Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Чернышов, Ф. М. Повышение эффективности путевых работ на многорукавных участках судоходных рек учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
4
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
19.33 Mб
Скачать

а)

\\

 

 

Ц^оощ. z 124-0 м*/сен

ьод

'-о:)

гоо

QIZ м*/сен

 

HZS

 

 

Рис. 89. Графический расчет распределения расходов воды между 11-м и 12-м рукавами

a)-

2-м

7 fBO,«:

 

 

100,00

 

 

 

 

647

99,5

 

 

 

s 1 0 W H

MO

10K

Ш • Л0О

ilkQ

Q.13

400

we

ft.

5)

4 — % - м/сек •

Л І С . 90. Графический расчет распределения расходов воды между рукавами:

а—11-м, 12-м, 13-м; б—2-м, 3-м, 13-м

значение расхода, чем в предыдущих случаях, исключительно из-за стремления описать более полную схему расчета).

2. Устанавливаются графические связи отметок свободной по­ верхности общих сечений 29 и 44 с распределением расходов воды между смежными 9-м и Ю-м, а также 3-м и 13-м рукавами.

Графическая связь отметок свободной поверхности сечения 29 с распределением расходов воды между смежными 9-м и 10-м рука­

вами может быть заимствована из 3-го случая. Поэтому сразу же

следует переходить к построению подобной

связи для сечения 44 с

3-м и 13-м рукавами, для чего

 

а) задаемся тремя значениями расходов, которые, якобы, долж­

ны проходить по Ладейской протоке через

сечение 44, а именно:

4 4'=1350ж3 /сек; Q4 4 "=1200 м3/сек и Q 4 4 " ' = 1110 м3/сек;

б) для каждого из 3-х этих заданных расходов определяется

подбором их распределение между 3-м и 13-м рукавами и находят­

ся соответствующие отметки уровня воды в сечении 44. При этом в

пределах каждого заданного в пункте

«а» значения

расхода

пред­

варительно, также произвольно, задаемся трижды

(можно и более)

расходами воды по 3-му и 13-му рукавам

(табл. 13);

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 13

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а м

Заданные

Заданные рас­

 

 

44.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ходы воды,

 

Заданные

Истинные расходы врукавах,

 

 

 

расходы во­

 

мЗ/сек

 

жЗ

[сек

 

расходы

в

 

 

 

 

 

 

ды в сече­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qu

 

<Эз

 

 

 

Qn

Q

9

<2ю

(Qu)

 

 

3-м

 

в 13-м

сечении

 

 

 

 

 

 

44,

 

 

 

 

 

3-м

13-м

12-м

11-м

9-м

10-м

 

 

 

в

 

 

 

рукаве

мі 1 сек

мз/сек

 

рукаве

 

 

 

нии

 

 

(Оз)

 

 

<?13)

 

 

 

 

 

Qis •

'

 

 

 

 

 

1350

 

200

 

 

1150

 

1350

 

220

ИЗО

250

830

645

235

 

 

 

360

 

 

990

 

 

 

 

200

 

 

 

750

 

 

 

 

 

 

420

 

 

930

 

1200

 

1000

250

525

225

 

 

 

210

 

 

990

 

 

 

 

170

 

 

 

 

 

 

 

 

1200

 

270

 

 

930

 

1110

 

 

940

250

690

487

203

 

 

 

470

 

 

730

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

120

 

 

990

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1110

 

180

 

 

930

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

380

 

 

730

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

по расходам

3-го столбца

табл.

