Расчетные гидрографы стока воды

Расчетные гидрографы (РГ) стока необходимы для проектирования водохранилищ, в расчетах отверстий при пропуске высоких вод, при затоплении пойм и лиманов и др.

Форма расчетных гидрографов принимается по моделям наблюденных высоких половодий и дождевых паводков с наиболее неблагоприятной их формой.

Для расчета отверстий и других искусственных сооружений допускается применять схематизацию гидрографов стока по геометрическим формам, обычно, треугольной или более адекватной – параболической (степенной) форме.

Основные элементы гидрографа, а именно, расчетный расход и расчетный объем должны быть близки к принятой расчетной обеспеченности.

Для перехода от гидрографа-модели к расчетному гидрографу определяются коэффициенты перехода в зависимости от соотношений:

максимальных среднесуточных расходов воды весеннего половодья или мгновенный для дождевого паводка соответственно для модели и расчетного гидрографа, м3/с,

модулей максимального расхода воды для модели и РГ соответственно, м3/(с км2),

слоев весеннего или дождевого стока соответственно для модели и РГ, мм.

Расходы воды и время (ординаты и абсциссы) РГ находятся путем умножения этих характеристик модельного гидрографа на коэффициенты перехода.

Необходимо учесть, что для построения РГ весеннего половодья используются среднесуточные расходы воды, а для дождевого паводка – мгновенные расходы воды.

При недостаточности данных наблюдений параметры элементов РГ приводятся к многолетнему периоду (см. 2-ой способ) Если не подобрать модель РГ по одному наблюденному гидрографу, то берутся несколько гидрографов стока и путем их осреднения строится модельный гидрограф (в относительных единицах).

При отсутствии данных наблюдений ординаты и абсциссы РГ определяются по данным рек-аналогов или по коэффициенту формы гидрографа.

В СП и Пособии приведены расчетные таблицы, по которым рассчитывается РГ для этих случаев.

 

. Тема 6

Основные закономерности движения

Воды в реках.

1. Закономерности движения воды в реках изучаются гидравликой и гидромеханикой.

Вода двигается под действие силы тяжести. Скорость течения зависит от величины составляющей силы тяжести, сил сопротивления - внутреннего трения о дно и берега.

Различают несколько видов движения воды в реках и каналах.

Установившееся – это такое движение воды, при котором в любом створе участка гидравлические параметры потока (площадь живого сечения, скорость и уклон) не изменяются во времени. Характерно для меженного периода.

Равномерное – это такое установившееся движение потока, при котором его гидравлические параметры сохраняют постоянное значение в пределах участка (ограниченный участок русла в период межени, прямолинейный), например, участок гидрометрического створа.

Неравномерное установившееся – параметры потока неизменны во времени, но изменяются от створа к створу (русла переменной формы, участки в подпоре).

Неравномерное неустановившееся – параметры потока изменяются во времени и ои створа к створу (период половодья, паводков, движение паводочной волны). Все виды движения в настоящее время достаточно хорошо описаны. Разработаны различные способы расчета параметров потока, создано программное обеспечение этих расчетов, которое используется в практике при проектировании ГТС в целях энергетики, судоходства и т.д., а также для составления гидрологических прогнозов на крупных и средних реках.

Уклон водной поверхности водотока (I) может характеризовать его энергию. В общем виде:

I = I₀ – = + ,

где I₀ – уклон дна;

V – скорость потока;

h – глубина;

t – время

 

При движении потока изменяется его кинетическая энергия, т.к. изменяется скорость и площадь живого сечения. В случае равномерного движения мы будем иметь:

I = или V = C

Движение паводочной волны

Установившейся режим движения воды в реках нарушается при резком увеличении притока воды, например, в период половодья, паводков и попусков из водохранилищ. В этих случаях происходит формирование паводочной волны с продвижением ее вниз по течению.

Представим график изменения уровня воды в реке от створа к створу на продольном профиле (рис. 14).

 

Рис. 14. Схема перемещения волны паводка по течению реки.

(1- дно, 2 – поверхность воды до паводка, 3 – волны паводка.)

 

В момент Т₁ паводочная волна, например, займет положение 1. Волна будет распластываться. Уменьшаться ее высота, увеличивается ее длина. Причина – разность уклонов, а следовательно и скоростей в лобовой и тыловой частях волны.

Другой особенностью движения паводочной волны является то, что скорость ее продвижения примерно в 1.5 раза больше средней скорости потока, т.е.

Vп = S/(t2 – t1) = 1.5 Vc

На кривых связи Q – f(H) явление паводочной волны прослеживается в виде петель, т.н. паводочных петель.