9605
.pdf
40
а) в режиме затопленного оголовка, б) в режиме истечения из-под щита Рисунок 3.2 – Схема к гидравлическому расчету безнапорного трубчатого
водовода
Пропускная способность круглой трубы равна
Q |
2g(H |
вх |
щ щ |
|
h |
) |
щ |
|
,
(3.12)
где µщ– коэффициент расхода при истечении из-под щита, принимается по справочным данным [8];
ωщ– площадь живого входного сечения под щитом.
По Н.Е. Жуковскому [8], среднее значение коэффициента вертикального сжатия α=0,62÷0,64.
Для более точных практических расчетов можно воспользоваться зависимостью [7]
|
|
|
h |
|
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0, 614 0, 2 ln 1 |
|
щ |
|
|
|
|
|
|
Hвх |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
, |
(3.13) |
|
|
|
|
|
|
|
||
При заданном расчетном уровне воды |
в |
|
ВБ высота |
подъема щита |
||||
вычисляется методом подбора. Решение можно ускорить, если, задавшись рядом
значений |
|
|
|
и используя зависимость (3.11) или (3.12), построить график |
||||||
|
|
|||||||||
Q=f( |
|
). |
По этому графику, для заданного расхода, находится расчетное |
|||||||
|
||||||||||
значение |
|
|
F(Qрас). При помощи вспомогательного графика |
|
|
|||||
|
|
|
||||||||
определяется значение α. Затем вычисляется а= |
|
и определяется величина hщ |
||||||||
|
||||||||||
[7]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
41
4 Морские течения
4.1 Общие сведения
Постоянное и непрерывное движение водных масс является динамическим состоянием океана. Если реки на Земле текут к морю по своим руслам под действием силы земного тяготения, то течения в океане вызываются различными причинами.
4.1.1 Основные причины морских течений
Основными причинами морских течений являются: ветер – дрейфовые течения; неравномерность или изменения атмосферного давления - бароградиентные; притяжение водных масс Солнцем и Луной - приливноотливные; разность плотностей воды (из-за разности солености и температуры); разность уровней, создаваемая притоком речной воды с материков (стоковые).
Не всякое перемещение океанской воды можно назвать течением. Морскими течениями в океанографии называют поступательное движение
водных масс в океанах и морях.
Поверхностное и глубоководное движение воды в океанах образует одну сложную систему, которая даже и в своей части, совпадающей с океанической поверхностью, недостаточно исследована. Причины, могущие возбудить движение вод в океане и создать наблюдаемую систему океанических течений, можно подразделить на три группы:
-причины космического характера;
-разность плотностей;
-ветры.
Согласно современному взгляду, космические причины, вращение Земли и приливы, не могут возбудить ничего подобного наблюдаемым в поверхностных слоях течениям, и потому эти причины и не рассматриваются. Второй группой причин, возбуждающих течения, являются все те условия, которые производят разность плотностей в морской воде, а именно неравномерное распределение температуры и солености. Третья причина возникновения поверхностных течений есть ветер.
Разность плотности воды. Различие плотностей в морской воде есть результат одновременного действия многих причин, всегда существующих в природе и потому непрерывно изменяющих плотности частиц морской воды в разных местах.
Каждое изменение температуры воды сопровождается и изменением ее плотности, причем, чем температура ниже, тем плотность больше. Испарение и
42
замерзание тоже увеличивают плотность, тогда как выпадение осадков уменьшает ее. Так как соленость на поверхности зависит от испарения, выпадения осадков и таяния льдов - явлений, происходящих непрерывно, то и соленость на поверхности постоянно изменяется, а вместе с ней и плотность.
Влияние ветра. Прежде всего, необходимо указать, что поверхностный слой воды приводится в движение ветром вследствие двух причин: во-первых — трения, а во-вторых — давления на наветренные стороны волн, потому что вследствие ветра возникает не только течение, но и волнение. Обе эти причины могут быть в совокупности названы тангенциальным трением.
