Русловые исследования

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание:

1. Составление плана русловой съемки и продольного профиля реки

2. Обработка данных натурных исследований, используемых для анализа гидравлики потока

3. Обработка данных натурных исследований, используемых для анализа движения влекомых наносов

3.1. Вычисление расхода влекомых наносов, измеренного донным батометром

3.2. Вычисление расхода влекомых наносов по параметрам движения донных гряд

3.3. Определение состава донных отложений

Список литературы



1. Составление плана русловой съемки и продольного профиля реки

Русловые съемки выполняют либо наземными методами, либо способами аэрофотосъемки.

Промер на участке 299-300 км от устья реки Б выполняется по инструментально определенным промерным профилем с засечками промерных точек с берега одним инструментом (мензулой).

Нанесение на план промерных точек сводится к перенесению с помощью светокопировального стола засеченных (флажковых) точек, а также пунктов планового обоснования, линий рабочего уреза и меженных бровок с рабочего планшета на отчетный план (рис. 1).

Обработка промерного журнала предшествует выписке глубин на план русловой съемки. русловой съемка река гидравлика

Измеренные глубины должны быть исправлены на величину срезки, т.е. приведены к проектному уровню.

При рабочем уровне воды выше проектного и измеренной глубине h_р больше срезки ДН, срезанная глубина равна h = h_p- ДН.

При рабочем уровне воды выше проектного, его измеренной глубине меньше срезки, вычисленная срезанная глубина будет отрицательной величиной, т.е. после срезки в данной точке будет «суша» и полученную величину выписывают на план со знаком плюс.

Глубины на план выписываются в дециметрах.

Окончательным результатом выполненной русловой съемки является план водного пути, отчетный план, который составляют в изобатах - линиях равных глубин.

На плане русловой съемки изобаты проводят от проектного уровня воды по выписанным на него глубинам.

Для облегчения читаемости подводного рельефа:

- нулевая изобата проводится утолщенной линией зеленого цвета;

- изобата гарантированной глубины - утолщенной линией красного цвета;

- остальные изобаты - тонкие линии синего цвета;

- «сухие» изобаты - тонкие линии коричневого цвета.

На план обязательно наносится километраж по оси судового хода и обозначается вынесенными от фарватера кружками с указанием километров.

После составления отчетного плана с него снимается калька, на которой показываются изобаты и вся нагрузка плана. На кальке указывается расположение гидрометрических створов и расчетных сечений.

Графическое построение, изображающее изменения высот свободной поверхности и высот дна вдоль линии наибольших глубин на участке реки, называется продольным профилем этого участка.

Продольный профиль исследуемого участка реки составляется на основании промерного плана и данных однодневной связки уровней воды.

За ось профиля принимают ось судового хода.

Продольные профили строятся с искажением масштабов: масштаб высот берется в 100-1000 раз крупнее масштаба продольных расстояний, так как глубины рек всегда очень малы по сравнению с их длинами.

Масштабы продольного профиля: горизонтальный - 1:5000, вертикальный -1:100.

Продольный профиль дна и свободной поверхности воды строится в следующей последовательности.

На профиле по данным однодневной связки наносится положение рабочего и проектного уровней воды. Отметки проектного уровня получают вычитанием срезки (0,5 м) из отметок рабочего уровня.

Отметки дна по оси продольного профиля получают путем вычитании глубин, которые предварительно снимают с плана и выписывают и соответствующей графе вспомогательной таблице под профилем, из средней отметки проектного уровня воды. Также подсчитываются уклоны свободной поверхности при рабочем уровне:

H_раб, I = Дz / Дl

где Дz = z_i - z_in - падение свободной поверхности на участке между точками однодневной связки

Дl - расстояние между ними по оси судового хода.

Таблица 1.

