Файл: Переходы через водотоки..pdf

Рис. ІѴ-6. Влияние кинема­ тического эффекта на изме­ нение скоростей течения в русле реки:

а — при наличии двух зон — уменьшения и увеличения скоростей; б — при наличии

то же, в зоне уменьшения ско­ ростей; 3 — то же, в зоне уве­ личения

еще недостаточно исследованных причин. При мощном пойменном потоке, идущем под углом к русловому, восстановления скорости в русле после ее наибольшего уменьшения может не произойти и зависимость ир = /(Я у) будет иметь вид, показанный на

рис. ІѴ-6, б.

Изменение скорости течения в русле, не связанное с изменением уклона и не соответствующее изменению средней глубины, соглас­ но уравнению Шези, должно зависеть от изменения параметра С.

Обозначим для русла в бровках СбР и выше бровок Скэ, тогда Скэ — |СбР, где коэффициент g должен учитывать влияние кине­ матического эффекта и по предыдущему быть переменным: для зо­

ны уменьшения скоростей g< 1, а для зоны увеличения — g > l .

Я'/.

Приняв С = -----, получим

п

откуда

(ІѴ-17)

Таким образом, для морфометрических расчетов учет кинема­ тического эффекта может быть сведен к изменению коэффициента шероховатости русла.

Для коэффициента g предложено несколько зависимостей. Так, например, С. И. Агасиева и А. Ш. Барекян [1] дали для речных русел зависимость

1,15/ідб

(ІѴ-18)

Лпб + -Нбр

где /ідб — глубина воды над пойменной бровкой; ЯбР — средняя глубина русла в бровках.

Д. Е. Скородумов [120] предложил зависимость, учитывающую большее число факторов

щадь живого сечения русла.

Однако обе зависимости, учитывая лишь уменьшение скорости в русле, не отражают последующее восстановление ее, так как зна­ чение I по (ІѴ-18) и (ІѴ-19) получается всегда меньше единицы.

До настоящего времени нет уравнения, определяющего в явном виде влияние кинематического эффекта на изменение русловой ско­ рости в обеих зонах (рис. ІѴ-6, а). Это влияние необходимо учи­ тывать при увязке расходов, полученных на морфостворах, для которых углы пересечения руслового и пойменного потоков, а так-

hne

же отношения --------различны.

Я б р

Такой учет возможен путем назначения больших значений ко­ эффициентов шероховатости при больших углах пересечения и

Если в районе проектируемого перехода работает гидрометри­ ческая станция, хотя бы с коротким периодом наблюдений, то мож­ но использовать их для уточнения шероховатости русла. Так как данные об уклонах часто отсутствуют, то вместо величины пѵ мож­

морфоствора вычисляют по формуле (ІѴ-9) с учетом зависимости i = f(H у), которую строят, используя уклон при межени и уклоны при УВВ, определенные по продольному профилю. Также опреде­ ляют среднюю скорость для руслового отсека и отсеков проток и

рукавов при. 2 В 30, где В — ширина их русел в метрах при дан-

~Н~

2 5 ном уровне; если для этих русел-------< 3 0 , Т(> скорости вычисляют

по формуле (ІѴ-2).

Для горных потоков различных типов [125] от водных потоков большой мутности с объемным весом > 1 до турбулентных селей применяют для расчета скорости течения формулу М. Ф. Срибного

где Н и і имеют прежние значения; а0— коэффициент внутреннего сопротивления в потоке; для воды ас= 1 , для селевого потока коэффициент ас определяют по формуле

Удельный вес материала наносов определяют по образцам на­ носов, взятым в натуре; обычно он бывает в пределах: 2,65 т/м3 (кварцит) — 2,75 т/м? (гранит).

Объемный вес селевой массы [18, 148] может быть принят с уче­ том визуальной характеристики отложенной селевой массы и дан­ ных опроса местных жителей, наблюдавших прохождение селя:

Объемный вес массы потока зависит от весового содержания в ней взвешенных наносов. Связь объемного веса с содержанием наносов в потоке выражается следующей приближенной фор­ мулой:

где 5П— мутность потока, т/м3.

По этой формуле для турбулентных селей предельное значение Sn~0,83 т/м3; дальнейшее увеличение содержания наносов изме­ няет качество селя, делая его связным с ламинарным режимом дви­ жения. Расчеты связных селей выполняют по специальным нормам.