13 определяются,

с учетом

назначенного

 

в п. 1 расхода

воды

в 12-м рукаве

(Qi2 = 250

 

м3/сек),

расходы

воды

в

сечении 29,

которые

составляют при

Q 4 4 / =

= 1350

м3/сек

 

 

соответственно:

Q2 9 '=900,

С?2 9 "=740

и

 

Q 2 9 ' " =

= 680 м3/сек,

 

а при Q 4

4 , = 1200 м3/сек,

и Q 4 4 ' " = 1110 м3/сек

 

соответ­

ственно: Q'=740, Q2 9 "=680, Q2 9 '"=480 м3/сек

и Q2 9 ' = 680, Q2c" = 480,

Q2 9 "'=200^3 /ce/c;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29 по графику

г) для полученных

значений

расходов в сечении

рис. 88 определяются отметки уровня воды

в нем (г 2 9 ) и устанав­

ливаются их перераспределения

между 9-м и 10-м рукавами;

д)

затем-при полученных в пункте «г» расходах в 9-м и 10-м ру­

кавах, а также

при заданных

расходах

Q44,

Q13 и Q3 (табл.

13) и,

разумеется, назначенных расходах Q i 2

и Qs (см. п. 1) определяются

соответствующие им отметки

свободной

поверхности

в .сечении 44,

идя при этом трижды снизу вверх от сечения 12 как

по

главному

руслу и 3-му рукаву, так и по Ладейской

протоке,

(через 9-й, 11-й и

13-й рукава);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е) далее графически определяются искомые отметки в сечении 44 и перераспределения расходов воды между 3-м и 13-м рукавами для трех заданных расходов в данном сечении: С?44=1350, Q44= 1200 и Q44= 1110 м31сек, для чего строится применительно к сечению 44, а также 3-му и 13-му рукавам график типа рис. 89. На этом, по су­ ществу, завершается задача 2-го пункта. Данные истинного распре­ деления расходов по рассмотренным разветвлениям при заданных расходах в сечении 44 сведены в табл. 14.

3. Для приведенных в табл. 14 значений расходов строятся (три­ жды) свободные поверхности для всего участка, идя при этом сни­ зу вверх от базисного сечения 13 к сечениям 1 в. 47 в первом случае по главному руслу, а во втором — по Ладейской протоке. На осно­ вании этих построений свободной поверхности в каждом случае оп­ ределяются отметки уровня воды в сечениях / и 47.

4. Имея

данные п. 3, строятся графики зависимости

Z i = f ( Q 4 i ) ,

2,47= /(Q44),

(2з='ф(@44) И

<2із = ф(<2з), КОТОрЫе

ПРИВОДЯТСЯ ИЗ

рис. 90,б. Очевидно, пересечение двух кривых Z\—f(Qn)

и г.( 7 =-

= f (Q4 4) и предопределяет

истинную отметку свободной

поверхно­

сти в сечениях / и 44. Это же пересечение кривых

позволяет полу­

чить истинные значения расходов воды в 44-и сечении, в 3-м и 13-м рукавах, которые оказались равными: Q 4 4= = 1 170 м3/сек; Q t 3 = = 980 м3/сек; Q 3 = 190 м3!сек.

Данные же расходов 13-го и 12-го рукавов позволяют графиче­ ски определить истинные расходы в 11-м, 10-м и 9-м рукавах, кото­ рые оказались равными: Qii=730 мг1сек, Qi0 =215 мг]сек и Q 3 =

=515 л3 /сек.

5.И, наконец, получив данные об истинном распределении рас­ ходов воды по всему рассматриваемому участку, переходим к опре­ делению отметок верхнего и нижнего бьефов у запруд в перекрыва­ емых 12-м и 8-м рукавах, а затем к расчету отметок гребней проек-, тируемых сооружений.

