Определение расходов и уровней воды требуемой вероятности превышения

Содержание

Содержание. 1

Введение. 2

Исходные данные к выполнению курсовой работы.. 3

1. Расчет зависимости расхода водотока от уровня воды в створе водомерного поста. 4

1.1. Построение морфоствора. 4

1.2. Расход водотока. 4

2. Определение расходов и уровней воды требуемой вероятности превышения. 7

3. Определение величины расчетного судоходного уровня. 13

4. Определение отверстия моста. 15

4.1. Определение пределов варьирования отверстия моста. 15

4.2. Определение схемы моста. 19

5. Расчет линии дна под мостом после общего размыва. 20

6. Проектирование продольного профиля дороги в пределах мостового перехода. 24

6.1. Определение минимальной отметки проектной линии в пределах судоходных пролетов 24

6.2. Определение минимальной отметки проектной линии в пределах несудоходных пролетов 24

6.3. Определение минимальной отметки проектной линии на пойме. 26

6.4. Определение положения проектной линии продольного профиля трассы дороги в пределах мостового перехода. 27

Список использованной литературы.. 28

Введение

Проект новой железнодорожной линии - это комплекс экономических и технических документов, включающих описание, расчёты, чертежи и обоснование принятых решений по всем железнодорожным сооружениям и устройствам.

Железные дороги являются важным элементом единой транспортной системы страны. Они выполняют громадный объем перевозочной работы, обеспечивая надежные и экономичные транспортные связи между главными экономическими районами и центрами страны. На долю железных дорог приходится более половины общего грузооборота и более трети пассажирских перевозок. Поэтому их развитию придается большое значение.

Изыскания и проектирование железных дорог – область транспортной науки, изучающая методы инженерных изысканий для сбора и обработки информации о районе проектирования и разработки на ее основе комплексных научно обоснованных проектов строительства новых и реконструкции действующих железных дорог.

Составление проекта новой железнодорожной линии – сложное дело, требующее больших знаний, опыта, времени, усилий целого проектного коллектива. Поэтому выполнение задания требует не только знаний по отдельным разделам специального курса, но и необходимость творческого подхода к решению поставленных задач.

Одной из важнейших задач при проектировании мостовых переходов
является выбор таких расчетных характеристик половодий и паводков, при
котором будут обеспечены нормативные требования по безопасности и
бесперебойности движения поездов на мосту и подходах к этим сооружениям. Иными словами, отверстие мостового перехода должно обеспечивать свободный пропуск максимального расхода воды, а положение проектной линии дороги в пределах мостового перехода - обеспечивать незатопление пойменной насыпи с обеспечением требуемого запаса и необходимое возвышение низа пролетных строений в пределах моста над максимальным и расчетным уровнями воды, уровнем высокого ледохода, а в судоходных пролетах обеспечить необходимый подмостовой габарит над расчетным судоходным уровнем.

Гидрологическими характеристиками водотока, положенными в основу определения размеров сооружений перехода, являются расчетные значения максимальных (на пике паводка) расходов Qр% и уровней Hр% воды – т.е. важнейшие характеристики паводков.

В данном разделе комплексного курсового проекта определим расчетные значения максимальных расходов Qр% и уровней Hр% воды, а также значение расчетного судоходного уровня (РСУ) для створа стационарного водомерного поста и перенести эти значения на створ мостового перехода.

Исходные данные к выполнению курсовой работы

Вариант № 14

Цель работы - получить практические навыки определения параметров мостового перехода через большой водоток.

1. Учебная карта №64м лист №1;

2. Категория проектируемой железной дороги – II;

3. Расчетная скорость ветра – 30м/с;

4. Класс реки – 7;

5. Расчетная продолжительность навигации – 120 суток;

6. Коэффициенты шероховатости:

- в русле – 0.050;

- на правой пойме – 0.060;

- на левой пойме - 0.070;

7. Тип грунта, слагающего русло – песок;

8. Средний диаметр частиц грунта – d = 1.80мм;

9. Глубина воды в реке – 4.0м;

10. Пологость волны – 10;

11. Глубина реки в акватории – 2.6м;

12. Глубина заложения фундамента – 2.5м;

13. Коэффициент заложения откоса – m = 2;

14. Высота опорной части – 0.60м.