Расчет значений коэффициентов шероховатости

N сечения	N участка	Q, м3/с	щ, м2	В, м	Н, м	х, м/с	Zi, м	ДZ, м	L, м			Bср, м	Нср, м	Нср5/3, м5/3	n, с/м1/3
1	I	Q = 350	636	330	1,9	0,55	12,136	0,02	300	0,0000667	0,0081670	330	1,95	3,04	0,0234
2			652	330	2,0	0,54	12,116
								0,02	300	0,0000667	0,0081670	220	1,85	2,79	0,0143
	II
3			750	440	1,7	0,47	12,096
	II							0,018	350	0,0000514	0,0071694	365	1,6	2,19	0,0164
4			426	290	1,5	0,82	12,078
	IV							0,012	300	0,00004	0,0063246	280	1,55	2,08	0,0105
5			427	270	1,6	0,82	12,066

2. Обработка данных натурных исследований, используемых для анализа гидравлики потока

Так как надежность результатов, получаемых с помощью уравнений речной гидравлики, в сильной степени зависит от точности определения сил трения, то особое внимание уделяется изучению гидравлического сопротивления.

Ввиду незавершенности исследований по сопротивлению гряд и сопротивлению формы в речной гидравлике применяется суммарная оценка сил трения. Для этого на каждом участке русла вводится один, охватывающий все виды сопротивления коэффициент п для речных русел.

Рассматриваемый участок разбиваем на несколько расчетных участков, назначаем 5 сечений перпендикулярно направлению течения.

Схема разбивки на расчетные участки приведена на рис. 2. Вычерчиваются поперечные профили расчетных сечений (рис.4) на миллиметровой бумаге и определяют площадь щ, ширину В и среднюю глубину Н = щ / В при рабочем уровне. Срезка на день проведения однодневной связки и измерения расхода воды - 0,5 м.

По измеренному расходу подсчитываются средние скорости течения х = Q/щ. Находят величину падения свободной поверхности на расчетных участках ДZ = Z_i- Z_i+1.

Отметки свободной поверхности в расчетных сечениях определяются путем линейной интерполяции по формуле:

Z_i =Z_i - (Z_i - Z_i+1)(l/Дl)

Подсчитываются средние по участкам значения ширин русла и глубин:

B_ср = (B_i-B_i+1)/2; H_ср = (H_i-H_i+1)/2



Значения коэффициента шероховатости на расчетных участках определяют по формуле:

Расчеты сводятся в таблицу № 1.

Результаты расчетов представляют в виде графиков z = f(l), v = f(l), n = f(l)



3. Обработка данных натурных измерений, используемых для анализа движения влекомых наносов

Влекомые наносы двигаются в придонном слое потока, совершая короткие подвижки или скачки.

Русловые наносы по ширине реки распределяются неравномерно. Обычно их основная масса движется в сравнительно узкой полосе, ось которой можно найти, если отложить на плане участка значения элементарных расходов на вертикалях соответствующих гидростворов и далее соединить плавной кривой те точки, на которые приходятся наибольшие значения элементарных расходов. Выделенная полоса определяет зону русла, где возможны наиболее сильные деформации, и позволяет в некоторых случаях выявить источники поступления наносов в поток.

Определение расхода влекомых наносов производится с помощью донных батометров или по параметрам движения гряд.

3.1 Вычисление расхода влекомых наносов, измеренного донным батометром

Полный расход влекомых наносов Q_s вычисляется аналитическим способом. Для этого по данным измерений подсчитываются значения элементарных расходов q_s на всех вертикалях гидростворов. Элементарный расход влекомых наносов:

q_s =m/ (Дt*a)* 100

m - масса наносов в пробе (г);

Дt - время выдержки батометра на дне (360 с);

а- ширина входного отверстия батометра (т.к. пробы отбирались батометром «Дон», то а=10 см);

Полный расход влекомых наносов:

Q_s=0,001*[q_s/2* Дb₀ + (q_s1+ q_s1)/2* Дb1 +...+ (q_sn-1+ q_sn)/2* Дb_n-i]

Дb_o, Дb_n - расстояние между урезом и ближайшей к нему вертикалью;

Дb₁, Дb₂,..., Дb_n-i - расстояния между вертикалями.

Все расчеты выполняются в таблице (табл.2-6)

По данным вычислений на выкопировке плана русловой съемки строятся эg.ры распределения элементарных расходов влекомых наносов по ширине реки, проводится ось полосы наиболее интенсивного движения наносов и штриховкой выделяется полоса. Ширина полосы принимается равной 50м.

Таблица 2.

