Расчет среднегодового расхода воды заданной вероятности превышения

a≥0,5м, -ветровой нагон, -высота наката волны обеспеченностью 1%.

                                                                                                                       

                                                                                                                                         (3.3)

                                                           

         Т.к. I класс сооружения используем W20%=15 м/с; kw=2.1*10-6     

                                                      м

                                                                                                                      (3.4)

                                                  =                                                                                               (3.5)

   Kr и Kp определяют по таблице 6; Ksp по таблице 7*; Krun по рис. 10*(в зависимости от пологости волны ); h1%= , где средняя высота волны опр. по рис.1 прил. 1; =2,1 (по графику 2); Kr=0,8 (железобетонные плиты); Kp=0,7;Ksp=1,25; t=6ч=21600сек.

 

  65.3                                                                                                          (3.6)

  14112                                                                                                     (3.7)

По значениям безразмерных величин и , и верхней огибающей кривой необходимо определять значения и по меньшим их величинам принять среднюю высоту и средний период волн

=0,0135              =1.43

=0,31 м                      =2,19 c

h1%= =0,65 м

                                                                                                                                     (3.8)                                                                                                                                                            

=7,48 м                            krun =2,25

  = =1.02 м

=2,75 м

=703,05 м

 

3.2   Назначение класса водоподпорного сооружения

   Гидротехнические сооружения в зависимости от их высоты и типа грунтов основания, социально-экономической ответственности и последствий возможных гидродинамических аварий подразделяют на классы.

Назначать класс гидротехнического сооружения следует в соответствии с обязательным приложением Б, СНиПа 33-01-2003 Гидротехнические сооружения.

Заказчик проекта гидротехнического сооружения вправе своим решением повысить класс сооружения по сравнению с указанным в приложении Б.

Плотину считаем грунтовой.

Грунты нескальные.

Определи высоту плотины по формуле:

                                                                                                                 (3.9)

где,sгр2=703,05 м – отметка гребня при sФПУ=700,3 м; sдна=631 м.

м

По расчетным данным и приложению Б, СНиПа 33-01-2003 Гидротехнические сооружения подбираем класс сооружения. Рассчитываемая грунтовая плотина I класса.

4. Расчёт максимального расхода расчетной обеспеченности

4.1 Основные определения

Гидравлические характеристики относятся к случайным величинам, которые в природе формируются при очень большом числе факторов. Для таких величин созданы методы их расчета, главной целью которых является определение расчётной, конкретной их характеристики, удовлетворяющей условиям расчёта.

В основе получения расчётной характеристики положены ряды наблюдавшихся в природе их значений Qmax, рассматриваемые как ежегодные случаи их возникновения. За максимальный расход i-года берут ту величину расхода, который был наибольшим за данный год.

Ряды расчётных ординат Qimax представляют собой вариацию случившихся в реке максимальных расходов, измеренных в одном из поперечных сечений её русла на водомерном посту. Чем больше ряд наблюдений, тем лучше и надежнее вычисление расчетной характеристики. В гидрологии считается ряд достаточным, если число лет наблюдений n>25.

Мерой учитывающей многочисленные случайные факторы гидравлических характеристик и особо – экономическую сторону сооружений, их способность противостоять гидрологическим воздействиям, является обеспеченность P. Она с одной стороны характеризует заложенную в расчёт частоту случающейся характеристики, а с другой – учитывает гарантию того, что это сооружение выдержит данное гидрологическое воздействие без ущерба.

Обеспеченность показывает число лет в процентах от общего числа случаев, для которого наблюдались значения той или иной гидрологической величины больше данного значения, или равного ему.

Строительные нормы назначают обеспеченность по классу капитальности сооружений.

 

4.2   Расчёт эмпирическим способом координат кривой обеспеченности ряда максимальных расходов воды

Эмпирический способ построения кривой обеспеченности используют при рядах наблюдений Qimax 36 лет и более лет. Все результаты вычислений сведены в таблицу 4.1.

 

Таблица 4.1. Расчет эмпирической обеспеченности максимальных расходов и  расчет  значений lg Ki и KilgKi для р. Дальняя – п. Глубинный.

 