Расчет зависимости расхода водотока от уровня воды в створе водомерного поста

Построение морфоствора

Составление морфоствора, для удобства дальнейшей работы, выполняется в масштабах:

- горизонтальный – 1 : 10000 (1 км = 10 см);

- вертикальный – 1 : 200 (1 м = 0,5 см).

Расход водотока

Расход водотока Qi, м3/с, при любом рассматриваемом уровне воды Hi, определяется суммирования расходов на всех выделенных участках морфоствора, (в курсовом проекте суммируются расходы на трех участках морфоствора: в главном русле и на поймах).

, (1)

где - площади, м², живых сечений соответственно, главного русла, правой и левой пойм, определяются по профилю морфоствора при уровне воды Hi путем суммирования элементарных площадей треугольников и трапеций;

- средние скорости течения воды, м/с, соответственно в главном русле, на правой и на левой поймах, при уровне воды Hi.

Средняя скорость течения в русле реки или на пойме определяется по эмпирической формуле:

, (2)

где n – коэффициент шероховатости, для каждого участка морфоствора;

- средняя глубина воды на участке морфоствора при уровне воды Hi, м;

Ii - уклон водной поверхности реки при рассматриваемом уровне воды Hi.

Средняя глубина воды , м, на участке морфоствора при рассматриваемом уровне воды Hi определяется по формуле:

, (3)

где – площадь живого сечения, м², соответствующего участка морфоствора при уровне воды Hi;

- ширина разлива воды, м, в пределах соответствующего участка морфоствора при уровне воды Hi. (см. рис. 1).

Уклон водной поверхности реки Ii при рассматриваемом уровне воды Hi, определяется по формуле Б.Ф.Снищенко:

, (4)

где – средний уклон долины водотока, принимаемый равным 0.0003.

Расчет зависимости Q(H) следует выполним в табличной форме, расположив уровни воды в порядке возрастания отметок от УМВ (первая строка табл. 1) до максимального из наблюдавшихся УВВ. В последней строке таблицы произведен расчет для уровня, который превышает самый высокий из наблюдавшихся на 2 – 3 м.

По данным табл. 1 строятся зависимости Q(H) для каждого из рассматриваемых участков (главное русло, правая и левая поймы) и для всего морфоствора в целом. Пример таких зависимостей приведен на рис. 2.

Определение расходов и уровней воды требуемой вероятности превышения

Нормы проектирования мостовых переходов регламентируют расчетные значения основных гидрологических характеристик пересекаемого водотока – максимального расхода Q и соответствующего ему уровня воды H – через вероятность их превышения р.

На железных дорогах России мостовые переходы, как и малые водопропускные сооружения, проектируются на пропуск двух максимальных расходов: расчетный и наибольший.

Категория проектируемой железной дороги – II, следовательно, расчетный расход водотока определяется с вероятностью превышения 1%, а наибольший – с вероятностью превышения 0,33%.

Для построения эмпирической кривой распределения вероятностей имеющийся ряд гидрологической характеристики – Нi расположим в убывающем порядке (от большего к меньшему). В табл. 2 в убывающем порядке записаны наблюдавшиеся значения отметок уровня воды Нi и соответствующих значений расхода Qi,.

Для каждого члена ряда наблюдений за гидрологической величиной определяется эмпирическая вероятность его превышения р_э (в процентах) по формуле:

(5)

где m - порядковый номер члена ряда гидрологической характеристики, расположенного в убывающем порядке (графа 1 табл. 2);

n = 15 - общее число членов ряда наблюдений.

На клетчатке вероятности по оси абцисс указаны значения вероятности р в процентах, а на оси ординат расположим шкалу модульных коэффициентов k.

Точки с координатами (р_э, k_i) наносим на клетчатку вероятностей (рис. 3). Соседние точки соединяем между собой и получаем эмпирическую кривую распределения вероятностей максимальных расходов воды.

