§ 40. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ОТВЕРСТИЙ ПРИ
ПЕРЕМЕННОМ ПОДПОРЕ
Переменный подпор создается на переходах,
находящихся в подпоре других рек или плотин, расположенных ниже
перехода.
Для установления, находится ли проектируемый переход в зоне подпора от
плотины или от другой реки, производят морфометрические и
гидрометрические работы на обеих реках.
Необходимо различать три характерных случая пересечения реки трассой
дороги:
выше по течению от места ее слияния с другой рекой или притоком (рис.
VIII-17, а);
ниже места слияния с притоком (рис. VIII-17, б); выше слияния основной
реки и ее притока в непосредственной близости от этого места (рис.
VIII-17, в).
В первом и третьем случаях при паводках подпорные явления наблюдаются;
во втором случае они отсутствуют, хотя гидрограф паводка зависит от
водности притока. При расположении плотины ниже перехода подпорные
явления могут наблюдаться и во втором случае. В условиях подпора
мостовые переходы могут находиться не только в устьевых участках
притоков, но и в устьевых участках рек при их впадении в озера, моря и
океаны.
Расчет сооружений мостовых переходов, работающих в подпоре, производят
на основании использования уравнения баланса расходов в створе перехода.
В случае двух раздельных зон аккумуляции и наличия
длительных гидрометрических наблюдений в створах двух мостов (см. рис.
VIII-17, в) оценку расчетных интенсивностей подъема и спада воды при
накоплении и опорожнении производят по самостоятельным гидрографам,
построенным для створов каждого моста.
Расчет отверстий мостов на главной реке и притоке производят по
(VII1-53) и (VII1-54) относительно каждого моста.
Разделение зон аккумляции при недостаточности
гидрометрических данных производится морфометрически по продольному
профилю трассы дороги и линии предполагаемого водораздела. В случае
отсутствия затапливаемого водораздела граница зон аккумуляции для
каждого моста определяется по ситуационным признакам с учетом возможной
погрешности в ее установлении.
Работа отверстий мостов в условиях переменного подпора характеризуется
определенным направлением течения воды в расчетном створе. При
незначительной величине расхода притока в период наполнения зоны
аккумуляции под действием подпора со стороны главной реки под мостом
может возникнуть обратное течение. Скорость течения будет определяться
размером отверстия моста.
При значительной величине подпора в период наполнения, но при проходе
максимального расхода притока под мостом возникает прямое движение воды
вниз по руслу. Эти явления легко можно проследить, анализируя уравнения
(VIII-51) и (VIII-52).
Расчет отверстия моста при переменном подпоре производится на те
величины расходов, которые вызывают наиболее напряженные условия работы
проектируемого моста.
Поэтому на каждом мостовом переходе, работающем при переменном подпоре,
определение расчетного расхода должно быть произведено путем
рассмотрения возможных условий работы моста:
совпадение расчетного паводка с накоплением зоны аккумуляции;
совпадение расчетного паводка с периодом опорожнения;
свободное прохождение расчетного паводка.
Расход, вычисленный по уравнению (VII1-55), должен
отвечать расчетному гидрографу в створе моста.
На притоках в большинстве случаев наблюдается совпадение пика паводка с
накоплением зоны аккумуляции и несовпадение с периодом опорожнения.
Поэтому необходимым является определение расхода на дату начала
опорожнения, которая совпадает с максимумом паводка на главной реке.
Расчетные расходы на любой промежуток времени определяют путем
построения расчетного гидрографа.
Определение максимальных ординат гидрографа производится путем
статистической обработки данных многолетних наблюдений за ежегодными
максимумами расходов раздельно для главной реки и притока. В ряде
случаев возникает необходимость переноса данных наблюдений с одного
водпоста на другой и на створ перехода.
Построение кривых спада и подъема производят по модели самого
характерного паводка из серии наблюденных, а при их отсутствии — по
методу Д. Л. Соколовского.
Совпадение или несовпадение расчетного паводка на притоках с периодами
накопления и опорожнения устанавливается путем анализа серии наблюденных
гидрографов, а при их отсутствии — по времени добегания. При наличии
многолетних наблюдений разница во времени между максимумами гидрографов
на главной реке и притоке может быть оценена статистическими расчетами.
Площадь построенного гидрографа должна соответствовать расчетному объему
паводочного стока. При значительных расхождениях необходимо произвести
дополнительную корректировку отдельных частей гидрографа.
Расчетный расход притока воды в период накопления независимо от
расчетного случая принимается равным максимальному расходу заданной ВП.
Расчетный расход притока воды в период опорожнения принимается на
главной реке равным максимальному расходу заданной ВП, а на притоке —
величине расхода, соответствующей максимальной ординате суммарного
гидрографа. С этой целью производится построение гидрографа притока и
совмещение его с суммарным гидрографом в устьевой точке.
Определение расчетных интенсивностей подъема и спада воды производится
по графику колебаний уровней воды. Построение графика колебаний уровней
производят по данным многолетних наблюдений. При отсутствии многолетних
данных для ориентировочных соображений может быть рекомендовано
построение схематического графика колебаний уровней.
Максимальной точкой графика можно считать расчетный горизонт подпертой
воды; минимальной — уровень, при котором начинается заполнение зоны
аккумуляции. В ряде случаев таким уровнем является отметка выхода воды
на пойму.
Время подъема и спада уровней устанавливают по расчетному гидрографу по
величинам расхода, соответствующим максимальному и минимальному уровням,
как разность дат их появления.
При наличии многолетних данных время подъема и
спада может быть определено путем статистической обработки выборок,
составленных из ежегодных величин этих характеристик, определяемых как
разность времени появления максимума и времени начала затопления зоны
аккумуляции.
В условиях переменного подпора происходит изменение
режима движения наносов. Уменьшение бытовой транспортирующей способности
водного потока соответствует расчетным скоростям менее бытовых, а -при
отсутствии транспорта, наносов русловые скорости становятся равными или
менее неразмывающих.
При расчете по формуле (VIII-57) необходимо
отыскание такого сочетания расчетных факторов, при котором глубина
общего размыва достигнет максимальной величины.
При частичном движении наносов в русле, которое возникает при
положительном течении, глубина общего размыва определяется по формулам §
36.
Расчет по этим формулам производится в том случае, если при максимальном
подпорном уровне русловая скорость оказывается больше, чем неразмывающая.
Такие случаи часто возникают при определении отверстия моста на главной
реке (см. рис. VIII-17, в).
На притоках такой расчет производят только в указанном выше случае.
Воронку местного размыва рассчитывают в соответствии с методами расчета,
изложенными в гл. IX.