Введение 3
1 Общие представления о гидравлических сопротивлениях
речных русел 5
1.1 Понятие о гидравлических сопротивлениях. Формула Шези 5
1.2 Пропускная способность речных русел 8
2 Влияние глубины и шероховатости русла на гидравлические
сопротивления речных русел 10
2.1 Закономерности изменения коэффициента Шези с глубиной 10
2.2 Анализ некоторых формул для расчёта коэффициента Шези 13
2.3 Описание таблиц для определения коэффициентов
шероховатости 16
3 Влияние уклона водной поверхности на
гидравлические сопротивления речных русел 20
3.1 Влияние изменения уклона водной поверхности с
глубиной на изменение коэффициента Шези 20
3.2 Анализ некоторых формул для расчёта коэффициента Шези 22
4 Влияние относительной ширины на
гидравлические сопротивления речных русел 24
4.1 Критерии формы сечения русел 24
4.2 Анализ некоторых формул для расчёта коэффициента Шези 28
5 Статистическая оценка коэффициентов Шези 32
5.1 Анализ натурной информации 32
5.2 Описание методики исследования 33
Заключение 37
Список используемых источников 38
Приложение А -Расчет коэффициента Шези и его погрешности 4
Гидравлические сопротивления речных русел -ключевая проблема речной гидравлики. В гидравлических расчётах обычно сопротивления оценивают через коэффициент Шези на основе уравнения равномерного движения, преобразованного в формулу Шези. К настоящему времени известно более 200 формул для коэффициента Шези. Однако сам выбор формулы не представляется простым даже при самом поверхностном взгляде на тот вопрос. Различные формулы дают при одном и том же значении гидравлического радиуса (средней глубины) и параметра шероховатости различные значения С. При более глубоком изучении вопрос оказывается ещё боле сложным.
Подлинно теоретическое выражение для коэффициента С, точно так же, как и закон распределения продольных скоростей по поперечному сечению потока, в настоящее время не могут считаться установленными. Поэтому на современной стадии науки приходиться довольствоваться лишь интегральной оценкой всего сопротивления потока по эмпирическим данным.
Существующие формулы можно классифицировать по-разному. Так Д.Е. Скородумов [21] выделяет три группы:
• эмпирические;
• полуэмпирические;
• не содержащие коэффициент шероховатости.
Позднее предлагались другие классификации.
Предложено достаточно большее количество формул для вычисления коэффициента С. Сам факт их изобилия свидетельствует о неустойчивости взглядов и оценок в этой области. Практически все формулы обладают недостатками, многие из которых удаётся обойти.
Сложность задачи не позволяет провести всесторонний анализ. Поэтому в работе затронуты только основные положения и направления исследований гидравлических сопротивлений.
Цель выпускной работы - провести статистическую оценку коэффициента Шези, а именно, рассчитать среднюю относительную погрешность, по 16 известным формулам.
В ходе выполнения поставленной цели, будет выполнено ряд задач, а именно:
1. Выполнить анализ исходных данных и отобрать не менее 400 из-меренных расходов воды для репрезентативного ряда.
2. Провести сравнение полученных значений погрешностей по различным формулам.
3. Дать рекомендации по использованию для оценки коэффициентов Шези формул с наименьшими погрешностями.
4. Провести сравнение полученных значений погрешностей по различным формулам.
5. Выполнить сравнение формул по группам (включающие коэффициент шероховатости; включающие уклон; включающие относительную ширину)
В результате выполненной работы можно сделать следующие выводы:
• Установлено, что формулы, содержащие коэффициент шероховатости в совокупности, показывают лучшие результаты, нежели формулы без коэффициента шероховатости или включающие дополнительные характеристики.
• Определены формулы (из широкоиспользуемых) рекомендуемые для оценки коэффициента Шези и формулы, требующие усовершенствования.
• Количественная оценка показала, что формулы, выведенные из некоторых теоретических предпосылок и включающие дополнительные параметры (например, В/Л) могут рекомендоваться в качестве расчётных.
