1.2 Гидрологические расчёты реки в лимитирующих створах и определение возможной продолжительности лесосплава.

Река разбита на два участка, на каждом из них лимитирующий створ. Для организации первоначального лесосплава необходимо определить в этих створах и в створе запани продолжительность лесосплава, средние значения поверхностных скоростей течения, ширину русла, глубин и расходов. С этой целью вычерчиваем поперечный профиль для каждого расчётного створа реки по данным пункта 2.4 задания.

Для каждого створа определяем среднюю отметку дна меженного русла Z_ср по зависимости (2.стр.10): Z_ср = Z / n (1.8)

где: Z – сумма всех отметок дна меженного русла в промерных точках (из задания 2.4); n – число промерных точек.

Для первого створа:

Z_ср1 = (33 + 31 + 28,5 + 27,8 + 26,9 + 27,2 + 28,5 + 31,4 + 32,8) / 10 = 29,4 м ;

Для второго створа:

Z_ср2 = (57,2 + 52,7 + 51,7 + 51,5 + 51,9 + 51 + 57,3 + 58) / 8 = 53,9 м;

Для третьего створа:

Z_ср3 = (42,1 + 38,2 + 37,1 + 36,7 + 36,8 + 37,3 + 38 + 42) / 8 = 38,5 м.

Нижний расчётный уровень воды должен возвышаться над средней отметкой меженного русла на 0,5 м, все последующие уровни назначаем через каждые 0,6 м на лимитирующих створах и через 1 м в створе запани. Ширину реки В при расчётных уровнях устанавливаем в соответствии с масштабом по поперечному профилю.

Площадь живого сечения  для каждого расчётного уровня определяем по следующим зависимостям (2.стр.10).

Для первого уровня: ₁ = В₁(Z₁ - Z_ср), (1.9)

Для второго уровня: ₂ = ₁ + 0,5(В₁ + В₂)( Z₂ – Z₁), (1.10)

Для третьего уровня: ₃ = ₂ + 0,5(В₂ + В₃)( Z₃ – Z₂), (1.11)

Для четвёртого уровня: ₄ = ₃ + 0,5(В₃ + В₄)( Z₄ – Z₃), (1.12)

Для пятого уровня: ₅ = ₄ + 0,5(В₄ + В₅)( Z₅ – Z₄). (1.13)

Среднюю глубину реки для каждого расчётного уровня определяем по отношению (2стр.11): h_ср =  / В (1.14)

где: , В – площадь живого сечения и ширина, соответствующие расчётному уровню.

Расход воды (2.стр.11): Q = V, (1.15)

где: V – средняя скорость потока, м / с ; V = С (1.16)

где: С – коэффициент Шези;

j – уклон свободной поверхности, из задания (табл. 2.5);

R – гидравлический радиус, равный средней глубине реки в расчётном створе.

Коэффициент Шези С определяем по формуле (5.стр.57):

С = (1 / n)h_ср^0,25 (1.17)

где: n – коэффициент шероховатости, из задания (табл.2.5).

Расчётные гидрологические характеристики лимитирующих створов при различных отметках уровней.

Таблица 1.3

Отметки расчёт- ных уровней Z, м	Ширина реки по урезу воды В, м	Площадь живого сечения реки , м^2	Средняя глубина реки hср, м	Коэффи-циент Шези С, м	Средняя ско- рость потока V, м / с	Расход воды Q, м^3 / с
Створ № 1 Zср = 29,4 м
29,9 30,5 31,1 31,7 32,3	57 62 66,8 71,3 75,5	22 57,7 96,34 137,77 181,81	0,386 0,931 1,442 1,9932 2,408	31,528 39,288 43,835 47,160 49,825	0,270 0,522 0,726 0,904 1,066	5,940 30,144 69,906 124,492 193,779
Створ № 2 Zср = 53,9 м
54,4 55 55,6 56,2 56,8	34,5 36 37,5 39 40,5	16,875 38,025 60,075 83,025 106,875	0,489 1,056 1,602 2,129 2,639	24,597 29,817 33,0893 35,527 37,487	0,357 0,635 0,868 1,075 1,263	6,020 24,163 52,173 89,243 134,958
Створ № 3 Zср = 38,5 м
39,5 40,5 41,5 42,5	54 59,5 65 70,5	51,25 108 170,25 238	0,949 1,815 2,619 3,376	29,910 35,173 38,550 41,076	0,402 0,653 0,860 1,040	20,584 70,545 146,413 247,589

Для первого створа определяем:

Площадь сечения:

₁ = 57,0 (29,9 – 29,4) = 22 м² ;

₂ = 22 + 0,5(57,0 + 62)(30,5 – 29,9) = 57,7 м²;

₃ = 57,7 + 0,5(62 + 66,8)(31,1 – 30,5) = 96,34 м²;

₄ = 96,34 + 0,5(66,8 + 71,3)(31,7 – 31,1)= 137,77 м²;

₅ = 137,77 + 0,5(75,5 + 71,3)(32,3 – 31,7) = 181,81 м².

