книги2 / 159
.pdf
количество логов разбиваемого участка местности для моделей ПАМ-НВ должно быть не изменяемо –– рекомендуемое их количество от 5 до 10 ед.
2.Расчет зон затопления местности ведется последовательно по каждому i-тому логу, от вышерасположенного к нижерасположенному, по течению реки.
Для упрощения расчета i-того лога принимается:
1.Схематично, в поперечном сечении начального створа каждого лога, для определения абсолютных отметок, характеризующих начальный
створ, задаются наивысшие точки подъема рельефа местности (Aпбi, Aлбi), расположенные на условной плоскости параллельной сечению створа.
2.Абсолютные отметки, характеризующие начальный створ являю-
щиеся наивысшими точками подъема рельефа местности (Aбпi, Aлбi) всечении i-того лога, рис. 2, которые должны быть представлены значениями
их высот. На отрезках ломаных линийAпб1 AД1 иAбл1 AД1, от урезов берегов реки, в плоскости параллельной сечению начального створа i-того лога
реки, сечение Aпб1 AД1Aбл1, рис. 2, анализируются точки, условно расположенные на плоскости, на предмет постоянного повышения их высот, при этом допускается многократное их понижение, не более чем на 5 метров (отрицательный перепад высот между двумя соседними точками) до момента выявления наивысшей точки подъема на правом (Aпбi)
илевом (Aлбi) берегу участка i-того лога. При этом длина полученного отрезка Aпбi Aлбi не должна превышать длины участка лога (Lлi)—длины отрезка AпДi-1AпДi, рис. 2.
3.При расчетах принимается, что сечения (начальное и конечное) каждого i-того лога одного типа.
4.При отсутствии данных, характеризующих тип начального створа каждого i-того лога, они принимаются аналогичными начальному створу первого лога.
5.Движение потока жидкости в реке на анализируемом участке местности принимается постоянным и равномерным.
6.Жидкость растекается по местности, имеющей естественный уклон, соответствующий уклону i-того лога, в границах площади территории i-того лога и за его пределы не выходит.
7.Гидравлический прыжок, возникающий на переходе потока сучастка с уклоном дна больше критического на участок, где уклон меньше критического, не рассматривается.
81
8. Удельный расход жидкости при одном и том же типе створа каждого i-того лога, принимается аналогичным начальному створу первого
лога (Q1 = Qi = const).
9. При формировании прогноза, уровень подъема воды на ПМГО расположенном перед НП (hi–1), в каждую прогнозируемую единицу наблюдения (за каждые 3 часа вМКП или 1 сутки вМСП) определяется как произведение суммы глубины всворе реки до нулевой отметки (hгпнг), текущего значения уровня подъема воды вреке на момент начала наблюдения (hн), и произведения среднеарифметического значения (∆hср, м) подъема уровня воды в реке за предыдущие 12 часов (для МКП) и 3 суток (для МСП) соответственно, до начала периода наблюдения, на расчетное количество единиц наблюдения (nj) в формируемом прогнозе (где: в МКП – nj = 1 – 8; в МСП – nj = 1 – 10) на момент формирования расчета:
h |
h h h n . |
(69) |
|
i 1 |
|
i |
|
Допускается определять ∆hср по формуле:
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
zF |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
2 |
Q |
|
|
h3 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
h |
( |
|
|
|
3,6 |
|
|
|
h ) / n |
, |
(70) |
||||
|
B1 |
V |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
j |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vн —скорость воды в реке на начало наблюдения, м/с;
м3/с;Qн —расход воды в створе ПМГО перед НП на начало наблюдения,
Bнгп1 —ширина потока воды в верхней части поперечного сечения створа ПМГО на начало наблюдения, м;
за), мhн;—уровень воды в створе 1-го лога в начале наблюдения (прогно-
z —интенсивность осадков (таяния снега), мм/ч, определяется по метеоданным за период 1 и 10 суток до периода наблюдения в МКП и МСП соответственно.