В заключение необходимо остановиться на следующем. Как уже отмечалось, графическая связь отметок уровня воды в сечении 2.9 с расходом 11-го рукава, а также распределением расходов воды ме­ жду смежными 9-м и 10-м рукавами (в нижнем разветвлении) в' последнем случае не определялась. Эта связь была заимствована из предыдущего случая (см. рис-87), однако, при отсутствии графика

рис. 87 данную

связь z29=f(Qu, Qio, Qa) пришлось

бы устанавли­

вать. При этом

следует иметь в виду, что именно с построения гра­

фика zZQ=f(Qut

Qio, Q9) необходимо начинать расчет, так как от то­

го или иного распределения расходов между 9-м

и 10-м рукавами

будет зависеть отметка свободной поверхности воды в устьевом се­ чении 3-го рукава (см. рис. 85, д, сечение 43) и, следовательно, само распределение расходов между 3-м и 13-м рукавами в верхнем раз­ ветвлении. Ход же построения графика z24 = f{Qu, Q\o, Q9) остается аналогичным рассмотренному в 3-м случае. При этом, чем больший диапазон расходов в сечении 29 охватывается расчетом, тем универ­ сальнее становится сам график z2^f(Qu, Q1 0 , Qg).

Разумеется, при наличии на сложноразветвленном участке по­ следовательно расположенных трех и более смежных пар неперекрываемых рукавов, т. е. трех и- более виутриузловых «бифурка­ ций», отмеченная особенность расчета дополняется новыми проме­ жуточными построениями графиков вида z29=f(Qu, Qio, Q9) • В ча­ стности, при наличии-трех виутриузловых последовательно располо­

женных «бифуркаций» (см. рис, 84), когда перекрытым

оказывает­

ся один лишь 8-й рукав) для получения

графика

связи

уровня во­

ды в сечении 44 (Ладейской

протоки) с расходом

этого

 

рукава, а

также с распределением

воды

между 3-м и 13-м рукавами • (самое

верхнее разветвление),

пришлось бы вначале

построить график

Z 2 9 = / ( Q n, Q10, Q 9 ) , а затем с учетом его и г р а ф и к z 3 7 = f ( Q i 3 ,

Q12, Qn) .

При этом важно соблюдать определенное правило

последователь-!

ности построения данных графиков для

разветвленного

участка,

идя снизу вверх по течению.

 

 

 

 

 

 

Следовательно, в принципе рассмотренные

случаи

 

позволяют

наметить схему гидравлического расчета запруд почти для любого слож'норазветвленного узла. Причем,, отмеченные особенности рас» чета запруд в многорукавных руслах полностью сохраняются тако­ выми ж е и для расчета капитальньїх прорезей или тех и других со­ оружений вместе. Очевидно, эта ж е схема расчета .применима пол­ ностью и для других типов выправительных сооружений независи­ мо оттого размещаются они в судоходных или несудоходных рука­

вах. В то ж е время приведенные

выше примеры характеризуют

лишь те схемы

расчета, в которых наперед

известными

являются

расходы воды

в перекрываемых

запрудами

рукавах. В

таких,слу­

чаях в заключительной части необходимо выполнять поверочные расчеты, связанные с оценкой достаточности расходов воды в судо­ ходных рукавах в проектных условиях (см. § 7). Поэтому в целом ряде случаев целесообразно принимать такие схемы . расчета рас­ пределения расходов воды по рукавам, при которых: заранее уста­ навливаются проектные (необходимые) расходы в судоходных ру­ кавах. Ниже подобный расчет распределения расходов воды по ру­ кавам на примере трехрукавного участка р. Оби нами и рассматри­

вается

(рис. 91). Проектные условия для этого

участка характери­

зуются

наличием

двух эксплуатационных прорезей

в судоходном

(третьем) рукаве

и запруды во втором несудоходном

рукаве.

Конечно, прежде всего выполняются расчеты распределения рас­

ходов воды по рукавам при бытовом состоянии

участка как для

проектного уровня ( Д # = 0; Z5-6-8 =10,00 м), так и для уровня на­ чала активной работы" запруды ( А # = + 2 , 7 м; 2:5-6-8 =12,70 м). При указанных уровнях общие расходы воды в реке С?0 соответственно равны 1200 и 3300 ,и3 /сек. Результаты расчета оказались следующи­ ми (коэффициенты шероховатости принимались в обоих случаях неизменными и равными: для 1-го рукава tti=0,Q19, для 2-го рука­

ва п2 —0,018 и Для 3-го рукава я 3 = 0 , 0 1 7 ) :

?

