книги / Примеры гидрологических расчетов мостовых переходов. Установление расчетных уровней и определение параметров ветровых волн
.pdfГ о су д арс тв ен н ы й ко м и т ет Р о с с и й с к о й Ф е д е р а ц и и п о в ы сш е м у о б р а з о в а н и ю
Саратовский государственный технический университет
М.П. Поляков
ПРИМЕРЫ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
Установление расчетных уровней
и определение параметров ветровых волн
Рекомендуется Учебно-методическим объединением
высших учебных заведений Российской Федерации по автотракторному и дорожному образованию в качестве учебного пособия для межвузовского использования студентами высших учебных заведений, обучающимися по специальностям
“Автомобильные дороги и аэродромы", “Мосты и транспортные тоннели”
Саратов 1996
УДК 556.537
Примеры гидрологических расчетов мостовых переходов (Установление расчетных уровней и определение параметров вет ровых в о лн ) : Учеб.пособие Л'.П .Поляков, С аратов.гос.техн .
.УН-Т. 19% . ISBN 5-7433-0I5S -I
В учебном пособии рассматриваются примеры установления расчетных уровней, которые при нимаются при проектировании мостовых переходов. Приводятся также примеры-определения параметров ветровых волн и расчетной толщины льда у мосто вых переходов.
Предназначается для студентов дорожно строительных специальностей вузов, изучающих курсы "Проектирование автомобильных дорог" и "Изыскания мостовых переходов и тоннельных пересечений". Км могут пользоваться и инже нерно-технические работники, проектирующие мостовые переходы.
- е ц е к з е н т н :
ка'гедра гидравлики Саратовского агрокнженерного университета; доцент, канд. физ.-мат. наук С .Т.Лкчук.
Одобрено редакционно-издательским советом
Саратовского государственного технического университета
ISBN 5-7433-C I58-I |
© |
Саратовский |
государственный |
|
|
технический |
университет,1996 |
ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие составлено в соответствии с программами курсов "Проектирование автомобильных д ор о г", "Проектирование городских дорог и улиц" к "Проектирование дорог агропромышлен ного комплекса" для студентов специальности 291С "Автомобиль ные дороги и аэродромы", а такяе в соответствии с программой курса "Изыскания мостовых переходов и тоннельных пересечений" лля студентов специальности 2911 "*'!осты и транспортные тоннели".
лнженеры-дорожники и инженеры-мостовики в своей практичес кой деятельности часто встречаются с вопросами проектирования мостовых переходоз. Ям приходится производить гидрологические, гидравлические, русловые и технико-экономические расчеты мосто вых переходов.
Вучебном пособии подробно рассматриваются примеры гидроло гических расчетов, которые выполняются при проектировании мос товых переходов.
Впроцессе производства гидрологических расчетов решаются следующие вопросы:
1)установление расчетного расхода;
2 ) построение расчетного гидрографа паводка; |
||
3 ) |
перенос расчетного расхода из створа водомерного поста |
|
в створ |
мостового перехода; |
|
.4). установление распоеделения расчетного расхода между от |
||
дельными частями живого сечения реки; |
|
|
5 ) |
опоеделение расчетного уровня высоких вод РУББ; |
|
6 ) |
установление расчетного судоходного |
уровня РСУ; |
7 ) определение расчетных уровней меженных вод - наинизшего |
||
■ТФ Н и среднего ?УМ5С ; |
|
|
8 ) |
перенос расчетных уровней РУВВ, РСУ, |
РУЧВН и РУЧВС из |
створа водомерного поста в створ мостового |
перехода; |
|
9 ) расчет параметров ветровых волн;
1C) установление высоты набега ветровых волн на откосы насыпей;
11) определение расчетной толщины льда у мостового перехода.
Первые четное вопроса рассматриваются в учебном «особии |
[1C] , |
а остальные вопросы освещаются в настоящем учебном пособии. |
|
В гидрологических расчетах мостовых переходов,.наряду с мето |
|
дом математической статистики [1 1 ,1 2 ] , широко применяется |
теория |
3
корреляций, которая является частью теории вероятностей. Тео рия корреляции используется для установления связи между раз личными гидрологическими величинами, например между годовыми максимальными уровням, воды в реке, измеренные на двух водо
мерных постах.
В данном учебном пособив один из примеров посвящен вопросу применения теории корреляции в гидрологических расчетах мосто
вых переходов.
Бее падмеры, приведенные в учебном пособии, сопровождаются
подробными пояснениями со ссылками на первоисточники.
5 конце учебного пособия дается список литературы, с кето
вой студенту необходимо ознакомиться для более глубокого изу чения различных вопросов гидрологии мостовых переходов.
