5 Результаты математического моделирования гидравлического режима
Моделирование выполнено с использованием гидродинамической программной системы CARDINAL и топографической съемки пойменного участка масштаба 1: 25000 и данных промеров глубин в русле р. Оби масштаба 1:5000, предоставленных заказчиком [12].
Математическое моделирование течений и уровня воды р. Оби в современных условиях и при различных вариантах проектируемого железнодорожного мостового перехода при расчетном паводке с расходом воды в р. Оби 49300 м3/с (вероятность превышения р=0,33% или 1 раз в 300 лет по расчетам «ТРАНСМОСТ»). Моделирование проводилось с помощью программной системы CARDINAL в двумерной (плановой постановке). Создание модели для современных (бытовых) условий, для которых имеются данные расчетов «ТРАНСМОСТ» о распределении расходов воды при паводке, позволило провести некоторую тарировку модели. Для различных вариантов проектных условий было создана модель пойменного участка. Кроме того, для определения характера обтекания при различных конфигурациях струенаправляющих дамб было создано две локальных модели этого участка. Данные о расходах на открытых границах локальных моделей брались из результатов расчетов по модели всего пойменного участка.
В отчете по данным моделирования на моделях всего пойменного участка представлены осредненные по глубине скорости и направления течений в бытовых и проектных условиях и их разности, уровни воды и толщина водного слоя в бытовых и проектных условиях, разности уровней воды, укрупненные поля скоростей в проектных условиях в районе проектируемого мостового перехода. По данным моделирования на локальных моделях представлены планы течений при различных размерах и конфигурации струенаправляющих дамб. Приведен результат анализа чувствительности поля скорости к вариации параметров горизонтального турбулентного обмена.
. В состав исходной информации входит: 1) батиметрия исследуемой акватории, 2) данные о расходах или уровнях воды на участках открытой границы, 3) данные о ветре .
Программная система не позволяет производить расчеты деформации русла и берегов и ветрового волнения.
В качестве расчетного максимального уровня принят уровень р=0,33% (1 раз в 300 лет), по расчетам «ТРАНСМОСТ» в створе проектируемого перехода равный 7,7 м БС
Придонное трение определялось по формуле Маннинга , в которой подбирался параметр шероховатости n отдельно для русла и поймы по расчетным данным «ТРАНСМОСТ» о распределении расходов по руслу и пойме. Наилучшее совпадение с расчетными данными было получено при задании n равным 0,10 для поймы и 0.03 для русла (таблица 1).
Таблица 1 – Распределение расхода по участкам
|
Участки |
Расчетный расход, м3/с |
|
|
По результатам расчетов «ТРАНСМОСТ» |
По результатам моделирования |
|
|
Правобережная пойма |
0 |
0 |
|
Русло |
46300 |
46000 |
|
Левобережная пойма |
3000 |
3000 |
Моделирование выполнено для двух вариантов мостов:
1 Lм=2750 м (стадия ТЭО)
2 Lм=3500 м (стадия Проект)
1 Lм=2750 м (стадия ТЭО)
Исходные данные:
Бытовая ширина русла в створе а.д. моста Врб=2400 м
Средняя глубина hрб= 15,5 м
Уклон водной поверхности Jб=0,04 м/км
Площадь водного сечения Wр=35600 м2
Коэффициент шероховатости русла по натурным данным n=0,030
Средняя глубина на пойме h ср = 2,7 м
Ширина поймы в створе моста Вп = 6300 м
Средняя скорость течения Vср = 0,18 м/с
Ширина разлива потока Во=8700 м
В результате моделирования течения на участке моста получен план течений (рис 6). Скорости в русле при расчетном паводке достигают 2-2,5 м/с, у левобережного конуса 1,25 м/с. Подпор перед мостом 0,25 м.
Скорость течения вдоль насыпи от 0,5 до 1 м/с. Наблюдается сильная косоструйность на левобережном участке ПК 610-630. Ниже створа моста течение у левого берега направлено в сторону поймы, что способствует ускоренному разрушению бровки русла.
рис 6 Схема течений потока на участке моста
1 Lм=3500 м (стадия Проект)
Исходные данные:
Бытовая ширина русла в створе а.д. моста Врб=2400 м
Средняя глубина hрб= 15,5 м
Уклон водной поверхности Jб=0,04 м/км
Площадь водного сечения Wр=35600 м2
Коэффициент шероховатости русла по натурным данным n=0,030
Средняя глубина на пойме h ср = 2,7 м
Ширина поймы в створе моста Вп = 6300 м
Средняя скорость течения Vср = 0,18 м/с
Ширина разлива потока Во=8700 м
В результате моделирования течения на участке моста получен план течений (рис 7). Скорости в русле при расчетном паводке достигают 2-2,5 м/с, у левобережного конуса 1,25 м/с. Подпор перед мостом 0,20 м.
Скорость течения вдоль насыпи от 0,5 до 1 м/с
рис 7 Схема течений потока на участке моста