CC BY
6УДК 556.53
Ю.Е. Воронина, к.т.н, доцент, ФГБОУВО «ВГУВТ». 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПЛАНОВОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ ПРОРЕЗИ
Ключевые слова: Скорость потока, судоходная прорезь, местоположение, заноси-мость, направление потока
В статье рассматриваются особенности скоростного режима потока в пределах судоходной прорези. Выполнены исследования по определению наиболее предпочтительного, с точки зрения устойчивости, положения будущей судоходной прорези. Определен оптимальный угол планового расположения прорези.
В некоторых случаях на сложных перекатах типа перекат с затонной частью направление течения не совпадают с направлением прорези.
Обоснование планового расположения прорези сводится к установлению такого ее направления при заданных габаритах, при котором обеспечивается наибольшая сохранность прорези от заносимости. Следует стремиться расположить прорезь так, чтобы, используя энергию самого потока, обеспечить необходимые условия для транспорта наносов в нижнюю плесовую лощину.
Рис. 1. Расчетная схема работы прорези
Рассмотрим поток глубиной И0 и скоростью У0, в котором устроена прорезь глубиной АИ„ , составляющая с направлением течения угол а. Под действием основного потока в прорези возникают две составляющие движения в районе верхней кромки. Коэффициент, определяющий соотношение между скоростью движения в прорези V и скоростью ¥0, обозначим к1.
(1)
Тогда для составляющих направления прорези.
Ух
скоростей можно записать выражения через угол
= ¿.'х ■ Г;, ■ ;
.
(2) (3)
Разность уровней в начале и конце прорези ДИ„ обусловливает дополнительное движение.
Падение уровней на длине прорези АИП может быть выражено через падение уровней основного потока по длине, равной проекции прорези на направление оси потока:
= ' СО 5 ^; (4)
Результирующая скорость движения потока на участке с прорезью с учетом скорости движения основного потока и проекции скорости движения потока в пределах углубляемой части переката из силового треугольника равна:
(5)
Преобразуя формулу (5) с помощью уравнения ¡' = ——; ДЯ = И ; Нп =
С к
получаем:
(6)
где Я„ - гидравлический радиус потока, движущегося по прорези, м; ДИ - падение уровней на длине прорези, м.
Очевидно, что наилучшим расположение прорези в плане будет в том случае, когда У„ является максимальной.
После соответствующих преобразований формула (6) примет вид:
(7)
Полагая, что Нп = к2Дкп и объединяя коэффициент пропорциональности с коэффициентом к], окончательно получим:
соза = к(—г")1,33
К
(8)
ДА - толщина снимаемого слоя, м;
„
А - глубина потока, м;
к2 - коэффициент пропорциональности.
Для исследования полученной зависимости выбрана река Волга ниже Волгограда, где русло находится в не подпорном состоянии.
Расчёт ведётся для разных местоположений судового хода на перекатах с целью определения оптимального положения судоходной трассы с точки зрения заносимо-сти судового хода и объемов дноуглубительных работ. Примеры расположения прорезей представлены на рисунках 2 и 3.
Рис. 2. Варианты расположения прорези на перекате Пшеничный Проран
Рис. 3. Варианты расположения прорези на перекате Поповицкий
Разница в оптимальных углах планового расположения прорези объясняется различием относительных глубин прорезей. Расчетные величины, полученные по целому
ряду перекатов, дают искомую связь к и
С увеличением относительной глубины прорези —— параметр к уменьшается.
Используя полученную связь к = / имеющую гиперболический вид,
можно определить характер изменения оптимального угла расположения прорези к направлению потока при разных её габаритах.
ль. ь.
Рис. 4. Кривая для определения параметра к
Задаваясь различными значениями по графику к = / (—определяется
значение параметра к, а затем по формуле (8) для заданных и к находится угол
расположения прорези к направлению потока а. Нанося полученные таким образом
углы на график, в зависимости от -7-^ определяется искомая связь С( =
Общий анализ этой зависимости показывает, что оптимальное значение угла а возрастает с увеличением отношения глубины прорези к глубине потока. Достигая
некоторого максимума, этот угол при дальнейшем возрастании отношения —— начинает постепенно уменьшаться. Характер кривых имею разную картину, однако точка максимального отношения —— существует для каждого переката. Точке максимума
значения —— =0,2 отвечает а=11° (для переката Пшеничный Проран) и для —— =0,23 - а=25° (для Поповицкого переката).
Рис. 5. Расчётный график для определения планового положения прорези переката Пшеничный Проран
О
0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225
Ahn Л,
Рис. 6. Расчётный график для определения планового положения прорези для Поповицкого переката
Таким образом, плановое расположение прорези на перекате, при котором вероятна наименьшая заносимость, достаточно определенно и зависит от ее габаритов, в первую очередь от глубины. При средней относительной глубине прорези
——- =0,2-0,215 ее следует располагать под углом к потоку 11-25°. Устойчивость более мелких и более глубоких прорезей обеспечивается при меньших углах.
Пользуясь полученными выше зависимостями, необходимо учитывать, что глубины на перекате по длине потока переменны: они постепенно уменьшаются и достигают своего минимума на гребне, а далее опять возрастают. Следовательно, при разработки прорези ее углубление (глубина прорези) также будет иметь переменную величину. Данный метод можно использовать при проектировании капитальных дноуглубительных прорезей для вновь осваиваемых рек, где судовой ход еще не проложен и выбор его местоположения будет основываться как на гидравлических особенностях потока, так и на безопасности будущего движения судов по участку.
Если прорезь достаточно короткая, не превышает двух ширин судового хода -изменение толщины снимаемого слоя по ее длине относительно невелико, то угол расположения прорези в плане можно определять по осреднённой толщине снимаемого слоя. Если же осреднение глубины прорези Ahn по ее длине может дать большую погрешность, то необходимо усреднять значения Ькпср для отдельных участков прорези и по ним определять оптимальные углы планового положения прорези. Далее в зависимости от условий производства дноуглубительных работ, особенностей трассирования прорези с учетом ее плавного сопряжения с верхней и нижней плесовыми лощинами, можно располагать прорезь по осредненному углу. Иначе следует намечать трассу прорези с изломами по длине, если это является единственно возможным вариантом ее расположения.
POSITION OF THE FAIRWAY IN THE SHALLOWS AND CHANGING FLOW RATE AFTER DREDGING WORKS
Y.E. Voronina
Keywords: flow, recess bottom, location, erosion, flow direction.
The article discusses the features of the flow from dredging in the river. The studies to determine the best position of the recess in the river for self erosion. Tests have found the optimum angle of the recess in the river on the position of the flow
