Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Данных инженерных изысканий
|
|
Определение расчетных гидрологических характеристик, необходимых для проектирования мостового перехода, при достаточности данных гидрометрических наблюдений производится в соответствии с положениями СНиП 2.01.14-83, которые сводятся к статической обработке рядов регулярных наблюдений за максимальными уровнями воды или расходами, соответствующими этим уровням.
Длина ряда регулярных наблюдений для весенних половодий должна составлять не менее n =20 лет (для дождевых паводков не менее 50 лет). Исследуемый ряд должен содержать только наивысшие в каждом году генетически однородные уровни воды, например:
– при весеннем половодье от снеготаяния;
– при дождевых паводках;
– при паводках от таяния ледников;
– при других типах паводков.
Итоговыми характеристиками расчета, в первую очередь, являются:
– максимальный расход заданной вероятности превышения, проходящий через поперечное сечение водотока на оси мостового перехода;
– уровень воды, соответствующий этому расходу.
Для решения этой задачи, результаты изысканий в зоне мостового перехода должны быть обработаны и представлены в виде:
– продольного профиля поверхности земли и дна реки по оси мостового перехода в пределах незатопляемых коренных склонов в высотных отметках (абсолютных или относительных);
– инженерно-геологического разреза по оси мостового перехода с указание глубины или отметок залегания слоев грунтов;
– ряда наблюдений за максимальными паводковыми уровнями по годам в виде отметок (абсолютных или относительных) указанных уровней;
– сведений о выдающихся – «исторических» уровнях половодий в виде отметок, до которых поднималась вода с указанием года этого события;
– данных изысканий о продольном уклоне водотока на участке мостового перехода;
– данных морфометрического обследования местности, оформленных в виде морфометрического створа (см. рис. 4.2), или в виде ландшафтных характеристик пойм и русла, позволяющих определить коэффициенты шероховатости;
– данных о судоходстве
– данных о категории дороги, для которой проектируется мостовой переход.
Определение максимального расхода некоторой вероятности превышения для заданной категории дороги и категории сооружения (см. табл. 5.1), как правило, производится посредством статистической обработки регулярного ряда расходов соответствующего ряду наблюдений за паводковыми уровнями.
Как известно, расход, проходящий через некоторое сечение, определяется выражением:
(м3/сек) (5.1)
Для нахождения расходов ежегодно проходящих во время половодья через створ проектируемого мостового перехода необходимо знать:
V – скорость протекания воды;
w – площадь, через которую вода протекает.
В связи с тем, что на разных участках поперечного сечения водотока условия протекания могут быть различными, поперечное сечение водотока делится на участки (рис. 5.1).
Рис.5.1. Схема разбиения поперечного сечения водотока на участки
По ширине весеннего разлива реки скорость течения различна по следующим причинам:
– ровности пойм;
– наличия стариц на поймах;
– залесенности пойм;
– извилистости русла;
– наличия в русле камней, топляков и т.п.
Перечисленные условия на поймах и в русле влияют на величину коэффициента шероховатости. Их можно определить как ландшафтные характеристики пойм и русла. Обычно при производстве расчетов схема, представленная на рис.5.1 соответствует морфометрическому створу, который является результатом проведения морфометрических работ на месте перехода (см. рис.4.2).
Кроме того, скорость воды различается на одной вертикали в зависимости от глубины – на поверхности больше, у дна меньше. Средняя по вертикали скорость протекания воды на каждом участке определяется по формуле Шези:
(м/сек), (5.2)
где i – уклон потока;
R – гидравлический радиус.
Для открытых русел рек равнинного типа допускается принимать R=H, где H средняя глубина на участке в метрах.
Безразмерная величина С характеризует сопротивление русла и пойм протеканию воды и может определяться по эмпирическим формулам различных авторов. Значение С по Базену определяется из выражения:
, (5.3)
где g – коэффициент шероховатости по Базену.
Более проста в употреблении формула Маннинга:
, (5.4)
где n – коэффициент шероховатости по Маннингу.
Средняя скорость протекания воды по Шези-Маннингу:
. (5.5)
Коэффициенты шероховатости по по Базену и Маннингу представлены в табл. 5.2.
В 1955 году Е. В. Болдаковым была предложена своя градация коэффициентов шероховатости (табл. 5.3) и соответствующая формула для определения средней скорости протекания:
. (5.6)
В данной формуле может быть так же использована градация коэффициентов шероховатости, предложенная М.Ф. Скрибным (табл. 5.4). Приведенные формулы и методики разных авторов при определении скорости протекания воды в открытых руслах равнинных рек дают близкие результаты. Расходы, полученные из выражения (5.1) для каждого участка в сумме составляют общий расход по поперечному сечению водотока при некотором уровне воды (УВВ).
Основываясь на регулярных наблюдениях за паводковыми уровнями, данных морфометрических изысканий и приведенных выше формулах определение паводкового расхода заданной вероятности превышения производится в следующей последовательности:
– поперечное сечение разбивается на ряд участков, характеризующихся одинаковыми коэффициентами шероховатости n (см. рис.5.1);
– для каждого участка определяется средняя глубина Н и площадь w;
– из выражения (5.6) определяется скорость протекания воды V на каждом участке;
– из выражения (5.1) определяется расход воды Q на каждом участке;
– сумма этих расходов есть общий расход, проходящий через живое сечение водотока для некоторого паводка;
– эти вычисления производятся для каждого уровня паводка из регулярного ряда наблюдений.
Таблица 5.2.