Согласно ветровой (дрейфовой) теории Экмана, движение от поверхностного слоя передается вниз от слоя к слою, убывая в геометрической прогрессии. При этом направление поверхностного течения уклоняется от направления производящего его ветра на 45° для всех широт одинаково. Влияние уклоняющей силы от вращения Земли на оси сказывается не только в уклонении течения на поверхности от ветра на 45°, но и в дальнейшем непрерывном повороте направления течения при передаче движения в глубину от слоя к слою. Таким образам, с передачей течения от поверхности в глубину не только быстро (в геометрической прогрессии) убывает скорость, но и направление течения постоянно поворачивает в северном полушарии вправо, а в южном - влево.
В устьях рек впадающих в моря, наблюдаются такие же явления. Речная вода, будучи легче морской, образует даже и при перемешивании с морскою водою более легкий слой, обладающий определенным движением от берега.
Обзор всех указанных выше причин течений. Указанные выше причины,
возбуждающие передвижение воды в океане, сводятся к трем условиям: влиянию разностей давления атмосферы, влиянию разностей плотности морской воды и влиянию ветра.
Влияние разностей давления атмосферы никаких значительных течений возбудить не может. Остаются две следующие причины: разности плотностей морской воды и ветер.
Разности плотностей в океане всегда существуют, а, следовательно, всегда стремятся привести частицы воды в движение. При этом разности плотностей действуют не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном, возбуждая конвекционные течения.
Ветер, согласно современным взглядам, не только обуславливает возникновение поверхностных течений, но также служит причиной происхождения течений и на разных глубинах до самого дна. Таким образом, значение ветра, как возбудителя течений, в последнее время расширилось и стало более всеобщим.
43
4.1.2 Классификация морских течений
Две физические силы вызывают течения – трение и сила тяжести. Возбуждаемые этими силами течения называются фрикционными и гравитационными. Течение в Мировом океане вызывается обычно сразу несколькими причинами. Например, могучее течение Гольфстрим образуется слиянием плотностного, ветрового и стокового течений. Первоначальное направление любого течения вскоре изменяется под воздействием вращения Земли, сил трения, конфигурации береговой линии и дна.
По степени устойчивости выделяют устойчивые (например, Северное и Южное пассатные течения); временные (поверхностные течения северной части Индийского океана, вызываемые муссонами); периодические (приливноотливные).
По положению в толще океанских вод течения могут быть
поверхностными, подповерхностными, промежуточными, глубинными и придонными. При этом определение «поверхностное течение» иногда относится к достаточно мощному слою воды. Например, толщина межпассатных противотечений в экваториальных широтах океанов может составлять 300 м, а толщина Сомалийского течения в северо-западной части Индийского океана достигает 1000 метров. Отмечается, что глубинные течения чаще всего направлены в противоположную сторону по сравнению с движущимися над ними поверхностными водами.
Течения делятся также на тёплые и холодные. Тѐплые течения перемещают водные массы из низких географических широт в более высокие, а холодные – в обратном направлении. Такое деление течений относительно: оно характеризует лишь поверхностную температуру движущихся вод в сравнении с окружающими водными массами. Например, в тѐплом Нордкапском течении (Баренцево море) температура поверхностных слоѐв составляет 2÷5 °С зимой и 5÷8 °С летом, а в холодном Перуанском течении (Тихий океан) – круглый год от 15 до 20 °С, в холодном Канарском (Атлантика) – от 12 до 26 °С.
Некоторые течения в океанах соединяются с другими течениями, образуя общебассейновый круговорот. В целом постоянное перемещение водных масс в океанах представляет собой сложную систему холодных и тѐплых течений и противотечений как поверхностных, так и глубинных.