Учебное пособие предназначается для студентов всех видов
обучения, |
но особенно полезным оно будет для студентов вечерней |
и заочной |
Фор*" обучения. |
1.ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО УРОВНЯ
ВЫСОКИХ ВОД
Расчетным уровнем высоких вод РУЕВ называется такой уровень
воды в реке, который соответствует расчетному расходу заданной вероятности поевышения. Этот уровень необходимо знать для воз можности установления отметок различных элементов мостового пе рехода.
Для рек, хорошо изученных в гидрологическом отношении, рас
четный уровень высоких вод можно определять двумя способами:
1 ) по кривой расхода;
2 ) на основании статистической обработки ряда годовых мак
симальных уровней.
Первый способ подменяется в тех случаях, когда на водомер
ном посту производятся измерения как уровней воды, так и расхо дов. Второй способ применяется тогда, когда на водомерном посту
измеряются только |
уровни |
воды. |
|
|
|
|
|
||
Рассмотрим эти |
способы. |
|
|
|
|
|
|||
А. Определение расчетного уровня |
высоких вод по |
кривой рас |
|||||||
хода. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кривой расхода |
называется график |
зависимости расхода воды в |
|||||||
реке |
Q |
от уоовня % |
, то |
есть |
Q |
= J |
(Z ) . |
|
|
Определение ?УВР производится в следующей последовательности. |
|||||||||
1. По дачным многолетних наблюдений |
на водомерном посту на |
||||||||
носят |
на график (р и с .1 ) |
точки |
с координатами |
О с и |
2^ ( Q ; " |
||||
оясход, |
соответствующий |
уровню |
воды |
в реке |
2^ ) . |
|
|||
2 . На оси абсцисс откладывают значение расчетного расхо
да Q p .
3. По точкам проводят плавную кривую (кривую расход а) к
графически экстраполируют ее до пересечения с вертикалью, про
веденной через Qp , в точке с/ (экстраполированный участок
кривой гасхода показан пунктирной линией ) .
4. Находят по* графику соответствующее значение ординаты.
Оно и будет являться расчетным уровнем высоких вод РУБЗ.
Если створ мостового перехода |
- И не совпадает со ство |
ром водомерного поста В - Б (р и с .2 ) , то расчетный уровень вы
соких вод, найденный в створе водомерного поста, нукно перенес
ти в створ мостового перехода. Для этого используется следующая
зависимость:
° )
?ис,2. Схемы участка зеки с показанием створов мостового |
||||||
|
|
перехода Ч - ч я водомерного поста В |
- |
|||
а |
- |
створ |
ч |
_ |
и находится выше створа Б - |
В; |
о |
- |
створ |
4 |
- |
М Располагается низке створа |
F. - В |
РУВВЧ =РУБВв± S 3 , |
(1) |
где РУЗЗМ - расчетный уровень высоких вод в створе мостового пе
рехода, м;
6
Е7Е?.. |
- |
расчетный |
уровень высоких вод в створе водомерно |
|
|
го поста, |
м; |
tS |
- |
расстояние |
между створами водомерного поста и |
|
|
мостового |
перехода, м; |
«!7 |
- |
уклон реки |
на участке между те*® же створами. |
|
В выражении |
( 1 ) знак плюс |
принимают тогда, |
когда створ мос |
||||||||||||
тового перехода М - М находится выше створа водомерного поста |
||||||||||||||||
Е - |
В (р и с .2 ,а ) |
, |
а |
знак минус |
- когда створ М - М располагает |
|||||||||||
ся |
ниже |
створа Е |
- |
Б |
(р и с .2 ,б ) . |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
П р и м е р |
|
1 |
. Определить расчетный |
уровень высоких вод |
|||||||||||
в створе |
«.остового |
перехода, |
который проектируется через |
реку Л |
||||||||||||
и является участком автомобильной дороги |
I технической |
категории. |
||||||||||||||
Кя реке имеется водомерный пост с |
многолетним рядом наблюдений. |
|||||||||||||||
В табл.1 приведены значения годовых максимальных уровней воды в |
||||||||||||||||
реке |
и |
соответствующих |
им расходов |
|
за |
период с |
1S66 |
|||||||||
по |
1992 |
г . , |
то |
есть |
за |
П |
= |
27 л е т . |
|
S |
|
|
|
|||
|
Водомерный |
пост |
находится |
на расстоянии |
= 16,8 |
км от |
||||||||||
створа мостового перехода ниже по течению. Уклон реки на участке |
||||||||||||||||
между створами мостового перехода и водомерного |
