- •Глава 1. Внутренние водные пути России
- •1.1. Общая характеристика судоходных водных путей
- •1.2. Транспортная классификация внутренних водных путей
- •1.3. Государственное регулирование, надзор и содержание внутренних судоходных путей
- •1.4. Современное состояние и развитие инфраструктуры внутреннего водного транспорта
- •Глава 2. Речная система и водные ресурсы
- •Влагооборот на земном шаре
- •2.2. Бассейн реки. Речная сеть
- •2.3. Долина, пойма и русло реки
- •2.4. Речной сток и его характеристики
- •Глава 3. Движение воды и наносов в реках
- •4.1. Режим уклонов свободной поверхности воды
- •4.2. Гидравлические особенности движения речных потоков
- •4.3. Эксплуатационная скорость течения
- •4.4. Взаимодействие потока и русла. Речные наносы
- •Виды речных русел и русловые переформирования
- •4.6. Основные типы перекатов
- •Глава 4. Судоходные прорези на реках и судовые хода на водохранилищах
- •4.1. Определение минимальных габаритных размеров
- •Судовых ходов в реках и каналах
- •4.2. Требования к судоходным прорезям и роль отвалов грунта
- •4.3. Трассирование судоходных эксплуатационных прорезей
- •4.4. Заносимость эксплуатационных прорезей
- •4.5. Состав проекта капитальной прорези. Исходные данные
- •4.6. Примеры капитальных прорезей
- •4.7. Построение планов течения
- •4.8. Оценка устойчивости капитальной прорези
- •4.9. Спрямление пойменных извилин
- •Глава 5. Дноуглубление
- •7.1. Дноуглубительные работы. Судоходные прорези
- •7.2. Проектирование судоходных прорезей
- •7.3. Классификация дноуглубительных снарядов
- •7.4. Устройство и производительность дноуглубительных снарядов
- •7.4.1. Землесосы
- •7.4.2. Многочерпаковые снаряды
- •7.4.3. Одночерпаковые дноуглубительные снаряды
- •7.5. Перемещения земснарядов по прорези
- •7.6. Извлечение грунта земснарядами
4.3. Эксплуатационная скорость течения
Средние скорости течения изменяются по длине реки в силу непостоянства размеров поперечного сечения русла. В конкретном поперечном створе средняя скорость находится путем осреднения местных скоростей, измеренных в отдельных точках потока по глубине и ширине реки. В свою очередь, местные скорости в различных точках потока существенно различаются между собой. У поверхности они обычно больше, чем у дна, а у берегов, наоборот, меньше, чем в средней части реки. На это распределение сильно влияет форма поперечного сечения русла и условия движения воды на участке.
Наличие растительности или другой дополнительной шероховатости у дна реки приводит к уменьшению придонных скоростей течения воды. Образование ледового покрова на свободной поверхности зимой создает дополнительное сопротивление движению воды. В результате этого поверхностные скорости течения уменьшаются, а максимум скоростей перемещается в толщу потока. Это приводит к тому, что средние скорости в поперечном сечении реки зимой также уменьшаются, по сравнению с летним периодом времени при прочих равных условиях.
Для анализа распределения местных скоростей течения по живому сечению на практике их измеряют в отдельных точках по глубине потока на целом ряде скоростных вертикалей, намечаемых по ширине реки. На рис. 4.4 показан профиль поперечного сечения русла реки с измеренными скоростями течения на вертикалях. В данном примере скорости течения измерялись в 5 точках по глубине потока. На профиле реки изображены изотахи – линии равных скоростей в поперечном сечении русла.
В верхней части построения показана эпюра распределения средних скоростей течения на вертикалях по ширине реки, а пунктиром – величина средней по живому сечению скорости течения.
Рис.
4.4. Поперечный профиль реки с измеренными
скоростями течения воды
Рис.
4.5. Эпюра изменения скорости течения
по глубине реки
В каждом конкретном случае распределение скоростей течения по вертикали и по ширине русла зависит от условий движения воды на участке. Обычно максимум поверхностных скоростей потока и наибольшие средние скорости течения на вертикалях наблюдаются в районе максимальных глубин в живом сечении русла. На перекатах эпюра средних скоростей течения выравнивается по ширине реки по сравнению с плесовыми лощинами. Наибольшая неравномерность распределения скоростей по ширине реки наблюдается на участках поворота русла. В этом случае максимальные скорости течения сосредотачиваются у вогнутого – прижимного берега реки. На рис. 4.6 приведены эпюры распределения средних на вертикалях скоростей течения на перекатном участке реки.
Рис. 4.6. Распределение средних скоростей течения
на перекатном участке реки
Анализ распределения скоростей течения по ширине реки показывает, что на стрежне потока, в наиболее глубокой части русла, фактические скорости течения воды всегда больше, чем средние по живому сечению.
Поэтому, при выполнении технико-экономических расчетов вводится понятие эксплуатационной скорости течения, величина которой может быть найдена из следующей зависимости:
, (4.8)
где: Vср – средняя скорость потока по живому сечению в рассматриваемом створе реки, м/c;
V – разница между скоростью течения на оси судового хода и средней скоростью по живому сечению в данном створе реки, м/c.
Величина средней скорости течения может быть определена по формуле Шези или на основе натурных измерений. Скорости течения в реке измеряются специальными приборами – гидрометрическими вертушками (рис. 4.7) или с помощью пуска поплавков. Определить значение величины V непосредственными измерениями на протяженном участке реки представляется весьма затруднительным.
Рис. 4.7. Гидрометрическая вертушка:
1 – лопасти; 2 – корпус; 3 – хвостовая часть;
4 – штанга; 5 – электрические клеммы
На практике эксплуатационную скорость для отдельного участка реки определяют в результате измерения скорости движения судна относительно берега при следовании по течению Vвн и против течения Vвв по формуле
. (4.9)
Для приближенных расчетов часто принимают
. (4.10)
Зная эксплуатационную скорость течения, можно найти скорость хода судна относительно берега:
при движении вниз по течению
, (4.11)
при движении вверх против течения
, (4.12)
где: Vс – скорость хода судна в спокойной воде (при отсутствии течения), м/c.
Полученные значения скоростей движения судов используются на практике при планировании времени доставки грузов и составлении диспетчерских графиков.