Коэффициенты шероховатости для русел и пойм рек
| Ландшафтные характеристики | По Базену | По Маннингу | ||
| Средние значения g | Обычные колебания g | Применительно к среднему значению | ||
| Средняя глубина (м) | n | |||
| Ровное русло полугорных рек (галечно-гравийное ложе) | 1.2 | 0.8 – 1.5 | 0.024 0.023 0.023 0.023 | |
| Среднеизвилистое русло полугорных рек. Ровное русло равнинных рек (земляное ложе) | 1.5 | 1 – 2 | 0.026 0.025 0.025 0.024 | |
| Сильно извилистое русло полугорных рек, протоки и рукава. Среднеизвилистое русло равнинных рек | до 2.5 | 0.031 0.029 0.023 0.028 | ||
| Сильно извилистое русло равнинных рек, протоки и рукава. Русло горных рек (галечно-валунноеложе) | 2.5 | 2 – 3.5 | 0.031 0.029 0.023 0.028 | |
| Сильно извилистое русло равнинных рек с заросшими берегами. Русла рек с валунным ложем | 3.5 | 2.5 – 4 | 0.045 0.040 0.038 0.036 | |
| Порожистые участки рек с ровным течением. Незаросшие поймы | 3 – 7 | 0.060 0.058 0.051 0.048 | ||
| Порожистые участки рек в средних условиях. Пойма. заросшая на 25% своей поверхности | 5 – 9 | 0.092 0.077 0.065 0.060 |
Таблица 5.3.
Показатели шероховатости для русел и пойм рек по Е. В. Болдакову
| Ландшафтные характеристики | m | ||
| обычные колебания | среднее значение | ||
| Русла земляные ровные. Русла полугорных рек в средних условиях. Незаросшие поймы | 22 – 40 | ||
| Русла земляные. извилистые. Русла с галечно-валунным ложем. Ровное ложе суходолов. Поймы. заросшие на 10% | 20 – 30 | ||
| Русла земляные сильно извилистые. Извилистое или заросшее ложе суходолов. Поймы. заросшие на 20% | 15 – 25 | ||
| Поймы. заросшие на 50%. Сильно заросшее ложе суходолов. засоренное камнями | 10 – 20 | ||
| Ложе суходола в завалах. Валуны. Селевой поток. Поймы. заросшие на 70% | 6 – 15 | ||
| Поймы. заросшие на 100% | 0 – 8 |
Таблица 5.4.
Показатели шероховатости для русел и пойм рек по М.Ф. Скрибному
| Ландшафтные характеристики | n | m | |
| Естественные русла в весьма благоприятных условиях (чистое. прямое. незасоренное. земляное со свободным течением) | 0.025 | ||
| Русла больших и средних рек равнинного типа в благоприятных условиях состояния ложа и течения воды | 0.0333 | ||
| Сравнительно чистые русла равнинных рек в обычных условиях. извилистые. с некоторыми неправильностями в направлении струй. или же прямые. но с неправильностями в рельефе дна (отмели. промоины. местами камни) | 0.040 | ||
| Правильные. хорошо разработанные галечные русла горных рек (в нижнем течении). | |||
| Русла больших и средних рек. значительно засоренные. извилистые и частично заросшие. каменистые. с неспокойным течением | 0.050 | ||
| Поймы больших и средних рек. сравнительно разработанные. покрытые нормальным количеством растительности (травы. кустарника) | |||
| Сравнительно заросшие. неровные. плохо разработанные поймы рек (промоины. кустарники. деревья. наличие заводей) | 0.067 | ||
| Порожистые участки равнинных рек. Галечно-валунные русла горного типа с неправильной поверхностью водного зеркала | |||
| Реки и поймы. весьма значительно заросшие (со слабым течением). с большими глубокими промоинами | 0.080 | 12.5 | |
| Валунные горного типа русла с бурным пенистым течением (с летящими вверх брызгами воды) | |||
| Поймы такие же. как предыдущей категории. но с сильно неправильным. косоструйным течением. заводями и пр. | 0.100 | ||
| Горно-водопадного типа русла с крупновалунным извилистым строением ложа | |||
| Реки болотного типа (заросли. кочки. во многих местах почти стоячая вода и пр.) | 0.133 | 7.5 | |
| Глухие поймы. сплошь лесные. таежного типа. Склоны бассейнов в естественном состоянии | 0.200 |
Полученный вышеизложенным способом регулярный ряд паводковых расходов является основой для последующей статистической обработки с целью получить расход заданной вероятности превышения. Метод математической статистики для этой цели начал применяться по инициативе Е.В. Болдакова в 30-х годах XX века. Этот метод использует кривые распределения и кривые обеспеченности. Кривая обеспеченности выражается уравнением. которое определяется тремя параметрами:
– средним арифметическим значением ряда Qсредн.;
– коэффициентом вариации (изменчивочти) ряда СV;
– коэффициентом асимметрии ряда СS.
Среднее арифметическое значение ряда расходов определяется по формуле:
. (5.7)
где å Qi – сумма всех расходов ряда за период непрерывных наблюдений;
n – число лет непрерывных наблюдений.
Коэффициент вариации определяется по формуле:
, (5.8)
где ki – модульный коэффициент определяемый для каждого члена ряда по формуле:
. (5.9)
Коэффициент вариации показывает изменчивость ряда наблюдаемых расходов. Чем меньше коэффициент вариации, тем менее вероятны резкие колебания максимальных расходов и тем более надежным будет прогноз ожидаемого максимального расхода заданной вероятности превышения.
Коэффициент асимметрии определяется по формуле:
, (5.10)
где kmin – минимальное значение модульного коэффициента.
Расход заданной вероятности превышения определяется по формуле:
(м3/сек), (5.11)
где Ф – табличный параметр (табл. 5.5):
Приведенная методика дает удовлетворительные результаты прогноза при наличии ряда непрерывных наблюдений не менее 20 лет для весенних паводков от снеготаяния. Если имеются сведения о высоком историческом уровне, то ряд наблюдений можно удлинить.