Используемых для анализа гидравлики потока
Результаты промера глубин, измеренные расходы, данные мгновенной связки уровней воды и поплавочных наблюдений используются для получения гидравлической характеристики участка исследований: режима скоростей течения и гидравлического сопротивления русла реки.
Особое внимание уделяется изучению гидравлического сопротивления, т.к. надежность результатов, получаемых с помощью уравнений речной гидравлики, в сильной степени зависит от точности определения сил трения.
Суммарное сопротивление, оказываемое естественным руслом движению воды, слагается из трех главных частей: сопротивления зернистой поверхности дна, сопротивления донных гряд, сопротивления формы русла.
Ввиду незавершенности исследований по сопротивлению гряд и сопротивлению формы в речной гидравлике применяется суммарная оценка сил трения. Для этого на каждом участке русла вводится один, охватывающий все виды сопротивлений, коэффициент шероховатости n. Имеются таблицы значений коэффициента n для речных русел. Однако пользование табличными данными для коротких участков может привести к грубым ошибкам. Единственный способ выйти из затруднения состоит в определении значений n на основе натурных измерений расхода воды и уклона свободной поверхности.
Рис. 4. Продольный профиль дна и свободной поверхности на участке 219-220 км р. Северная
Рассматриваемый участок разбивают на несколько расчетных участков, граничные сечения которых назначают обычно в серединах плесовых лощин, на гребне переката и на переходах плесовых лощин в перекаты. В курсовой работе на плане участка реки назначают 5 сечений перпендикулярно направлению течения (примерно перпендикулярно линии наибольших глубин).
Примерная схема разбивки на расчетные участки приведена на рис. 3.
Расчетные сечения нумеруют сверху вниз по течению.
Вычерчивают поперечные профили расчетных сечений (рис. 5) на миллиметровой бумаге и определяют площадь w, ширину В и среднюю глубину Н=w/В при рабочем уровне (т.е. с учетом срезки). Срезка на день проведения однодневной связки уровней и измерения расхода воды задана.
Рис. 5. Поперечный профиль русла (сечение I-I)
Далее по измеренному (заданному) расходу воды Q подсчитывают во всех расчетных сечениях при рабочем уровне значения средней скорости течения u=Q/w
С имевшегося профиля свободной поверхности снимают отметки свободной поверхности Zi во всех граничных сечениях и находят величину падения свободной поверхности на расчетных участках: DZ=Zi–Zi+1 (где i – номер граничного сечения).
Отметки свободной поверхности в расчетных сечениях определяются с точностью до 1 мм путем линейной интерполяции по формуле: Zi=Zj–(Zj–Zj+1)(l/Dl)=Zj-I·l (где Zi – искомая отметка в расчетном сечении, которое расположено между точками однодневной связки, Zj и Zj+1 соответственно отметка выше и ниже расположенной точки однодневной связки; Dl – расстояние между точками однодневной связки; l – расстояние между расчетным сечением и выше расположенной точкой однодневной связки; I – уклон между точками однодневной связки).
Подсчитывают средние по участкам значения ширин русла и глубин: Bср=(Bi+Bi+1)/2; Hср=(Hi+Hi+1)/2.
Значения коэффициента шероховатости на расчетных участках определяют по формуле
(1)
где L – расстояние между расчетными сечениями по оси судового хода.
Расчеты сводят в табл. 1.
Результаты расчетов представляют в виде графиков Z=f(l) (строится в более крупном масштабе, чем продольный профиль), n=f(l) и u=f(l). Пример оформления этих графиков приведен на рис. 6.
Полученные данные в дальнейшем используются при расчетном обосновании проектов улучшения судоходных условий.
| N сечения | N участка | Q, м3/с | w, м2 | B, м | H, м | u, м/с | Zi, м | DZ, м | L, м |  |  | Bср, м | Hср, м | Hср5/3, м5/3 | n, с/м1/3 | |
| I | Q=……… | |||||||||||||||
| II | ||||||||||||||||
| III | ||||||||||||||||
| IV | ||||||||||||||||
Таблица 1
Расчет значений коэффициентов шероховатости
Рис. 6. Графики изменения:
а) Z=f(l); б) υ=f(l); в) n=f(l)