242

 

Рис. 91.

Расчетная схема распределения расходов воды в проектных

 

 

условиях 3-х рукавного участка р. Оби •

 

а)

при проектном

уровне в судоходном

рукаве

проходит

расход,

воды

Qz—615 мъ1сек

(51,3%), а по несудоходным

рукавам Q 2 =

= 3 9 0 я а / с е к

(32,5%) и Qi = 195 м3/сек

(16,2%);

 

м3/сек

б)

при

втором

уровне — соответственно

С?з=1520

(46,2%), Q2 ==l 155 мЧсек

(35%)

и Q, = 625 л3 /се/с

(18,9%).

 

Затем приступают

к основному

расчету в следующем порядке:

1. Определяется расчетный расход воды в судоходном

(треть­

ем) рукаве,

исходя из условия

обеспечения

на его перекатах при

уровне начала активной

работы

запруды (А # . = +.2,7.0 м) размыва­

ющих скоростей потока. TJp

 

 

 

 

 

 

Qp 3 = 0,8vp со=0,8 • 1,3 • 0,89 - 2020=1870

м3/сек.

 

' 2. Устанавливается суммарный расход воды, приходящийся в проектных условиях участка на оба несудоходных рукава

Qi+2 = Qo-<2з=3300-1870=1430 м31сек.

Таким образом, с помощью прорезей и запруды на участке дол­ жно произойти увеличение расхода воды в судоходном рукаве на 23% и примерно такое же его уменьшение в несудоходных рукавах.

3. Используя данные вычислений отметок свободной поверхно­ сти в сечениях рукавов при бытовом состоянии участка и дополни- л"ельно принятые, но относительно близкие к этим условиям, два-- три наполнения русла, строятся для расчетных участков всех трех,

рукавов графики F=-^~

= f ( zcp).

С помощью таких

Трафиков для

3-го рукава, например, по методу Н. Н. Павловского

находим от­

метку уровня воды в

начале

разветвления

(см.

створ

1—1 на

рис 91) при расчетном

расходе

в этом рукаве

(?рз = 1870

м31сек,

которая оказалась равной Zt-i =12,94 м,

Очевидно, если,принять

условие

отсутствия в гидростворе 1—1

поперечного уклона воды,

отметки

в истоках

всех трех

рукавов

должны быть одними и теми же. Это позволяет методом

подбора

найти тот расход воды в 1-м несудоходном

рукаве, при котором от­

метка в его истоке примет значение

12,94 м. В данном случае таким

расходом оказался расход Qi = 775

м3/сек.

 

 

 

По установленным расходам Qi и Q3 легко определяется

расход

воды в перекрываемом запрудой рукаве, а именно

 

Q 2 =Qo - «?i +<?3 )=3300 - <1870+775)=655 м3/сек..

 

Следовательно, за счет действия

запруды

во 2-м несудоходном

рукаве расход воды должен уменьшиться

при расчетном

уровне

(+2,70 м) с 1155 до 655 м3/сек, т. е. на 43,3%, а

в 1-м несудоходном

рукаве-—увеличиться с 625 до 775 м3/сек, т. е.

на 24,3%. Получен­

ные результаты расчета не идут вразрез с приведенными в начале этого параграфа рекомендациями по целесообразным увеличениям расходов воды в судоходных рукавах и их уменьшениям в перекры­ ваемых запрудами рукавах.

4. При расходе Q2 =655 м3/сек

по графикам F=f(

г 2 с р . ) , идя как

сверху (от отметки истока рукава

12,94 м),

так и снизу (от отметки

устья рукава 12,70 ЛІ) до створа запруды,

определяются

отметки

верхнего и нижнего бьефов сооружения, которые оказались

равны­

ми 12,91 м и 12,73 м.

