Определение расхода воды и расхода взвешенных наносов в поперечном сечении русла

8.4 Определение расхода воды и расхода взвешенных наносов в поперечном сечении русла

Для верхнего сечения исследуемого участка определяется расход воды и расход взвешенных наносов аналитическим методом.

Порядок выполнения работы:

1)  Вычисляются скорости течения воды в каждой из пяти точек на пяти скоростных вертикалях и определяются средние скорости на каждой вертикали ( см. таблицу 8.1.)

n - число оборотов лопасти вертушки в 1 секунду

 

n = N / t, об/с, где:

 

N – сумма оборотов лопасти вертушки, об

t – время измерения, с

Вычисляются скорости во всех точках на вертикалях по уравнению вертушки

 

v = a + b * n, м/с, где:

 

a и b – коэффициенты уравнения вертушки (a = 0,036; b = 0,755)

Средняя скорость на каждой вертикали вычисляется по формуле

V_ср = 0,1 * (V_пов + 3 * V_0,2 + 3 * V_0,6 + 2 * V_0,8 + V_дно), м/с

2)  Производится аналитическое вычисление расхода воды и площади живого сечения (по таблице 8.2)

Средние скорости течения между вертикалями определяются

 

vⁱ_ср. = (v_{ср. i-1} + v_{ср. i}) / 2,

где v_{ср. i-1} + v_{ср. i} – средние скорости на смежных вертикалях.

При этом для первой и последней частей живого сечения средняя скорость определяется умножением средней скорости на ближайшей вертикали на коэффициент, учитывающий распределение скоростей течения у берегов (в нашем случае принимаем коэффициент за 0,7).

Расходы воды через части живого сечения вычислим по формуле

 

q_i = w_i * vⁱ_ср., м³/с.

Общий расход воды определяется по формуле

 

Q = , м³/с.

Общая площадь живого сечения определяется по формуле

 

W = , м².

3)  По полученным данным дополнительно вычислим:

а) среднюю скорость в живом сечении

 

V_ср. = Q / W, м/с

б) среднюю глубину живого сечения

 

h_ср. = W * B, м,

где B – ширина русла.

Вычисление расхода взвешенных наносов аналитическим способом:

Порядок выполнения:

1)  Определяются мутность и единичные расходы взвешенных наносов в каждой точке отбора проб, затем вычисляются аналитическим способом средние единичные расходы наносов на каждой вертикали. При этом принимается, что пробы на мутность отбирались в тех же точках, в которых проводилось измерение скоростей течения. Вычисления производятся в таблице 8.3.

Величины мутностей в точках отбора проб r определяются делением весового количества наносов на объём пробы

, г/м³,

где P – вес наносов, г;

А – объём пробы, см³.

Единичные расходы наносов в точках  вычисляются по формуле:

 

 = v * , г/(м²*с),

где v – скорость течения в точке, м/с;

 - мутность в той же точке, г/м³.

Средний единичный расход наносов на вертикали определяются по формуле:

, г/(м² * с)

2) По полученным данным аналитическим способом вычисляется общий расход взвешенных наносов по таблице 8.4:

Общий расход взвешенных наносов определяется по формуле:

 

R = , кг/с,

где r_i – расходы наносов через части живого сечения между смежными вертикалями.

Средние единичные расходы наносов между вертикалями определяются по формуле

 

 = , кг/с,

где  - средние единичные расходы наносов на смежных вертикалях (см. таблица 8.3).

Для первой и последней частей живого сечения средний единичный расход определяется умножением среднего единичного расхода на ближайшей вертикали на коэффициент 0,7.

Расходы наносов через части живого сечения вычисляются по формуле

 

r_i = w_i *  / 10³, кг/с

3) по полученным данным вычислим среднюю мутность в сечении

 

 = 1000 * R / Q, г/м³,

где R – расход взвешенных наносов, кг/с;

Q – расход воды, вычисленный аналитическим методом, м³/с.

