Железопътна инфраструктура

March 2013

Март 2013
СЪДЪРЖАНИЕ

1 ВЪВЕДЕНИЕ 3

2. МЕТОДИКА ЗА ПРОВЕЖДАНЕ НА ХИДРАВЛИЧНИТЕ ИЗЧИСЛЕНИЯ 3

1. ВЪВЕДЕНИЕ

Участъкът е разделен на два под участъка, а именно участък 3.1 от km 253+650 до km 254+650 и участък 3.2 от km 254+650 до km 259+256.

Целта на представените хидравлични изчисления е проверка на пропусквателната способност и водните нива при мостовете в коритото на река Марица и оразмеряване на водостоците, пресичащи трасето на ж.п. линията при различни водни количества.

Оразмерителните водни количества са определени в част хидроложки изследвания. Съгласно изискванията на съществуващите нормативни документи мостовете трябва да са в състояние да проведат без подприщване водно количество с вероятност за превишение 0,01 (р=1%) и минимален нормативен запас от 0,25 m до лагерите и 0,50 m до долния ръб на горното строене.

За пълнота на изследването са проведени хидравлични изчисления за високите вълни с вероятност за превишение р=0,05 и р=0,001 (5% и 0,1%).

2. МЕТОДИКА ЗА ПРОВЕЖДАНЕ НА ХИДРАВЛИЧНИТЕ ИЗЧИСЛЕНИЯ

Настоящите изчисления са проведени за условията на стационарно течение, като същите се основават на интерактивно решаване на еднодименсионалното уравнение на енергията (Уравнението на Бернули) с помощта на метода на стандартната стъпка (Chaudry, 1993), при следните хипотези:

• 
  Стационарно течение: няма промени на дълбочините и скоростите в дадено сечение с времето.
  
• 
  Плавно изменящо се течение: предполага се разпределение на налягането по хидростатичен закон.
  
• 
  Еднодименсионално движение: единствената компонента на скоростта е насочена по посока на течението.
  
• 
  Наклоните са малки, по-малки от 10%, поради което дълбочината е представителна за пиезометричната височина.
  
• 
  Течението е с твърди неразмиваеми граници, което не позволява ерозиране или отлагане на наноси в речното легло (промени в напречните сечения).
  

като за сечения 1 и 2 са използвани съответно следните означения:

z - превишение на дъното на напречното сечение спрямо избрана равнина на сравнение;

у - дълбочина на водата в напречното сечение;

Ξ - коефициент на енергията, който отчита неравномерното разпределение на скоростите в напречното сечение;

V- средна скорост на течението в напречното сечение;

g - земно ускорение:

he - загуби на енергия между сечения 1 и 2.

Загубите на енергия he, се определят от израза:

(2)

където:

C - коефициент на загубите от разширение и контракция на сечението.

Възприета е хипотезата, че хидравличните загуби от триене в даден участък от течението при неравномерно движение са същите, както при равномерно движение. Това допускане позволява да се приложи уравнението на Манинг (Шези) за определяне на наклона на триене в едно напречно сечение, откъдето се получава:

(3)

където:

K - пропусквателна характеристика:

където:

A - площ на напречното сечение.

Rh - хидравличен радиус.

Освен за хидравлично изчисляване на открити течения, моделът предлага възможности за изчисляване на редица съоръжения, включително мостове и водостоци. В този случай се определят загубите на енергия от контракцията при входното сечение, водното ниво в тръбния участък и след разширяване на течението при изхода след съоръжението.

Хидравличните параметри и типовете течения, които се създават в зоната на мостовете са показани на фигури 1 и 2.

Фигура 1, - Дефиниране на течението в зоната на моста. (Source HDS-1)

Символи използвани на Фигура 1:

- Qa, Qb, и Qc , водни количества в различни части на течението.

- W и b, съответни широчини на течението и на моста.

- hi, дълбочини в различни точки по дължина на течението.

- α v2/2g, скоростен напор.

- S , наклон на водната повърхност

Фигура 2. Режими на течението при мостовете. (Source HDS-1)

- yc – критична дълбочина (в различни напречни профили по дължина на реката.

• Тип I – състои се от спокойно състояние на течението в подходния участък, моста и изходния участък след него и това е най-разпространения режим съществуващ в практиката.

• Тип IIA и IIB представляват спокойно състояние в подходния участък, което е стеснено при моста до степен на поява на критична дълбочина при неговия изход. При Тип IIA, водното ниво при критичната дълбочина е по-ниско от нивото на ненарушената водна повърхност за нормалната дълбочина. При Тип IIB, водното ниво при критичната дълбочина е по-високо от водната повърхност за ненарушената нормална дълбочина и в този случай е възможна поява на хидравличен скок след стесненото сечение.

• Тип III – водният поток в подходния участък се намира в свръхкритично състояние и остава такъв при преминаване през моста. В този случай не се получава подприщителна крива над моста с изключение на случая, когато се появява хидравличен скок след стесненото сечение.

Необходимо е внимателно да бъде избрана методиката за изчисляване на течението в зоната на моста. Не съществува идеален метод за изчисляване, който да е универсално приложим и по тази причина често се налага сравняване на резултатите получени по различните методи. Установено е, че в повечето случаи по различните методи се получават сходни резултати, например при сравняване на енергийния метод (използващ уравнението на Бернули) с този на количеството на движението.

Детайлно описание на методологията на изчисление и математичните уравнения може да се намери в наръчника на програмата (HEC-RAS Hydraulic Refrenes Manual, 2005).