Приложение Ж (рекомендуемое). Расчет противоналедных удерживающих сооружений (валы, заборы)

Приложение Ж
(рекомендуемое)

Расчет противоналедных удерживающих сооружений (валы, заборы)

Ж.1 Расчету подлежат размеры нарушенных (уширенных) русел водотоков, площади растекания перед удерживающими сооружениями, объем наледи, размеры противоналедных сооружений.

Ж.2 Для проектирования противоналедных удерживающих сооружений необходимы следующие исходные данные:

- расход ручья или ключа в осенне-зимний период;

- размеры и уклоны логов и склонов в месте постройки противоналедных удерживающих сооружений;

- среднемесячная температура наружного воздуха;

- среднемесячная абсолютная влажность воздуха;

- упругость паров воздуха (таблица Ж1);

- среднемесячный коэффициент облачности по формуле (Ж.1);

- среднемесячные потери тепла открытой водной поверхностью (рисунок Ж.1).

,

(Ж.1)

где П - доля неба, покрытая облаками. Можно считать, что в дни, когда есть осадки, небо полностью покрыто облаками;

n - количество дней в месяце с осадками;

m - количество дней в месяце;

i - количество месяцев в зимний период.

Ж.3 Расход водотока определяют по осенним замерам как среднюю величину за ряд лет. Остальные данные принимают по климатологическим справочникам.

Ж.4 При расчете можно пренебречь обменом тепла с ложем водотока, что практически сводится к отказу потерь тепла наледными водами при протекании их по поверхности льда, имеющей отрицательную температуру. Это допущение идет в запас при определении размеров как уширенного русла, так и площади растекания наледных вод перед удерживающими противоналедными сооружениями.

Таблица Ж.1 - Упругость насыщенного водяного пара над водой и льдом и максимальное его содержание в воздухе ¹⁾

------------------------------

¹⁾_{Таблица составлена по работе Р.В. Донченко "Теплопотери с открытой водной поверхности в зимнее время на реках СССР". Труды ГГИ, выпуск 83, Л., 1960.}

------------------------------

Температура воздуха, °С	Упругость водяного пара, мм рт. ст.		Количество пара в воздухе (над льдом), е, м 3
	Над льдом	Над переохлажденной водой
0	4,579	4,579	4,89
- 5	3,013	3,163	3,37
- 10	1,950	2,149	2,31
- 20	0,776	-	1,05
- 30	0,286	-	0,44
- 40	0,097	-	0,117
- 50	0,030	-	0,038
- 60	0,008	-	0,011

Примечание

1 Значение теплопотерь для районов, расположенных между указанными пунктами, определяют методом интерполяции.

Рисунок Ж.1 - Средние многолетние теплопотери W ₀ с водной поверхности рек в период замерзания, Вт/м ²

Для перевода кДж/м ² в Вт/м ² применяют коэффициент 87. Для точного определения W ₀ для определенного водного объекта следует обратиться в местную гидрологическую службу.

Пример - Определить параметры наледи и размеры удерживающего противоналедного вала на юге Якутии, в районе, при следующих исходных данных в начале ноября: расход водотока Q = 1,5 л/с = 130 м ³/сут., температура воды t = + 0,5... + 0,8 °С, уклон главного лога i _р = 0,01, ширина лога а _л = 40 м, уклоны склонов соответственно левого и правого: i _л = i _п = 0,10.

Решение - Полагаем, что наледь, образуемая водотоком на участке уширенного русла (наледном поясе), будет задерживаться земляным валом. В рассматриваемом районе (см. рисунок Ж.1) среднемесячные потери тепла водотоком в ноябре составляют W ₀ =  = 21750 кДж/сут.

Приняв ширину наледного пояса В = 2,5 м, определяем его длину L по формуле

,

(Ж.2)

принимаем L = 10 м, В = 2,5 м.

Возможная толщина нарастания наледи в течение одних суток по формуле:

,

(Ж.3)

где - скрытая теплота, выделяемая при переходе воды в лед, принимаем 80 ккал/кг (336 кДж/кг);

При толщине нарастания наледи за одни сутки h _л = 0,065 м, и объеме воды, накапливаемом перед валом за одни сутки, Q _в = Q = 130 м ³/сут, определяем площадь растекания воды перед валом по формуле

.

(Ж.4)

При ширине лога а _л = 40 м его расчистка и планировка выполняются на длине.

.

Объем наледи без учета снега при полном ее удержании за время всего наледного периода Т = 150 суток определяем по формуле

.

(Ж.5)

С учетом формы лога определяем показатели

.

(Ж.6)

Принимаем толщину наледи h _н = 3,2 м и определяем, какой объем наледи будет располагаться на склоновых участках лога (v ₁) и в русловой части лога (v ₂). По рисунку Ж.2, а, при показателе 2000 и h _н = 3,2 м определяем v ₁ = 9000 м ³. По рисунку Ж.2, б, при показателе 100 и h _н = 3,2 м получаем объем наледи на 1 пог. м ширины лога 420 м ³. При а _л = 40 м определяем v ₂ =  = 16800 м ³. Общий объем наледи будет равен v = v ₁ + v ₂ = 9000 + 16800 = 25800 м ³, что с небольшой разницей совпадает с объемом наледи, рассчитанным по формуле (Ж.5). Можно считать, что толщина наледи принята правильно. Тогда высоту Н _в и длину L _в противоналедного вала, а также длину распространения наледи по логу (l) определяем расчетом:

.

Участок уширенного русла водотока (наледный пояс) должен быть удален от вала, удерживающего наледь в зимний период, на расстояние более 360 м.

а - на склоновых участках лога; б - в русле лога

Рисунок Ж.2 - Графики зависимости объема наледи от ее толщины, формы поперечного сечения лога, уклонов главного русла и склонов