Файл: Переходы через водотоки..pdf

Рис. ѴПІ-13. График колебаний максимальных и минимальных суточных уровней воды р. Рупса у г. Кхулна за 1944 г.

стоянство прилива, которое заключается в том, что после оконча­ ния одного приливного цикла уровень воды оказывается ниже или выше, чем при начале цикла. Поэтому, чтобы исключить влияние ежедневного колебания прилива на оценку объемов прилива и от­ лива, эти объемы рассчитывают по измерениям всего периода, охватывающего полный приливный цикл, т. е. 25 ч .

Поскольку на реке наблюдается собственный сток, то последний во время прилива подпирается приливными водами и, следователь­ но, должен накапливаться в приливном бассейне. Во время отлива подпорные явления исчезают, а накопившийся объем воды вместе с водой прилива стекает в море. Поэтому фактическая величина от­ ливов бывает всегда больше расхода приливов. На этом и основано определение собственного расхода воды в реке Qpe4 без влияния приливно-отливных явлений:

где 2 ІГотл — суммарный объем отлива за полный цикл, м3; ~ZWnр— суммарный объем прилива за полный цикл без влияния собст­ венного стока реки, м3; t — время полного приливного цикла, ч.

При увеличении паводковых

Рис. ѴІІІ-15. График колебаний уровней приливно-отливных вод на р. Рупса (Восточный Пакистан):

а — в квадратурный период; б — в сизигийный

на в эстуарии в результате повышения уровня воды в его верхней части и увеличения скоростей течения при высоких уровнях.

Для мостовых переходов, расположенных в зоне активного дей­ ствия приливов, расчетными являются условия, создающиеся в па­ водковый период, поскольку они характеризуют наивысшие колеба­ ния уровней воды во внутригодовом режиме уровней. За каждый год наблюдений должен быть установлен максимальный уровень, характеризующий суммарное влияние паводка и максимального прилива.

■ Учитывая, что влияние приливов является постоянно действую­ щим фактором на формирование уровенного режима водотока на определенном участке реки, а величина прилива зависит от величин паводковых расходов, значения максимальных ежегодных уровней воды от суммарного воздействия стока и приливов могут служить исходными величинами для вычисления расчетного уровня высокой воды.

Для определения отверстия моста и размывов подмостового рус­ ла необходимо иметь данные измерений в период сильных приливов и период мелководных. Сильный прилив (сизигийный) с высоким приливом и низким отливом возникает 1 раз в 14— 15 дней при сов­ местном действии астрономических сил солнца и луны. Этот прилив постепенно теряет силу, а через неделю наступает самый слабый прилив, называемый квадратурным или мелководным. В квадратур­ ный прилив уровень воды прилива низкий, а отлива высокий (рис. ѴІІІ-15).

Из этих особенностей приливных явлений следует, что количест­ во воды, поступающее в приливную зону и вытекающее из нее во время сизигийных приливов, значительно больше, чем в квадратур­ ный период. Эти явления сказываются и на скоростях течения воды. Что касается величины собственного максимального расхода реки, то для его определения можно производить наблюдения в любое время независимо от периода приливного цикла.

На уровенный режим, кроме основных факторов расходов соб­ ственного стока и от действия приливов в ряде районов земного ша­ ра, могут оказывать существенное влияние и местные факторы: рез­ кие подъемы уровней в бассейнах небольших рек из-за выпадения значительных дождевых осадков, сильный штормовой ветер, на­ правленный вдоль реки или под небольшим углом.

По данным работы [40], ураган в августе 1933 г. на р. Потомак (США) .повысил уровень воды в прилив на 2,5 м. В мае 1965 г. в Восточном Пакистане сильный циклон вызвал подъем максималь­ ного уровня на станции Иньза Гхат на 1,8 м.

В ряде прибрежных районов морей и океанов наблюдается се­ зонная смена преобладающих ветров. Наиболее опасным для мос­ товых переходов является совпадение такого ветра с направлением приливной волны в период формирования максимального годового уровня, в результате чего возможно увеличение приливной волны. Поэтому при проектировании мостовых переходов необходимо про­ изводить учет возможного увеличения расчетного уровня высокой воды от действия попутного ветра. Уровень моря подвержен сезон­ ным изменениям, вызванным метеорологическими факторами, а не приливными условиями. Однако эти колебания невелики и их влия­ ние чувствуется только в прибрежных зонах. На побережье Восточ­ ного Пакистана они составляют 0,5—0,6 м.

Для проектирования мостовых переходов отделение колебаний уровня моря от колебаний уровней, вызываемых собственным сто-

*ком реки, не обязательно из-за их незначительной величины, а так­ же из-за того, что они уже учитываются при определении средних уровней за полный приливный цикл по фазам.

