Гидравлический расчет двухрукавного участка русла реки с запрудой в несудоходном рукаве

Согласно заданию необходимо рассчитать и построить кривые свобод­ной поверхности в двух рукавном русле при бытовом состоянии и в проект­ном состоянии, то есть при наличии запруды в одном рукаве.

Исходные данные:

1. План участка реки в изобатах.

2. Расчетный уровень Н_р = 1,0 ми общий расход воды в реке Q₀ = 1000 м³/с при этом уровне.

3. Коэффициенты шероховатости правого п_п = 0,020и левого п_л = 0,023 рукавов.

4. Проектный расход в судоходном рукаве Q_n = 70 м³/с,обеспечиваемый поста­новкой запруды в несудоходном рукаве.

Расчет необходимо вести в следующем порядке.

1. Намечаются расчетные сечения, верхнее из которых выше фактического деления русла на рукава, а нижнее ниже. Положение этих сечений определяется створом, в котором отметки свободной поверх­ности можно считаются одинаковыми. Ориентируясь рельефом дна, делим эти сечения на две части, одну из них считаем сечением правого рукава, другую – сечением левого рукава.

Остальные сечения назначаются в характерных местах русла, т.е. в глу­боких частях плесовых лощин и на гребнях перекатов. Нумерация сечений и расчетных участков снизу вверх. Самое нижнее сечение имеет номер 0.

2. На миллиметровой бумаге строятся поперечные профили расчетных сечений до уровня воды Н_р над проектным (рисунок 4. 2). Горизонтальный масштаб 1:5000, вертикальный масштаб, т.е. масштаб глубин, 1:100.

3. На поперечных профилях наносится расчетный уровень воды Н_р, подсчитываются площади сечений ω и измеряется ширина по верху В. Эти данные заносятся в таблицу 4. 1, в которой вычисляются ω_ср = ; B_ср = , средние глубины Т_ср, модули расходов = ω_ср· Т_ср^2/3 · и модули сопротивления ∆F для каждого расчетного участка. Расчеты выполняются в табличной форме (таблица 4. 1).

Вычисляется бытовое распределение расходов воды по рукавам:

,

Таблица 4. 1

номер сечения	W, м2	B	N	Wср	Bср	Тср =	Кср	∆l	∆F	∆Z	Z
Левый
				433,250	310,000	1,398	23546,624		0,00000135	0,194
	560,5		10,194
	670,250	385,000	1,741	42172,212		0,00000014	0,020
			10,214
	747,750	330,000	2,266	56086,315		0,00000022	0,032
	715,5		10,246
	582,750	285,000	2,045	40817,468		0,00000036	0,052
			10,298
	406,500	315,000	1,290	20949,133		0,00000059	0,085
			10,383
								Fл=	0,00000267
Правый
0'				598,250	400,000	1,496	39120,211		0,00000047	0,181
1`	553,5		10,181
	591,750	355,000	1,667	41595,679		0,00000020	0,076
2`			10,257
	708,125	335,000	2,114	58316,307		0,00000012	0,048
3`	786,25		10,305
	817,500	360,000	2,271	70617,869		0,00000007	0,029
4`	848,75		10,333
	694,375	375,000	1,852	52352,724		0,00000013	0,049
5`			10,383

Где – модуль сопротивления правого рукава;

– модуль сопротивления левого рукава;

Q_л.б., Q_п.б., Q₀ – соответственно, расходы в левом, правом рукавах и по всему руслу в бытовом состоянии;

- расстояние между i – м и (i + 1) – м сечениями.

Имея бытовое распределение расходов воды по рукавам вычисляются падения уровней на каждом расчетном участке и бытовые отметки в рас­четных сечениях по формулам:

; ;

где - бытовой расход на расчетном участке;

– отметка уровня в нижнем сечении расчетного участка.

При вычислении отметок в сечениях, отметка бытового уровня в ниж­нем сечении обоих рукавов принимается равной 10,00 м. Вычислив отметки в верхних сечениях обоих рукавов проверяется правильность всех предыду­щих вычислений по условию .

где – отметка свободной поверхности в верхнем сечении правого рукава;

– отметка свободной поверхности в верхнем сечении левого рукава.

4. Для построения графиков зависимости = f(z_cp) назначаются два до­полнительных уровня свободной поверхности. Один уровень Н⁺⁰³ на 0,3 м выше расчетного, а другой Н^-03 на 0,3 м ниже расчетного (рисунок 4. 1).

Далее определяем изменения площади сечения и , измеряем ширину сечения и , рассчитываем площади сечений , и отметки свободной поверхности , , при соответствующих уровнях воды. Верх­ние индексы + 0,3 и – 0,3 определяют только положение уровня свободной поверхности, а не показатель степени числа.

,

,

.

Расчет ведется в табличной форме (таблица 4. 2).

Следует иметь в виду, что при постановке запруды отметки уровня воды увеличатся в не перекрытом рукаве и в верхнем бьефе запруды, а в нижнем бьефе запруды отметки будут ниже бытовых.

5. По данным и (таблица 4. 2) строятся кривые зависимости = f ()для каждого расчетного участка отдельно для каждого рукава. По этим гра­фикам определяются отметки свободной поверхности в сечениях. В створе запруды рассчитывается отметка верхнего бьефа и отметка нижнего бьефа .