 

 

(А2=0,18 м) и учи­

5. Имея перепад уровней воды на запруде

тывая, согласно предварительным

расчетам, ее работу как незатон-

ленного водослива с широким порогом (коэффициент

расхода т=

= 0,34 и коэффициент подтопления а„ = 1,0),

переходят к вычисле­

нию гидростатического напора на сооружении Н и отметки его греб-

НЯ

V-ГЧ

Г = 0,88 м

 

\manbV2g

)

\

1,0.0,34.-525-4,23

/

 

Р = 2 в б - Я =

12,91 -0,88 = 12,03 м.

Небезынтересно также дать оценку гидравлической работе за­ пруды и прорезей по перераспределению расходов воды в рукавах при проектном уровне. При этом запруда будет находиться в незатопленном состоянии, так как ее гребень п р е в ы ш а е т , Э Т О Т уровень на 1,82 м. Таким образом, последний расчет сводится к задаче рас­ пределения расходов воды по двум рукавам в проектных условиях данного участка, что целесообразно выполнить графо-аналитиче* ским способом.

 

В этих

целях вновь строятся для 2-го и 3-го рукавов

графики '

F=f(

zcp),

но уже охватывающие уровни воды

относительно

близ­

кие,

к проектному. С помощью этих графиков,

по тому же

методу

Н. Н. Павловского, задаваясь тремя-четырьмя различными

расхо-,

дами воды в рукавах Qt(0 < Q r < Q J , устаналиваются

соответст­

вующие им отметки уровней воды в начале разветвления

(см. створ

/—/

на рис. 91) для обоих рукавов и строятся

кривые £'1-1

(Qi)

244

 

-

 

 

 

и Z\.\ = / з ( 0 з ) - Принимая

во внимание равенство Отметок

уровней

воды в начале разветвления для обоих рукавов и пользуясь

полу­

ченными для «их кривыми Zi.]=f(Q),

вычерчивается суммарная

по расходам

кривая

zul

=/0 (Qo)- Все эти кривые

совмещаются на

одном и том же графике

(рис. 92). Затем

по

суммарной

кривой

2i-i = fo(Qo)

Д л я общего

расхода в реке

Q 0 = 120 0

м3/сек

устанав­

ливается отметка уровня воды в начале разветвления' Z\.\ , равная

10,84 м и по последней, согласно кривым

z\.\ = f(Qi) и Z\.\ = / з ( Р з ) ,

определяются искомые значения величин

расходов

в первом

Q.\~

= 274 м3/сек

и третьем

Q3

= 926 м3/сек

рукавах

(см. рис. 92).

 

500

600

700

800

300

Щ0

Н00

fZOQ

u

Q„

 

 

 

 

 

Q3

Рис. 92. Графический расчет распределения

расходов воды между 1-м и 3-м

 

 

рукавами

участка

р. Оби

 

 

 

 

 

Как и следовало ожидать, активность действия

 

путевых

меро­

приятий по мере снижения уровней от верхнего расчетного

уровня

( Д Я = + 2 , 7 0

м)

к проектному

( Д # = 0 )

постепенно

возрастает. Это

следует из того, что расход воды и, следовательно,

бытовые

скоро?

сти потока

в судоходном

(третьем) рукаве

при проектном

уровне

возрастают

уже на 51% против 23%

при уровне,

 

превышающем

проектный на 2,7 ж.

 

 

 

 

 

 

 

 

К еще более

сложному

расчету следует

отнести

определение

расходов воды в рукавах в проектных условиях участка реки, не

имеющего, к тому же, общего для всех трех рукавов

начального

створа деления потока. Такая схема разветвления русла

свойствен­

на, например, для проектных условий и проектного уровня

рассмот­

ренному нами в § 5 Хайтыалахскому

затруднительному

участку

(см. рис. 56). Результаты этого расчета

приведены там же в § 5, а

здесь кратко описываются лишь этапы самого решения и их некото­ рые детали.

