Исследование экологического состояния участка реки и анализ русловых переформирований

3)(y1/h) = V0,4 = [(1,53 * 37,4822 * 0,34 * 1,91) / (9,8 * 2250)] * (0,4)0,15 * [(0,4)0,3 – 0,80] = -0,002 м/с

4)(y1/h) = V0,6 = [(1,53 * 37,4822 * 0,34 * 1,91) / (9,8 * 2250)] * (0,6)0,15 * [(0,6)0,3 – 0,80] = 0,003 м/с

5)(y1/h) = V0,8 = [(1,53 * 37,4822 * 0,34 * 1,91) / (9,8 * 2250)] * (0,8)0,15 * [(0,8)0,3 – 0,80] = 0,008 м/с

6)(y1/h) = V1,0 = [(1,53 * 37,4822 * 0,34 * 1,91) / (9

,8 * 2250)] * (1,0)0,15 * [(1,0)0,3 – 0,80] = 0,0126 м/с

Строим эпюру скоростей течения от действия центробежной силы (см. рис. 8.3: а).

8.3 Исследование влияния на речной поток отклоняющей силы вращения Земли

Из теоретической механики известно, что всякое тело, движущееся по поверхности Земли с некоторой скоростью, испытывает ускорение, называемое кориолисовым.

В северном полушарии сила Кориолиса направлена вправо под прямым углом к движению тела, а в южном – влево. Под её действием в реках северного полушария частицы воды отклоняются к правому берегу и создают превышение уровня воды у правого берега по сравнению с левым, а в южном-наоборот. Что, в свою очередь, приводит к возникновению в северном полушарии поперечной циркуляции с направлением поверхностных слоёв воды к правому берегу, а донных-к левому. Совместно с продольным течением жидкости поперечная циркуляция образуется в потоке спиралеобразное движение. В северном полушарии циркуляция направлена по часовой стрелке, если смотреть по течению, и осуществляется как на прямолинейных участках русла, так и на поворотах. На поворотах русла влево она складывается с циркуляцией, вызываемой центробежной силой, а на поворотах вправо она уничтожается, ослабляя действие более мощной циркуляции, имеющей противоположное вращение и возникающей под действием центробежной силы.

Рассматриваемая поперечная циркуляция наиболее интенсивно проявляется на больших реках в период половодья, так как и скорости течения и масса воды в этот период наибольшие.

Поверхность воды на прямолинейном участке потока устанавливается нормально к равнодействующей силы Кориолиса и силы тяжести.

Iк = (0,0001456 * Vср * sin) / g,

где - географическая широта, на которой расположен исследуемый участок реки, в град. (в нашем случае = 63° С. Ш.).

Iк = (0,0001456 * 0,34 * sin63°) / 9,8 = 0,0000045

Превышение уровня воды у вогнутого берега над выпуклым определяется произведением поперечного уклона на ширину русла:

H = Iк * B,

где B – ширина русла, м

H = 0,0000045*250=0,001125

Для определения поперечной составляющей Vк скорости (на вертикали), возникающей под действием силы Кориолиса, К. И. Россинский и И. А. Кузьмин предложили следующую формулу

Vк = (2,65 * w * С2 * h * sin) * (y1/h)0,15 * [(y1/h)0,65 – 0,89], м/с,

где w – угловая скорость вращения Земли, выраженная в радианах в секунду

(w = 2 * p / (24 * 3600) = 0,0000728 рад/с)

1) (y1/h) = V0,02 = (2,65 * 0,0000728 * 37,4822 * 1,91 * sin63°) * (0,02)0,15 * [(0,02)0,65 – 0,89] = -0,194 м/с

2) (y1/h) = V0,2 = (2,65 * 0,0000728 * 37,4822 * 1,91 * sin63°) * (0,2)0,15 * [(0,2)0,65 – 0,89] = -0,183 м/с

3) (y1/h) = V0,4 = (2,65 * 0,0000728 * 37,4822 * 1,91 * sin63°) * (0,4)0,15 * [(0,4)0,65 – 0,89] = -0,127 м/с

4) (y1/h) = V0,6 = (2,65 * 0,0000728 * 37,4822 * 1,91 * sin63°) * (0,6)0,15 * [(0,6)0,65 – 0,89] = -0,069 м/с

5) (y1/h) = V0,8 = (2,65 * 0,0000728 * 37,4822 * 1,91 * sin63°) * (0,8)0,15 * [(0,8)0,65 – 0,89] = -0,013 м/с

6) (y1/h) = V1,0 = (2,65 * 0,0000728 * 37,4822 * 1,91 * sin63°) * (1,0)0,15 * [(1,0)0,65 – 0,89] = 0,047 м/с

По полученным данным Vпоп и Vк строим эпюры Vпоп и Vк и суммарную эпюру поперечной циркуляции (от действия сил центробежной и Кориолиса) (см. рисунок 8.3).

8.4 Определение расхода воды и расхода взвешенных наносов в поперечном сечении русла

Для верхнего сечения исследуемого участка определяется расход воды и расход взвешенных наносов аналитическим методом.

Порядок выполнения работы:

1) Вычисляются скорости течения воды в каждой из пяти точек на пяти скоростных вертикалях и определяются средние скорости на каждой вертикали ( см. таблицу 8.1.)

n - число оборотов лопасти вертушки в 1 секунду

n = N / t, об/с, где:

N – сумма оборотов лопасти вертушки, об

t – время измерения, с

Вычисляются скорости во всех точках на вертикалях по уравнению вертушки

v = a + b * n, м/с, где:

a и b – коэффициенты уравнения вертушки (a = 0,036; b = 0,755)

Средняя скорость на каждой вертикали вычисляется по формуле

Vср = 0,1 * (Vпов + 3 * V0,2 + 3 * V0,6 + 2 * V0,8 + Vдно), м/с

2) Производится аналитическое вычисление расхода воды и площади живого сечения (по таблице 8.2)

Средние скорости течения между вертикалями определяются

viср. = (vср. i-1 + vср. i) / 2,

где vср. i-1 + vср. i – средние скорости на смежных вертикалях.

При этом для первой и последней частей живого сечения средняя скорость определяется умножением средней скорости на ближайшей вертикали на коэффициент, учитывающий распределение скоростей течения у берегов (в нашем случае принимаем коэффициент за 0,7).

Расходы воды через части живого сечения вычислим по формуле

qi = wi * viср., м3/с.

Общий расход воды определяется по формуле

Q = , м3/с.

Общая площадь живого сечения определяется по формуле

W = , м2.

3) По полученным данным дополнительно вычислим:

а) среднюю скорость в живом сечении

Vср. = Q / W, м/с

б) среднюю глубину живого сечения

hср. = W * B, м,

где B – ширина русла.

Вычисление расхода взвешенных наносов аналитическим способом:

Порядок выполнения:

1) Определяются мутность и единичные расходы взвешенных наносов в каждой точке отбора проб, затем вычисляются аналитическим способом средние единичные расходы наносов на каждой вертикали. При этом принимается, что пробы на мутность отбирались в тех же точках, в которых проводилось измерение скоростей течения. Вычисления производятся в таблице 8.3.

Величины мутностей в точках отбора проб r определяются делением весового количества наносов на объём пробы

, г/м3,

где P – вес наносов, г;

А – объём пробы, см3.

Единичные расходы наносов в точках вычисляются по формуле:

= v * , г/(м2*с),

 Скачать реферат