Трассирование эксплуатационных прорезей на характерных перекатах.

Общие положения. При назначении положения эксплуатационных прорезей пользуются термином трассирование, а не проектирование. Обычно такие прорези располагаются примерно в одних и тех же местах на транзитном судовом ходу и помогают восстанавливать судоходные глубины после паводка или ликвидировать меженную заносимость. Проверять устойчивость таких прорезей расчетом не требуется.

При трассировании восстановительной прорези используют сведения о ходе руслового процесса на перекате за ряд предшествующих лет и о деформациях, которым подвергались выполнявшиеся в эти годы прорези. Основой трассирования прорези является план свежей русловой съемки, по которому можно судить о деформациях, произведенных текущим паводком, и о состоянии переката на данный момент (разрыв во времени между съемкой переката и началом разработки прорези не должен превышать пяти суток). Обычно, этих данных достаточно для выбора положения прорези, если при этом на перекате не произошло значительных деформаций.

Внешняя простота процедуры трассирования эксплуатационных прорезей не должна создавать иллюзию легкости этой задачи. Перекат после весеннего паводка никогда не бывает таким же, как в предшествующую навигацию. Ранее существовавшая трасса не всегда является абсолютно верным решением. Поэтому задача трассирования решается каждую навигацию заново. Если на перекате произошли сильные переформирования, выбор трассы эксплуатационной прорези по своей трудности мало отличается от выбора трассы капитальной прорези, и лишь недостаток времени заставляет обходиться без расчетов. Чтобы избежать ошибок, необходимо понимать законы руслового процесса, знать свои перекаты и иметь инженерную интуицию.

Ремонтные прорези, при отсутствии непредвиденных деформаций, назначаются в тех местах судового хода, где на съемке переката было обнаружено отложение наносов.

Для трассирования прорезей на наиболее распространенных типах перекатов выработаны определенные рекомендации.

Перекат-перевал. Так принято называть перекаты наиболее простой формы[1]. Они характеризуются плавным переходом линии наибольших глубин от одного берега к другому, не заходящими друг за друга плесовыми лощинами (отсутствием затонской части) и одинаково развитыми побочнями. Эти перекаты встречаются как на меандрирующих реках, так и на реках с побочневым типом руслового процесса (см. рис. 4.2).

 

 

Рис. 4.2. Прорезь и отвал на перекате-перевале

 

В первом случае они располагаются на переходах между смежными кривыми разных знаков кривизны; их побочни закреплены у выпуклых берегов (не смещаются относительно берега). Во втором случае побочни, а значит и перекат в целом, постепенно сползают вниз по течению. Прорезь на таком перекате трассируется по линии наибольших глубин. Отвалы грунта располагаются на верхнем побочне, это позволяет притормозить движение побочня и прорези можно придать более пологое направление (на рис. 4.2 штриховая линия).

 

Яндекс.ДиректDROM.RU - Купить Mitsubishi Pajeroauto.drom.ru ВАЗ 4x4 с пробегом в объявленияхauto.ru

 

Перекат с затонской частью. Схема переката с затонской частью и варианты прорези приведены на рис. 4.3. Косое расположение перекатного вала усложняет течение воды на таких перекатах и является причиной ряда затруднений для судоходства. При меженных уровнях вал переката работает как косой, затопленный водослив. Между верхней плесовой лощиной и затонской частью образуется поперечный перепад уровней воды, а течение на валу переката приобретает веерообразный характер (см. рис. 4.3).

Наибольший поперечный перепад наблюдается вблизи вершины затонской части, и, по мере понижения уровней воды, сюда перемещается максимум скоростей. С повышением уровней воды эти эффекты ослабевают, а при больших наполнениях поток движется почти параллельно берегам. Поэтому весенний судовой ход трассируют по пологому направлению вблизи нижнего побочня, а в середине спада по этому же направлению разрабатывают прорезь (см. рис. 4.3, прорезь I).