Средняя глубина реки:

h_ср1 = 22 / 57 = 0,386 м;

h_ср2 = 57,7 / 62= 0,931 м;

h_ср3 = 96,34/66,8 = 1,442 м;

h_ср4 = 137,77 / 71,3 = 1,932 м;

h_ср5 = 181,81 / 75,5 = 2,408 м.

Коэффициент Шези:

С₁ = (1 / 0,025) * 0,386 = 31,528

С₂ = (1 / 0,025) * 0,931^0,25 = 39,288

С₃ = (1 / 0,025) * 1,442^0,25 = 43,835

С₄ = (1 / 0,025) * 1,932^0,25 = 47,160

С₅ = (1 / 0,025) * 2,408^0,25 = 49,828

Средняя скорость потока:

V₁ = 31,528 = 0,270 / с;

V₂ = 39,288 = 0,522 м / с;

V₃ = 43,835 = 0,726 м / с;

V₄ = 47,16 = 0,904 м / с;

V₅ = 49,828 = 1,066 м / с.

Расход воды:

Q₁ = 22* 0,27= 5,940 м³ / с;

Q₂ = 57,7 * 0,522 = 30,144 м³ / с;

Q₃ = 96,34 * 0,726 = 69,906 м³ / с;

Q₄ = 137,77 * 0,904 = 124,492 м³ / с;

Q₅ = 181,81 * 1,066 =193,779 м³ / с.

Аналогичным методом определяем площадь сечения, среднюю глубину реки, коэффициент Шези, среднюю скорость потока и расход воды для всех уровней второго и третьего створов. Итоги расчётов сводим в таблицу 1.3. По данным из таблицы 1.3 на поперечных профилях лимитирующих створов (рисунки 1.2, 1.3, 1.4) строим графики зависимостей Q = f (Z), V = f (Z),

h_ср = f (Z).

Для расчёта возможной продолжительности периода лесосплава определяем минимально допустимые глубины для плотового лесосплавов,

h_пл = Т + Z (1.19)

где: Т – осадка сплоточных единиц, из задания (п.3.1);

Z – донный запас при плотовом лесосплаве , Z =0,2 м.

h_пл = 1,0+ 0,2 = 1,2 м.

На поперечном профиле от отметки Z_ср откладываем допустимые глубины для плотового лесосплава, проводим горизонтальные линии до пересечения с графиком зависимости Q = f (z) и определяем минимальный сплавной расход Q_пл.

Z_пл = 29,4 + 1,2 = 30,6м

Затем этот расход переносим на гидрографы соответствующих створов. Для построения гидрографов необходимо определить среднедекадные расходы воды 50 и 90% - ной обеспеченности в расчётных створах.

В створе № 1 (рис. 1.2)

Минимальные расходы воды Q_пл1 = 38 м³ / с;

Для построения гидрографов лимитирующих створов определяем среднедекадные расходы воды года заданного процента обеспеченности в расчётных створах (2.стр.12): Q_дек = Q_рс К_дек (1.20)

где: К_дек – модульный коэффициент декадного стока по данным водомерного поста (п.2.2),

Q_рс – среднегодовой расход воды года заданного процента обеспеченности в расчётном створе(2.стр.12), Q_рс = Q_р%вп F_рс / F (1.21)

где: Q_р%вп – среднегодовой расход воды заданной обеспеченности в створе водомерного поста (таб. 1.1);

F_рс , F – площади водосбора реки в створах в расчётном и водомерном постах (рис. 1.1).

Расчёты среднедекадных расходов воды в лимитирующих створах проводим для третьей декады апреля, трёх декад мая и трёх декад июня. Среднедекадные расходы в лимитирующих створах № 1 и 2 определяем для лет 90 % - ной обеспеченности, а в створе запани для 50 % и 90 % - ной.

На гидрографах в створах № 1 и № 2 отмечаем среднюю дату начала лесосплава (п.1.10 задания).

Среднегодовой расход воды 90 % - ной лимитирующих створов № 1 и 2 равен: Q_рсст1 = 26,24(2730 / 3000) = 23,88 м³ / с;

Q_рсст2 = 26,24 (1020 / 3000) = 8,92 м³ / с.

В створе запани: Q_з50% = 29,69 (2365 / 3000) = 23,403 м³ / с;

Q_з90% = 26,24(2365 / 3000) = 20,686 м³ / с.

Определим среднедекадный расход различной обеспеченности для третьей декады апреля: Q_декст1 = 23,88 *1,5 = 35,82 м³ / с;

Q_декст2 = 8,92 * 1,5 = 13,38 м³ / с;

Q_{декзап50%} = 23,40 * 1,5= 29,25 м³ / с;

Q_{декзап90%} = 20,69 * 1,25 = 31,04 м³ / с.

Остальные расчёты аналогичны, их результаты сведены в таблицу 1.4 для построения гидрографа.