Данные вычисления расхода влекомых наносов (расход наносов измерен при срезке +2,0 м)

№ гидроствора	№ вертикали	m, г	Дt, с	qs, г/м*с	(qs)ср, г/м*с	Дb, м	Частичный Расход ДQs, г/с
1	1	85	300	2,8	1,40	65	91,00
					3,75	105	393,75
	2	141		4,7
					4,4	105	462,00
	3	123		4,1
					3,8	95	361,00
	4	105		3,5
					3,45	85	293,25
	5	102		3,4
					1,7	58	98,60



Полный расход наносов

Qs = 0,001? ДQ_s = 1,70 (кг/с)

Таблица 3.

Данные вычисления расхода влекомых наносов (расход наносов измерен при срезке +2,0 м)

№ гидроствора	№ вертикали	m, г	Дt, с	qs, г/м*с	(qs)ср, г/м*с	Дb, м	Частичный Расход ДQs, г/с
2	1	91	300	3,0	1,5	65	97,50
					3,55	105	372,75
	2	123		4,1
					5,0	95	475,00
	3	176		5,9
					5,0	90	450,00
	4	122		4,1
					3,75	95	356,25
	5	101		3,4
					1,7	50	85,00

Полный расход наносов

Qs = 0,001? ДQ_s = 1,84 (кг/с)

Таблица 4.

Данные вычисления расхода влекомых наносов (расход наносов измерен при срезке +2,0 м)

№ гидроствора	№ вертикали	m, г	Дt, с	qs, г/м*с	(qs)ср, г/м*с	Дb, м	Частичный Расход ДQs, г/с
3	1	95	300	3,2	1,6	60	96,00
					3,35	75	251,25
	2	104		3,5
					4,15	100	415,00
	3	145		4,8
					5,1	95	484,50
	4	163		5,4
					3,85	105	404,25
	5	68		2,3
					1,15	70	80,50

Полный расход наносов

Qs = 0,001? ДQ_s = 1,73 (кг/с)

Таблица 5.

Данные вычисления расхода влекомых наносов (расход наносов измерен при срезке +2,0 м)

№ гидроствора	№ вертикали	m, г	Дt, с	qs, г/м*с	(qs)ср, г/м*с	Дb, м	Частичный Расход ДQs, г/с
4	1	82	300	2,7	1,35	35	47,25
					3,15	70	220,50
	2	108		3,6
					3,8	80	304,00
	3	120		4,0
					4,55	80	364,00
	4	152		5,1
					4	100	400,00
	5	86		2,9
					1,45	80	116,00



Полный расход наносов

Qs = 0,001? ДQ_s = 1,45 (кг/с)

Таблица 6.

Данные вычисления расхода влекомых наносов (расход наносов измерен при срезке +2,0 м)

№ гидроствора	№ вертикали	m, г	Дt, с	qs, г/м*с	(qs)ср, г/м*с	Дb, м	Частичный Расход ДQs, г/с
5	1	101	300	3,4	1,7	55	93,50
					3,95	75	296,25
	2	134		4,5
					4,95	95	470,25
	3	162		5,4
					4,7	90	423,00
	4	121		4,0
					3,55	95	337,25
	5	94		3,1
					1,55	65	100,75

Полный расход наносов

Qs = 0,001? ДQ_s = 1,72 (кг/с)

3.2 Вычисление расхода влекомых наносов по параметрам движения донных гряд

Определение расхода влекомых наносов по параметрам движения донных гряд оказывается во многих случаях более удобным, чем применение донных батометров.

Заполняют два последовательных промера глубин русла эхолотом через интервал времени Дt (I -5.07; II - 12.07). Затем путем обработки эхограмм определяют размеры гряд - площадь продольного сечения Щ , высоту h_г .длину l_г, скорость С_г.

Средний расход наносов по длине гряды вычисляется по формуле:

q_sг = p_s (1 - ? ) у h_г C_г (кг/м с),

? - пористость грунта (? 0,4 - для песчаных фунтов)

Полный расход влекомых наносов по параметрам движения донных гряд определяется в следующей последовательности.

По данным промеров глубин строятся совмещенные продольные профили дна по каждому продольнику (рис. 7).

По совмещенным профилям для каждой гряды определяются: высота h_г, длина l_г, и их средние значения и h_гcр и l_гср по результатам двух промеров, а также величина сдвига гряды Дl и скорость ее перемещения С_г = Дl / Дt (Дt = 604800 с).

