Значение Р и К для рек различных классов

Класс реки	I	II	III	IV	V	VI	VII
Р,%
К,%

 

2. Определяют порядковый номер расчетного паводка m в убывающем ряду годовых максимальных уровней реки по формуле

(6)

где n-число годовых максимальных уровней Z_i в табл.8.

По значению m втабл. 8 устанавливают календарный год, соответствующий этому порядковому номеру, который принимают за расчетный год.

3. Для расчетного года строят уровненный график схематизированный по треугольнику.

Рис. 6. Схема определения РСУ

На рис. 6:УВВ в расчетном году - уровень высоких вод в расчетном году;

УМВ - уровень меженных вод; t_под- продолжительность подъема паводка в расчетном году, сут.; t_сп- продолжительность спада паводка в том же году, сут.

4. Устанавливают допустимую для данного класса реки продолжительность Т, сут, стояния в расчетном году уровней более высоких, чем РСУ.

(7) где К- допустимая продолжительность нерабочего (несудоходного) периода во время навигации в процентах от общей продолжительности навигации в расчетном году, определяемая по таблице 11 в зависимости от класса реки;

Т₀- продолжительность навигации, сут. В случае, когда нет данных о продолжительности навигации, Т₀ принимают равной периоду между пиком весеннего паводка и начало осеннего ледостава.

5. Производят срезку пика паводка на уровенном графике расчетного года (рис. 6) до уровня, выше которого уровни воды в реке были только в течение Тсуток. Отметка на уровне срезки принимается за расчётный судоходный уровеньРСУ.

Эта отметка РСУ будет справедлива для створа мостового перехода в том случае, если водомерный пост расположен у створа мостового перехода. Если створ мостового перехода не совпадает со створом водомерного поста, то отметку расчётного судоходного уровня в створе мостового перехода следует определить по формуле

РСУ=РСУ_В.П. + Li_Б, (8)

где РСУ- расчетный судоходный уровень в створе мостового перехода, м;

РСУв.п - расчетный судоходный уровень в створе водомерного поста, м;

L - расстояние между створами водомерного поста и мостового перехода;

i_Б - уклон реки между теми же створами.

В формуле (8) знак плюс принимают тогда, когда створ мостового перехода находится выше по течению реки створа водомерного поста, а знак минус когда этот створ расположен ниже по течению реки относительно створа водомерного поста.

Пример. Определить расчётный судоходный уровеньРСУ в створе мостового перехода через р. Сок.

Исходные данные: участок р. Сок, где проектируется мостовой переход, отнесен к VII классу реки; значения годовых максимальных уровней воды в реке Z_i (графа 3 табл.10), расположенные в убывающем порядке, где каждому уровню присвоен свой порядковый номер и указан соответствующий календарный год (графы 1,2 табл.10); число лет наблюдений n=23 года; уровень меженных вод в расчетном году УМВ=49,80м; продолжительность навигации То=220сут; продолжительность подъема паводка в расчетном году t_под=7 сут, спада паводка t_сп = 14 сут; водомерный пост расположен рядом со створом мостового перехода.

Расчетный судоходный уровень РСУ устанавливается в следующей последовательности.

По табл. 11 определяется расчетная вероятность превышения Р максимального уровня в расчетном году для VII класса реки Р =4%.

Порядковый номер m расчетного паводка в убывающем ряду годовых максимальных уровней реки вычисляется по формуле (6)

что соответствует расчетному 1970г. с отметкой уровня высоких вод УВВ-53,0 м.(графа 3 табл. 10).

Для расчетного 1970 года, используя исходные данные, строится уровненный график (рис.7)

По формуле (7) определяется допустимая для данного класса реки продолжительность Т стояния в расчетном году уровней более высоких, чем РСУ. Предварительно по табл.11 для реки VII класса устанавливается величина К, равная 2%.

Производится срезка пика паводка на уровненном графике (рис.7) таким образом, чтобы основание срезанной части равнялось Т=4,4 сут. Отметка на уровне срезки, равная 52,34 м, принимается за расчетный судоходный уровень. РСУ=52,34 м.

Рис. 7. График определения расчетного судоходного уровня РСУ

3.5. Определение высоты ветровых волн и их набега на откосы насыпи

На поверхности воды рек и водохранилищ под влиянием ветра возникают волны. Основными параметрами ветровой волны являются ее длина λ и высота волны h_в. Длина волны λ представляет собой расстояние по горизонтали между двумя смежными вершинами волн, а расстояние по вертикали между вершиной волны и ее подошвой- высоту волны h_в (рис.8). От этих параметров зависит высота набега волны h_наб на откосы насыпи.

Рис. 8. Основные параметры ветровой волны

Высота ветровой волны h_в зависит от скорости и направлении ветра, длины разгона волны, глубины водоема при расчетных уровнях воды, конфигурации водоема и характера растительности на поймах.