82
Интенсивность выпадения осадков (z) определяется по РД 52.08.7302010:
z |
E -1 E Xc X Y |
, |
(71) |
|
|||
24 |
|
|
|
где:
Евсн–1, Енвс —начальные иконечные запасы снежном покрове (засутки до начала наблюдения) на поверхности водосбора соответственно, мм/ сут.;
Хсвс, Хжвс —количество выпавшего снега и жидких осадков за сутки до начала наблюдения, мм/сут.;
Y — потери снега на испарение за расчетный период, мм,
Y = 0,3 мм/сут.;
nj —количество единиц наблюдений вМКП (nj = 8) и МСП (nj = 10).
Входныеданныедлярасчетаi-того логаучасткаприведенывтабл. 41.
Таблица 41
Входные данные для расчета i-того лога участка местности
Наименование входного параметра |
Обозначение |
Единицы |
|
в методике |
измерения |
||
|
|||
Длина i-того лога участка |
Lлi |
м |
|
Абсолютная отметка на правом берегу (наивыс- |
Aбпi |
м |
|
шая точка – высота рельефа местности в точке) в |
|||
сечении местности i-того лога |
|
|
|
Абсолютная отметка на левом берегу (наивыс- |
Aблi |
м |
|
шая точка – высота рельефа местности в точке) в |
|||
сечении местности i-того лога |
|
|
|
Ширина i-того лога (длина отрезка Aбпi Aблi) |
Влi |
|
|
Условный центр дна (высота рельефа местности в |
п |
м |
|
точке) створа в конце i-того лога |
AДi |
||
Условный центр дна створа в начале i-того лога |
AДлi–1 |
м |
|
Угол возвышения левого берега i-того лога (от 0 |
αлi |
° |
|
до 90°) |
|||
Угол возвышения правого берега i-того лога |
|
° |
|
αпi |
|||
Угол створа i-того лога |
φi |
° |
83
Наименование входного параметра |
Обозначение |
Единицы |
|||
в методике |
измерения |
||||
Длина левого откоса i-того лога (от условного |
|||||
|
|
||||
центра дна русла (AД1) до наивысшей точки ре- |
mлi |
м |
|||
льефа в плоскости сечения створа (длина отрезка |
|||||
Aбi AД1) в начале i-того лога |
|
|
|||
п |
|
|
|
|
|
Длина правого откоса i-того лога (от условного |
|
|
|||
центра дна русла (AД1) до наивысшей точки ре- |
mпi |
м |
|||
льефа в плоскости сечения створа (длина отрезка |
|||||
Aп A |
Д1 |
) в начале i-того лога |
|
|
|
б1 |
|
|
|
||
Коэффициент заложения левого откоса начала |
1:mлi–1 |
– |
|||
створа i-того лога |
|||||
Коэффициент заложения правого откоса начала |
1:mпi–1 |
– |
|||
створа i-того лога |
|||||
Коэффициент заложения левого откоса конца |
1:mлi |
– |
|||
створа i-того лога |
|||||
Коэффициент заложения правого откоса конца |
1:mпi |
– |
|||
створа i-того лога |
|||||
Глубина в створе в начале i-того лога |
hi–1 |
м |
|||
Уровень воды в створе i-того лога в начале на- |
hн |
м |
|||
блюдения |
|||||
Глубина в створе до отметки нуль графика (на- |
hнггп |
м |
|||
блюдения) ПМГО перед НП |
|||||
Ширина дна в створе в начале i-того лога |
bi–1 |
м |
|||
Ширина дна в створе в конце i-того лога |
bi1 |
м |
|||
Ширина потока воды в верхней части поперечно- |
Bi–1 |
м |
|||
го сечения створа в начале i-того лога |
|||||
Ширина потока воды в верхней части поперечно- |
Bнгп1 |
м |
|||
го сечения створа ПМГО на начало наблюдения |
|||||
Расход потока в i-том логе |
Qi |
м³/с |
|||
Скорость потока в i-том логе |
ui |
м/с |
|||
Плотность воды потока при текущей температуре |
ρж |
кг/м3 |
|||
Скорость воды в реке на начало наблюдения |
Vн |
м/с |
|||
Расход воды в створе ПМГО перед НП на начало |
Qн |
м3/с |
|||
наблюдения |
|||||
84
Рис. 3. Поперечное сечение лога участка реки-пункта
Выходные данные для расчета i-того лога участка местности приведены в табл. 42.