Данные записываются в таблицы (табл.7).

Таблица 7

Основные параметры гряд

№ продольника	№ гряды	День промера	hг.cр, м	lг.ср, м	Дl, м	Сг, м/с
		7.07.	13.07
		hг, м	lг, м	hг, м	lг, м
1	1	0,5	22	0,4	30	0,45	26	4	0,000007
	2	0,6	35	0,5	20	0,55	27,5	16	0,000026
	3	0,6	29	0,5	31	0,55	30	14	0,000023
	4	0,5	21	0,5	29	0,5	25	8	0,000013
	5	0,3	26	0,6	22	0,45	24	14	0,000023
	6	0,6	28	0,3	25	0,45	26,5	14	0,000023
	7	0,3	22	0,3	27	0,3	24,5	12	0,000020
2	1	0,5	29	0,5	29	0,5	29	12	0,000020
	2	0,6	27	0,5	24	0,55	25,5	11	0,000018
	3	0,4	31	0,3	26	0,35	28,5	16	0,000026
	4	0,6	26	0,6	27	0,6	26,5	13	0,000021
	5	0,4	31	0,3	31	0,35	31	12	0,000020
	6	0,3	29	0,5	25	0,4	27	16	0,000026
	7	0,4	23	0,4	21	0,4	22	12	0,000020
3	1	0,3	25	0,4	24	0,35	24,5	3	0,000005
	2	0,3	23	0,3	26	0,3	24,5	2	0,000003
	3	0,2	26	0,3	23	0,25	24,5	5	0,000009
	4	0,3	29	0,3	22	0,3	25,5	10	0,000017
	5	0,4	30	0,3	28	0,35	29	10	0,000017
	6	0,3	21	0,4	26	0,35	23,5	8	0,000013
	7	0,3	21	0,3	23	0,3	22	9	0,000015

Для 3-4 - х гряд на каждом продольнике определяется площадь гряды Щ и вычисляется коэффициент полноты профиля гряды у = Щ_г / l_г * h_г.

Находится его среднее значение у_ср, которое используется в качестве расчетного при вычислении элементарного расхода наносов подлине каждой гряды. Результаты сводятся в табл.8

Таблица 8

Расчет коэффициента полноты профиля гряды

№ продольника	№ гряды	Щг, м2	hг, м2	lг, м	у
1	1	6,15	0,5	22	0,56
	3	8,7	0,6	29	0,50
	4	7,35	0,5	21	0,70
	6	7,80	0,6	28	0,46
				Средн.	0,56
2	2	6,75	0,6	27	0,42
	3	4,65	0,4	31	0,38
	7	5,75	0,4	23	0,63
				Средн.	0,49
3	1	3,75	0,3	25	0,50
	3	2,86	0,2	26	0,55
	4	4,35	0,3	29	0,50
	7	3,15	0,3	21	0,50
				Средн.	0,51

После определения основных параметров движения гряд вычисляется средний элементарный расход по длине каждой гряды: q_sг = 1590* у_ср.* h_г.ср.* С_г

Затем производится осреднение скоростей отдельных гряд по длинам продольных галсов в соответствии с формулой:

Расчеты сводят в табл. 9

Таблица 9

№ продольника	№ гряды	hг.ср, м	lг.ср, м	у ср	Cг, м/с	qsг, кг/м*с	qг, кг/ м*с
1	1	0,45	26	0,56	0,000007	0,002805	0,00819
	2	0,55	27,5	0,56	0,000026	0,012733
	3	0,55	30	0,56	0,000023	0,011264
	4	0,5	25	0,56	0,000013	0,005788
	5	0,45	24	0,56	0,000023	0,009216
	6	0,45	26,5	0,56	0,000023	0,009216
	7	0,3	24,5	0,56	0,000020	0,005342
2	1	0,5	29	0,49	0,000020	0,007791	0,00002
	2	0,55	25,5	0,49	0,000018	0,007713
	3	0,35	28,5	0,49	0,000026	0,00709
	4	0,6	26,5	0,49	0,000021	0,009817
	5	0,35	31	0,49	0,000020	0,005454
	6	0,4	27	0,49	0,000026	0,008103
	7	0,4	22	0,49	0,000020	0,006233
3	1	0,35	24,5	0,51	0,000005	0,001419	0,00001
	2	0,3	24,5	0,51	0,000003	0,00073
	3	0,25	24,5	0,51	0,000009	0,001825
	4	0,3	25,5	0,51	0,000017	0,004136
	5	0,35	29	0,51	0,000017	0,004825
	6	0,35	23,5	0,51	0,000013	0,00369
	7	0,3	22	0,51	0,000015	0,003649

