3.2. Морфометрические расчеты

При проектировании мостовых переходов в створах с неизученным гидрологическим режимом прогноз последнего нередко приходится делать на основе приближенного морфометрического расчета, который заключается в оценке шероховатости русла и пойм по их внешним морфологическим и геометрическим характеристикам и в последующем определении скоростей течения и расходов по уравнению равномерного течения.

Морфометрические расчеты используются:

• для построения кривых расходов общего Q= f(Н), руслового Q_рб= f(Н) и скоростей течения в русле V_pб = f(Н) и на поймах V_пб= f(Н);

• для оценки распределения расчетного расхода между элементами живого сечения долины. Величина распределения расчетного расхода между руслом и поймами является одной из основных характеристик, во многом определяющей как генеральные размеры будущих сооружений мостового перехода, так и особенности их работы;

• для определения величин расчетных уровней в неизученных створах при известных величинах расчетных расходов;

• для оценки бытовых скоростей течения в русле и на поймах;

• для построения эпюр элементарных и интегральных расходов. Последние часто используются при специальных расчетах (например, при расчетах групповых отверстий).

Основное уравнение морфометрического расчета имеет вид:

, (7)

где – средняя скорость течения на i-м участке живого сечения долины при j-м уровне;

– характеристика шероховатости i-го участка;

– средняя глубина потока на i-м участке при j-м уровне;

I_б – бытовой уклон свободной поверхности. Обычная последовательность морфометрического расчета следующая:

• на миллиметровой бумаге вычерчивается живое сечение водотока в пределах разлива реки по наивысшему уровню паводка (рис. 2). Отметки земли в пределах пойм выписываются с продольного профиля по разбитым на карте пикетам и плюсам. В русловой части реки отметки дна получаются в результате вычитания промеров глубин от отметки горизонта меженных вод (указана в «Задании» или берется с карты);

• величины промеров глубин принимаются для соответствующего заданию варианта по табл. 2 «Задания». Ширина русла берется по карте;

• расстояния между промерами принимаются в зависимости от ширины русла;

• вычерчивание живого сечения реки должно производиться так, чтобы левый берег реки располагался на чертеже слева, а правый – справа;

• для наглядности чертежа масштабы – вертикальный и горизонтальный обычно принимаются различными. В зависимости от размеров водотока могут быть приняты следующие масштабы:

горизонтальный 1:5000 1:2000 1:1000 1:500

вертикальный 1:200 1:100 1:50 1:20.

На чертеж живого сечения водотока наносятся горизонты паводков с указанием отметки и года наблюдений. По данным чертежа производятся подсчет площадей живого сечения при различных паводковых уровнях (горизонтах) отдельно по левой пойме, руслу и правой пойме.

На чертеж живого сечения при последующих расчетах наносится интегральная кривая площадей, для чего выше чертежа необходимо иметь свободное место (15 – 20 см);

• по имеющемуся профилю морфоствора (рис.2) и морфологическому описанию характерных участков задаются коэффициентами шероховатости по табл. 2;

• задаются j-м уровнем воды и для каждого i-го характерного участка вычисляют площадь живого сечения w_ij и среднюю глубину ;

• для каждого j-го уровня вычисляют бытовой уклон поверхности воды:

,

где – бытовой уклон свободной поверхности воды при УМВ;

– ширина разлива при j-м уровне;

– ширина русла в данном створе.

• вычисляют скорости течения на каждом i-м участке по уравнению (7) и величины расходов по формуле:

; (8)

• суммируются расходы характерных участков сечения долины и определяется общий Q_j, русловой бытовой Q_рбj расходы и средние русловые скорости течения V_рбj при j-м уровне.

, (9)

где – расход левой поймы, русла и правой поймы при УВВ, м³/с;

– площадь живого сечения левой поймы, русла и правой поймы при УВВ, м²;

– средняя скорость течения на левой пойме, в русле и на правой пойме при УВВ, м/с.

Таблица 2

Коэффициенты гладкости (по Е.Б. Болдакову)

Морфологические признаки	Характеристика шероховатости m
	наибольший	наименьший	средний
Русла земляные ровные Русла полугорных рек Незаросшие поймы	40	20	30
Русла земляные извилистые Русла галечно-валунные Суходолы ровные Поймы, заросшие на 1 0%	30	20	25
Русла земляные очень извилистые Суходолы извилистые Поймы, заросшие на 20%	25	15	20
Суходолы, засоренные камнем и заросшие Поймы, заросшие на 50% Поймы, заросшие на 70% Поймы, заросшие на 100%	20 15 10	10 5 0	15 10 5

Для створов, в которых известны величины расчетного уровня и расхода, морфометрический расчет дает возможность оценить распределение расчетного общего расхода между руслом и поймами (см. прил. 2, пример 2:

, (10)

где – соответственно, характеристики шероховатости русла и пойм;

– ширина русла и i-го участка поймы;

– средняя глубина в русле и на i-м участке поймы.

Величины руслового бытового и пойменного расходов при этом определяются:

и , (11)

Рис. 2 Поперечный профиль реки.

Все вычисления рекомендуется вести в табличной форме с расположением УВВ в убывающем, а не хронологическом порядке. В таблице приведена рекомендуемая форма подсчета (форма 3).

Уровни паводка над нулем графика

Отметки УВВ

Левая пойма

Русло

Правая пойма

Общий расход реки при УВВ Qj

лб, м2

Влб, м

Нлб = лб/ Влб, м

Sлб= m1(Нлб)2/3

Vлб= SлбIб , м/с

Qлб = лб Vлб, м3/с

рб, м2

Врб, м

Нрб , м

Sрб

Vрб , м/с

Qрб , м3/с

пб, м2

Впб, м

Нпб , м

Sпб

Vпб , м/с

Qпб , м3/с

Форма 3

Определение паводковых расходов по годам наблюдений