Таблица 42
Выходные данные для расчета i-того лога участка местности
Наименование входного параметра |
Обозначение |
Единицы |
|
в методике |
измерения |
||
|
Уклон русла реки в границах i-того лога |
_ii |
‰ |
|
|
|||
|
|
|
|
Относительное расстояние i-того лога |
X |
– |
|
i |
|||
|
|
||
Ширина потока воды в верхней части поперечно- |
Bi |
м |
|
го сечения створа в конце i-того лога |
|||
Глубина в створе в конце i-того лога |
hi |
м |
|
Скорость потока воды в i-том логе |
ui |
м/с |
|
Площадь сечения створа в начале i-того лога |
ωi–1 |
м2 |
|
Площадь сечения створа в конце i-того лога |
ωi |
м2 |
|
Усредненная площадь сечения i-того лога |
ωсрi |
м2 |
|
Смоченный периметр потока в i-том логе |
Xi |
м |
|
Гидравлический радиус в i-том логе |
Ri |
м |
85
Наименование входного параметра |
Обозначение |
Единицы |
|
в методике |
измерения |
||
|
|
i |
|
|
Коэффициент Шези в i-том логе |
Ci |
м0,5/с |
|
Критический уклон русла реки в границах i-того |
|
iкрi |
‰ |
лога |
|
||
Критическая глубина потока в i-том логе |
h |
кр |
м |
|
|||
|
|
|
|
Высота «подпора» течения в i-том логе |
hНi |
м |
|
Длина кривой свободной поверхности потока |
li |
|
м |
лога |
|
||
Тип кривой свободной поверхности потока |
– |
|
– |
|
|
|
|
Потери напора между створами i-того лога |
hтрi |
м |
|
Площадь максимального затопления между ство- |
Si |
м2 |
|
рами i-того лога |
|||
Гидродинамическое давление на сооружения, |
Pi |
Па |
|
расположенные в границах i-того лога |
|||
Поперечное сечение, обеспечивающее отвод по- |
Ski |
м2 |
|
тока на участке i-того лога |
|||
Для определения параметров потока по трассе растекания, анализируемая часть русла реки разбивается на одинаковые участки—логи реки-пункта.
Под логом реки-пункта понимается выделенный участок местности (типа овраг, долина) с пологими склонами и днищем различной формы, в границах которого протекает река.
При отсутствии данных о расходе потока и скорости его течения в створе реки для естественного широкого неглубокого русла параметры могут быть определены по зависимостям:
ui Ci |
Ri ii; |
(72) |
Qi ωiCi |
Ri ii , |
(73) |
где: |
|
|
Q —расход потока в створе реки, м3/с;
ωii —площадь живого сечения потока в створе реки, м; ii —продольный уклон водной поверхности в реке,‰.
86
Расход потока (Qi, м3/с) в створе реки трапецеидальной или прямоугольной формы при равномерном течении воды определяется по формуле:
Q В C h |
3/2 i 1/2 . |
(74) |
i i i 0i |
i |
|
Так как Ri ≈ ωi ≈ Bih0i, то средняя скорость течения (ui, м/с) в створе реки трапецеидальной или прямоугольной формы определяется по зависимости:
ui Ci h0 i ii. |
(75) |
Расход потока и скорость его течения в створе реки для широкого параболического русла при равномерном течении воды
(так как R |
2h |
, ωi |
2Вi h0 |
) |
|
0 |
|
|
|||
|
|
||||
|
|
|
|||
i |
3 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
||
определяются по формулам: |
|
|
|||
|
|
Qi |
0,54ВiCih0i 2/3 ii1/2 ; |
(76) |
|
u C |
2 |
h |
i |
.(77) |
|
||||
i i |
3 0i |
i |
|
|
Для естественных русел, поперечное сечение которых приближается к треугольной форме, (при относительно малой глубине (h0i) по сравнению с шириной русла по верху (Вi), расход потока определяется по формуле:
Q 0,354C m h |
5/2 i 1/2. |
(78) |
|
i |
i i 0i |
i |
|
На критической глубине h поток обладает минимальной энергией.