Полный расход влекомых наносов Q_s определяется аналитическим способом. Полученный полный расход относят к 3 поперечному сечению, приходящемуся на середину продольных галсов и средней срезке при выполнении промеров по продольным створам.

Расчеты сводят в табл. 10.

Таблица 10

Вычисление расхода влекомых наносов по параметрам движения донных гряд (расход отнесен к срезке 10 см)

№ контрольного створа	№ продольника	qs, кг/ м*с	qsср, кг/ м*с	Дb, м	Частичный расход ДQг, кг/с
3	1	0,00819	0,004095	60	0,2457
			0,004105	100	0,4105
	2	0,00002
			0,000015	110	0,0017
	3	0,00001
			0,000005	55	0,0003
Полный расход влекомых наносов	0,0006581

3.3 Определение состава донных отложений

Пробы донных отложений отбирают по всему исследуемому участку. При этом различают участки с песчаными донными изложениями с разнозернистыми грунтами (песок, гравий, глина).

На участках с песчаными донными отложениями на поперечнике берут 3 пробы.

Взятую пробу высушивают, взвешивают на технических весах и подвергают ситовому анализу. При этом анализе наносы разделяют на фракции просеиванием проб через несколько сит, поставленных в колонну. Затем взвешивают каждую фракцию и фракционный состав определяют в процентах по массе. В результате механического анализа составляют ведомость фракционного состава (табл. 11)

Таблица 11

Ведомость фракционного состава донных отложений (в % по массе)

№ г. с.	№ верт.	№ проб.	Диаметр частиц, мм
			< 0,25	0,25-0,5	0,5-1	1-2	2-5	5-10	>10
1	3	1	13,5	41,0	29,3	6,9	4,7	4,6	-
			13,5	54,5	83,8	90,7	95,4	100
3	3	2	20,1	30,2	33,3	5,2	5,9	5,3	-
			20,1	50,3	83,6	88,8	94,7	100
5	3	3	9,9	43,2	25,4	6,0	3,1	12,4	-
			9,9	53,1	78,5	84,5	87,6	100

Неоднородность состава донных отложений характеризуется интегральной функцией распределения вероятностей диаметров частиц. Её графическим выражением служит кривая гранулометрического состава, которая строится на основании ведомости фракционного состава (рис.8).

По графикам находят следующие характерные диаметры: d₁₀, d₅₀, d₆₀, d₉₀

Вычисляется степень неоднородности гранулометрического состава C_u= d₆₀ / d₁₀, коэффициент неоднородности фунта ?? = d₅₀ / d_90, коэффициент неоднородности и средний диаметр частиц d_cp = (?d_ip_i)/100. По ГОСТ 25100-82 «Грунты» определяют тип грунта.

Результаты вычислений сводятся в табл. 12.

Таблица 12

Данные гранулометрического состава донных отложений

№ гидроствора	№ пробы	d10, мм	d50, мм	d60, мм	d90, мм	dср, мм	Cu	??	Тип грунта
1	1	0,20	0,45	0,58	1,75		0,35	0,26
3	2	0,15	0,50	0,63	2,75		18,3	0,18
5	3	0,25	0,50	0,63	8,83		35,32	0,06

d_cp1 = (?d₁p₁)/100 =

d_cp2 = (?d₂p₂)/100 =

d_cp3 = (?d₃p₃)/100 =



Список литературы

1. Гришанин К.В., Сорокин Ю.И. Гидрология и водные изыскания. - М.: Транспорт, 1982, - 212с.

2. Руководство по изысканиям и анализу руслового процесса на затруднительных участках свободных рек. - М. Транспорт, 1982, 36с.

3. Техническая инструкция по производству русловых изысканий на внутренних водных путях. М.: Транспорт, 1990, 160с.

Размещено на Allbest.ru

...