 

 

Рис. 4.3. Весенняя (I) и меженная (II) прорези на перекате с затонской частью:

1 – плотовой состав; 2 – толкаемый состав; 3 – буксирный состав

 

Однако пользоваться этой прорезью вскоре становится неудобно. При снижении уровней поток растекается по перекатному валу, удельные расходы воды в прорези резко падают и она начинает заноситься. Одновременно это создает трудности для судоходства. Составы, идущие сверху, испытывают действие свального течения, направленного в затонскую часть.

Свальное течение особенно опасно для плохо управляемых плотовых составов. Толкаемые составы, следующие снизу, встречают сильное течение из затонской части. При заходе в прорезь состав становятся под углом к течению и сносится вниз. Даже опытные капитаны иногда не могут заправить состав в прорезь и бывают вынуждены расчалить его и проводить суда по отдельности на коротком буксирном тросе. Положение на перекате может стать настолько тяжелым, что в межень приходится трассировать новый судовой ход, пересекающий перекатный вал по крутому направлению вблизи верхнего побочня. Выполненная в этом месте прорезь поддерживается течением и обычно не требует ремонтных работ до конца навигации (см. рис. 4.3, прорезь II).

Единственное затруднение для судоходства состоит в малом радиусе циркуляции при выходе из прорези в затонскую часть. Под действием течения и сил инерции буксируемые баржи получают раскат в сторону берега и нередко наваливаются на него. В очередное весеннее половодье крутая прорезь полностью заносится песками, ползущими с верхнего побочня. Таким образом, создаются благоприятные условия для возобновления пологой прорези нижнего положения. После этого весь цикл изменений повторяется снова. Коренное улучшение перекатов с затонской частью достигается с помощью капитальных прорезей, прокладываемых через нижний побочень.

Перекат на повороте русла. Перекаты часто располагаются перед крутыми поворотами русла. Основные затруднения здесь состоят не столько в недостаточных глубинах на корыте переката, сколько в малом радиусе кривизны по линии наибольших глубин. Чтобы увеличить радиус кривизны, прорезь приходится располагать вблизи выпуклого берега (см. рис. 4.4) и производить подрезку примыкающего к этому берегу нижнего побочня переката. Поток способен за относительно короткое время (всего за один-два месяца) восстановить естественную форму побочня, поэтому подрезки необходимо повторять.

Перекат у приверха острова. В коротких двухрукавных разветвлениях обычно располагается пара перекатов – у приверха острова в одном рукаве и в ухвостье острова – в другом. Перекаты у приверха острова редко бывают затруднительными. При обтекании потоком приверха острова скорости течения возрастают, и в непосредственной близости к острову происходит размыв дна. Однако трассировать прорезь у островного берега нельзя по условиям судоходства. При заходе в такую прорезь сверху составы, особенно плотовые, могут попадать под действие течения, идущего в несудоходный рукав. Поэтому прорези на таких участках трассируются под материковым берегом. Отвал стремятся расположить между прорезью и этим берегом (рис. 4.5).

Рис. 4.4. Прорезь на крутом повороте русла	Рис. 4.5. Прорезь у приверха острова

Перекат у ухвостья острова. За ухвостьем острова свободная поверхность потока понижена, и донные струи, выходящие из рукавов, напра­влены в сторону этой ложбины. Они питают ухвостье острова наносами, наращивая его в длину. Таким образом, вся часть русла, расположенная за ухвостьем, является областью интенсивного движения песков. Это создает большие трудности в поддержании здесь трассы судового хода. Чтобы ослабить заносимость прорези, стремятся трассировать ее ближе к материковому берегу (рис. 4.6). Прорези крутого положения (на рис. 4.6 штриховая линия) могут быть устойчивы лишь в том случае, когда несудоходный рукав пропускает малые расходы воды.

 

 

Рис. 4.6. Варианты прорези под ухвостьем острова

 

Встречаются разветвления, у которых несудоходный рукав активно работает во время паводка, но сильно мелеет в межень. В этом случае в районе ухвостья острова создаются условия, которые напоминают условия движения воды на перекате с затонской частью. В межень за ухвостьем образуется поперечный уклон в сторону несудоходного рукава; пологая прорезь начинает заноситься, и приходится открывать ход по более крутому направлению по линии наибольших поперечных перепадов уровня воды.

