6. Осередковый (русловая многорукавность).

Этот тип РП близок к ленточно-грядовому (являясь как бы его развитием), но происходит перемещение не всей гряды, а её частей, причем беспорядочное. Возникает при больших расходах донных наносов. Перемещающиеся гряды образуют в межень отдельные острова в русле реки.

При проектировании МП сравнивают планы русла в динамике и определяют скорость смещения островов-осередков, а также смещения судовых ходов по отдельным протокам. Рекомендуется рассматирвать два варианта МП:

1. Закрепляют положение судоходного фарватора в настоящее время путем строительства специальных регуляционных сооружений.

2. Размещают судоходный пролет с учетом возможного смещения фарватора в пределах проектируемого мостового отверстия.

МП через реки с блуждающими руслами трассируют нормально к границам зоны блуждания, где она имеет наименьшую ширину. Расположение отдельных рукавов и проток при низкой межени не принимают во внимание. Стеснять зону буждания подходными насыпями можно лишь при условии устройства специальных струенаправляющих дамб. Стеснять поток необходимо как можно меньше. На наиболее мощных протоках реки целесообразно устраивать дополнительные мосты. Нельзя допускать активизации протоков, расположенных параллельно трассе МП. Для соблюдения этого условия устраивают специальные регуляционные сооружения.

7. Пойменная многорукавность.

Этот тип представляет собой дальнейшее развитие незавершенного меандрирования, когда на широкой пойме образуется сеть длинных устойчивых протоков, действующих в межень. При этом главную реку трудно выделить.

Требования к проектированию МП для этого типа РП такие же как и для РП при русловой многорукавности.

На территории России наиболее часто встречаются реки со свободным меандрированием (около 40%). Немеандрирующие реки составляют 30…35% всех рек. Реки с многорукавным руслом составляют 17%, с ограниченным меандрированием – около 6%.

Тема 9 Мостовая гидрология. Задачи гидрологических и гидравлических расчетов водопропускных труб и мостов.

1. Мостовая гидрология – дисциплина, изучающая вопросы гидрологического обоснования конструкций и параметров водопропускных сооружений на автомобильных и железных дорогах. Под гидрологическим обоснованием понимают прежде всего расчеты характеристик стока и уровней воды, русловых процессов и ледового режима водных объектов. При этом обязательно учитывается влияние этих сооружений на гидрологический режим.

Основными расчетными гидрологическими характеристиками (РГХ) в мостовой гидрологии являются максимальные расходы и уровни воды заданной вероятности превышения (обеспеченности). При этом различают расчетные и наибольшие расходы и уровни воды. В зависимости от категории дороги величина обеспеченности составляет 1…2% для расчетных максимумов и 0,33…1% - для наибольших максимумов. Расчетный максимальный расход и соответствующий ему уровень воды используется при определении отверстий водопропускных труб и мостов, а наибольший – для проверки сохранности этих сооружений, расчетов отметок бровки пойменных насыпей и регуляционных сооружений.

Эти РГХ сравниваются с водопропускной способностью труб и малых мостов для нескольких типоразмеров их конструкций и параметров. Прежде всего – отверстий труб и малых мостов (до 25 м длиной). Для выбранных вариантов типоразмеров проводят гидравлические расчеты их водопропускной способности, используя формулы водосливов с широким порогом при работе их в безнапорном и полунапорном режимах. Напомню, что при этих режимах входное сечение не затоплено или затоплено на высоту, не превышающую высоту трубы в свету, более чем на 10%. При этом сжатое сечение в трубах не затоплено. Напорный режим работы труб в насыпях вообще не допускается, из-за возможности размыва полотна дороги. Полунапорный режим допускается только в качестве проверочного при условии пропуска наибольших максимальных расходов.

Самым благоприятным режимом работы трубы с точки зрения её надежной эксплуатации и сохранности полотна дорог является безнапорный режим. Для наиболее распространенных на сети дорог – «коротких» труб с безнапорным режимом, формула для определения их водопропускной способности имеет вид:

Q = m * Bk * Ho * √ 2g,

где Q – расход воды через водослив, м3/с;

Но – полный напор истечения, м:

Вк = ω/h – средняя ширина потока в критическом сечении, м;

m – коэффициент расхода, изменяется для труб от 0,31 до 0,36.

Гидравлические расчеты выполняют на ЭВМ или с помощью номограмм, приведенных, например, в «Пособие по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений». / под ред. Волченкова. 1992.

Аналогично проводят гидравлические расчеты малых мостов, хотя технология их несколько сложнее, т.к. приходится применять метод последовательного приближения из-за неопределенности выбора режима протекания воды под мостом. Таким образом, наряду с формулой (1) используется формула Шези, по которой определяют бытовую глубину в водотоке и режим протекания воды под мостом.

Все это относится к гидравлическим расчетам возможной водопропускной способности (ВС). Но в некоторых случаях, когда будет отсутствовать влияние льда и образований наледей перед сооружением, допускается снижение ВС за счет временной аккумуляции воды пред ним. Это возможно в основном в южных районах России при преобладании дождевого стока.