Самым известным для жителей Америки и Европы является, конечно, морское течение Гольфстрим. В переводе с английского это название означает «течение из залива». Раньше считалось, что это течение начинается в Мексиканском заливе, откуда через Флоридский пролив устремляется в Атлантику. Потом выяснилось, что из этого залива Гольфстрим выносит лишь
44
небольшую долю своего потока. Достигнув широты мыса Хаттерас на атлантическом побережье США, течение принимает в себя мощный приток воды из Саргассова моря. Вот здесь и начинается собственно Гольфстрим. Особенностью Гольфстрима является то, что при выходе в океан это течение отклоняется влево, тогда, как под влиянием вращения Земли оно должно было бы отклониться вправо. Параметры этого могучего течения весьма внушительны. Поверхностная скорость воды в Гольфстриме достигает 2,0÷2,6 метра в секунду. Даже на глубине до 2 км скорость слоѐв воды составляет 10÷20 см/с. При выходе из Флоридского пролива течение выносит 25 млн. м3 воды в секунду, что в 20 раз больше общего стока всех рек нашей планеты. Но после присоединения потока воды из Саргассова моря (Антильское течение) мощность Гольфстрима достигает уже 106 миллионов кубометров воды в секунду. Этот могучий поток движется на северо-восток до Большой Ньюфаундленской банки, а отсюда поворачивает на юг и вместе с отделившимся от него Течением Склона включается в североатлантический круговорот воды. Глубина течения Гольфстрим составляет 700– 800 метров, а ширина достигает 110÷120 км. Средняя температура поверхностных слоѐв течения равна 25÷26 °С, а на глубинах около 400 м – всего 10÷12 °С. Поэтому представление о Гольфстриме как о тѐплом течении создают именно поверхностные слои этого потока.
4.2Морские гидротехнические сооружения (ГТС)
4.2.1Классификация ГТС
Постановление Правительства Российской Федерации от 2 ноября 2013 г. N 986 г. Москва "О классификации гидротехнических сооружений":
«В соответствии со статьей 4 Федерального закона «О безопасности гидротехнических сооружений» (ФЗ-117) Правительство Российской Федерации постановляет:
1. Установить, что гидротехнические сооружения подразделяются на следующие классы:
I класс - гидротехнические сооружения чрезвычайно высокой опасности; II класс - гидротехнические сооружения высокой опасности;
III класс - гидротехнические сооружения средней опасности;
IV класс - гидротехнические сооружения низкой опасности.
2.Утвердить прилагаемые критерии классификации гидротехнических сооружений.
3.Установить, что если гидротехническое сооружение в соответствии с критериями, утвержденными настоящим постановлением, может быть отнесено к разным классам, такое гидротехническое сооружение относится к наиболее высокому из них.
4.Настоящее постановление вступает в силу с 1 января 2014 г.
45
Председатель Правительства Российской Федерации Д. Медведев».
УТВЕРЖДЕНЫ постановлением Правительства Российской Федерации от 2 ноября 2013 г. № 986
КРИТЕРИИ
классификации гидротехнических сооружений
1. Классы гидротехнических сооружений в зависимости от их высоты и типа грунта оснований:
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота гидротехнического сооружения |
|||
|
|
Гидротехническое сооружение |
|
Тип грунта |
|
(метров) |
|
||||
|
|
|
основания |
I класс |
II класс |
III класс |
IV класс |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1. |
Плотины из грунтовых материалов |
|
|
А |
более 80 |
от 50 до 80 |
от 20 до 50 |
менее 20 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Б |
более 65 |
от 35 до 65 |
от 15 до 35 |
менее 15 |
|
|
|
|
|
|
|
В |
более 50 |
от 25 до 50 |
от 15 до 25 |
менее 15 |
2. |