• Установлено, что коэффициент шероховатости, как интегральная характеристика, является более информативной, чем другая интегральная характеристика - уклон водной поверхности. Это объясняется тем, что, используя одинаковые подходы (осреднение в пучке кривых), но разную структуру зависимостей (МаннингС(Л)), а (Альтшуль 1973 г (С(1))), авторы получили расхождение в 10%.
• Показана важность и необходимость более глубокой статистической оценки предлагаемых формул и методик. В связи с чем целесообразно разработать соответствующие лимитирующие диапазоны погрешностей.
1. Альтшуль А.Д. Сравнение формул без коэффициентов шероховатости для определения средней скорости течения воды в реках. Гидротехническое строительство. №1.-1973.-с.41-42.
2. Барышников Н.Б. Попов И.В. Динамика русловых потоков и русловые процессы.-Л.: Гидрометеоиздат .-1988.-455с.
3. Барышников Н.Б. Руководство к лабораторным работам по динамике русловых потоков и русловым процессам.-Л.: Гидрометеоиздат .- 1991.-224с.
4. Боровков В.С. Русловые процессы и динамика речных потоков на урбанизированных территориях. Л.: Гидрометеоиздат.-1989.-286с.
5. Великанов М.А. Динамика русловых потоков. Т.1. Структура потока. М.: Гостехтеориздат.-1954.-323с.
6. Горбачёв П.Ф. Формулы скорости течения жидкости.- М. Л.: Стройиздат. -193 6.-168с.
7. Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков. Л.: Изд-во ЛГМИ.- 1962.-
374с.
8. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков.-Л.: Гидрометеоиздат 1979.-312с.
9. Железняков Г.В. Теория гидрометрии. Л.: Гидрометеоиздат .-1976.¬343с.
10. Железняков Г.В. Пропускная способность русел каналов и рек.-Л.: Гидрометеоиздат .-1981.-311с.
11. Карасёв И.Ф. Русловые процессы при переброске стока.-Л.: Гидрометеоиздат .-1975.-288с.
12. Карасёв И.Ф. Речная гидрометрия и учёт водных ресурсов.-Л.: Гидрометеоиздат .-1980.-311с.
13. Карасёв И.Ф., Коваленко В.В. Стохастические методы речной гидравлики и гидрометрии.-СПб.: Гидрометеоиздат .-1992.-208с.
14. Караушев А.В. Проблемы динамики естественных водных потоков. Л.: Гидрометеоиздат .-1960.-392с.
15. Маастик А.А. Исследование сопротивления движению воды в открытых призматических руслах.-Тарту.:Эстонская с/х академия,-1959.- 29с.
16. Маккавеев В.М. Распределение продольных и поперечных скоростей в открытых потоках. Тр.ГГИ, вып.2(56).-1947.
17. Маккавеев В.М. О структуре граничного слоя турбулентного потока.-Тр.ЛИИВТ.-1957, вып.24.-с.З-11.
18. Павловский Н.Н. Гидравлический справочник.-М.:Энергоиздат.- 1937.-892с.
19. Сергутин В.Е., Радюк А.Л. О морфометрии русел и сечении каналов. - Красноярск.: Изд-во Красноярского ун-та.-1984.-151с.
20. Скородумов Д.Е. Гидравлические основы экстраполяции кривых расходов до высших уровней.-Тр.ГГИ, вып.77.-1960.-с.З-44.
21. Скородумов Д.Е. Вопросы гидравлики пойменных русел в связи с задачами построения и экстраполяции кривых расходов воды.-Тр.ГГИ,вып.
128.-1965.-c.3-96.
22. Спицын И.П., Соколова В.А. Общая и речная гидравлика.-Л.: Гидрометеоиздат .-1990.-359с.
23. Срибный М.Ф. Формула средней скорости течения рек и их гидравлическая классификация по сопротивлению движения.- в сб. Иссл-я и компл. Испол. Вод.ресурсов.-М.:АН СССР.-1960.-с204-220.
24. Форхгеймер Ф. Гидравлика.-Пер.с нем.-М.:Мир.-1972.-615с.
25. Чоу В.Т. Гидравлика открытых каналов.-Пер. с англ.-
М.:Госстройиздат, -1969.-464с.
26. Чугаев Р.Р, Гидравлика. Л.:Энергоиздат.-1982.-672с.