Файл: Переходы через водотоки..pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 156

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

V-

22,2

23,2

W * (0,06

ds%

\

!

 

 

 

 

д*/.

НЧші'Іш

и

;

5 , 6 7 d ' à H 4 °-

 

(IV-7)

 

d ' k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поток, взаимодействуя с грунтом его ложа, вырабатывает наи­

 

более устойчивые формы русла и продольный профиль равновесия,

 

соответствующий крупности аллювия, определяющего

гидравличе­

 

скую шероховатость. Поэтому некоторая функция грунтовой харак­

 

теристики русла может заменить в формуле скорости гидравличе­

 

ские характеристики і и п. Для паводочных условий, когда речное

^

русло находится в состоянии динамического равновесия, Л. Л. Лиш-

'

тван [73] получил зависимость средней

скорости оДІШ от

среднего

 

диаметра фракций руслового аллювия d cр, средней глубины воды в

 

русле Н и вероятности превышения паводка.

 

 

 

 

Зависимость получена по данным паводочных скоростей

тече­

 

ния в руслах более 250 рек СССР со средними глубинами от 1,0 м

 

до 18,0 м , сложенных несвязными грунтами от мелкозернистых пес­

 

ков до крупных валунов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация скоростей динамического равновесия для веро­

 

ятности превышения паводка р = 1 % произведена по шкале аллюви­

 

альных грунтов, состоящей из 12 категорий (рис. ІѴ-1).

 

 

 

 

Коэффициенты корреляции переменных

ѵ дии и Н колебались в

 

пределах 0,82—0,98. Пользуясь графиком рис. ІѴ-1, натурные точки

 

которого соответствуют руслам рек различной величины,

но

сло­

 

женных одинаковым грунтом, были получены зависимости вида

 

і>ши =

а Н х

для каждой

категории несвязных грунтов,

характери­

 

зуемой средним диаметром зерен аллювия. По этим частным зави­

 

симостям получены связи а = f ( d cp)

n x =

f ( d cv) , а

затем

выве­

 

дена общая зависимость

ѵ дия =

f ( H ,

d cp) .

 

 

 

 

 

Для перехода от вероятности превышения р= 1% к другим зна­

 

чениям

р%

введен параметр

ß= f(p% ),

методика

определения

 

которого приведена в [73] и [119].

 

 

 

 

 

 

 

 

В окончательном виде формула скорости динамического равно­

 

весия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Один =

Ad ï? H *fr

 

 

(ІѴ-8)

 

где А — коэффициент, размерность которого дополняет произведе­ ние размерностей остальных сомножителей формулы до размер­ ности м / с е к ; если размерность d cр в м м , то А =0,68, если d cv в м , то А = 4,7; dср— средний диаметр частиц несвязного грунта, слагающего речное русло, определяемый с учетом веса отдель­ ных фракций; Н — средняя глубина русла, м ; х — показатель степени редукции скорости динамического равновесия по глуби­ не русла зависит от с?ср и выражается уравнением (при размер­ ности dcp в м м )

 

0,435

 

1 +

0,107с*0'355 ’

1

СР


I—X I I — зависимости идин= а-Н х для русел, сложенных грунтами со средним диаметром частиц в мм: I — 0,15; II — 0,50; III — 1,0; IV — 2,5; V — 6,0; VI — 15,0; V II— 25,0; VIII — 60,0; IX — 140,0; X — 250,0; XI — 450,0; XII — 750,0. # — натур­

ные данные для зависимостей

I, IV, VII, X; G

— то

же, для II, V, VIII, XI;

О — то

же, для III, VI,

IX и

XII

 

ß — безразмерный коэффициент, характеризующий

наполнение

русла при паводке данной вероятности превышения р % .

 

 

 

Величины X и ß для некоторых значений dcр и р % даны

ниже;

промежуточные значения берут по интерполяции.

 

 

 

fifCp,

мм

0,100,30

0,50 1,0

3,0

6,0

10,0

25,0

50,0

100,0

200,0

300,0

X

. . .

0,430,42

0,41

0,40

0,38

0,36

0,35

0,31

0,30

0,28

0,26

0,24

р%

. .

0,10 0,33

1

2

4

10

20

30

50

70

90

99

ß .

. . .

1,12 1,07 1,00

0,97

0,92

0,86

0,81

0,77

0,72

0,67

0,60

0,54


Зависимость (IV—8) вызывала возражения у некоторых авто­ ров [8], причем делались ссылки на И. И. Леви, В. Н. Гончарова и других исследователей \ которые якобы отрицали соответствие меж­ ду русловой скоростью и грунтами дна русла. Однако достаточно ознакомиться с их трудами, чтобы убедиться в обратном, доказа­ тельством чему служит хотя бы уравнение (IV-7). Проверка урав­ нения (ІѴ-8) по натурным данным, которая производилась

О.В. Андреевым, была выполнена без учета параметра ß, причем

внатурный материал включались данные за меженный период, для

которого зависимость (ІѴ-8) неприменима; приводили также р. Амударью как пример несоответствия ѵтн с данными наблюдений, но при этом игнорировали увеличение глубины русла этой реки при проходе паводка вследствие саморазмыва ложа. Ясно, что такой подход не соответствовал условиям, в которых должен производить­ ся анализ той или иной формулы. Проверка уравнения (ІѴ-8) вы­ полнена Н. И. Масловым в Мосгипротрансе по материалам много­ летних наблюдений на девяти гидрометрических станциях, где име­ лись данные о гранулометрическом составе руслового аллювия. Сведения об этих станциях приведены в табл. ІѴ-3. Сопоставление