Для расчетов потребной ВС, т.е. с допущением аккумуляции перед сооружением, применяют метод Кочерина. Он основан, во- первых, на схематизации гидрографа притока воды к сооружению в виде трапеции (при расчете на максимальный объем) или треугольника (при расчете на мксимальный расход) и, во- вторых, на решении уравнения водного баланса (объем аккумуляции равен разности между притоком и стоком воды). Чем больше допустимый объем аккумуляции, тем меньше будет потребная ВС. При этом, расчетный гидрограф притока воды к сооружению строят согласно указаниям СП 33 -101.

Выбор отверстия малых ВС производят аналитическим или приближенно графическим способом по номограммам.

В общем случае типоразмер отверстия назначают, исходя из примерного равенства величин расчетного максимального расхода и возможной или потребной (с допущением аккумуляции) ВС.

Следует отметить, что допуская временную аккумуляцию воды перед сооружением, мы увеличиваем вероятность размыва насыпи и площадей затопления и подтопления прилегающей территории. Это приводит к заболачиванию и ухудшению экологической ситуации. С другой стороны снижение типоразмера труб на 1…2 градации дает экономию 2…3 т цемента, металла, трудозатрат на монтаж и пр.

Поиск оптимального решения при выборе типоразмеров труб является одной из важных задач обоснования проекта строительства водопропускных сооружений.

2. Гидрологические основы определения параметров

мостовых переходов через водотоки

Основные гидрологические требования к выбору трасс МП с учетом типа русловых процессов, который наблюдаются в створе проектируемого МП, были изложены на прошлой лекции.

Для определения параметров МП, т.е. отверстия моста, отметок бровки подходных насыпей, высоты регуляционных сооружений и т.д. проводится комплекс гидрологических и гидравлических расчетов.

В результате гидрологических расчетов необходимо вычислить:

1. Максимальные расходы воды заданной вероятности превышения.

2. Максимальные уровни воды, соответствующие этим расходам.

3. Наивысшие и наинизшие уровни воды в периоды весеннего и осеннего ледоходов, а также при заторах и зажорах льда.

Максимальные расходы воды определяются согласно указаниям СП 33-101 по одному из трех способов в зависимости от наличия и длительности наблюдений за стоком воды в реке. Об этом я Вам достаточно подробно говорил на прошлых лекциях. Кроме того, Вы сами их считали на практических занятиях.

Следует отметить, что точность установления РГХ по максимальному стоку в значительной мере зависит от надежности исходных данных. Поэтому, они должны быть в обязательном порядке подвергнуты строгому анализу. Это один из самых актуальных вопросов мостовой гидрологии.

Для этого:

1. Оценивают полноту и надежность измерения максимального уровня воды и отметок ГВВ на местности и опросам старожилов, в т.ч. достаточности измерений стока и уровней воды в половодья и паводки.

2. Определяют точность экстраполяции кривой расходов воды до этих отметок и вычисления максимальных расходов воды, особенно на пойме.

3. Проверяют однородность данных наблюдений по статистическим критериям с оценкой причин неоднородности (строительство плотин или др. ГТС, влияющих на водный режим).

Ошибки при определении РГХ в связи с недостаточной обоснованностью экстраполяции кривых расходов или же при определении ГВВ редкой повторяемости могут достигать 100…200%.

Анализ гидрологических данных проводят во всех случаях их использования для определения максимальных расходов и уровней воды в створе МП. Причем, наиболее точно они вычисляются в тех случаях, когда водомерный пост, на котором ведутся многолетние гидрологические наблюдения, располагается в непосредственной близости от проектируемого МП (до 3…5 км). Однако, таких благоприятных случаев встречается, как правило, не много (не более 10…15%).

Значительно чаще имеют место случаи, когда водомерный пост на реке расположен на значительном удалении от МП и на нем ведутся непродолжительные (до 10…15 лет) наблюдения за стоком и уровнем воды или же только за уровнем воды. В таких случаях следует подобрать реки-аналоги, имеющие многолетние наблюдения, и удлинить наши короткие ряды (см. задание №3).

Наконец, достаточно типичный случай для рек России, особенно в северных и восточных её районах, когда отсутствуют наблюдения на реке и нет реки-аналога с многолетними наблюдениями. В этом случае расчеты в первом приближении выполняют по эмпирическим формулам максимального стока, параметры которых определяют по картограммам (на стадии «Проект»). Одновременно организуют и проводят в течении 1…3 лет гидрометрические работы на реке, где проектируется строительство МП. Это позволит существенно уточнить значения РГХ, полученные ранее, исключить грубые просчеты и их катастрофические последствия. Однако, эти работы, считая их дорогими, проводят только на особо важных объектах. По нашему мнению, это стратегическая ошибка: результат «рублевой» экономии - миллионные убытки, катастрофы и гибель людей.

В развитых странах, даже несмотря на высокую гидрологическую изученность водотока, где проектируется строительство ГТС, гидрометрические работы проводят в обязательном порядке с использованием современных средств измерений, их автоматизации, передачи и обработки информации. В 70…80 годы мы также двигались в этом направлении, т.е. достаточно часто организовывались ведомственные водомерные посты, на которых в течении 2…3 лет и более изучался гидрологический режим водного объекта, где в перспективе предполагалось построить то или иное ГТС (плюсы плановой экономики).