Таблица 8.1 – Вычисление скоростей в точках живого сечения

Номер вертикали	Расстояние от постоянного начала li, м	Глубина на вертикали hi, м	Точки измерения на вертикали	Суммарное число оборотов в точке, N, об.	Время измерения в точке, t, с	Число оборотов в 1 секунду n = N / t	Скорость течения в точке, м/с, v = a + b * n	Средняя скорость течения на вертикали, Vср. i, м/с
1	25	1	Поверхность	120	163	0,74	0,59	0,52
			0,2	120	167	0,72	0,58
			0,6	80	116	0,68	0,55
			0,8	80	148	0,54	0,44
			Дно	60	144	0,42	0,35
2	75	3,6	Поверхность	140	145	0,97	0,77	0,64
			0,2	140	149	0,94	0,75
			0,6	100	128	0,78	0,62
			0,8	100	153	0,65	0,53
			Дно	80	160	0,50	0,41
3	225	1	Поверхность	140	136	1,03	0,81	0,72
			0,2	140	137	1,02	0,81
			0,6	120	130	0,92	0,73
			0,8	100	126	0,79	0,63
			Дно	80	134	0,60	0,49

Таблица 8.2 – Вычисление расхода воды аналитическим способом

Номер вертикали	Расстояние от постоянного начала li, м	Глубина на вертикали hi, м	Площадь сечения между вертикалями wi,	Средняя скорость		Расход между вертикалями qi, м3/с
				На вертикали Vср.i, м/c	Между вертикалями , м/с
1	2	3	4	5	6	7
Урез левого берега	0	0	12,5		0,36	4,5
1	25	1		0,52
			110,4		0,58	64,03
2	75	3,6		0,64
			340,4		0,68	231,47
3	225	1		0,72
			14		0,5	7
Урез правого берега	248	0
			W=			Q=
						Vср=0,64 hср=1,91

Таблица 8.3 – Вычисление мутностей и единичных расходов взвешенных наносов в точках живого сечения

Номер вертикали	Расстояние от постоянного начала li, м	Глубина на вертикали hi, м	Точки измерения на вертикали	Скорость течения в точке, v, м/с	Объём пробы, A, см3	Вес наносов в пробе, P, г	Мутность в точке, , г/м3	Единичный расход наносов в точке, , г/(м2 с)	Сред. ед. расход наносов на верт.,
1	25	1	Поверхность	0,59	3000	0,054	18	10,62	10,26
			0,2	0,58	3000	0,052	17,3	10,03
			0,6	0,55	3000	0,057	19	10,45
			0,8	0,44	3000	0,066	22	9,68
			Дно	0,35	3000	0,096	32	11,2
2	75	3,6	Поверхность	0,77	3000	0,067	22,3	17,17	14,80
			0,2	0,75	3000	0,067	22,3	16,73
			0,6	0,62	3000	0,071	23,7	14,69
			0,8	0,53	3000	0,073	24,3	12,88
			Дно	0,41	3000	0,079	26,3	10,78
3	225	1	Поверхность	0,81	3000	0,071	23,7	19,19	17,64
			0,2	0,81	3000	0,066	22	17,82
			0,6	0,73	3000	0,072	24	17,52
			0,8	0,63	3000	0,085	28,3	17,83
			Дно	0,49	3000	0,095	31,7	15,53

Таблица 8.4 – Вычисление расхода взвешенных наносов в живом сечении русла

№ № вертикалей	Расстояние от постоянного начала li, м	Глубина на вертикали hi, м	Средний единичный расход наносов на вертикали, , г/(м2 с)	Средний единичный расход наносов между вертикалями , г/(м2 с)	Площадь сечения между вертикалями wi, м2	Расход наносов между вертикалями ri, кг/с
1	2	3	4	5	6	7
Урез левого берега	0	0
1	25	1	10,26	7,18	12,5	0,09
2	75	3,6	14,80	12,53	110,4	1,38
3	225	1	17,64	16,22	340,4	5,52
Урез правого берега	248	0		8,82	14 W = 477,3	0,12 R = 7,11

Средняя мутность в сечении

 = 1000 * 7,11 / 307 = 23,15 г/м³

 

9. Анализ русловых переформирований

 

9.1 Построение сопоставленных планов

На планах выбираются одноимённые реперы или постоянные пункты плановой опорной сети и отметим их на координатной сетке, при этом они должны занимать одинаковое плановое положение относительно координатных осей. После этого переносятся изобаты, линия судового хода, судоходные прорези, линии урезов, знаки судоходной обстановки и т.д.

На планах подписываем названия населённых пунктов, пристаней, перекатов, проток, притоков, островов; укажем направление течения (см. рисунок 9.1).

