Введение 3
1.Гидравлические сопротивления русел простых форм сечения 6
1.1 Общие положения 7
1.2 Методы оценки гидравлических сопротивлений 11
1.3 Формулы для расчётов коэффициента Шези 16
1.4 Влияние формы сечения на гидравлические сопротивления речных русел 23
2 Гидравлические сопротивления речных русел сложных форм сечения 31
2.1 Взаимодействие руслового и пойменного потоков 31
2.2 Методы расчёта пропускной способности и гидравлических 33
сопротивлений пойменных русел (при взаимодействии потоков в них 33
с пойменными) 33
3. Оценка точности и надёжности исходной информации 38
3.1 Оценка точности максимальных расходов воды при экстраполяции
кривых Q= F(H) 38
3.2 Оценка точности и надёжности таблиц для определения 39
коэффициента шероховатости 39
3.3. Анализ расчётных зависимостей 45
Заключение 50
В технической гидравлике проблема гидравлических сопротивлений практически решена на основе методики предложенной Зегждой-Никурадзе, позволяющей производить расчёты с достаточной для практики точностью. Однако попытки, применения этой методики к речным руслам приводят к очень большим погрешностям расчётов. Поэтому был необходим поиск новых, нетрадиционных, путей решения данной проблемы, на что обращали внимание ряд исследователей, как в нашей стране, так и за рубежом [1].
В последние годы начало успешно развиваться новое направление в разработке методике расчётов сопротивлений речных русел. Оно основано на системном подходе, представляющем речную систему, названную саморегулирующейся системой «бассейн - речной поток - русло», как единое целое. Данная система состоит из двух взаимосвязанных и взаимодействующих между собой подсистем: бассейн и речной поток - русло. В последней подсистеме процесс саморегулирования осуществляется с помощью гидравлических сопротивлений, которые как бы передают необходимые команды на изменения работы отдельных блоков системы. Данное направление интенсивно развивается не только в нашей стране, но и за рубежом, особенно в США [1].
Изучение и создание математической модели природной системы в целом очень сложная задача, решение которой дело ближайшего будущего. В процессе саморегулирования этой системы принимают участие очень большое количество параметров, находящихся в сложной взаимосвязи и взаимодействии и часто подверженных влиянию различных, случайных факторов. Рассмотрим процесс саморегулирования в этой системе, выделив предварительно из неё несколько тесно взаимосвязанных и взаимодействующих блоков: жидкий сток, сток наносов и русловые процессы и их производная форма сечения русла, гидравлические сопротивления, ограничивающие и биотические факторы, и ряд блоков в основном определяющих качество воды. Самостоятельным, приобретающим в последние годы исключительно большое значение, является блок антропогенных факторов.
К сожалению, несмотря на очень длительный период и большое количество исследований по проблеме гидравлических сопротивлений, до сих пор отсутствует методика расчётов гидравлических сопротивлений речных русел. Основной причиной этого, по мнению Н.Б.Барышникова[2], является попытка решения проблемы в отрыве от системы, то есть внесистемный, односторонний подход заранее обречён на неудачу. Если в технической гидравлике достижения вполне ощутимые, то в речной гидравлике положение с проблемой сопротивлений остаётся крайне сложным и часто неопределённым. Поэтому её решение возможно только в переходе к системному подходу оценки гидравлических сопротивлений в сложном комплексе многочисленных взаимодействующих блоков.
Отрыв какого-либо блока из этой подсистемы при рассмотрении проблемы не может дать положительных результатов. Расчёт пропускной способности русел и оценка гидравлических сопротивлений осуществляются в практике на основе формулы Шези, то есть при допущении, что движение русловых потоков равномерное. В этой формуле переход от коэффициента Шези к коэффициенту шероховатости осуществляется с помощью эмпирических формул Маннинга, Павловского и других. Однако,общее гидравлическое сопротивление речных русел является интегральной характеристикой различных видов составляющих его сопротивлений: зернистой шероховатости, донных гряд, формы сечения и других видов гидравлических сопротивлений. Одновременно и сами эти характеристики изменяются во времени и зависят от ряда факторов: расхода воды и наносов, транспортирующей способности потока и ряда других...
Выполненные расчёты и анализ их результатов позволяют сделать следующие выводы и рекомендации:
- практически все таблицы для определения коэффициента шероховатости либо не учитывают, либо недоучитывают влияние глубин на коэффициенты шероховатости. Погрешность расчётов, при их использовании, может достигать нескольких сотен процентов;
- установлено, что максимум значений коэффициента Шези соответствует относительной ширине русла В/Лпримерно равной 25 - 30;
- методика расчётов гидравлических сопротивлений, основанная на таблицах для определения коэффициентов шероховатости, имеет низкую точность и требует дальнейшего совершенствования. Погрешности при этом существенно превышают требуемую точность расчётов;
- подтверждено наличие четырёх типов зависимостей коэффициентов шероховатости и Шези от средних глубин русел;
- наиболее перспективным путём решения проблемы является разработка методики расчётов, основанной на рассмотрении системы бассейн - речной поток - русло, как саморегулирующейся;
установлено, что перегиб кривых С = f(B/h) и n = f(B/h) наблюдается при значении B/h- 50, что существенно отличается от результатов, полученных И.Ф. Карасёвым для каналов и А.В. Симановичем для речных русел.