Тема 4.

Капитальные прорези. Выбор новой трассы судового хода. Построение планов течения для бытового и проектного состояния русла.

 

Наиболее распространенный вид капитальных прорезей – прорези, отторгающие нижний побочень переката. Отторжение является целесообразным, когда нижний побочень сильно развит и смещается вниз по течению медленнее верхнего. При сближении побочней судовой ход на перекате искривляется и становится неудобным для судоходства. Прорезь, расположенная почти поперек русла, быстро заносится. А русловой поток, обычно, сам уже начинает промывать спрямляющую борозду через нижний побочень. Капитальная прорезь намечается по этому направлению.

Различают два случая отторжения нижнего побочня: полное отторжение, когда капитальная прорезь проходит через корневую часть побочня, и частичное отторжение, когда прорезь прокладывается в центральной части побочня.

 

 

Рис. 4.9. Отторжение нижнего побочня на Верхнем Просецком перекате р. Волги:

а – съемка до работ: б – съемка после работ

Первый случай показан на рис. 4.9, здесь приведены два плана Верхнего Просецкого переката р. Волги - перед производством дноуглубительных работ и по окончании разработки капитальной прорези. Из прорези длиной 1800 м, проложенной через корневую часть обширного побочня, было извлечено около 950 тыс. м³ грунта. По контрольной съемке видно, что прорезь была поддержана потоком. И уже через два месяца начал происходить процесс занесения старого судового хода.

Второй случай отторжения показан на рис. 4.10. Здесь представлены два плана одного из перекатов р. Амур – до и после разработки капитальной прорези, которая произвела частичное отторжение нижнего побочня. Новое направление судового хода было уже подготовлено потоком, поэтому объем капитальной прорези составил лишь 90 тыс. м³ грунта при ее длине в 850 м. На контрольной съемке видно, что новый судовой ход быстро развивается, а на старом - идет процесс отложения наносов.

Развитие русловых деформаций после отторжения побочня далеко не всегда бывает таким благоприятным, как на представленных перекатах. Если емкость старого судового хода велика, она продолжает отвлекать большой расход воды, и капитальная прорезь оказывается неустойчивой. Чтобы закрепить новое положение судового хода, приходится принимать меры по уменьшению пропускной способности старого судового хода. Это может быть укладка отвала грунта на старый судовой ход или возведение специальных выправительных сооружений.

 

 

Рис. 4.10. Частичное отторжение нижнего побочня на перекате р. Амур:

а – съемка в июле 1942 г. (до работ); б – съемка в октябре 1942 г. (после работ)

 

Зачастую затруднения возникают, когда капитальная прорезь разработана преждевременно, т.е. поток сам еще не начал прокладывать себя путь через побочень. О достижении благоприятной стадии можно судить по появлению промоин на поверхности побочня. Если же выполнение прорези требуется по условиям судоходства, необходимо придавать ей большую ширину (до 2-3 гарантированных ширин судового хода).

Наиболее крупные капитальные прорези выполняют при переносе судового хода из одного в другой рукав разветвленного участка русла. Перенос почти всегда делается из более длинного и искривленного в более короткий и прямой рукав. Этим не только достигают улучшения условий судоходства, но и обеспечивают большую устойчивость судового хода. В коротком рукаве уклон свободной поверхности и транспортирующая способность потока больше, чем в длинном. Основанием для переноса судового хода обычно служит установленная при анализе руслового процесса тенденция к обмелению судоходного и размыву несудоходного рукава. Иногда прямой и короткий рукав не развивается из-за того, что в нем залегают гравелистые или глинистые грунты, хорошо сопротивляющиеся размыву. Выполнив в таком рукаве капитальную прорезь с помощью многочерпаковых снарядов, можно получить удобный и очень устойчивый судовой ход.

