д) Метод фрагментов

В случае сложного строения русла (наличие островов, рукавов, сложных перекатов и т.д.) поток разбивают в плане на участки, называемые фрагментами. Для каждого фрагмента план течений строят изложенными выше способами, например с применением метода плоских сечений (метод М. А. Великанова). Если распределение расхода воды между фрагментами известно, то общий план течений составляется путем склейки фрагментов (рис. 20). Например, если план течений необходимо построить в русле, разделенном на рукава, то предварительно должно быть рассчитано распределение расходов воды между рукавами (см. тему 5).

Более сложная ситуация складывается, если отдельные части русла (фрагменты), например, плесовые лощины, соединены затопляемыми отмелями, через которые осуществляется переток воды из одной плесовой лощины в другую (рис. 21). В таких случаях необходимо расчетным путем определить изменение расходов воды вдоль фрагментов (например, увеличение вдоль одной плесовой лощины и уменьшение вдоль другой).

В примере, приведенном на рис. 21, задача решается, согласно К. В. Гришанину (1979), следующим образом.

Рис. 20. Схема размещения плоских сечений в двух рукавах (фрагментах)

Рис. 21. Схема фрагментов потока (перекат с затонской частью)

1 – плесовые лощины (I – верхняя, II – нижняя, затонская часть), 2 – затопленные побочни переката, 3 – гребень переката,4 – направление перетока воды, 5 – плоские сечения.

Пусть расход воды в левой плесовой лощине (Q _I) вдоль потока уменьшается вследствие перелива воды в правую плесовую лощину, расход воды в которой (Q _II) вдоль течения увеличивается. Через перекат по линии OL длиной L из левой плесовой лощины в правую поступает некоторый удельный расход воды перетока q _пер:

. (6.16)

Чтобы воспользоваться методом плоских сечений, необходимо найти функции Q _I= f (L) и Q _II=j(L) или хотя бы одну из них, например, вторую. Проинтегрируем (6.16):

. (6.17)

Удельный расход воды перетока q _пер может быть рассчитан по формуле затопленного водослива с широким потоком

, (6.18)

где h – глубина на гребне переката, z _I – z _II – разность средних отметок уровня в левом и правом плесах, а – коэффициент.

Примем следующее допущение: z _I – z _II=const и поэтому удельный расход перелива q _пер пропорционален глубине на гребне переката (q _пер~ h).

Таким образом, расход воды в правой плесовой лощине Q _II должен зависеть от изменения вдоль потока площади сечения над гребнем переката:

~ ~w(L). (6.19)

В результате расчета будут получены значения Q _I и Q _II в любых сечениях обоих фрагментов. При известных Q _I и Q _II в начальных сечениях фрагментов, которые заранее определяются расчетным путем, далее методом плоских сечений могут быть построены планы течений в обеих плесовых лощинах.

Заключение

В I часть пособия по дисциплине "Динамика русловых потоков" включены основные вопросы, необходимые для подготовки специалиста–гидролога. Последовательно изложены проблемы учета гидравлического сопротивления, оценки распределения скоростей течения по глубине потока, некоторые вопросы распределения скоростей течения в поперечном сечении русла, на изгибе русла, при делении потока и построения плана безотрывных течений.

Во II части пособия будут рассмотрены следующие вопросы: построение плана течений с учетом водоворотных зон (при отрыве потока от берегов), течения в русле с поймами, влияние на скоростное поле ледяного покрова и растительности. В специальном разделе будут изложены основы "эмпирической" речной гидравлики – концепция устойчивости речного русла и гидролого-морфометрические зависимости.

Литература

1. Барышников Н.Б., Попов И.В. Динамика русловых потоков и русловые процессы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1988. – 455 с. (глава 1).

2. Великанов М.А. Динамика русловых потоков. – М.: Гостехиздат, 1954, том I. – 323 с. (глава IX).

3. Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков. – Л.: Гидрометеоиздат, 1962. – 373 с. (главы I, IV–VII).

4. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. – Л.: Гидрометеоиздат, 1979. – 311 с. (главы III и IV).

5. Гришанин К.В. Основы динамики русловых потоков. – М.: "Транспорт", 1990. – 320 с. (главы 2, 4-5).

6. Гришанин К.В. Гидравлическое сопротивление естественных русел. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. – 182 с.

7. Караушев А.В. Проблемы динамики естественных водных потоков. – Л.: Гидрометеоиздат, 1960. – 392 с. (главы II, III).

8. Караушев А.В. Речная гидравлика. – Л.: Гидрометеоиздат, 1969. – 416 с. (глава 10).

9. Леви И.И. Динамика русловых потоков. – М, Л.: Госэнергоиздат, 1957. – 252 с. (главы 1 и 2).

10. Михайлов В.Н., Рогов М.М., Чистяков А.А. Речные дельты. Гидролого-морфологические процессы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1986. – 280 с. (§§ 3.6 и 6.9).

Дата добавления: 2015-11-13