Мостовая гидрология. Задачи гидрологических и гидравлических расчетов водопропускных труб и мостов. - раздел Философия, Конспект лекций по курсу Гидрология Специальности: Мосты и транспортные тоннели 1. Мостовая Гидрология– Дисциплина, Изучающая Вопросы Гидрол...
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 возможнойводопропускной 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 потребнойВС, 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.
Все темы данного раздела:
Предмет гидрологии
Гидрология– наука, изучающая гидросферу, её свойства, процессы и явления, связанные с поверхностными водами. протекающие в ней во взаимосвязи с атмосферой, литосферой и биосферой.
Распределение и круговорот воды на Земле
В Мировой океанесодержится 1340*106 км3 воды. Поверхность Океана – 71% от общей площади Земли. Таким образом, если воду Океана равномерно распределить по всей
Водный баланс
Для оценки круговоротов воды используется метод водного баланса,который является частным случаем закона сохранения вещества в природе. Он основан на очевидном свойстве: разность ме
Водные ресурсы и водообеспеченность
В общем виде водными ресурсами называют воды Земли, пригодные для использования человеком в процессе его жизнедеятельности.
К ним относят относят все воды на Земном шаре, за исключением во
Гидрографическая сеть суши
Вода, поступающая на поверхность земли в виде осадков, талой воды или выходящая из подземных источников, собирается в понижениях рельефа и стекает под действием силы тяжести, образуя отдельные стру
Основные элементы речных систем
Рекойназывают водный поток сравнительно больших размеров, текущий в разработанном им русле и питающийся за счет поверхностного (склонового) и подземного стока.
Совокупност
Тип питания рек. Фазы водного режима
Питание рек происходит поверхностными и подземными водами. Поверхностное питание в свою очередь подразделяется на снеговое, дождевое и ледниковое.
Снеговоепитание рек обус
Гидрограф стока
Общее представление о гидрологическом режиме реки даёт гидрограф стока – хронологический график изменения расхода воды в течение года или сезона в данном конкретном створе водотока
Характеристики и факторы стока
Основными характеристиками гидрологического режима водотоков, которые наиболее часто используются в практических целях, являютсяречной сток и уровни воды.
Для характеристи
Связь расходов и уровней воды
Между расходами и уровнями воды в реке существует достаточно тесная связь. Кривую этой связи называют кривой расходов воды (рис.7).
Рис. 7. Кривые расходов (1), площад
Ледовый режим рек
Значительное влияние на работу ГТС на территории России оказывает ледовый режим водного объекта. Поэтому его необходимо учитывать при их проектировании и эксплуатации.
Весь зимний период р
Мониторинг состояния водных объектов
При проектировании и эксплуатации ГТС: системы водоснабжения и водоотведения, мостовые переходы, водопропускные сооружения и пр., необходимо располагать определенным объемом информации о состоянии
Основы гидрологических расчетов
На любом водном объекте (река, озеро, водохранилище, болото и т.д.) происходят постоянные изменения уровня и стока воды, её температуры и химизма, режима наносов, русловых деформаци
Характеристик. Расчеты стока воды
1. Принципы формирования стока талых и дождевых вод со склонов водосбора в гидрографическую сеть можно представить в виде схем взаимодействия элементов водного бала
Гидрологических характеристик
На практических занятиях даются понятия о расчетных гидрологических характеристиках (РГХ). В зависимости от наличия данных наблюдений за расходами и уровнем воды в реках для определения РГХ применя
Максимальные расчетные расходы воды
Максимальным расчетным расходом воды (Qp%) называется расход воды, на пропуск которого рассчитываются размеры плотин, мостов и труб. Расчетная вероятность превышения этого расхода Р% зависит от кап
Максимальные расходы дождевых паводков
Для площадей водосбора в тундровой или лесной зонах более 200 км2 расчеты ведутся по редукционной формуле 1 типа (СП):
Qp% = q200 * (200 / F)n
Внутригодовое распределение стока воды
Для решения большинства практических задач недостаточно определить объемы (слои) стока за год, половодье или паводок. Необходимо знать распределение стока внутри года, и прежде всего, в наиболее кр
Минимальный сток
Минимальным стоком называется сток, который проходит в реках в летне-осеннюю и зимнюю межень, когда река переходит на грунтовое питание, а поверхностный сток прекращается.
В тундровой и ле
Расчетные гидрографы стока воды
Расчетные гидрографы (РГ) стока необходимы для проектирования водохранилищ, в расчетах отверстий при пропуске высоких вод, при затоплении пойм и лиманов и др.
Форма расчетных гидрографов п
Воды в реках.
1. Закономерности движенияводы в реках изучаются гидравликой и гидромеханикой.
Вода двигается под действие силы тяжести. Скорость течения зависит от величины составляющей
Движение паводочной волны
Установившейся режим движения воды в реках нарушается при резком увеличении притока воды, например, в период половодья, паводков и попусков из водохранилищ. В этих случаях происходит формирование п
По живому сечению реки
В реках имеет место развитое турбулентное движение воды, в связи с чем наблюдается пульсация скоростей.