Если глубина воды h>0,5 λ то водоем считается глубоководным, если h≤0,5λ, то водоем мелководный. При проектировании мостовых переходов обычно производят расчет ветровых волн в условиях мелководья.

Для определения высоты волны h_в и длины волны λ необходимо иметь следующие данные: расчетную скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью воды в водоеме V₁₀, длину разгона волны X и среднюю глубину водоема h на всем протяжении разгона волны при расчетном уровне высоких вод РУВВ.

Скорость ветра V₁₀, м/с, определяется из выражения

V₁₀=K_VV_M, (9)

где V_М - расчетная скорость ветра по данным климатического справочника или метеостанции на высоте z над поверхностью воды, м/с;

К_V-коэффициент перехода от скорости ветра измеренной на высоте Z, к скорости ветра V₁₀;этот коэффициент принимают по табл.12

Таблица 12

z,m	' 2
Kv	1,30	1,15	1,08	1,0	0,99	0,97	0.96	0,95

 

Расчетную скорость ветра V₁₀ определяют для всех восьми румбов. В тех случаях, когда данные наблюдений за скоростью ветра отсутствуют или являются непродолжительными (менее 10 лет), рекомендуется принимать значение расчетной скорости ветра V₁₀=20 м/с.

Длину разгона волны Х и среднюю глубину воды h, считая от РУВВ, для восьми румбов определяют по плану мостового перехода.

Для определения длины разгона волны Х на плане мостового перехода намечают точки А и Б, находящиеся посередине левой и правой пойменных насыпей. Через эти точки проводят прямые по направлению каждого из восьми румбов до пересечения с границей разлива воды при РУВВ. Затем по чертежу для точек А и Б находят длину разгона волны Х для всех румбов (рис. 9). Если линия, проведенная по какому-либо направлению румба, не будет пересекаться с РУВВ, то длину разгона волны принимают равной 15 км.

Рис. 9. Схема определения длины разгона волны Х

Среднюю глубину реки h по направлениям восьми румбов можно определить двумя способами.

Первый способ применяется, когда известны или имеется возможность определить отметки дна реки по всем направлениям румбов. В этом случае для соответствующего румба и найденной длины разгона волны Х при РУВВ строят по отметкам дна сечение водного потока (рис. 10). Затем определяют площадь сечения водного потока F, м² и устанавливают среднюю глубину реки в заданном направлении h,м.

(10)

 

Рис.10. Схема определения средней глубины реки h в заданном направлении

Второй способ применяется, когда известны отметки дна реки только в створе мостового перехода. Тогда, после построения живого сечения реки в створе мостового перехода (рис. 11), средняя глубина потока воды в реке h по всем направлениям румбов будет определяться следующим образом.

Рис.11. Схема определения средней глубины h по отметкам дна реки в створе мостового перехода

 

Левая пойма (точка А на рис.11)

а) для северного и южного направлений средняя глубина реки h_C;Ю определяется как разность между отметкой РУВВ и черной отметкой дна реки Н_пк (вертикаль из точки А до дна реки) поделенная на два, т.е.

(11)

Если проведенная вертикаль из точки А будет располагаться между пикетами, то отметку дна реки Н_пк определяют методом интерполяции;

б) для восточного направления (от точки А вправо) средняя глубина реки h вычисляется как суммарное значение разностей между отметкой РУВВ и черными отметками дна реки каждого пикета и плюсовой точки поделенное на число этих разностей n

(12)

Учитывая, что продольный уклон реки i_б, имеет незначительную величину, можно полагать, что средние глубины реки по северо-восточному h_св и юго-восточному h_юв направлениям будут приблизительно равны средней глубине реки по восточному направлению h_в, поэтому для дальнейших расчетов можно принять, что h_в =h_св =h_юв;

в) для западного направления (от точки А влево) средняя глубина реки h_з вычисляется по формуле (12), а для определения средней глубины реки по северо-западному июго-западному направлениям принимаем тоже решение, что и в предыдущем пункте «δ», т.е. h_з= h_сз= h_юз

После установления средней глубины реки для каждого направления румба на левой пойме необходимо определить средние глубины реки по восьми направлениям румбов для правой поймы (точка Б на рис. 11).

Расчет параметров ветровой волны рекомендуется производить по методике, предложенной волновой комиссией при Институте водных проблем Российской Академии наук /5/. Этой комиссией составлен график (рис. 12), который дает возможность определить высоту волны h_в(г) длину λ_г и пологость волны λ_г/ h_в(г) в пределах глубоководной зоны водоема (для этой зоны глубина воды h > 0,5 λ, где λ -длина волны). Найденные с помощью графика параметры ветровой волны затем пересчитывают для условий мелководья.

Задача решается в следующей последовательности.

1. Определяют величину α, с² /м, по формуле

(13)

где Х- длина разгона, км;

V₁₀- расчетная скорость ветра, м/с.