Так как коэффициент ас> 1 , то по М. Ф. Срибному для селевых турбулентных потоков сопротивление всегда больше, чем для вод­ ных потоков. Однако по исследованиям Е. К. Рабковой, селевые потоки, насыщенные мелкоземом, имеют меньшее сопротивление, так как выступы дна кольматируются мелкими частицами и физи­ ческая шероховатость уменьшается. Этот вопрос еще недостаточно изучен. И. И. Херхеулидзе [149] предложил для максимальной ско­ рости движения турбулентных селей формулу

Можно также приближенно определить эту скорость по форму­ ле Г. И. Шамова, преобразованной И. В. Боголюбовой [18],

где обозначения ун, Yc и Н — прежние, a d — диаметр наиболее крупных камней, м.

Результат вычисления скоростей сечения в главном русле реки по формуле (ІѴ-9) должен быть проверен то формуле (ІѴ-8) при УВВро/о, если для морфоствора есть данные о гранулометрическом составе аллювия, слагающего русло реки. При расхождении ре­ зультатов обоих вычислений предпочтение отдают результату, по­ лученному по крупности аллювия.

По принятым значениям русловых скоростей течения строят за­

где Vi — средняя скорость течения, м/сек; (щ — площадь живого сечения отсека, м2; щ — угол отклонения струй от нормали к данному отсеку.

Суммарный расход воды по морфоствору при N отсеках равен

Наибольшую трудность составляет определение скоростей те­ чения на обширных поймах меандрирующих рек. Если известен суммарный расчетный расход воды Qs и соответствующий ему уро­ вень (например, по данным ближайшего к морфоствору водомерно­ го поста), пойменный расход на морфостворе может быть опреде­ лен как разность Qn = Qs — Qp , где Qp— расчетный расход глав­ ного русла по морфометрическому расчету.

Расчеты скоростей течения и расходов воды по отсекам морфо­ створа удобно выполнять на ЭВМ, вводя в машину информацию для нескольких вариантов коэффициентов шероховатости, что особенно целесообразно для морфостворов с большим числом отсеков и при распределении по морфоствору известной величины расхода для из­ вестного уровня воды.

Трассирование дороги в пределах долины реки вызывает необ­ ходимость определения отметок расчетных уровней воды УВВР % на всем протяжении долинного хода.

Определение УВВР% следует делать сначала камерально до производства полевых работ по имеющимся картографическим и гидрологическим материалам, чтобы наметить положение трассы по возможности вне пределов разлива паводочных вод.

Продольный профиль реки в этом случае составляют по топо­ графическим картам крупных масштабов; отметки УВВр94 опреде­ ляют по данным наблюдений на водпостах, а за отсутствием их подбором расхода QP%по сечениям, снятым е карты в характерных местах долины реки. Величины Qv% определяют по генетическим формулам.

Такое предварительное определение отметок УВВР», необходимо также для составления программы полевого морфометрического обследования реки на протяжении долинного хода. Продольный профиль реки снимают в натуре и устанавливают отметки УВВ на всем протяжении долинного хода методами, описанными в § 14. Там же, где паводочные воды при расчетном уровне подтопляют земляное полотно, в поле выполняют дополнительное обследование для расчета скорости течения вдоль насыпи, высоты ветровой вол­ ны, ледохода на пойме, руслового процесса и выпуска воды из части пойменной акватории, отсеченной насыпью проектируемой дороги.

Особенностью съемки продольного профиля реки для долинного хода трассы является большая протяженность его (десятки, а иногда и сотни километрор). Поэтому основой'съемки служит тео­ долитный ход трассы, к которому привязывают нивелировку урезов воды, морфостворы и план русла реки.

Для правильного переноса отметок УВВР* от русла реки на трассу по картографическим материалам составляют ситуацион­ ную схему долины реки, на которой показывают: трассу дороги, рус­ ло реки с отметками УВВР%, устья притоков, все гидротехнические сооружения и мосты, положение населенных пунктов, водомерные посты, морфостворы, границы разлива, растительности и розу ветров.

Ввиду сложности переноса отметок УВВР% от свободно меандрирующего русла или русла с незавершенным меандрированием к трассе, проходящей вблизи границ обширной поймы, на ситуацион­ ной схеме долины реки показывают также линии переноса этих от­ меток.

В случаях перекоса водного зеркала на полуторных блуждаю­ щих реках по отметкам УВВ, установленным на обоих берегах до­ лины, определяют величину перекоса и затем на ситуационной схе­ ме проводят горизонтали водной поверхности при расчетном УВВР% Скорости течения на пойме вдоль речного откоса подтопляемого земляного полотна определяют по морфостворам, снимаемым на

участке подтопления.