Год	Qi	Q iуб		m		P		Ki	lgKi			Ki*lgKi
1932	800	927		1		2,7		2,43	0,39			0,948
1933	237	820		2		5,4		2,15	0,33			0,710
1934	251	804		3		8,1		2,11	0,32			0,675
1935	323	800		4		10,8		2,10	0,32			0,672
1936	293	612		5		13,5		1,60	0,20			0,320
1937	432	538		6		16,2		1,41	0,15			0,212
1938	804	492		7		18,9		1,29	0,11			0,142
1939	612	468		8		21,6		1,23	0,09			0,108
1940	160	453		9		24,3		1,19	0,08			0,094
1941	330	446		10		27,0		1,17	0,07			0,082
1942	468	432		11		29,7		1,13	0,05			0,057
1943	302	429		12		32,4		1,12	0,049			0,055
1944	207	426		13		35,1		1,12	0,049			0,055
1945	209	412		14		37,8		1,08	0,033			0,036
1946	426	368		15		40,5		0,97	-0,013			-0,013
1947	197	364		16		43,2		0,96	-0,018			-0,017
1948	492	330		17		45,9		0,87	-0,06			-0,052
1949	108	323		18		48,6		0,85	-0,07			-0,059
1950	927	302		19		51,3		0,79	-0,1			-0,079
1951	279	297		20		54,0		0,78	-0,11			-0,086
1952	222	293		21		56,8		0,77	-0,11			-0,085
1953	297	289		22		59,5		0,76	-0,12			-0,091
1954	446	279		23		62,2		0,73	-0,14			-0,102
1955	412	272		24		64,9		0,71	-0,15			-0,107
1956	453	267		25		67,6		0,70	-0,15			-0,105
1957	429	251		26		70,3		0,66	-0,18			-0,119
1958	267	246		27		72,9		0,65	-0,19			-0,123
1959	538	237		28		75,7		0,62	-0,21			-0,130
1960	289	230		29		78,4		0,60	-0,22			-0,132
1961	368	222		30		81,1		0,58	-0,24			-0,139
1962	246	209		31		83,8		0,55	-0,26			-0,143
1963	364	207	32		86,5		0,54			-0,27	-0,146
1964	200	200	33		89,2		0,52			-0,28	-0,146
1965	230	192	34		91,9		0,50			-0,3	-0,150
1966	272	160	35		94,6		0,42			-0,38	-0,159
1967	820	108	36		97,3		0,28			-0,55	-0,154
	∑=380,8									∑=-1,88	∑=1,83

 

В первом и втором столбцах таблицы записаны исходные данные: год наблюдений и расходы в м3/c, взятые из гидрологического справочника.

В третьем столбце расходы те же, что во втором, но в убывающем порядке.

Далее четвертый столбец следует порядковые номера m расходов в убывающем ряду. Для последнего члена ряда m=n, где m – порядковый номер; n-число членов ряда.

В пятом столбце расходы представлены в модульных коэффициентах Kimax, т.е. в долях от среднего арифметического их значения Q0max, которое определяется по формуле:

                                                                                    (4.1)

где Qimax – максимальные расходы; n-число членов ряда.

Тогда модульный коэффициент можно вычислить по формуле:

                                                                                         (4.2)

Где Q0max - среднее арифметическое значение максимальных расходов.

В шестом столбце записана эмпирическая обеспеченность P в процентах для каждого члена ряда, которая вычисляется по формуле:

                                                                                   (4.3)

где m – порядковый номер; n-число членов ряда.

Средний расход вычисляется по формуле (3.1)

По результатам столбцов пять и шесть таблицы 4.1. строится график зависимости Kp=ƒ(P), который называется эмпирической кривой обеспеченности максимальных расходов (рис.3).

4.3  Расчёт теоретическим способом координат кривой обеспеченности ряда максимальных расходов воды

Теоретический способ заключается в подборе теоретической функции, совпадающей по форме ее графика с эмпирической кривой обеспеченности. Это называется аппроксимацией. Затем, пользуясь координатами этой функции, «добавляется» график распределения ряда случайных величин за пределами точек эмпирической кривой. Это называется экстраполяцией. Затем на экстраполированном участке графика получают случайную величину редкой повторяемости.

В качестве теоретической функции для аппроксимации кривых распределения рядов гидрологических характеристик приняты кривая Пирсона III типа (координаты Фостера-Рыбкина) и кривая трехпараметрического гамма-распределения (координаты Крицкого-Менкеля).

Способ, использующий кривую Пирсона, называется способом моментов, а способ, использующий трехпараметрическую кривую гамма-распределения – способом наибольшего правдоподобия.

Координаты кривых распределения, полученные на базе решения обеих функций, выражены относительно трёх параметров:

                                                                               (4.4)

где Сv – коэффициент вариации; Ki – значения характеристики членов ряда в модульном выражении; n – число членов ряда.

                                                                                  (4.5)

где Сs – коэффициент асимметрии.

                                                                                           (4.6)

где K0 – средне арифметическое значение ряда модульных коэффициентов.

Способ наибольшего правдоподобия применяется при Cv>0,15. Здесь коэффициенты Сs и Cv определяются по номограмме в зависимости от статистик l2 и l3, что гарантирует сближение теоретической и эмпирической кривых обеспеченности, которые в способе моментов определяются подбором в зависимости от четырех значений Cs.

Теоретическая кривая обеспеченности способом наибольшего правдоподобия строится следующим образом.

Значение статистик l2 и l3 определяются по формулам:

                                                                                        (4.7)              

                                                                                  (4.8)

Для расчетов статистик используются данные из таблицы 4.1

 

По номограмме получают: Сs=4Сv и  Cv=0,53.

Для Сs и Cv выписывают координаты Kр из таблицы координат трехпараметрического распределения, по этим данным составляется таблица 3.2

 

Таблица 3.2 Ординаты Kp кривой трехпараметрического гамма-распределения, при Cv=4Cs и Сv=0,53

 

Р%	Ki
0,01	6,26
0,1	4,374
1	2,85
10	1,632
50	0,882
90	0,496
99	0,326

 

Эмпирическая и теоретическая кривые обеспеченности максимальных расходов приведены на рисунке 3.

 

 

4.4   Назначение обеспеченности максимального расхода и определение его величины