Расчет кривых свободной поверхности в рукавах при проектном состоянии

При проектном распределении расходов воды по рукавам паде­ния уровня на расчетных участках находят графически по способу Н.Н. Павловского. Для этого строят графики зависимости модулей сопротивления от средних отметок уровня воды на расчетных участ­ках F = f(Z_с) по судоходному и несудоходному рукавам (рис.10). Графики зависимости F = f(Z_с) строятся по трем точкам. Одна из них отвечает отметке расчетного среднемеженного уровня H_ср.м бытового режима (табл.5). Две другие назначаются до­полнительно: 1) в судоходном рукаве и в верхней (подпертой) час­ти несудоходного рукава, одна на ΔН₁ = 0,2÷0,3 м и другая на ΔН₂ = 0,4÷0,5 м выше среднемеженного уровня; 2) в нижнем бьефе запруды вторую и третью отметки назначают ниже расчетного среднемеженного уровня, соответственно, на ΔH₃ =0,2÷3 м и ΔH₄ =0,4÷0,5 м.

Для сечения в створе запруды назначают четыре дополнительных уровня H_ср.м + ΔН_1,2 и H_ср.м - ΔН_3,4 (рис.11), ис­пользуя их для расчетов модулей сопротивления на расчетных участках, расположенных, соответственно, выше и ниже створа запруды.

Модули сопротивления для проектного состояния подсчитывают­ся с учетом нового положения уровня воды. Результаты подсчета модулей сопротивления сводятся в отдельные таблицы для каждого нового значения уровня воды (табл.7). При этом значения средних отметок Z_с вычисляются исходя из средних отметок в бытовом сос­тоянии (табл.5), путем прибавления или вычитания из них дополни­тельных значений ΔH_i уровня воды.

Рис. 10. Графики зависимости F = f(Z_с): а – судоходный рукав; б – несудоходный рукав

Последовательность расчетов следующая:

1. Задаются двумя дополнительными значениями уровней воды во всех расчетных сечениях, достраивая их до заданных отметок. Подсчитывают новые значения величин ω, B , h , K , F , Z_с (табл.7). При вычислении величин модулей расходов K используют значения коэффициента шероховатости n, кото­рые заданы в исходных данных. Значения средних отметок Z_с для расчетных участков определяют, как указано выше. Результаты под­счетов сводятся в отдельные таблицы для каждого нового значения уровня воды.

Таблица 7

Результаты расчета модулей сопротивления и средних отметок

при уровне выше (ниже) среднемеженного на ....... м

Намен. рукава

№ сечения

№ уч-ка

ω, м2

B, м

h, м

C, м1/2/с

Ki·103, м3/с

Kср·103, м3/с

(Kср)2·106, м6/с2

Δl, м

Fi·10-6, с2/м5

Zс, м

I

II

III

IV

5′

V

VI

VII

.....

.....

.....

1′

Рис. 11. Поперечный профиль расчетного сечения в створе запруды

2. Используя значения F и Z_с для бытового состояния (табл.5) и дополнительные значения модулей сопротивления и сред­них отметок, подсчитанные для двух других значений уровня воды, строят графики зависимости F = f(Z_с) по судоходному и несудоходному рукавам.

3. По способу Н.Н. Павловского графически находят падения уровня на расчетных участках ΔZ_i, отметки уровня верхнего Z_вб и нижнего Z_нб бьефов и величину перепада воды на зап­руде ΔZ_з при проектном распределении расходов по рукавам.

Для этого предварительно вычисляют значения

(16)

где а - масштаб по оси уровней Z_с (1 см = “а” м);

b - масштаб по оси модулей сопротивления F (1 см – “b” с²/м⁵).

Построения начинают по судоходному рукаву от известной отметки уровня в нижнем сечении Z_н = 10.00 м, проводя лучи под уг­лом φ_с к вертикальной оси Z_с с использованием кривой F= f (Z_с) соответствующего расчетного участка (см. рис.10). В результате находят падение уровня ΔZ_i на расчетных участках и отметку уровня Z_в в верхнем (выше острова) сечении участка. Полученная отметка Z_в по горизонтали переносится на график F= f(Z_с) несудоходного рукава, где построения выполняют, спускаясь от Z_в под углом φ_нс до сечения в створе запруды, и находят отметку Z_вб верхнего бьефа запруды. Затем под тем же углом φ_нс проводят лучи, поднимаясь от ниж­него сечения с отметкой Z_н = 10.00 м до сечения в створе запруды , и находят отметку Z_нб нижнего бьефа запруды.

4. Определяется перепад уровней на запруде как разница отметок верхнего и нижнего бьефов запруды ΔZ_з = Z_вб –Z_нб.

5. По результатам графических построений (см. рис.10) строятся кривые свободной поверхности при проектном состоянии, которые совмещаются с бытовой кривой свободной поверхности (см. рис.9). Эти кривые дают наглядное представление о влиянии запруды на положение свободной поверхности воды по длине затруднительного участ­ка.