 

9.2 Построение совмещённых планов

Относительно постоянных точек плановой опорной сети проводятся линии берега, нулевые изобаты и изобаты гарантированной глубины. Совмещение планов по большему числу изобат не рекомендуется, т.к. этим полнота анализа не повышается, а чтение таких планов осложняется. При этом, чтобы удобнее выполнять анализ русловых деформаций, съёмки разных лет оформляются разными цветами, и изобаты гарантированной глубины рисуются пунктирной линией, а нулевые изобаты – сплошной линией. По расположению изобат определяются зоны размыва и намыва, которые заштриховываются в соответствии с условными обозначениями, представленными на чертеже (см. рисунок 9.2).

9.3 Анализ русловых деформаций

На затруднительных участках, в особенности в разветвлённых руслах, анализ многолетних русловых переформирований имеет определяющее значение для выбора варианта конкретного улучшения. На основе такого анализа определяется ведущий берег, а также выбирается направление судового хода и трассы.

При анализе переформирований русла необходимо не только зафиксировать его определённые изменения, но также выявить причины этих изменений и их закономерности. Анализ переформирований на затруднительном участке проводится по возможности в две стадии:

1)  выявление общих тенденций развития русла на участке за длительный период времени;

2)  детальный анализ переформирования отдельных элементов русла за последние два года.

На основе анализа в первом приближении определяется ведущий берег или ведущие берега.

Анализ сопоставленных планов съёмок проводим с помощью координатной сетки, которая даёт возможность исследовать для меандрирующих русел за интервал времен скорости размыва вогнутых и намыва выпуклых берегов; для русел побочневого типа определяется скорость перемещения побочней и осерёдков; на разветвлённых участках устанавливается зависимость интенсивности развития рукавов во времени.

По совмещённым планам устанавливаются:

1)  недеформирующиеся части русла;

2)  части русла, деформирующиеся примерно с одинаковой интенсивностью и в одном направлении;

3)  части русла, деформации которых систематически меняются по интенсивности и по направлению;

4)  интенсивность размыва вогнутых и нарастания выпуклых берегов, особенно в меандрирующих руслах, а также характер развития этого процесса во времени;

5)  средние скорости движения побочней и осерёдков, особенно на участках с побочневым русловым процессом.

При наличии данных геологического строения участка совмещённые и сопоставленные планы анализируются одновременно с изучением геологического строения берегов русла и поймы, т.к. разница в многолетних переформированиях затруднительных участков является, главным образом, следствием двух факторов: особенностей планового очертания русла и геологии поймы.

В результате анализа сопоставленных и совмещённых планов устанавливаются общие тенденции развития русла по его длине, определяются направление и интенсивность деформаций по частям участка, даётся описание и размеры зон размывов и намывов правого и левого берегов.

Анализ сопоставленных планов

На участке 1064-1066 км по правому берегу на повороте увеличивается зона размыва, по левому берегу зона намыва. Осерёдок на 1066,7-1067,3 км смещается ниже по течению на 25 – 30 метров. Скорость перемещения осерёдка около 25-30 м/10 лет, аналогичная скорость при размыве и намыве берегов осерёдка; А также на 1069,5-1070,3 км. увеличивается зона размыва по левому берегу, а на правом берегу происходит намыв берега.

Анализ совмещённых планов

На участке 1071-1073 км берега не деформировались, а на всех остальных участках происходит деформация берегов примерно с одинаковой интенсивностью. А именно 1064-1066 км по правому берегу образовалась зона размыва, а по левому зона намыва и на 1069,5-1070,3 км по левому берегу зона размыва, по правому зона намыва.

 

Заключение

Мы провели анализ русловых деформаций по сопоставленным и совмещённым планам, построили продольный профиль по оси судового хода, исследовали скоростной режим участка съёмки и сделали анализ экологического состояния рассматриваемого участка реки с учётом влияния господствующих ветров.

Список используемой литературы

 

1)  Шамова В.В. “Методические указания по курсовой работе для студентов специальности КИОВР гидротехнического факультета “Водные изыскания и исследования”, НГАВТ, г. Новосибирск – 99

2)  Шамова В.В., Бортникова К.С. “Альбом планов участков реки Вилюй. Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине “Русловые изыскания”, НГАВТ, г. Новосибирск - 08