поста |
Cf =C,0GC42. |
||||||||||||||
|
Методом математической статистики найден расчетный расход |
|||||||||||||||
1Й-ой вероятности превышения |
Qp = 2G2C мэ/ с . Вероятность пре |
|||||||||||||||
вышения расчетного |
расхода |
р |
принята равной 1%, так как про |
|||||||||||||
ектируемый мостовой переход находится на |
автомобильной дороге I |
|||||||||||||||
технической |
категории. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Скачала определи»* расчетный уровень высоких вод в створе во |
|||||||||||||||
домерного поста ?УВВН. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
На основании |
данных, |
приведенных в та б л .1 , |
наносим на график |
||||||||||||
(р и с .З ) |
точки |
с |
координатами |
Q t- |
и |
. Точки |
соединяем плавной |
|||||||||
кривой и в |
результате этого |
получаем |
|
|
|
|
|
|||||||||
На оси абсаисс откладываем значение Кривую расхода графически экстраполируем до пересечения с верти
калью, проведенной через Q p |
, в точке |
а . Экстраполированный |
|
участок кривой расхода показан пунктирной линией. |
|||
Точку С/ |
сносим на ось ординат и получаем отметку уровня |
||
воды в реке 121,73 м. Она представляет |
собой отметку расчетного |
||
уровня высоких вод в створе водомерного поста РУВВв . |
|||
Расчетный |
уровень высоких вод в створе мостового перехода |
||
? ’7.ВМ находи»* |
из выражения ( l ) |
: |
|
7
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
Значения годовых максимальных уровней воды |
|
||
|
и расходов в реке Л |
|
|
|
It |
Годы |
Отметки уровня |
Расходы |
|
п/п |
наблюдений |
воды в реке |
Ql , мг/с |
|
|
|
2 ; • « |
||
1 |
1966 |
120,40 |
1120 |
|
2 |
195? |
12С,С2 |
770 |
|
3 |
195Р |
119,50 |
550 |
|
4 |
1959 |
120. O'7 |
790 |
|
f |
1970 |
119,ВС |
680 |
|
6 |
1971 |
119,ВР |
700 |
|
? |
1972 |
121,00 |
1570 |
|
R |
1973 |
120,22 |
940 |
|
? |
1974 |
12С.1С |
640 |
|
1C |
1975 |
120,34 |
1020 |
|
11 |
197С |
120,12 |
820 |
|
12 |
197? |
121,05 |
Ю2С |
|
13 |
1978 |
119,27 |
470 |
|
14 |
1979 |
118,88 |
350 |
(Qm Ln ) |
15 |
19ВС |
118,94 |
37С |
|
I е |
19Р1 |
12Г.46 |
1170 |
|
1* |
1982 |
119,55 |
е ю |
|
IB |
1983 |
120,55 |
134С |
|
19 |
19R4 |
120,59 |
1300 |
|
20 |
1935 |
121,07 |
1740 |
|
21 |
1935 |
119,10 |
400 |
|
22 |
19Р7 |
121,11 |
17RG |
|
2.3 |
198В |
|
||
120,84 |
1510 |
|
||
24 |
1989 |
119,61 |
590 |
|
25 |
1990 |
119,17 |
44С |
|
25 |
1991 |
121,31 |
2020 |
( О т т ) |
27 |
1992 |
119,81 |
||
|
690 |
|
||
8
p y &&6
Рис.З . Определение расчетного уровня высоких вод по кривой раохода
РУБВМ = РУВВд + $ а = 121,73 + 168CC.G,0G042 =
=121,73 + 7.G6 = 128,97 ч.
Б.Определение расчетного уровня высоких вод на основании статистической обработки ряда годовых максимальных уровней.
Задача решается в следующей последовательности.
1. |
Измеренные на водомерном посту годовые максимальные уров |
ни водь- е |
реке 2Г* располагают в убывающем порядке (граф а 3 |
табл. 2 ) , причем каждому уровню присваивают свой порядковый но мер и указывают соответствующий календарный год (графы 1 и 2
табл. |
2 ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
К определению расчетного уровня высоких вод |
|
|||
» |
Годы |
Уповни |
воды в оеке |
очпиш'.чеекая |
веисят- |
члена |
наблюдений |
, ч, |
е убываю |
кость поевышеиия |
|
ряда |
|
щем порядке |
уровней ведь |
pi , % |
|
3 |
? |
|
3 |
4 |
|
|
|
Z/77СУХ |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
п2 m in
2. Находят эмпирическую вероятность превышения максималь
ных уровней дл^ каждого года наблюдений пс формуле Н.Н.Чегодаева 1S5C г .
|
|
Р |
т - |
G.3 |
ю оя, |
( 2) |
|
|
п + |
С,4 |
|||
|
|
|
||||
где П |
- |
число |
членов ряда (число лет наблюдений ) |
; |
||
т |
- |
порядковый номер члена ряда при расположении членов |
||||
в убывающем порядке (графа 1 табл. 2 ) . |
|
|||||
Результаты расчета величины |
р закосят в графу |
4 т а б л .2. |
||||
Величину р |
по формуле ( 2 ) |
следует определять |
с точностью |
|||
до 0 ,1 * . |
|
|
|
|
|
|
10