения:

₁ = 57,5 (29,9 – 29,4) = 28,8 м² ;

₂ = 28,8 + 0,5(57,5 + 62,5)(30,5 – 29,9) = 64,8 м²;

₃ = 64,8 + 0,5(62 ,5+ 67,5)(31,1 – 30,5) = 103,8 м²;

₄ = 96,34 + 0,5(67,5 + 72,5)(31,7 – 31,1)= 145,8 м²;

₅ = 137,77 + 0,5(72,5 + 76,0)(32,3 – 31,7) = 190,4 м².

Средняя глубина реки:

h_ср1 = 28,8 / 57,5 = 0,5 м;

h_ср2 = 64,8/ 62,5= 1,03 м;

h_ср3 = 103,8/67,5 =1,54 м;

h_ср4 = 145,8/72,5 = 2,01 м;

h_ср5 = 190,4/ 76,0 = 2,5 м.

Коэффициент Шези:

С₁ = (1 / 0,025) * 0,5 = 33,6

С₂ = (1 / 0,025) * 1,03^0,25 = 40,0

С₃ = (1 / 0,025) * 1,54^0,25 = 44,0

С₄ = (1 / 0,025) * 2,01^0,25 = 48,0

С₅ = (1 / 0,025) * 2,5^0,25 = 50,1

Средняя скорость потока:

V₁ = 31,528 = 0,32 / с;

V₂ = 39,288 = 0,52 м / с;

V₃ = 43,835 = 0,62 м / с;

V₄ = 47,16 = 0,74 м / с;

V₅ = 49,828 = 0,82 м / с.

Расход воды:

Q₁ = 28,8* 0,32= 9,2 м³ / с;

Q₂ = 64,8 * 0,52 = 33,7 м³ / с;

Q₃ = 103,8 * 0,62 = 64,4 м³ / с;

Q₄ = 145,8 * 0,74 = 107,8 м³ / с;

Q₅ = 190,4 * 0,82 =156,1 м³ / с.

Аналогичным методом определяем площадь сечения, среднюю глубину реки, коэффициент Шези, среднюю скорость потока и расход воды для всех уровней второго и третьего створов. Итоги расчётов сводим в таблицу 1.3. По данным из таблицы 1.3 на поперечных профилях лимитирующих створов (рисунки 1.2, 1.3, 1.4) строим графики зависимостей Q = f (Z), V = f (Z),

h_ср = f (Z).

Для расчёта возможной продолжительности периода лесосплава определяем минимально допустимые глубины для плотового лесосплавов,

h_пл = Т + Z (1.19)

где: Т – осадка сплоточных единиц, из задания (п.3.1);

Z – донный запас при плотовом лесосплаве , Z =0,2 м.

h_пл = 1,0+ 0,2 = 1,2 м.

На поперечном профиле от отметки Z_ср откладываем допустимые глубины для плотового лесосплава, проводим горизонтальные линии до пересечения с графиком зависимости Q = f (z) и определяем минимальный сплавной расход Q_пл.

Z_пл = 29,4 + 1,2 = 30,6м

Затем этот расход переносим на гидрографы соответствующих створов. Для построения гидрографов необходимо определить среднедекадные расходы воды 50 и 90% - ной обеспеченности в расчётных створах.

В створе № 1 (рис. 1.2)

Минимальные расходы воды Q_пл1 = 37 м³ / с;

Для построения гидрографов лимитирующих створов определяем среднедекадные расходы воды года заданного процента обеспеченности в расчётных створах (2.стр.12): Q_дек = Q_рс К_дек (1.20)

где: К_дек – модульный коэффициент декадного стока по данным водомерного поста (п.2.2),

Q_рс – среднегодовой расход воды года заданного процента обеспеченности в расчётном створе(2.стр.12), Q_рс = Q_р%вп F_рс / F (1.21)

где: Q_р%вп – среднегодовой расход воды заданной обеспеченности в створе водомерного поста (таб. 1.1);

F_рс , F – площади водосбора реки в створах в расчётном и водомерном постах (рис. 1.1).

Расчёты среднедекадных расходов воды в лимитирующих створах проводим для третьей декады апреля, трёх декад мая и трёх декад июня. Среднедекадные расходы в лимитирующих створах № 1 и 2 определяем для лет 90 % - ной обеспеченности, а в створе запани для 50 % и 90 % - ной.

На гидрографах в створах № 1 и № 2 отмечаем среднюю дату начала лесосплава (п.1.10 задания).

Среднегодовой расход воды 90 % - ной лимитирующих створов № 1 и 2 равен Q_рсст1 = 28,7(2810 / 3010) = 26,79 м³ / с;

Q_рсст2 = 28,7 (860 / 3010) = 8,2 м³ / с.

В створе запани: Q_з50% = 30,3 (2400 / 3010) = 24,16 м³ / с;

Q_з90% = 28,7(2400 / 3000) = 22,88 м³ / с.

Определим среднедекадный расход различной обеспеченности для третьей декады апреля: Q_декст1 = 26,79*2,2 = 58,94 м³ / с;

Q_декст2 = 8,2 * 2,2 = 18,04 м³ / с;

Q_{декзап50%} = 24,16 * 2,2= 53,15 м³ / с;

Q_{декзап90%} = 22.88 * 2,2 = 50,33 м³ / с.

Остальные расчёты аналогичны, их результаты сведены в таблицу 1.4 для построения гидрографа.