Плотины бетонные, железобетонные; подводные |
А |
более 100 |
от 60 до |
от 25 до 60 |
менее 25 |
|||||
конструкции зданий гидростанций; судоходные шлюзы; |
|
|
100 |
|
|
||||||
судоподъемники и другие сооружения, участвующие в |
Б |
более 50 |
от 25 до 50 |
от 10 до 25 |
менее 10 |
||||||
создании напорного фронта |
|
|
|
В |
более 25 |
от 20 до 25 |
от 10 до 20 |
менее 10 |
|||
3. |
Подпорные стены |
|
|
|
|
А |
более 40 |
от 25 до 40 |
от 15 до 25 |
менее 15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
более 30 |
от 20 до 30 |
от 12 до 20 |
менее 12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
более 25 |
от 18 до 25 |
от 10 до 18 |
менее 10 |
4. |
Морские причальные сооружения основного |
А, Б, В |
более 25 |
от 20 до 25 |
менее 20 |
- |
|||||
назначения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. |
Морские внутрипортовые оградительные сооружения; |
А, Б, В |
- |
более 15 |
15 и менее |
- |
|||||
береговые |
укрепления; |
струенаправляющие |
и |
|
|
|
|
|
|||
наносоудерживающие дамбы и другие |
|
|
|
|
|
|
|
||||
6. |
Ограждающие сооружения хранилищ жидких отходов |
А, Б, В |
более 50 |
от 20 до 50 |
от 10 до 20 |
менее 10 |
|||||
7. |
Оградительные |
сооружения; |
ледозащитные |
А, Б, В |
более 25 |
от 5 до 25 |
менее 5 |
- |
|||
сооружения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8. Сухие и наливные доки; наливные док-камеры |
|
А |
- |
более 15 |
15 и менее |
- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Б, В |
- |
более 10 |
10 и менее |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прим еча н ия : 1. Грунты подразделяются на: А - скальные; Б - песчаные, крупнообломочные и глинистые в твердом и полутвердом состоянии; В - глинистые водонасыщенные в пластичном состоянии.
2.Высота гидротехнического сооружения и оценка его основания определяются по данным проектной документации.
3.В позициях 4 и 7 вместо высоты гидротехнического сооружения принимается глубина основания гидротехнического сооружения.
2. Классы гидротехнических сооружений в зависимости от их назначения и условий эксплуатации:
|
Класс |
Гидротехническое сооружение |
гидротехнического |
|
сооружения |
1. Подпорные гидротехнические сооружения мелиоративных гидроузлов при объеме |
|
водохранилища, млн. куб. м: |
|
свыше 1000 |
I |
от 200 до 1000 |
II |
от 50 до 200 |
III |
50 и менее |
IV |
2. Гидротехнические сооружения гидравлических, гидроаккумулирующих, приливных и |
|
тепловых электростанций установленной мощностью, МВт: |
|
более 1000 |
I |
46
от 300 до 1000 |
II |
от 10 до 300 |
III |
10 и менее |
IV |
3. Гидротехнические сооружения атомных электростанций независимо от мощности |
I |
4. Гидротехнические сооружения и судоходные каналы на внутренних водных путях |
|
(кроме гидротехнических сооружений речных портов): |
|
сверхмагистральных |
II |
магистральных и местного значения |
III |
5. Гидротехнические сооружения мелиоративных систем при площади орошения и |
|
осушения, обслуживаемой сооружениями, тыс. га: |
|
свыше 300 |
I |
от 100 до 300 |
II |
от 50 до 100 |
III |
50 и менее |
IV |
6. Каналы комплексного водохозяйственного назначения и гидротехнические сооружения |
|
на них при суммарном годовом объеме водоподачи, млн. куб. м: |
|
свыше 200 |
I |
от 100 до 200 |
II |
от 20 до 100 |
III |
менее 20 |
IV |
7. Морские оградительные гидротехнические сооружения и гидротехнические сооружения |
|
морских каналов, морских портов при объеме грузооборота и числе судозаходов в |
|
навигацию: |
|
свыше 6 млн. тонн сухогрузов (свыше 12 млн. тонн наливных) и свыше 800 судозаходов |
I |
от 1,5 до 6 млн. тонн сухогрузов (от 6 до 12 млн. тонн наливных) и от 600 до 800 |