 

 

Рис. 4.11. Перенос судового хода из левого

в правый рукав Алитубского разветвления р. Дона:

а – съемка в июне 1953 г. (до работ); б – съемка в июне 1960 г.

(после стабилизации нового судового хода)

На рис. 4.11,а показана капитальная дноуглубительная прорезь на Алитубском разветвлении р. Дон. Правый рукав разветвления, более короткий и широкий, чем левый, долгое время оставался несудоходным из-за малых глубин. Дно этого рукава слагали крупнозернистые пески, и скорость течения в нем была меньше неразмывающей.

Перенос судового хода в правый рукав был обусловлен большой кривизной левого рукава и существованием на входе в него Алитубского переката, на котором ежегодно выполнялись дноуглубительные работы. При разработке правого рукава было извлечено около 900 тыс. м³ грунта. В течение шести лет на новом судовом ходу велись ремонтные дноуглубительные работы, а левый рукав постепенно мелел. К 1960 г. ход в правом рукаве стабилизировался и перестал требовать дноуглубления (см. рис. 4.11, б).

Поддержание судоходных условий на реках, протекающих в северных районах, обладает определенной спецификой, связанной с сезонной промерзаемостью мелководных рукавов и русловых форм. Комплексные исследования северных рек в районах газонефтедобычи в течение длительного времени (с 1975 г.) проводились Западно-Сибирской экспедицией ЛИВТа. В качестве примера на рис. 4.12 показан план участка реки Пур, впадающей в Тазовскую губу. Материалы, полученные экспедицией в 1981 г., охватывают бытовое состояние этого участка. Они включают в себя план участка исследований, результаты обработки материалов гидрометрических измерений и продольные профили свободной поверхности воды на участке.

На этой основе был составлен проект коренного улучшения судоходных условий на участке, предусматривающий разработку капитальной дноуглубительной прорези в левом рукаве. Прорезь была затрассирована с двумя изломами по направлению стрежня меженного потока.

 

 

 

Рис. 4.12. Схема исследуемого участка р. Пур:

– капитальная дноуглубительная прорезь;

– местоположение отвалов грунта;

– расположение гидрометрических створов

 

В подготовительный период навигации 1982 года в соответствии с проектом на участке были выполнены дноуглубительные работы объемом около 500 тыс. м³. Разработка прорези осуществлялась двумя землесосами производительностью 1000 м³/ч. После разработки капитальной прорези произошло перераспределение расхода воды в пользу левого рукава, что позволило перенести судовой ход в этот рукав и обеспечивать в нем судоходство в дальнейшем без значительных объемов ремонтных работ.

Натурные исследования, выполненные на этом участке в бытовом состоянии и после производства дноуглубительных работ, позволили оценить эффект влияния капитальной дноуглубительной прорези на гидравлику разветвленного участка реки. Это позволило получить новые научные данные для повышения надежности гидравлических расчетов [3].

Во всех рассмотренных примерах коренное улучшение судового хода на перекатах достигалось с помощью капитальной прорези и отвала грунта, т.е. только средствами дноуглубления. Нередко, капитальные прорези выполняют в комплексе с возведением выправительных сооружений. При этом удается улучшать протяженные участки русла, включающие в себя несколько затруднительных перекатов.

 

Построение планов течения

 

Общие сведения. Основой для прогноза деформаций прорези является поле скоростей течения. Построить такое поле с учетом запроектированной (еще не существующей) прорези и отвала можно путем расчета или с помощью гидравлического и аэродинамического моделирования. К моделированию прибегают для отдельных наиболее сложных участков русла, где проектируется комплекс дноуглубительных и выправительных работ. Исследования ведут на открытых гидравлических или на напорных аэродинамических моделях. Принципиальные основы моделирования излагаются в курсе гидравлики. Ниже рассматриваются только расчетные методы построения скоростных полей.