кр
Уклон дна русла, при котором устанавливается критическая глубина, называется критическим iкр. Минимум энергии потока (Eкрi) определяется уравнением:
87
|
3 |
|
|
|
|
E i |
i |
|
Qi2 |
, |
(79) |
v |
|||||
|
Bi |
g |
|
|
|
где:
ωкр2 i —площадь живого сечения потока при критической глубине i-того лога реки, м2;
α—коэффициент Кориолиса, α = 1,0–1,1;
Bvi —ширина потока по верху створа i-того лога реки, м; Qi —расход в створе реки, м3/с;
g —ускорение силы тяжести, g = 9,8 м/с2.
Критическая глубина3 (hкр, м) i-того лога реки для трапецеидального и прямоугольного типа створа определяется по зависимости:
h i 3 |
Q2 |
|
gB2i . |
(80) |
|
|
i |
|
Критическая глубина (hкрi) зависит только от геометрической формы поперечного сечения русла и расхода потока, при этом не зависит
от уклона дна |
i |
и, кроме того, в призматическом русле h |
|
= const по |
|||||||
всей его длине. |
i |
|
|
|
|
|
|
кр |
|
|
|
При равномерном движении жидкости нормальная глубина (h0i) |
|||||||||||
зависит от уклона |
|
|
ii, следовательнодлялюбогопризматическогорусла- |
||||||||
призаданномрасходепотока (Q |
) можно подобрать такое значение i , |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
Уклонi, |
|
при котором нормальная глубина (h0i) станет критической (hкрi). |
|
||||||||||
при котором hкрi |
= h0i, называется критическим уклоном iкрi. |
|
|||||||||
Критический ( |
|
|
iкрi) уклон –– воображаемый уклон, который надо |
||||||||
придать |
рассматриваемому призматическому руслу реки, чтобы при за- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
данном расходе потока (Qi) и при равномерном движении воды в русле нормальная глубина (h0i) оказалась равной критической (h0i = hкрi):
88
(81)
где:
bvкрi —критическая ширина потока по верху;
hкр —критическая глубина потока, измеряется от дна русла створа по направлению к поверхности i-того лога реки, м;
mi —коэффициент откоса;
n —коэффициент шероховатости поверхности участков русла реки.
Уклонi дна ( ii), может быть ii>0, ii=0, ii<0, критический уклон всегда постоянен, для i-того лога реки — iкрi = const.
Вытекающий из реки поток жидкости в зависимости от характера рельефа местности может быть ограничен боковыми склонами долины, либо растекание может происходить неестественным образом—проис- ходит затопление в широкой долине или на участке плоской местности. Поток, вызванный повышением уровня воды в реке в процессе его растекания на местности ограничен боковыми склонами долины—левым
(mлi–1) и правым (mпi–1).
Створы логов, по всей длине трассы растекания внижеприведенных расчетах представлены для треугольного сечения.
Для определения параметров скорости (ui), глубины (hi) и ширины (Bi) потока воды на поверхности вычисляется уклон i-того лога ( ii,‰) по зависимости:
i |
|
A i 1 A i |
. |
(82) |
|
||||
i |
|
L i |
|
|
|
|
|
||
Площади сечений створов (ω, м3) i-того лога определяются по формулам:
(83)
89
Смоченный периметр (X, м2) потока в i-том логе определяются по формулам:
(84)
Гидравлический радиус (R) вi-том логе определяются по формулам:
(85)
Коэффициенты Шези (Ci) для жидкости, проходящей через створы в i-том логе, определяются по формулам:
(86)
_
Относительное расстояние (,Xi, м) для i-того лога определяется по формуле:
(87)
Ширина разлива потока (Bi, м) в конце i-того лога определяется по зависимости:
(88)
Глубина потока (hi, м) в конце i-того лога определяется по зависимости:
(89)
При уклоне ii≤0,01 (10‰) i-того лога (для плоского рельефа местности) скорости потоков в начале (ui–1) и в конце (ui, м/с) створов, определяются по зависимостям:
90