 

 

 

Т а б л и ц а ІѴ-3

 

 

 

Число лет

Средний диа­

№ створов

Наименование реки

Местоположение створа

метр донных

наблюдений

отложений,

 

 

 

 

м

1

Ветлуга

г. Ветлуга

62

0,00024

2

»

пос. Дубники

28

0,00034

3

Волга

г. Чебоксары

84

0,00042

4

Клязьма

г. Ковров

60

0,00080

5

Москва

г. Звенигород

48

0,00166

6

Белая

г. Стерлитамак

38

0,00518

7

Сырдарья

пос. Беговат

20

0,04000

8

Нарын

пос. Уч-Курган

52

0,05630

9

Дрин (Албания)

пос. Вау-Дейес

24

0,25000

натурных

величин средних

скоростей

нГИдр, снятых

с кривых

Угидр = /(Я ), с вычисленными по

формуле (ІѴ-8) величинами пДИн

выполнено для вероятностей превышения паводков от р = 0,5% до

р = 50%.

Всего

сравнивали

63

пары

скоростей.

Из

графика

идин = f (оГИДр)

видно1, что точки

незначительно отклоняются от

прямой, проведенной под углом 45° к осям координат

(рис. ІѴ-2).

Принимая огидр за истинное значение средней скорости течения,

вычислена средняя квадратическая ошибка ѵтіі, равная

±10% ;

наибольшие отклонения нДИн от ѵтядр составляли ±27% .

 

Обозначим в формуле (ІѴ-2) величину— — т и заменим R на Я,

п

 

что правомерно для речных русел, тогда

 

V = тНЧ'і*.

(ІѴ-9)

’ Б о л д а к о в Е. В. Переходы через водотоки. М., «Транспорт», 1960, с. 175.


Рис. ІѴ-2. График связи скоростей динамического равновесия ѵдин и скоростей, измеренных в натуре ѵГИдр для 9 гидрометрических станций:

/ — р.

Ветлуга,

г.

Ветлуга;

2 — р. Ветлуга,

пос. Дубники;

3 — р.

Волга,

г.

Чебоксары;

4 — р.

Клязьма,

г.

Ковров;

5 — р. Москва,

г. Звенигород;

6 — р.

Белая,

г. Стерлитамак;

7 — р.

Сырдарья,

г. Беговат: 8 — р. Нарын, поселок Уч-Курган;

9 — р. Дрин,

пос. Вау-

 

 

 

 

 

Дейес (Албания)

 

 

 

 

Средняя ошибка Аѵ результата вычислений по формуле

(ІѴ-9),

согласно теории ошибок, после преобразований будет равна:

 

±4® =

®

| У ^ ) а+ 0 , 4 5 ^ У + 0 , 2 5 ( ф І у ,

(ІѴ-Ю)

 

Am

АН

Ai

 

 

ошибки

сомножите-

г д е -----, —

, —— средние относительные

 

т

Н

і

 

 

 

 

 

 

лей формулы (ІѴ-9). По классификации величин п (табл. ІѴ-1) возможна ошибка в назначении т в пределах одной смежной

характеристики. Относительная ошибка

составит в сред-

т

А// нем 0,25. Относительная ошибка — зависит от точности проме-

Н

ров глубин и может быть принята для глубин от 1 до 10 м в среднем 0,05.


Относительная ошибка в определении уклона водной поверхно­ сти зависит от точности нивелировки и величины уклона: для ма­ лых уклонов (порядка см/км) она может достигать ~ 0,2, а для больших уклонов (м/км) уменьшаться до ~ 0,002. Примем в сред-

Аі

нем — та 0,10-

і

Тогда по формуле (ІѴ-10) получим Ау ~ ± 0 ,2 6 у.

Основную долю ошибки результата вычислений по формуле

(ІѴ-9) составляет величина AZ7!,

поэтому Аѵ вряд

ли может быть

меньше 25%.

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Произведем тот же анализ для формулы (ІѴ-8)

 

 

±

Аѵя= ѵдин y 4 0 8

^

J - f *2

у +

J ,

(IV-I1)

Adcv

АН

относительные

ошибки сомножи-

где --------, ----- и

—- — средние

іСр

Н

ß

 

 

 

 

 

АН

телей формулы (ІѴ-8). Величину— принимаем по предыду-

Н

щему равной 0,05. Средние квадратические отклонения натур­ ных точек от зависимости ß= f (р%) находятся в пределах

~ 5 % — 14%' [119]. Поэтому в среднем можно принятьА!^ «=0,10.

ß

Как видно из приведенных данных (см. выше), величина х ко­ леблется в пределах 0,43—0,24 и влияние ее на результат вычи­ слений по формуле (ІѴ-11) исчезающе мало.

Вследствие недостаточного обычно числа русловых геологиче­ ских выработок средний диаметр фракций руслового аллювия опре­ деляется грубее, чем величины Н и ß; в запас прочности можно

принять значение — — = о,5 . Тогда по формуле (ІѴ-11) получим dcp

Аудин~ ±0 ,1 7гЭдИН. Структура формулы (ІѴ-8) такова, что даже при грубом определении грунтовой характеристики русла ошибка результата вычислений по ней не превысит ошибки результата по формуле (ІѴ-9).

Поэтому целесообразно вычисленную по формуле (ІѴ-9) сред­ нюю скорость течения в русле при УВВро/о проверять по формуле (ІѴ-8).

В Мосгипротрансе А. П. Иванчуком составлена программа рас­ чета на ЭВМ скоростей течения и расходов воды морфометриче­ ским методом, в которую включена указанная проверка.