II |
судозаходов |
|
менее 1,5 млн. тонн сухогрузов (менее 6 млн. тонн наливных) и менее 600 судозаходов |
III |
8. Морские оградительные гидротехнические сооружения и гидротехнические сооружения |
II, III |
морских судостроительных и судоремонтных предприятий и баз в зависимости от класса |
|
предприятия |
|
9. Оградительные гидротехнические сооружения речных портов, судостроительных и |
III |
судоремонтных предприятий |
|
10. Гидротехнические сооружения речных портов при среднесуточном грузообороте (усл. |
|
тонн) и пассажирообороте (усл. пассажиров): |
|
свыше 15000 усл. тонн и свыше 2000 усл. пассажиров (1 категория порта) |
III |
3501 - 15000 усл. тонн и 501 - 2000 усл. пассажиров (2 категория порта) |
III |
751 - 3500 усл. тонн и 201 - 500 усл. пассажиров (3 категория порта) |
III |
750 и менее усл. тонн и 200 и менее усл. пассажиров (4 категория порта) |
IV |
11. Морские причальные гидротехнические сооружения, гидротехнические сооружения |
|
железнодорожных переправ, лихтеровозной системы при грузообороте, млн. тонн: |
|
свыше 0,5 |
II |
0,5 и менее |
III |
12. Причальные гидротехнические сооружения для отстоя, межрейсового ремонта и |
III |
снабжения судов |
|
13. Причальные гидротехнические сооружения судостроительных и судоремонтных |
|
предприятий для судов с водоизмещением порожним, тыс. тонн: |
|
свыше 3,5 |
II |
3,5 и менее |
III |
14. Строительные и подъемно-спусковые гидротехнические сооружения для судов со |
|
спусковой массой, тыс. тонн: |
|
свыше 30 |
I |
от 3,5 до 30 |
II |
3,5 и менее |
III |
15. Стационарные гидротехнические сооружения средств навигационного оборудования |
I |
16. Временные гидротехнические сооружения, используемые на стадиях строительства, |
IV |
реконструкции и капитального ремонта постоянных гидротехнических сооружений |
|
17. Берегоукрепительные гидротехнические сооружения |
III |
Прим еча н ия : 1. Класс гидротехнических сооружений гидравлических и тепловых электростанций установленной мощностью менее 1000 МВт, указанных в позиции 2, повышается на единицу в случае, если электростанции изолированы от энергетических систем.
2. Класс гидротехнических сооружений, указанных в позиции 6, повышается на единицу для каналов, транспортирующих воду в засушливые регионы в условиях сложного гористого рельефа.
47
3.Класс гидротехнических сооружений участка канала от головного водозабора до первого регулирующего водохранилища, а также участков канала между регулирующими водохранилищами, предусмотренных позицией 6, понижается на единицу в случае, если водоподача основному водопотребителю в период ликвидации последствий аварии на канале может быть обеспечена за счет регулирующей емкости водохранилищ или других источников.
4.Класс гидротехнических сооружений речных портов, указанных в позиции 10, повышается на единицу в случае, если повреждения гидротехнических сооружений речных портов могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций федерального, межрегионального и регионального характера.
5.Класс гидротехнических сооружений, указанных в позициях 13 и 14, повышается на единицу в зависимости от сложности строящихся или ремонтируемых судов.
6.Класс гидротехнических сооружений, указанных в позиции 16, повышается на единицу в случае, если повреждения таких гидротехнических сооружений могут привести к возникновению чрезвычайной ситуации.
7.Класс гидротехнических сооружений, указанных в позиции 17, повышается на единицу в случае, если повреждения берегоукрепительных гидротехнических сооружений могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций федерального, межрегионального и регионального характера.