Таблица 4. 2

№№ Сечения	z, м	∆ω, м^2	B, м	ω, м^2	№№ участков	ωср, м^2	Вср, м	Tср, м	Кср	∆l, м	∆F	zср, мм
Левый рукав
	10,3
					528,500	325,000	1,626	31775,440		0,00000074	10,397
9,7				433,250	310,000	1,398	23546,624	0,00000135	10,097
	10,494	115,5			343,250	290,000	1,184	16699,023	0,00000269	9,797
10,194			560,5		788,000	400,000	1,970	53840,514		0,00000009	10,504
9,894			449,5	670,250	385,000	1,741	42172,212	0,00000014	10,204
	10,514				560,000	350,000	1,600	33307,358	0,00000023	9,904
10,214					848,625	392,500	2,162	61693,408		0,00000018	10,530
9,914	109,5		670,5	747,750	330,000	2,266	56086,315	0,00000022	10,230
	10,546	81,75		797,25	653,250	300,000	2,178	47715,230	0,00000030	9,930
10,246			715,5		669,375	342,500	1,954	45493,316		0,00000029	10,572
9,946	79,5			582,750	285,000	2,045	40817,468	0,00000036	10,272
	10,598	91,5		541,5	498,375	277,500	1,796	32015,276	0,00000059	9,972
10,298					501,750	320,000	1,568	29443,164		0,00000030	10,640
9,998	89,25		360,75	406,500	315,000	1,290	20949,133	0,00000059	10,340
	10,683				313,125	307,500	1,018	13779,654	0,00000137	10,040
10,383
10,083	97,5		265,5
Правый рукав
0'	10,3	118,5		761,5
					719,750	410,000	1,755	52370,118		0,00000026	10,391
9,7	115,75		527,25	598,250	400,000	1,496	39120,211	0,00000047	10,091
1`	10,481	124,5			479,625	392,500	1,222	27410,266	0,00000096	9,791
10,181			553,5		701,625	377,500	1,859	53031,485		0,00000012	10,519
9,881	121,5			591,750	355,000	1,667	41595,679	0,00000020	10,219
2`	10,557	95,25		725,25	486,750	345,000	1,411	30614,973	0,00000036	9,919
10,257					812,375	360,000	2,257	69881,559		0,00000009	10,581
9,957	88,5		541,5	708,125	335,000	2,114	58316,307	0,00000012	10,281
3`	10,605	113,25		899,5	609,125	325,000	1,874	46297,599	0,00000020	9,981
10,305			786,25		927,375	372,500	2,490	85174,866		0,00000005	10,619
10,005	109,5		676,75	817,500	360,000	2,271	70617,869	0,00000007	10,319
4`	10,633	106,5		955,25	711,125	350,000	2,032	57038,472	0,00000011	10,019
10,333			848,75		808,375	385,000	2,100	66275,189		0,00000008	10,658
10,033	103,25		745,5	694,375	375,000	1,852	52352,724	0,00000013	10,358
5`	10,683	121,5		661,5	583,500	365,000	1,599	39888,055	0,00000022	10,058
10,383
10,083	118,5		421,5

При построении графиков = f ()шкала должна начинаться с нуля, а шкала –с любого значения. Отметки свободной поверхности воды в нижних сечениях разветвления сохраняются неизменными и соответствуют бытовым.

Графические построения начинаем с правого (судоходного) рукава.

Из точки на оси ,равной отметке нижнего сечения, (рисунок 4. 3), прово­дится прямая под углом φ до пересечения с кривой = f ()нижнего участка (6), затем из этой точки проводится прямая под тем же углом до пересече­ния с осью .Последняя точка на оси будет соответствовать отметке уров­ня в верхнем створе нижнего расчетного участка. Такой же порядок опреде­ления отметок свободной поверхности сохраняется и для последующих (вер­хних) участков, например, 2–го участка (рисунок 4. 3).

По правому (судоходному) рукаву такое графическое построение сво­бодной поверхности ведется до общего верхнего расчетного створа деления потока на рукава.

По рукаву, в котором предусмотрена постановка запруды, расчет ведет­ся как сверху от отметки общего верхнего створа до створа запруды, так и снизу от общего нижнего створа до створа запруды. При этом в створе запруды получим две отметки уровня воды, разность которых дает необходи­мый перепад уровней на запруде , обеспечивающей распределение расходов.

Тангенс угла φпрямых на рисунке 3 определяется расчетным расходом воды и масштабами, которые приняты по осям координат и

где а – величина в единице длины горизонтальной оси;

b – величина в единице длины вертикальной оси;

Q – заданный (расчетный) расход в рукаве.

Перепад на запруде равен

Кривые свободной поверхности изображены на рисунке 4. 4.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чугаев Р.Р. Гидравлика.-Л; Энергоиздат.1982 – 672 с.

2. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика.- М; Стройиздат, 1972 – 648 с.

3. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. – М; Энергоиздат, 1984 – 638 с.

4. Герус Т.И. Построение кривых свободной поверхности в призматических руслах. – Новосибирск, НГАВТ, 2001г.

5. Ботвинков В.М., Малыгин В.Н., Жук А.Ю. Гидравлический расчет двухрукавного участка русла реки с запрудой в несудоходном рукаве. – Новосибирск, НГАВТ 2006 г.

Дата добавления: 2015-05-23