Зависимости, определяющие расход наносов, связывают его со средней скоростью течения на вертикали, поэтому построение скоростных полей ведется в этом же приближении: искомой служит плановая (двумерная) картина течения, составленная векторами средних скоростей на вертикали. Движение потока считается установившимся. Векторными линиями поля скоростей являются линии тока. Плановой линией тока будем называть линию в горизонтальной плоскости, направление касательной к которой во всех ее точках совпадает с направлением вектора средней скорости на вертикали (отклонениями этих векторов от горизонта можно пренебрегать). Линии, ортогональные к плановым линиям тока, представляют собой горизонтальные проекции живых сечений. Эти линии называют криволинейными поперечниками. Совокупность плановых линий тока и криволинейных поперечников называется планом течения (рис. 4.13).

 

 

Рис. 4.13. План течений (I-V номера струй)

 

Часть потока, заключенная между двумя смежными линиями тока, называется плановой струей. Полоса между двумя смежными криволинейными поперечниками называется поясом плана течений.

При неплавно изменяющемся движении воды, которое часто наблюдается на перекатах, построение плана течений основывается на решении двумерных уравнений установившегося неравномерного движения открытого потока. В эти уравнения входят силы тяжести и трения, а также силы инерции, обусловленные конвективными ускорениями воды. Такое решение можно получить только численными методами.

Исторически первым был алгоритм ручного счета, предложенный еще в тридцатых годах Н.М. Вернадским.

В 80-е годы прошлого столетия появились алгоритмы машинного счета, среди которых следует отметить метод И.А. Шеренкова. Одним из его преимуществ является возможность применения ЭВМ с небольшим объемом памяти. Наличие в методе Шеренкова некоторых упрощений обязывает, однако, к продолжению работ над алгоритмами численного решения плановой задачи движения речного потока. В последние годы, в связи с активным развитием средств вычислительной техники, все большее применение на практике находят численные методы решения уравнений гидравлики, основанные на использовании метода конечных элементов. Наиболее эффективные алгоритмы и программы, применимые для решения задач речной гидравлики, были разработаны в Вычислительном центре РАН авторами А.Н. Милитеевым и В.В. Беликовым.

Расчет планов течений при плавно изменяющемся движении не такой сложный. В этом случае кривизна и расходимость плановых линий тока незначительны, а силы инерции могут быть отброшены и криволинейные поперечники заменены прямыми. Такой метод расчета был предложен М.А. Великановым и получил название метода плоских сечений. Некоторые простые задачи неплавно изменяющегося движения могут быть решены посредством модифицированного метода плоских сечений, известного под названием метода фрагментов (предложен К. В. Гришаниным).

Таким образом, в распоряжении инженера-путейца в настоящее время есть несколько способов построения планов течений. Рекомендуемые области их применения следующие. Построение планов течений на относительно простых перекатах, расположенных на прямолинейных или слабо изогнутых участках русел и не имеющих затонских частей, следует вести по методу плоских сечений. На перекатах с затонской частью следует применять ме­тод фрагментов. Для сильно искривленных участков русел с неплавно изменяющимся движением воды необходимо выполнять решение полных уравнений планового движения по методу Шеренкова или с использованием современных численных методов вычислений.

Ниже излагаются основы двух первых методов. С методом Шеренкова можно ознакомиться по его монографии [4].

Метод плоских сечений. При плавно изменяющемся движении потока уклон свободной поверхности вдоль произвольной плановой линии тока можно выразить с помощью формул Шези и Маннинга

, (4.7)

 

где: n – коэффициент шероховатости;

h – глубина вертикали;

v – средняя скорость на вертикали;

q – элементарный расход воды.

 

Решая его относительно элементарного расхода, получим

. (4.8)

Уравнение неразрывности записывается в интегральной форме так

, (4.9)

где: Q (b_i) – расход воды, проходящий в полосе между урезом, принятым за начало отсчета поперечных расстояний, и i-й линией тока.

 

Стремясь сделать выбор линий тока определенным, вводят условие, чтобы между любой парой смежных линий тока проходил один и тот же расход воды. Это значит, что речной поток делится на целое число N равнорасходных плановых струй. Отношение при этом записывается в виде .