2. Величину α откладывают на оси абсцисс (на графике точка А). Из точки А восстанавливают перпендикуляр до пересечения с кривой графика (точка В ), а затем точку В сносят на ось ординат и получают точку Д. В результате этого на кривой графика находят значение величины

(14)

а на оси ординат - значение величины С, с²/м

(15)

В этих выражениях параметры волны h_В(Г) и λ_Г в м, а скорость ветра V₁₀ в м/с. Индекс «Г» указывает на то, что параметры волны соответствуют глубоководной зоне водоема.

2. Из формул (14 и 15) определяют высоту волны, м

(16)

и длину волны, м

(17)

Эти параметры имеют 1% вероятность превышения.

4. Для условий мелководья высота волны определяется по формуле

(18)

где К_h – поправочный коэффициент, зависящий от величины d.

Индекс "м" указывает на то, что высота волны, вычисленная по формуле (18), соответствует мелководью.

5. Находят величину d

(19) где h- средняя глубина водоема, м.

6. По табл. 13 определяют коэффициент К_h в зависимости от величины d, вычисленной по формуле (19)

Для промежуточных значений d коэффициент К_h находят путем интерполяции. При d > 0,35 принимают К_h = 1,00

 

Таблица 13

К определению коэффициента К_h

d	0,35	0,30	0,25	0,20	0,15	0,10	0,08	0,06	0,04	0,02	0,01
Кh	1,00	0,99	0,95	0,87	0,78	0,63	0,51	0,45	0,30	0,16	0,08

 

7. После определения высота волны в условиях мелководья h_в(м) подсчитывают величину е, с²/м, по формуле

(20)

где высота ветровой волны h_в(м) в м, а скорость ветра V₁₀ в м/с.

8. В зависимости от полученного значения е по табл. 14 находят коэффициент f

Таблица 14

К определению коэффициента f

е	1,0	1,2	1,6	2,0	3,0	4,0	6,0	8,0	10,0	12,0	13,0	20,0
f	7,8	8,8	10,0	11,0	12,3	13,2	14,2	15,1	15,6	15,9	16,0	16,5

 

Для промежуточных значений е коэффициент f определяется путем интерполяции. При е < 1,0 принимаем f = 7,8

9. Устанавливают длину волны на мелководье λ_м по формуле

(21)

Параметры h_в(м) и λ_м имеют 1% вероятность превышения.

Расчет параметров ветровых волн производят по направлениям всех восьми румбов для обеих пойм.

Высота набега ветровых волн на откосы насыпей h_наб (рис. 8) зависит от высоты и длины волны, крутизны откоса, шероховатости поверхности откоса и от крутизны подхода волны к откосу. Формула по определению высоты набега ветровой волны на откос насыпи имеет вид

 

(22)

 

где h_в(м) - высота ветровой волны, м;

λ_м - длина волны, м;

m - коэффициент заложения откоса насыпи; m = ctgφ (рис. 8)

пологость волны;

К_щ - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности откоса, он равен: 1,0 -для сплошного непроницаемого покрытия (асфальтобетона),

0,90 —для бетонного покрытия,

0,80 — для мощения камнем,

0,65 — для наброски из валунов,

0,55 — для наброски из рваного камня,

0,50 — для наброски из бетонных массивов.

К_β коэффициент, который определяется по формуле

(23)

где β - угол между направлением подхода волны и линией уреза воды на откосе насыпи, град.

При фронтальном подходе волны к откосу насыпи (β =90°) коэффициент K_β=l, при косом подходе волны к откосу насыпи (β< 90°) коэффициент К_β<1.

Пример. Определить высоту ветровых волн и их набега на откосы насыпей мостового перехода через реку Сок.

Исходные данные: значение расчетной скорости ветра V_М, измеренные на высоте Z = 6м над поверхностью воды в реке по сведениям метеорологической станции, расположенной в районе мостового перехода (табл. 15); отметка расчетного уровня высоких вод РУВВ равна 53.50 м, ширина коренного русла при РУВВ В_К.Р =450 м, ширина левой поймы L_Л.П =280 м и ширина правой поймы L_П.П =2260 м; отметки дна реки Сок в створе мостового перехода (табл. 16); уклон реки i_Б = 0.00033; план мостового перехода (рис. 15)

Таблица 15

Значение расчетной скорости ветра V_М

Направление ветра	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Скорости VМ,м/с	18.5

 

По данным табл. 16 строим сечение реки Сок в створе мостового перехода (рис. 13).

По формуле (9) определяем расчетную скорость ветра на высоте 10м над поверхностью воды в реке по всем направлением румбов. В этой формуле при пересчете скорости ветра V_М (табл. 15), измеренной на высоте Z =6м над поверхностью воды в реке, к скорости ветра V₁₀ на высоте Z =10м, коэффициент К_V =1.08 (табл. 12)

Результаты расчета представлены в табл. 17.

Таблица 16