3. Классы защитных гидротехнических сооружений в зависимости от максимального напора на водоподпорное сооружение:
Защищаемые территории и объекты |
Максимальный расчетный напор (метров) |
||||||
I класс |
II класс |
III класс |
IV класс |
||||
|
|||||||
1. Селитебные территории (населенные пункты) с плотностью |
|
|
|
|
|
|
|
жилого фонда на территории возможного частичного или полного |
|
|
|
|
|
|
|
разрушения при аварии на водоподпорном сооружении, 1 кв. м на 1 |
|
|
|
|
|
|
|
га: |
|
|
|
|
|
|
|
свыше 2500 |
свыше 5 |
от 3 |
до 5 |
до 3 |
- |
||
от 2100 до 2500 |
свыше 8 |
от 5 |
до 8 |
от 2 |
до 5 |
до 2 |
|
от 1800 до 2100 |
свыше 10 |
от 8 до 10 |
от 5 |
до 8 |
до 5 |
||
менее 1800 |
свыше 15 |
от 10 |
до 15 |
от 8 до 10 |
до 8 |
||
2. Объекты оздоровительно-рекреационного и санитарного |
- |
свыше 15 |
от 10 |
до 15 |
менее 10 |
||
назначения (не попадающие в позицию 1) |
|
|
|
|
|
|
|
3. Объекты с суммарным годовым объемом производства и (или) |
|
|
|
|
|
|
|
стоимостью единовременно хранящейся продукции, млрд. рублей: |
|
|
|
|
|
|
|
свыше 5 |
свыше 5 |
от 2 |
до 5 |
до 2 |
- |
||
от 1 до 5 |
свыше 8 |
от 3 |
до 8 |
от 2 |
до 3 |
до 2 |
|
менее 1 |
свыше 8 |
от 5 |
до 8 |
от 3 |
до 5 |
до 3 |
|
4. Памятники культуры и природы |
свыше 3 |
до 3 |
|
- |
- |
||
4. Классы гидротехнических сооружений в зависимости от последствий возможных гидродинамических аварий:
|
|
|
Размер возможного |
Характеристика |
|||
|
Число постоянно |
Число людей, условия |
территории |
||||
|
материального ущерба |
||||||
|
проживающих людей, |
жизнедеятельности |
распространения |
||||
Класс |
без учета убытков |
||||||
которые могут |
которых могут быть |
чрезвычайной |
|||||
гидротехнического |
владельца |
||||||
пострадать от аварии |
нарушены при аварии |
ситуации, возникшей в |
|||||
сооружения |
гидротехнического |
||||||
гидротехнического |
гидротехнического |
результате аварии |
|||||
|
сооружения (млн. |
||||||
|
сооружения (человек) |
сооружения (человек) |
гидротехнического |
||||
|
рублей) |
||||||
|
|
|
сооружения |
||||
|
|
|
|
||||
I |
более 3000 |
более 20000 |
более 5000 |
в пределах территории |
|||
|
|
|
|
двух и более субъектов |
|||
|
|
|
|
Российской Федерации |
|||
II |
от 500 до 3000 |
от 2000 до 20000 |
от 1000 до 5000 |
в пределах территории |
|||
|
|
|
|
одного |
|
субъекта |
|
|
|
|
|
Российской Федерации |
|||
|
|
|
|
(двух |
и |
более |
|
|
|
|
|
муниципальных |
|||
|
|
|
|
образований) |
|
||
III |
до 500 |
до 2000 |
от 100 до 1000 |
в пределах территории |
|||
|
|
|
|
одного |
|
|
|
|
|
|
|
муниципального |
|||
|
|
|
|
образования |
|
||
IV |
|
|
менее 100 |
в пределах территории |
|||
48
одного
хозяйствующего
субъекта
4.2.2 Требования на стадии проектирования, строительства, эксплуатации гидросооружений
На вновь проектируемые, строящиеся, эксплуатируемые, реконструируемые и подлежащие ликвидации речные и морские гидротехнические сооружения всех видов и классов распространяется свод правил СП 58.13330.2012 «Гидротехнические сооружения. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 33-01-2003» [9].
49
РАСЧЕТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА РЕЧНЫЕ И МОРСКИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ
Рекомендации к выполнению практических (семинарских) заданий для самостоятельной работы студентов