При определении максимального расчетного уровня высоких вод необходимо учитывать возможное несовпадение во времени собствен­ ного пика паводка и максимума сизигийного прилива. С учетом ве­ роятной погрешности такого несовпадения величина расчетного уровня определяется по формуле

где Нт% — максимальный уровень воды, вычисленный путем ста­ тистических расчетов наблюденных ежегодных максимальных уровней от суммарного воздействия прилива и паводковых вод; АНв — коэффициент, учитывающей увеличение приливной вол­ ны от действия попутного штормового ветра вдоль реки, прини­ маемый в зависимости от силы ветра ориентировочно равным 0,7—1,2 от высоты приливной волны в период действия ветра; (Атах—Атт) — разность максимального и минимального уров­ ней воды во время сизигийного прилива; Кн — коэффициент, учитывающий погрешность ежегодных несовпадений пика па­ водка с максимумом сизигийного периода, принимаемый ориен­ тировочно по приведенным ниже данным:

Ввиду сложности проведения гидрометрических измерений на­ блюдения за расходами на устьевых участках больших рек, подвер­ женных приливно-отливным явлениям, чрезвычайно бедны. В то же время наблюдения за уровнями воды ведутся давно на большинст­ ве крупных рек. Население районов, подверженных подтоплению, как правило, хорошо помнит выдающиеся наводнения и передает эти сведения из поколения в поколение. На крупных реках в ряде стран для судоходства составляют атласы уровней на каждый ме­ сяц, по данным гидрографических и навигационных изысканий и служб.

Изменение уровня моря может быть принято для расчетов по данным существующих таблиц прилива.

Все эти материалы необходимо использовать для проектирова­ ния мостовых переходов.

При отсутствии данных многолетних наблюдений за уровнями определяют следы паводков прошлых лет путем тщательного об­ следования местности и опроса населения. Такой способ позволяет получать надежные сведения о максимальных колебаниях уровней в районе перехода. Однако и в этом случае необходим учет возмож­ ных несовпадений пиков паводков с максимумом сизигийного пе­ риода.

Для определения уровней воды, соответствующих собственному расходу водотока, существует несколько способов. Наиболее на­ дежен метод связи средних уровней, по которому на заданном водпосту в течение года определяется средний уровень воды за перио­ ды в 15 дней.

По вычисленным двухнедельным средним уровням строится гра­ фик изменения во времени года уровней воды, в котором прилив­ ные явления полностью исключены (рис. ѴІІІ-16).

Аналогичный график строится по близлежащему водпосту, на котором влияние приливов не наблюдается. Годовые максимумы средних уровней за двухнедельные периоды могут быть подвергну­ ты статистической обработке с последующим вычислением рас­ четных величин требуемой вероят­ ности превышения.

Сопоставление указанных гра­ фиков по нескольким водпостам позволяет оценить колебания уровней воды от собственного стока реки между заданными пунктами. Для определения от­ верстия моста необходимо опре­ делить максимальную величину среднего уровня в году требуемой ВП в створе мостового перехода. Так как максимумы уровней за двухнедельный период занижены при осреднении за счет низких

уровней, график уровней собственного стока целесообразно исполь­ зовать только для определения расхода притока. Применение это­ го графика для определения расчетного уровня не может быть ре­ комендовано без дополнительного анализа и учета всех факторов, влияющих на формирование максимального уровня от суммарного действия приливно-отливных явлений и собственного стока реки. Такой анализ возможен при наличии достаточных данных много­ летних наблюдений.

Определение расчетного расхода может быть выполнено на том основании, что разность расходов воды, проходящих через два сече­ ния реки за единицу времени, должна равняться количеству воды, скопившейся между этими сечениями за то же время.

Количество накопившейся или ушедшей при отливе воды можно определить с помощью детальных гидрометрических работ на од­ ном или нескольких створах. Для ориентировочных расчетов макси­ мальных расходов воды при недостатке таких измерений могут быть использованы зависимости, полученные соответственно для условий прилива и отлива:

где Qp — максимальный собственный расход реки в паводковый период с заданной вероятности превышения, ж3/сек; Д£Пр— вре­ мя подъема максимального суточного уровня прилива от средне­ го уровня воды за сизигийный период в паводочный сезон, ч; Д^отл — время спада максимального суточного уровня прилива до среднего горизонта воды за сизигийный период в иаводочный сезон; AW4P— объем, накопившийся во время прилива воды за максимальный сизигийный период в паводок (в ж3), опреде­ ляют по приближенной формуле

где Lnp— длина волны прилива выше расчетного створа, м; hnр — расчетная высота волны прилива над средним уровнем сизигий­ ного периода, ж; Вѵ — ширина разлива реки в период макси­ мального прилива в расчетном створе перехода, ж; В ь — шири­ на разлива в створе, расположенном на расстоянии L выше створа перехода, ж; /Сп — коэффициент, учитывающий допблнительный объем воды, накапливаемый в притоках и определяе­ мый по формуле

Ки = 0,332 (Ву + ьі)Ш п р, (ѴІІІ-47)

где By — ширина разлива притока в устье, ж; Ьі — ширина разлива в месте выклинивания волны прилива, ж; U— длина волны при­ лива по притоку, ж; А/гпр — высота приливной воды в устье при­ тока, ж.