Подставив величину элементарного расхода по уравнению (4.8) в уравнение неразрывности (4.9), будем иметь

. (4.10)

На участках с плавно изменяющимся движением допустимо считать, что продольный уклон не изменяется поперек русла. Такое же допущение можно принять и в отношении коэффициента шероховатости

. (4.11)

Это позволяет вынести множитель из-под знака интеграла в уравнении (4.10)

. (4.12)

Таким образом, в методе плоских сечений распределение расхода по ширине русла зависит только от глубин.

Уравнение (4.12) является расчетным. Неизвестной в нем служит координата b_i. Значения координаты b_i, определяющие границы равнорасходных струй, легко найти в каждом поперечном сечении графическим способом (рис. 4.14). Построив поперечный профиль русла и отвечающий ему график подынтегральной функции h^5/3 =f(b), проводят графическое интегрирование и строят на том же чертеже интегральную кривую

.

 

Рис. 4.14. Построение плана течений на перекате

с капитальной прорезью по способу плоских сечений:

а – расчет распределения расхода по ширине одного из поперечников;

б – построение границ равнорасходных струй; I – V - номера плановых струй

Конечная ордината интегральной кривой равна , т.е. пропорциональна полному расходу. Разделив ее на N равных частей, сносят точки деления на интегральную кривую, а затем на ось b, как показано на рис. 4.14, а. Это и есть границы равнорасходных струй в поперечном сечении. После выполнения расчетов для всех сечений границы струй переносят на план переката и соединяют плавными линиями (рис. 4.14, б). Число N плановых струй берется обычно 3-5.

Расчетные поперечники назначаются в глубоких местах плесовых лощин, на гребнях, на переходах от плесовых лощин к перекатам и от перекатов к плесовым лощинам. Расстояние между сечениями должно быть соизмеримо с шириной русла. Через намеченную прорезь необходимо назначить не менее 4-5 поперечников, крайние из которых, должны проходить через начало и конец прорези. Если расчет проводится для больших наполнений русла, поперечники располагаются по нормалям к оси русла. При расчете для малых наполнений на направление течения сильное влияние оказывает рельеф дна и поперечники следует ориентировать, сообразуясь с этим рельефом так, чтобы они были нормальны к предполагаемому направлению течения.

Метод фрагментов. На участках, где условия плавно изменяющегося движения не соблюдаются, уклон свободной поверхности может изменяться по ширине русла. Для этих случаев К.В. Гришанин предложил разбить поток в плане на фрагменты, в пределах каждого из которых поперечным изменением уклона допустимо пренебречь. Тогда в пределах каждого фрагмента можно применять метод плоских сечений, но предварительно необходимо найти распределение расхода воды между фрагментами.

Простейший пример использования этой идеи дает построение плана течений на разветвленном участке русла. Пусть река делится на два рукава. Уклоны свободной поверхности в рукавах могут сильно различаться. Поэтому сначала следует рассчитать распределение расхода между рукавами, а затем строить планы течений отдельно для каждого рукава.

Метод фрагментов позволяет успешно решить задачу построения плана течений для перекатов с затонской частью, где гипотеза однозначного соответствия между глубинами и элементарными расходами при низких уровнях не выполняется. При малых наполнениях русла, уклоны свободной поверхности в затонской части меньше уклонов в верхней плесовой лощине и, распределяя расходы пропорционально значениям h ^5/3, можно сильно завысить расход, пропускаемый затонской частью.

Деление на фрагменты непосредственно вытекает из общей картины течения: к одному фрагменту относятся верхняя плесовая лощина и напорный скат переката, к другому – затонская часть вместе с тыловым скатом. Граница между фрагментами проходит по гребню перекатного вала (рис. 4.15). Перелив воды через косой перекатный вал приводит к тому, что расход в верхней плесовой лощине вниз по течению убывает, а по затонской части нарастает. Изменение расходов воды по длине фрагментов существенно осложняет задачу распределения расхода между фрагментами.