Скорость в точке потока (актуальную) можно представить в виде суммы осредненной скор
Циркуляция воды в руслах рек
В руслах рек существует три вида течения: верховое, сходящееся, клинообразное и низовое, расходящееся.
Классическая форма циркуляции на прямых участках имеет вид (рис.17).
Причино
Основные положения
Сток воды в большинстве рек РФ внутри года и в многолетнем разрезе распределяется неравномерно. Свыше 70…80% стока приходится на многоводный период прохождения половодья и паводков, продолжительнос
Водохозяйственные балансы
Задачи эффективного использования водных ресурсов и регулирования стока должны решаться только на основе составления водохозяйственных балансов (ВХБ) по бассейнам рек, районам и регионам РФ.
Основы расчета водохранилищ
Основными характеристиками водохранилищ являются (рис. 19):
По уровню воды – НПУ, ФПУ, УМО.
По объему воды:полный объем – V ( НПУ – дно ), полезн
Диспетчерский график водохранилища
В период эксплуатации ни одно из ВДХ не работает в режиме постоянной отдачи. В многоводные периоды и годы образуются излишки воды, которые сбрасываются из ВДХ. В маловодные годы и периоды неизбежно
Противопаводковые водохранилища
Выше были рассмотрены основные методы расчета запасных водохранилищ сезонного и многолетнего регулирования стока.
ЗадерживающиеВДХ, как отмечено выше, слу
Структура речного русла
Русло в плане имеет, как правило, извилистую форму. По генезису различают два вида речных извилин:
Орографические. Обусловлены наличием в русле каких либо местных сопротивлений, например,
Твердый сток
Энергия потока расходуется на преодоление сопротивления со стороны дна и берегов, а также на размыв и перенос грунта со склонов водосбора в водоприемник. Уровень воды в водоприемнике представляет д
Русловые процессы и их типизация
Русло управляет потоком и формирует поле скоростей, а поток в свою очередь влияет на форму своего русла, производит размыв и намыв наносов, создает себе русло, отвечающее его скоростному полю. Тако
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 пар
Морфометрические работы
При отсутствии или недостаточности данных по стоку и уровнями воды в створе проектируемого МП проводят морфометрические работы. Их цель – установить значения РГХ на основании данных измерений попер
С водомерных постов в створ МП
В случае расположения водомерного поста в непосредственной близости от створа МП, перенос уровней Нр% (Нн%) с поста в створ МП производят по уклону водной поверхности в паводок, т.е.: Нр% (МП) = Нр
Мостовых переходов
Согласно указаниям СНиП 2.05.03 – 84. Мосты и трубы. М., 1996 г. отверстия МП рассчитываются на пропуск расчетного расхода 1% или 2% вероятности превышения Qр% при расчетном уровне воды той же веро
По балансу наносов
Расчеты основаны на совместном решении уравнений неразрывности потока, баланса наносов и формул для определения расхода влекомых наносов.
Дифференциальное уравнение баланса наносов в створ
Основные регуляционные сооружения (РС) МП
Предназначены для регулирования водных потоков, пересекаемых дорогой, в т.ч. мостовыми переходами. С этой целью у МП возводят комплекс сооружений, которые должны обеспечить плавный ввод пойменного
И срезка грунта
Как известно, водопропускная способность МП зависит от формы поперечного сечения под мостом. В большинстве случаев форма живого сечения потока под мостом занимает промежуточное положение от треугол
Основы гидрометрии
При проектировании и эксплуатации ГТС, включая, системы водоснабжения и водоотведения, мостовые переходы, водопропускные сооружения и пр., необходимо располагать определенным объемом информации о с
Плотины
Плотины – водоподпорные ГТС, перегораживающие водоток и его долину и служащие для создания запасов воды в запасных водохранилищах или же для снижения максимальных расходов воды в реке (противопавод
Критические
Wв - при ФПУ
Wф - при нарушении работы противофильтрационных
устройств
Wс - сейсмическое воздействие
В зависимости от величин и сочетания всех ук
Грунтовые плотины (ГП).
ГП возводятся из местного грунта или из грунтов ближайших карьеров.
К преимуществам ГП можно отнести:
а) невысокую стоимость строительного материала – грунта,
б) возможно
Водопропускные сооружения (ВПС)
ВПС предназначены для пропуска воды из ВБ водохранилища в НБ.
По назначению различают следующие виды ВПС:
а) водосброс – ГТС, предназначенное для сброса воды во избежания переполн
Системы водоснабжения
В результате ИГИ на стадии обоснования инвестиций в строительство систем водоснабжениядолжна быть дана оценка:
водного объекта, выбранного в качестве исто
Системы водоотведения
Инженерно-гидрометеорологические изыскания для обоснования инвестиций в строительство системводоотведенияи прежде всего выпусков сбросных вод с УТ должны предусмат
Новости и инфо для студентов