1. Согласно проектной схеме участка (рис.93) в первую очередь

выполняется операция трансформации двухрукавных участков в Ат-Арыынской протоке в однорукавиые (см. § 9), учитывая при

зтом размещающуюся в нем капитальную прорезь. Дополнительно отметим, что указанную внутрипроточную (фрагментную) транс­ формацию следует производить при всех наполнениях русел рука­ вов, принимаемых в дальнейшем для построения графиков F=<

д /

— — - = / (гс р ) . Это необходимо для того, чтобы получить для

Кар

 

 

трансформируемого (левого) рукава

зависимость Л

Ксрf(zcp),

которая используется при построении

расчетного графика

«приве­

денного» однорукавного участка в виде

 

 

Рис. 93. Расчетная схема распределения расходов воды в проектных условиях Баакыч-Хайтыалахского участка р. Лены

2. Используя данные п. 1, а также вычисления отметок свобод­ ной поверхности в сечениях рукавов (проток) при бытовом состоя­

нии, затруднительного участка, строятся по аналогии с предыдущим

примером расчетные графики

F=f(zcp).

(напри­

3. Устанавливается или условно принимается отметка

мер 10,00 м) проектного уровня В конце многорукавного

участка

(см. на рис. 93 сечение 24—24'—24"), соответствующая общему рас­ ходу воды в реке Qo=5600 м3/сек. Затем, с помощью графиков п. 2

приступают к построению кривых свободных поверхностей в каж­ дом рукаве участка с целью получения необходимых для' решения

задачи кривых связей Отметок уровней в истоках

рукавов z(

с их

расходами

Qt в виде; 27 -,' = / 2 ^ 2 ) , z2.2> =/ 5 ?5) ,

z r . r =U{QA) И

ZV-T =h{Qz).

При этом, как далее будет видно, при построении по­

следнего графика приходится прибегать к методу

подбора

в не­

сколько этапов.

связи Z 7 . T —f2(Q2)

 

 

4. Для построения кривой

достаточно

за­

едаться тремя-четырьмя произвольными расходами воды Q2 > отве­

чающими условию (0 «с, Q2 <

Qo). Отметки уровня воды в сечении

246

15—15'—15" (см. рис. 90)

определяются применительно к значениям

расходов Qu вычисляемым из очевидного условия Qi=Qo~<2г-

Пос­

ле чего приступают

к отысканию (подбором) тех трех-четырех зна­

чений расходов Q3, при которых отметки

уровней воды в

сечении

Т7'-' оказываются одинаковыми с соответствующими

отметками

уровней в сечении

Т7,

т. е. к установлению

трех-четырех

 

парно

увязанных величин расходов Q2 и Q3 . Далее, используя

найденные

три-четыре значения Q3, определяют соответственные им

величины

расходов Q4 ( Q 4 = Q i — Q 3 ) и при каждом

из них строят

свободную

поверхность воды в левом рукаве, что, в свою

очередь,

позволяет

получить расчетную кривую связи

Z2'-r=h{Qi)

• Наконец, при трех-

четырех значениях парно увязанных расходов

Q2 и Q% или,

 

что то

же самое, расходов Q5 , производится построение свободной поверх­

ности воды на верхнем участке правого рукава

между

сечениями

77'7" и 2—2', в результате которого

устанавливается

кривая

связи Z2-V =f(Qb).

Перечисленные

выше кривые связи z=f(Q)

по­

казаны на рис. 94).

 

 

 

 

 

 

 

 

50(30

4000 гооо

то

гооо

 

Рис. 94. Графический расчет распределения расходов воды между рукавами Баакыч-Ха йтыа ла хского участка р. Лены:

а—между 2-м и 3-м;- 6—между 4-м и 6-м

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