Рис. 4.15. Фрагменты плана течений на перекате с затонской части

 

Отсчитывая продольные расстояния по криволинейной границе между фрагментами, можем написать следующие условия неразрывности:

(4.13)

(4.14)

 

Индексами I и II обозначены, соответственно, расходы воды в верхней плесовой лощине и в затонской части, a q_r = q_r (l) - удельный расход на гребне перекатного вала. Задача о распределении расхода между фрагментами будет решена, если мы будем знать одну из функций Q_I(l) или Q_II(l) так как другая функция найдется из уравнения (4.14). Интегрируя второе из равенств (4.13), получим

. (4.15)

Вал переката работает при низких уровнях как косой затопленный водослив и, принимая приближенно, что разность отметок свободной поверхности в верхней плесовой лощине и в затонской части сосредоточена над гребнем этого водослива, можем написать следующее выражение для удельного расхода на гребне

(4.16)

 

где: φ – коэффициент скорости;

h_r = h_r (l) – глубина на гребне;

Z_I, Z_II – соответственно отметки свободной поверхности в верхней плесовой лощине и в затонской части.

 

За исключением прибрежных частей перекатного вала перепад уровней на его гребне изменяется мало. В соответствии с соотношением (4.16) это значит, что удельный расход на гребне можно считать пропорциональным глубине h_r. Тогда вместо уравнения (4.15) будем иметь следующее условие пропорциональности

, (4.17)

где: функция ω_r(l) выражает нарастание площади сечения вдоль гребня переката по линии l.

 

Вблизи корыта перекатного вала различие между уклонами свободной поверхности в верхней плесовой лощине и в затонской части сглаживается. Поэтому в проведенном здесь поперечном сечении (сечение С-С на рис. 4.14) расход можно распределить от одного берега до другого пропорционально значениям h^5/3. Это значит, что мы легко можем установить здесь долю расхода, пропускаемую затонской частью Q_II(l_c) = Q_IIc. Используя соотношение (4.17), получаем формулу для расчета расхода воды вдоль затонской части переката

, (4.18)

где: – часть живого сечения на гребне переката, ограниченная координатами l=0 и l=l_c (рис. 4.16).

 

 

Рис. 4.16. Профиль живого сечения на гребне переката с затонской частью

и график нарастания площади сечения вдоль гребня

 

Расчеты при построении плана течений на перекате с затонской частью выполняют в следующем порядке.

1. Делают разбивку расчетных (ломаных) поперечников, начиная с входного сечения 0-0. Проводят линию 0l по гребню переката (см. рис. 4.15). В отношении разбивки поперечников сохраняют силу указания, сделанные для метода плоских сечений.

2. Строят сечение русла по линии гребня от точки l = 0 до точки l = l_c, определяют для ряда значений l площади ω_r и строят безразмерный график нарастания этих площадей (см. рис. 4.16)

.

3. Вычерчивают конечное поперечное сечение С-С и строят для него интегральную кривую

.

4. С помощью интегральной кривой по измеренному на плане переката расстоянию b_IIc от уреза затонской части до гребня переката устанавливают расход воды Q_IIc в конечном сечении затонской части.

5. По формуле (4.18) определяют значения расхода Q_II во всех расчетных сечениях затонской части и затем по формуле (4.14) – значения расхода Q_I в расчетных сечениях верхней плесовой лощины.

6. Задают число N плановых струй и находят расход одной струи Q/N.

7. Вычерчивают все расчетные поперечники и строят для двух фрагментов отдельные интегральные кривые F(b). С помощью интегральных кривых по отношениям Q/NQ_II и Q/NQ_I находят границы плановых струй в расчетных сечениях. Полученные точки переносят на план переката и соединяют плавными линиями.

При большом объеме расчетов целесообразно пользоваться вычислительными машинами. В.М. Селезнев разработал алгоритмы и программы счета на ЭВМ для обоих применяющихся в проектировании прорезей методов построения планов течений – метода плоских сечений и методов фрагментов.