Для сглаживания и экстраполяции эмпирических кривых распределения ежегодных вероятностей превышения максимальных расходов, как правило, применяют трехпараметрическое гамма-распределение.

Параметрами аналитической кривой гамма-распределения являются:

- среднее многолетнее значение максимального расхода Ǭ

- коэффициент вариации C_v ;

- отношение коэффициента асимметрии к коэффициенту вариации C_s/C_v.

Параметры аналитической кривой гамма-распределения устанавливаются по гидрологическому ряду наблюдений ежегодных максимальных расходов методом приближенно наибольшего правдоподобия в зависимости от статистик λ₂ и λ₃, вычисляемых по формулам:

, (6)

, (7)

где k_i - модульный коэффициент рассматриваемой гидрологической характеристики (расхода воды), определяемый по формуле:

, (8)

где Qi - значения максимального годового значения расхода воды для i-го члена ряда;

- среднее арифметическое значение максимальных расходов воды, определяемое в зависимости от числа лет гидрометрических наблюдений по формуле:

, (9)

м³/с.

Вычислим параметры аналитической кривой:

,

.

По полученным значениям статистик λ₂ и λ₃ по номограммам приведенным на рис. 4 – 8 [2] определяются коэффициенты вариации Cv и отноше-ние Cs/Cv:

Cv = 0.70; Cs = 3.0 Cs.

По значениям Cv и Cs/Cv по табл. 3 [2] определяются ординаты (модульные коэффициенты) аналитической кривой распределения ежегодных вероятностей превышения максимальных расходов воды.

Полученные значения модульных коэффициентов k_р% для каждого значения вероятности превышения р максимальных расходов записываются в табл. 3.

Аналитическая кривая наносится на клетчатку вероятностей с построенной эмпирической кривой по определенным ординатам, т.е. по точкам с координатами (р, kр%).

Значение величины расхода требуемой вероятности превышения определяется по формуле:

, (10)

где k_p% - модульный коэффициент, соответствующий требуемой вероятности превышения максимального расхода.

Определяем:

- максимальный расход воды расчетной вероятности превышения 1%

м³/с;

- максимальный расход воды наибольшей вероятности превышения 0,33%

м³/с.

По графику зависимости ΣQ(H) определяются уровни воды требуемой вероятности превышения в створе водомерного поста, соответствующие максимальным расходам:

- расчетный уровень высокой воды РУВВ1% (в.п.) = 141.10 м;

- наибольший уровень высокой воды НУВВ0,33% (в.п.) = 143.20 м.

Далее, уровни воды требуемой вероятности превышения из створа водомерного поста переносятся на створ мостового перехода (отметки, полученные для места расположения створа водомерного поста следует уменьшить (увеличить) на величину Δh):

Для определения отметки уреза воды в месте пересечения трассой дороги большого водотока следует установить уклон русла реки на участке между двумя известными отметками бровки русла реки, расположенными выше (ГМВб) и ниже (ГМВм) места пересечения. Уклон i определяется по формуле:

, (11)

где ГМВб , ГМВм – большая и меньшая отметки уреза воды, м, в пределах карты в горизонталях;

L - расстояние, м, между урезами воды по главному руслу.

В рассматриваемом варианте в качестве большей отметки принимается отметка уреза воды в месте расположения водомерного поста ГМВб = 124.9, а в качестве меньшей известной отметки – отметка уреза воды недалеко от мостового перехода ГМВм = 117.40. Расстояние между этими двумя известными отметками по руслу реки 42 см, что в масштабе карты 1:25000 составляет 42 х 250 = 10500 м.

.

Разница в отметках на водомерном посту и в месте расположения створа мостового перехода Δh определяется по формуле:

, (12)

где l – расстояние, м, от водомерного поста до мостового перехода по главному руслу.

l = 47см х 250 = 11750м.

м.

В створе мостового перехода:

- расчетный уровень высокой воды РУВВ1% = 141.10 – 8.23 = 132.87м;

- наибольший уровень высокой воды НУВВ0,33% = 143.20 – 8.23 = 134.97м.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: