Крупнейшая бесплатная информационно-справочная система онлайн доступа к полному собранию технических нормативно-правовых актов РФ. Огромная база технических нормативов (более 150 тысяч документов) и полное собрание национальных стандартов, аутентичное официальной базе Госстандарта. GOSTRF.com - это более 1 Терабайта бесплатной технической информации для всех пользователей интернета. Все электронные копии представленных здесь документов могут распространяться без каких-либо ограничений. Поощряется распространение информации с этого сайта на любых других ресурсах. Каждый человек имеет право на неограниченный доступ к этим документам! Каждый человек имеет право на знание требований, изложенных в данных нормативно-правовых актах!

  


|| ЮРИДИЧЕСКИЕ КОНСУЛЬТАЦИИ || НОВОСТИ ДЛЯ ДЕЛОВЫХ ЛЮДЕЙ ||
Поиск документов в информационно-справочной системе:
 

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ
имени Б.Е. ВЕДЕНЕЕВА

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАСЧЕТУ ДЛИНЫ ПОЛЫНЬИ
В НИЖНИХ БЬЕФАХ ГЭС

П 28-86

ВНИИГ

ЛЕНИНГРАД
1986

 «Рекомендации по расчету длины полыньи в нижних бьефах ГЭС» содержат изложение методики расчета длины полыньи при отсутствии и наличии тепловых стоков в нижнем бьефе. Приводятся также список необходимых исходных данных, примеры расчета.

Настоящие Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников, выполняющих расчеты в области ледотермики речных потоков и нижних бьефов.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Освоение районов Сибири и Крайнего Севера, строительство мощных высоконапорных гидроузлов приводит зимой к сбросу теплой воды в нижний бьеф и образованию полыньи, которая распространяется на большое расстояние вниз по течению, существенным образом влияя на ледотермический режим реки, а, следовательно, на климат и экологию района зарегулирования. В этих условиях большое значение приобретает прогноз длины полыньи и динамики движения кромки ледяного покрова в нижних бьефах ГЭС.

Настоящие Рекомендации посвящены вопросу расчета длины полыньи в нижних бьефах ГЭС в режимах наступления, отступления и стабилизации кромки льда; в Рекомендациях приводится также методика расчета длины полыньи с учетом влияния тепловых сбросов, расположенных в нижнем бьефе.

Рекомендации разработаны на основе проанализированного и переработанного материала, опубликованного в отечественной и зарубежной литературе, а также результатов расчетно-теоретических исследований, проведенных во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева.

Рекомендации составлены сотрудниками ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева: мл. науч. сотр., канд. техн. наук Е.Л. Разговоровой и мл. науч. сотр. Г.А. Трегуб. Научный руководитель работы - доктор техн. наук Л.И. Кудояров.

В работе над Рекомендациями учтены ценные замечания, высказанные Я.Л. Готлибом, Г.Н. Нисар-Мухамедовой (Гидропроект им. С.Я. Жука), С.Н. Назаренко (Ленгидропроект), Р.В. Донченко (ГГИ), А.Ж. Жулаевым (КазНИИВХ), М.М. Бейлинсоном (КазПИ им. Абая), В.В. Баланиным, Б.С. Бородкиным, М.И. Жидких (ЛИВТ), А.И. Бефани, Л.Е. Кресс (ОГМИ), И.И. Макаровым, В.А. Кякком, И.Н. Соколовым, И.Н. Шаталиной, А.Б. Векслером (ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева).

Министерство
энергетики и
электрификации
СССР

Рекомендации
по расчету длины полыньи
в нижних бьефах ГЭС

П 28-86

ВНИИГ

Внесены
ВНИИГ
им. Б.Е. Веденеева

Утверждены
ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева
решением № 27 от 12.05.1986 г.
и согласованы с Главтехуправлением

Срок
введения
I кв.
1987 г.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Рекомендации предназначены для расчета длины полыньи в нижних бьефах проектируемых, строящихся и эксплуатируемых гидроузлов энергетического и транспортного назначения. Рекомендации содержат методику расчета длины полыньи в нижнем бьефе в режимах наступления, стабилизации и отступления кромки льда без учета и с учетом действия тепловых стоков (сбросов), расположенных в нижнем бьефе, перечень исходных данных и примеры расчета.

1.2. Рекомендации должны использоваться на всех стадиях проектирования и эксплуатации гидроузлов.

1.3. Рекомендации предназначены для расчета термической полыньи. Область их применения не распространяется на расчет полыньи, возникающей при взламывании и подвижке ледяного покрова за счет резкого изменения расходов воды в нижнем бьефе.

1.4. В Рекомендациях приняты международная система единиц СИ и следующие обозначения:

ал, ас - температуропроводность льда и снега, соответственно, м2/с;

b - ширина нижнего бьефа по урезу воды, м;

bз - ширина заберегов, м;

с, сл - удельная теплоемкость воды и льда, соответственно, Дж/(кг ∙ К);

С - коэффициент Шези, м0,5/с;

hл, hc - толщина льда и снега, соответственно, м;

hн - толщина льда на кромке (начальная толщина льда), м;

Н - глубина нижнего бьефа, м;

qст - мощность тепловых стоков, Вт;

Q, Qш - расходы воды и шуги, м3/с;

R - гидравлический радиус;

S - интенсивность теплового потока, Вт/м2;

V - скорость течения, м/с;

x - координата по длине потока, м;

х0, хн - координаты створа нулевой изотермы и начала внутриводного ледообразования, соответственно, м;

хк.0 - длина полыньи в начале расчетного периода, м;

хк - длина полыньи в конце расчетного периода, м;

z - координата по глубине потока; м;

α1 - коэффициент теплоотдачи от воды к воздуху, Вт/(м2 ∙ К);

α2 - коэффициент теплоотдачи от воды к нижней поверхности льда, Вт/(м2 ∙ К);

α3 - коэффициент теплоотдачи от льда (снега) к воздуху, Вт/(м2 ∙ К);

t0 - температура воды, поступающей из верхнего бьефа в нижний, °С;

βш - степень покрытия шугой водной поверхности;

 - температура воздуха, °С;

,  - эквивалентная температура воздуха над поверхностью воды и льда, соответственно, °С;

λл, λс - теплопроводность льда и снега, Вт/(м ∙ К);

λ - коэффициент гидравлического трения;

nш, nр - коэффициенты шероховатости нижней поверхности шуги и русла, с/м0,33;

ρ, ρл, ρш - плотность воды, льда, шуга, соответственно, кг/м3;

σ - удельная скрытая теплота кристаллизации, Дж/кг;

τ - время, с.

Безразмерные критерии и параметры:

Bi - критерий Био,

Mi - критерий Михеева, Mi = α2bx/(cρQ);

 - параметр расхода шуги,

X - параметр координаты,

 - параметр времени,

Ш - параметр, характеризующий интенсивность действия тепловых стоков,

2. ПЕРЕЧЕНЬ НЕОБХОДИМЫХ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

2.1. Исходными данными для выполнения расчета длины полыньи являются морфологические и гидрологические параметры нижнего бьефа, метеорология района.

2.2. Морфологические параметры включают в себя:

а) график изменения фактической и средневзвешенной ширины русла по урезу воды по длине предполагаемого расчетного участка нижнего бьефа при минимальном, максимальном и среднем расходах соответствующей обеспеченности; применительно к действующим ГЭС указанные параметры должны выбираться при расходе воды, для которого производится этот расчет;

б) поперечные разрезы русла по длине нижнего бьефа при тех же расходах.

2.3. Гидрологические параметры включают в себя:

а) расход воды: для строящихся и эксплуатируемых ГЭС при проведении поверочных расчетов расход воды в нижнем бьефе выбирается средним по пятидневкам (декадам), на которые разбивается расчетный период; для расчета длины полыньи в нижних бьефах проектируемых ГЭС выбираются расходы воды в реке для средневодного, маловодного и многоводного годов соответствующей обеспеченности по пятидневкам (декадам);

б) толщины льда и снега в нижнем бьефе по пятидневкам (декадам);

в) средние и средневзвешенные скорости течения по длине предполагаемого расчетного участка для заданных расходов воды;

г) даты ледостава и вскрытия;

д) предледоставный расход и плотность шуги; если пористость шуги неизвестна, то ее следует выбирать на основании приложения 1.

е) ширина заберегов по пятидневкам (декадам) за расчетный период; если неизвестна ширина заберегов, то ее рекомендуется рассчитывать по формуле [13]:

bз = b(1 - т),                                                                 (1)

где m = 0,42V02 + K; коэффициент K для русел с мелководными зонами и пологими берегами равен 0,525, при отсутствии мелководных зон и крутых берегах K = 0,465.

2.4. Метеорологические данные должны относиться к району расположения полыньи, охватывать расчетный период и содержать следующие сведения температуру воздуха , скорость ветра W, облачность общую и нижнюю n0, nн, абсолютную влажность воздуха e. Возможно осреднение метеорологических данных по пятидневкам или декадам.

2.5. При расчете составляющих теплообмена воды и воздуха при отсутствии массовых систематических наблюдений за метеорологическими, условиями над водной поверхностью могут быть использованы данные береговых наблюдательных станций, либо данные наблюдений более или менее отдаленных от водного объекта континентальных станций с введением необходимых поправок [8].

а) Средняя скорость ветра на высоте 2 м над водной поверхностью определяется по формуле

W = K1K2K3Wф, м/с,                                                              (2)

где K1 - коэффициент, учитывающий степень защищенности метеорологической станции на суше (табл. 1);

K2 - коэффициент, учитывающий характер рельефа в пункте наблюдений (табл. 2);

Таблица 1

Местоположение и степень защищенности метеостанции на суше

K1

Лесная зона СССР

Станция в лесу или в большом городе

флюгер на уровне деревьев или строений

2,4

флюгер выше окружающих препятствий

2,2

На окраине города или большого селения; отдельные деревья или строения выше флюгера

2,0

В селении, в саду или на окраине города; строения и деревья ниже флюгера

1,8

На открытой ровной площадке; деревья, дома, возвышенности на расстоянии 20 - 30-кратной высоты флюгера

1,5

Поле, луг. аэродром; с одной стороны в 200 - 500 м лес или строения города, большого селения

1,3

Безлесные районы СССР

В городе или большом селении

флюгер на уровне деревьев или жилых домов

1,5

флюгер выше окружающих препятствий

1,3

В степи или на окраине небольшого селения; отдельные дома и строения с одной стороны в 100 - 200 м, флюгер доминирует над местностью

1,0

Берег облесен или застроен домами, многие из которых выше флюгера

1,3

Берег открытый, станция в 200 - 300 м от уреза, в 100 - 200 м лес и строения

1,1

На открытом берегу

0,9

На оконечности далеко выдающегося в водоем открытого мыса

0,8

K3 - коэффициент, учитывающий среднюю длину разгона воздушного потока над водной поверхностью при различной защищенности станции (табл. 3);

Wф - скорость ветра на высоте расположения флюгера, м/с.

б) Средняя влажность воздуха на высоте 2 м над водной поверхностью должна рассчитываться по формуле

е = е' + (0,8е0 - е')М1, мб,                                                    (3)

где е' - средняя влажность воздуха, измеренная на континентальной метеостанции, мб;

е0 - максимальная упругость водяного пара, определенная по температуре поверхности воды (табл. 4), мб;

M1 - коэффициент трансформации, учитывающий изменение влажности и температуры воздуха над водной поверхностью, находится по табл. 5 в зависимости от среднего расстояния от подветренного берега и разности температур воды и воздуха.

Таблица 2

Характеристика рельефа в районе метеостанции

K2

Вершина крутого холма

0,75

Вершина пологого холма и верхняя часть склона

0,9

Равнина, весьма широкая долина

1,0

Нижняя часть склона, дно нешироких и неглубоких долин, котловин, лощин

1,1

Дно глубоких долин, котловин, лощин

1,3

Таблица 3

Растительность на берегах реки, водоема

Средняя высота растительности, м

Значение K3

Средняя протяженность водной поверхности, км

0,05

0,1

0,2

0,5

1,0

3,0

5,0

> 5,0

Трава

0,1

0,97

0,98

0,99

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

Кустарник

5,0

0,40

0,55

0,70

0,85

0,95

1,00

1,00

1,00

Лес

20

0,15

0,25

0,40

0,60

0,75

0,90

0,95

1,00

Таблица 4

Температура воды, °С

Максимальная упругость водяного пара е0, мб

0,0

6,1

0,2

6,2

0,4

6,3

0,6

6,4

0,8

6,5

1,0

6,6

1,5

6.8

2,0

7,0

2,5

7,3

3,0

7,6

3,5

7,8

4,0

8,1

в) Средняя температура воздуха над водной поверхностью на высоте 2 м должна рассчитываться по формуле

                                                        (4)

где  - температура воздуха по данным метеорологической станции, расположенной на суше, °С;

tп - температура поверхности воды для расчета длины полыньи, tп ≈ 0,5t0, °С.

Таблица 5

Соотношение температур воды и воздуха, °С

Коэффициент трансформации М1

Расстояние от подветренного берега, км

0,1

0,2

0,5

1,0

2,0

5,0

10

20

50

4 ≤ tп -  ≤ 10

0,02

0,08

0,08

0,12

0,16

0,23

0,28

0,34

0,44

tп -  < 4

0,03

0,06

0,13

0,18

0,24

0,33

0,38

0,43

0,53

tп -  > 10

0,01

0,02

0,03

0,05

0.07

0,10

0,15

0,19

0,28

г) Для участков рек шириной не более 500 м значения , е, W следует принимать без введения поправок.

2.6. При проведении расчета должны быть известны:

а) температура воды в начале нижнего бьефа t0 или температура воды в створе нижнего бьефа, ближайшем к ГЭС;

б) при наличии тепловых сбросов в нижнем бьефе - их мощность или расходы и температуры воды тепловых сбросов.

2.7. Если по рассматриваемому объекту необходимые исходные данные отсутствуют, то их подбор должен производиться по методу аналогов.

2.8. Необходимые для расчета длины полыньи физические постоянные даны в приложении 1.

3. РАСЧЕТ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПРИ ТЕПЛООБМЕНЕ ВОДЫ И ЛЬДА С ВОЗДУХОМ

3.1. Исходными данными для расчета длины полыньи являются величины коэффициента теплоотдачи от воды к воздуху и от льда (снега) к воздуху (α1 и α3), а также эквивалентная температура воздуха над поверхностью воды  и льда (снега) .

3.2. Расчет коэффициента теплоотдачи от воды к воздуху и эквивалентной температуры воздуха над поверхностью воды следует проводить на основании п. 2 «Рекомендаций по термическому расчету водохранилищ» [7].

а) Эквивалентная температура воздуха и коэффициент теплоотдачи от воды к воздуху рассчитываются по формулам:

                                                         (5)

α1 = 2,65[1 + 0,8W + f(tп - )],                                             (6)

где SR - интенсивность радиационного теплообмена, Вт/м2;

Sи - интенсивность теплообмена при испарении, Вт/м2;

f(tп - ) - функция, учитывающая увеличение интенсивности испарения за счет разности температур воды и воздуха, определяется по табл. 6.

Таблица 6

tп - , °С

f(tп - )

tп - , °С

f(tп - )

0

0

0

0

1

0,15

-1

-0,16

2

0,30

-2

-0,30

3

0,43

-3

-0,42

5

0,66

-4

-0,51

7

0,85

-5

-0,59

10

1,09

-6

-0,66

12

1,21

-7

-0,72

14

1,32

-8

-0,76

16

1,41

-9

-0,80

20

1,55

-10

-0,83

б) Интенсивность радиационного теплообмена должна определяться зависимостью

                     (7)

При отсутствии данных о распределении облачности по ярусам для расчета следует использовать формулу

                        (8)

Здесь (Q + q)0 - суммарная солнечная радиация на уровне моря- при альбедо, равном нулю, Вт/м2, находится по табл. 2-1 приложения 2;

kе - коэффициент, учитывающий отклонение влажности воздуха от ее среднесуточного значения, определяется по формуле ke = 1 + n(епр - е), где е - влажность воздуха, наблюдаемая на высоте 2 м над подстилающей поверхностью, мб;

величины n и епр даны в табл. 2-2 приложения 2;

kz - коэффициент, учитывающий влияние высоты местности над уровнем моря, определяется по табл. 2-3 приложения 2;

по, пн - облачность общая и нижняя, доли единицы;

kн и kв+c - коэффициенты, учитывающие задержание суммарной радиации облаками нижнего и совместно верхнего и среднего ярусов, определяются по табл. 2-4, 2-5 приложения 2;

А - среднесуточное альбедо поверхности воды, определяется по табл. 2-6 приложения 2;

γ - доля рассеянной по направлению к поверхности воды радиации, которую следует определять по формуле

γ = 0,3 + 0,5nн + 0,42(nо - nн);

b', b" - величины, зависящие от влажности воздуха и облачности, определяются по табл. 2-7, 2-8 приложения 2;

σс - постоянная Стефана - Больцмана, равная 5,777 ∙ 10-8 Вт/(м2 ∙ К4);

 - абсолютная температура воздуха на высоте 2 м, равная

 - температура воздуха на высоте 2 м, °С;

значения σсТ4 определяются по табл. 2-9 приложения 2;

k - коэффициент, определяемый по табл. 2-10 приложения 2;

n - наблюденная облачность, доли единицы;

с1 - коэффициент, определяемый по табл. 2-11 приложения 2;

I - эффективное излучение при безоблачном небе, Вт/м2, определяется по табл. 2-12 приложения 2;

Тп - абсолютная температура поверхности воды Tп = (273,16 + tп), К.

в) Интенсивность теплообмена при испарении следует рассчитывать по формуле

Sи = 4,1(e - e0)[1 + 0,8W + f(tп - )], Вт/м2.                                   (9)

3.3. Расчет коэффициента теплоотдачи от поверхности льда (снега) к воздуху рекомендуется производить по формуле [11]

α3 = BW, Вт/(м2 ∙ К),                                                   (10)

где W - скорость ветра, м/с;

коэффициент В определяется по табл. 7.

Таблица 7

, °С

-40

- 30

-20

- 10

0

10

В, Дж/(м3 ∙ К)

7,12

6,88

6,67

6,48

6,27

6,07

3.4. Эквивалентную температуру воздуха над ледяным покровом следует рассчитывать по формуле

                                                     (11)

где SR, Sи.л - соответственно, интенсивность радиационного теплообмена и теплообмена при испарении с поверхности льда.

Интенсивность радиационного теплообмена следует рассчитывать, используя зависимости (7) и (8), но вместо альбедо поверхности воды подставлять альбедо льда или снега (табл. 8).

Таблица 8

Вид льда, снега

Альбедо А

Чистый лед

0,12

Малопрозрачный лед с пузырьками воздуха

0,2 - 0,3

Талый лед

0,3 - 0,4

Свежевыпавший снег

0,85 - 0,95

Чистый влажный снег

0,6 - 0,7

Загрязненный снег

0,4 - 0,5

Весенний тающий снег

0,3 - 0,4

Температура поверхности льда должна определяться по формуле

                                                    (12)

при наличии снежного покрова температура поверхности снега:

                                         (13)

где hл.0 - толщина льда в начале расчетного периода;

hc - толщина слоя снега.

Интенсивность теплового потока при испарении с поверхности льда следует находить, используя зависимость [20]

 Вт/м2,                                      (14)

где K4 определяется в зависимости от разности температур поверхности льда и воздуха (табл. 9).

Таблица 9

tп - , °C

0

1

2

3

4

5

K4, м/с

1,28

1,62

1,92

2,10

2,25

2,46

tп - , °C

6

8

10

15

20

K4, м/с

2,60

2,86

3,10

3,60

4,00

4. РАСЧЕТ ДЛИНЫ ПОЛЫНЬИ

Расчетные режимы

4.1. При расчете длины полыньи имеют место три режима движения кромки ледяного покрова: наступление, отступление и стабилизация.

Таблица 10

Режим

Условия существования

Температура воды на кромке, °С

Наступление

х0 < xк.о

tкр ≤ 0

Отступление

х0 > xк.о

tкр > 0

Стабилизация

х0 = xк.о

tкр = 0

4.2. Условия существования того или иного режима движения кромки льда представлены в табл. 10.

4.3. Расчет положения створа нулевой изотермы должен проводиться по формуле

                                                   (15)

4.4. Если имеют место забереги по длине нижнего бьефа, то вместо ширины русла b в формулу (15) подставляется величина

b1 = b - bз.                                                          (16)

4.5. Длина полыньи в режиме стабилизации кромки совпадает с положением нулевой изотермы, и ее следует рассчитывать по формуле (15).

4.6. Длина участка между створом нулевой изотермы и створом начала внутриводного ледообразования рассчитывается в соответствии с приложением 3 [16].

Расчет длины полыньи при наступлении кромки ледяного покрова

4.7. Толщина льда на кромке при ее наступлении определяется из условий предельно-напряженного состояния шугового ковра и должна рассчитываться по формуле [4, 6, 21]

                                                       (17)

а) Коэффициент Шези следует определять по формуле

С = R1/6/nпр,                                                          (18)

где R - гидравлический радиус, м; R = F0/P0;

F0 - площадь поперечного сечения русла при заданном расходе, м2;

Р0 - смоченный периметр, м.

Если русло прямоугольное, то

                                                            (19)

где

H = Q/(bV).

б) При расчете приведенного коэффициента шероховатости русла следует пользоваться зависимостью:

                                               (20)

где np, пш - коэффициенты шероховатости русла при открытой водной поверхности и нижней поверхности шуги, соответственно.

в) Определение коэффициентов шероховатости русла и нижней поверхности шуги необходимо проводить по следующим формулам [8]:

                                             (21)

                                                     (22)

где Δz - падение свободной поверхности потока на участке длиной L при открытой водной поверхности, м;

λ - коэффициент гидравлического трения:

                                                       (23)

Δл - высота выступов нижней поверхности шуги (льда), м:

Δл = hн.0cos45°,                                                        (24)

hн.0 - начальная толщина льдин, из которых формируется кромка; при V = 0,15 ÷ 0,2 м/с hн.0 = 0,025 м; при V = 0,2 ÷ 0,8 м/с hн.0 = 0,05 м; при V = 0,8 ÷ 1 м/с hн.0 = 0,2 м [13].

г) Для нижних бьефов действующих ГЭС, когда имеются натурные наблюдения над толщиной льда, величину hн следует рассчитывать по формуле

                                       (25)

где hл.0 - измеренная в натуре толщина льда у кромки на дату, ближайшую к дате ледостава;

τл - продолжительность периода времени от даты ледостава до даты измерения толщины льда hл.0;

α3 - коэффициент теплоотдачи от льда к воздуху, средний за время τл;

 - эквивалентная температура воздуха надо льдом, средняя за время τл.

4.8. Для действующих ГЭС начальное положение кромки льда определяется по данным натурных наблюдений.

4.9. Для проектируемых ГЭС или в случае отсутствия данных о начальном положении кромки при проведении поверочных расчетов для действующих ГЭС начальное положение кромки льда рассчитывается по формуле

                                               (26)

где Хн - безразмерный параметр, определяющий соотношение между интенсивностью теплообмена воды с атмосферой и объемной скрытой теплотой кристаллизации, которая выделяется при образовании шуги, формирующей кромку, при толщине льда на кромке hн, в единицу времени; параметр Хн находится по графику на рис. 1 в соответствии с п. 4.10 настоящих Рекомендаций.

Описание: Описание: 1

Рис. 1. Графики зависимостей βш(Х) и

4.10. Параметр Хн определяют либо по известному предледоставному расходу шуги Qш.0, либо по ширине заберегов в предледоставный период bз.0, измеренной у створа, ближайшего к кромке льда.

а) Если задан предледоставный расход шуги Qш.0, то следует рассчитать параметр

                                                           (27)

и по известному значению параметра  и по графику  (рис. 1) найти Хн.

б) Если задана ширина заберегов bз.0, то следует определить степень покрытия шугой водной поверхности вблизи кромки льда в предледоставный период:

βш.0 = 1 - bз.0/b                                                          (28)

и по известному значению βш.0 и графику βш(Х) на рис. 1 найти параметр Хн.

4.11. Длину полыньи в конце каждого расчетного периода следует вычислять по формуле

                                                 (29)

где хк.0 - положение кромки льда в начале расчетного периода.

4.12. Параметр Хк должен находиться по графику  (рис. 2) при значении параметра :

                                                    (30)

где  определяется по графику  (рис. 2) при Хк = Хк.0.

Описание: Описание: 1

Рис. 2. График зависимости .

Параметр  характеризует отношение количества тепла, отданное водой в атмосферу за расчетный период τj, к объемной скрытой теплоте кристаллизации, выделившейся при образовании слоя шуги толщиной hн.

4.13. Параметр Хк.0 следует вычислять по формуле

                                                  (31)

Расчет длины полыньи при отступлении кромки ледяного покрова

4.14. При отступлении кромки ледяного покрова длина полыньи должна рассчитываться по формуле

хк = xк.0 + Vкрτj,                                                          (32)

где Vкр - скорость отступления кромки льда.

4.15. Скорость отступления кромки должна определяться на основании анализа теплового баланса на прикромочном участке таяния в зависимости от температур воздуха и воды, подходящей к кромке льда. Выбор расчетных формул для определения Vкр проводится в соответствии с табл. 11, исходя из условий теплообмена льда с водой и воздухом:

                                                       (33)

где σ1 - удельная скрытая теплота фазового перехода с учетом запаса холода во льду;

 - приведенная толщина льда на участке таяния протяженностью хт;

q0 - количество тепла, Вт, приносимое к кромке водой в единицу времени;

qт - количество тепла, Вт, уносимое потоком от створа, в котором прекращается таяние льда с нижней поверхности;

qн - количество тепла, Вт, расходуемое на таяние льда с нижней поверхности на участке таяния.

4.16. Количество тепла, приносимое к кромке водой в единицу времени, q0, должно определяться зависимостью

q0 = cρQtкр,                                                           (34)

где tкр - температура воды на кромке льда:

                                                    (35)

Количество тепла, уносимое потоком в единицу времени от створа, в котором прекращается таяние на нижней поверхности льда, qт, следует находить по формуле

qт = cρQtт.                                                          (36)

Здесь tт - температура воды в створе, где прекращается таяние льда с нижней поверхности:

                                                          (37)

где ;

α2 - коэффициент теплоотдачи от воды ко льду, рассчитываемый по формуле [11]

α2 = 2640V, Вт/(м2 ∙ К).                                                  (38)

Приведенную толщину льда на участке таяния  с учетом влияния слоя снега следует вычислять по формуле

 м,                                                (39)

hл.н, hс - толщины льда и снега в начале расчетного периода, м.

Количество тепла, расходуемое в единицу времени на таяние льда с нижней поверхности, следует рассчитывать по формуле

                                                (40)

где  - средняя температура воды на участке таяния:

                                                         (41)

Длину участка таяния хт следует находить по формуле

                                                        (42)

Величина скрытой удельной теплоты ледообразования с учетом запаса холода во льду σ1 должна определяться зависимостью [9]

                                                  (43)

4.17. Для условий пп. 2, 3 в табл. 11 скорость отступления кромки должна определяться формулой

                                                           (44)

4.18. Для условий п. 4 в табл. 11 скорость отступления кромки следует рассчитывать, пользуясь формулами:

                                                            (45)

где

                                           (46)

Таблица 11

№ пп.

Условия теплообмена воды и льда с воздухом

Тепловая схема

Температура воды на кромке

Расчет длины полыньи по настоящим Рекомендациям

Тепловые процессы

1

tкрtт

п. 4.16

Таяние льда с фронтальной и нижней поверхностей

2

tкр < tт

п. 4.17

Таяние льда с фронтальной поверхности

3

,  

То же

tкр > 0

п. 4.17

То же

4

,  

tкр > 0

п. 4.18

Таяние льда с верхней, нижней и фронтальной поверхностей льда

4.19. Расчет длины полыньи в нижнем бьефе должен проводиться в той последовательности, которая соответствует блок-схеме, представленной на рис. 3.

Рис. 3. Блок-схема расчета длины полыньи в течение зимнего периода

N - число расчетных временных интервалов; I - номер интервала, IN.

5. РАСЧЕТ ДЛИНЫ ПОЛЫНЬИ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ТЕПЛОВЫХ СТОКОВ В НИЖНЕМ БЬЕФЕ

Наступление кромки льда

5.1. В режиме наступления кромки тепловой сброс оказывает влияние на длину полыньи, когда он располагается на участке нижнего бьефа с открытой водной поверхностью и на шугообразующем участке. В первом случае увеличивается длина участка охлаждения воды до 0 °С, во втором случае - длина шугообразующего участка.

5.2. При впадении теплового стока мощностью qст выше створа нулевой изотермы координата створа нулевой изотермы с учетом влияния теплового стока на температуру воды должна определяться формулой

xо.с = хс + Δхс, м,                                                      (47)

где хс - координата створа впадения стока, м;

                                                (48)

QΣ - суммарный расход основного потока и стока.

5.3. Температуру воды всего потока в створе стока следует рассчитывать по формуле

                                            (49)

5.4. После определения положения створа нулевой изотермы и температуры воды расчет длины полыньи должен производиться в соответствии с требованиями раздела 4 настоящих Рекомендаций, но за начальный створ принимается створ впадения стока, т.е. вместо х0 и t0 используются, соответственно, x0.с и tст, за расчётный расход воды принимается расход QΣ, все гидравлические и морфометрические характеристики русла должны выбираться для расхода QΣ.

5.5. В случае впадения стока ниже створа нулевой изотермы на шугообразующем участке длина полыньи должна рассчитываться по формуле

хк.ст = хк + Δхст, м,                                                      (50)

где хк - длина полыньи без учета стока, рассчитанная в соответствии с требованиями раздела 4 настоящих Рекомендаций, м;

Δхст - расстояние, на которое увеличивается полынья при таянии шуги за счет действия тепловых стоков, м.

5.6. Формулы для расчета Δхст выбираются на основании табл. 12 в зависимости от значения параметра Ш, который представляет собой отношение объемной скрытой теплоты кристаллизации, необходимой для образования шуги расходом Qш1 в основном потоке до впадения стока, к мощности теплового стока:

                                                       (51)

где Qш1 - расход шуги основного потока выше створа стока:

                                                         (52)

параметр  должен определяться по графику  (рис. 1) при

                                               (53)

5.7. При условии Ш > 1 (табл. 12) величина Δxст должна рассчитываться по формуле

                                                 (54)

где параметр Х1 находится по формуле (53), параметр Х2 находится по графику  на рис. 1 при значении параметра

                                                            (55)

5.8. При условии Ш < 1 (табл. 12) имеет место полное таяние шуги и нагревание воды в потоке выше нуля, при этом порядок расчета следующий.

Таблица 12

Параметр Ш

Частичное или полное таяние шуги

Изменение расхода шуги по длине потока, увеличение длины полыньи

Расчет длины полыньи по настоящим Рекомендациям

Ш ≥ 1

Частичное

Описание: Описание: 1

п. 5.7

Ш < 1

Полное

п. 5.8

а) Сначала необходимо определить температуру потока в створе стока:

                                        (56)

б) Затем следует рассчитать длину полыньи в соответствии с требованиями раздела 4 настоящих Рекомендаций, но вместо t0 используется значение температуры потока в створе впадения стока tст, рассчитанное по формуле (56).

Отступление кромки льда

5.9. Расчет длины полыньи при отступлении кромки льда должен проводиться в соответствии с требованиями раздела 4.

5.10. Температуру воды на кромке следует определять по формуле

                                                (57)

где температура воды в створе стока рассчитывается по формуле (49).

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ, ЛЬДА, ШУГИ И СНЕГА, НЕОБХОДИМЫЕ ПРИ РАСЧЕТЕ ДЛИНЫ ПОЛЫНЬИ

Наименование физических величин

Обозначение

Численное значение

Температуропроводность льда, м2

ал

при 0 °С

1,133×10-6

при -20 °С

1,353×10-6

Температуропроводность снега, м2

ас

свежевыпавшего

0,308×10-6

слежавшегося

0,476×10-6

Удельная теплоемкость воды, Дж/(кг ∙ К)

с

4190

Удельная теплоемкость льда, Дж/(кг ∙ К)

сл

при 0 °С

2120

при -20 °С

1960

Плотность воды, кг/м3

ρ

1000

Плотность льда, кг/м3

ρл

920

Плотность шуги, кг/м3

ρш

400 ÷ 650

Плотность снега, кг/м3

ρс

200 ÷ 400

Теплопроводность льда, Вт/(м ∙ К)

λл

при 0 °С

2,21

при -20 °С

2,44

Теплопроводность снега, Вт/(м ∙ К)

λс

при ρс ≤ 350 кг/м3

2,85×10-6

при ρс > 350 кг/м3

2,56×10-6

Удельная теплота фазового перехода (ледообразования), Дж/кг

σл

3,35×105

Приложение 2

СПРАВОЧНЫЕ ТАБЛИЦЫ

Значения (Q + q)0, Вт/м3

Таблица 2-1

Градусы северной широты

Месяцы

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

30

163

204

251

293

316

321

315

295

261

216

172

150

32

152

195

244

291

316

323

316

295

257

209

163

141

34

143

187

240

290

319

326

319

293

252

201

155

130

36

133

178

233

286

319

328

319

292

247

194

144

121

38

123

170

227

284

319

330

320

290

241

186

136

110

40

114

160

220

280

317

330

320

287

236

178

126

101

42

104

151

213

276

316

331

320

285

230

169

116

92

44

94

142

205

271

315

333

320

283

224

160

107

81

46

85

131

197

266

314

333

320

279

217

151

98

72

48

74

122

188

260

313

334

320

276

211

143

87

63

50

65

112

179

255

311

334

319

272

204

134

78

55

52

55

102

170

249

307

333

317

267

197

124

66

45

54

45

92

162

243

305

333

316

263

188

115

59

37

56

36

84

152

237

301

333

314

258

180

106

51

29

58

26

73

143

230

299

333

313

254

172

97

43

22

60

19

64

134

222

297

333

313

249

164

87

35

15

62

14

55

124

215

293

334

312

243

155

79

27

10

64

9

45

114

208

291

335

312

237

147

67

20

7

66

5

37

105

200

288

336

312

232

137

59

13

3

68

2

29

95

193

286

340

312

228

129

50

8

1

70

0

21

85

184

285

342

313

223

120

41

2

0

72

0

15

74

178

286

336

315

220

110

33

1

0

74

0

10

64

171

287

349

320

217

101

24

0

0

76

0

6

55

164

288

354

323

214

92

17

0

0

78

0

2

45

158

291

357

328

213

84

10

0

0

80

0

0

36

152

293

361

331

212

74

5

0

0

82

0

0

27

150

295

365

335

213

64

2

0

0

84

0

0

19

149

298

369

337

214

55

0

0

0

86

0

0

12

147

299

372

341

214

47

0

0

0

88

0

0

7

147

300

373

343

215

41

0

0

0

90

0

0

3

147

302

374

344

216

37

0

0

0

Таблица 2-2

Значения параметров n и eпр для определения коэффициента ke

Параметры

Градусы северной широты

Месяцы

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

n10-2

30

0,7

0,5

0,4

0,4

0,3

0,3

0,3

0,3

0,4

0,4

0,5

0,9

40

0,9

0,9

0,5

0,4

0,3

0,3

0,3

0,3

0,4

0,5

0,6

1,0

50

1,1

1,0

1,7

0,6

0,4

0,3

0,3

0,4

0,4

0,6

1,0

1,2

60

1,4

1,2

1,0

0,7

0,5

0,4

0,4

0,4

0,5

1,0

1,2

1,7

70

-

1,5

1,2

1,0

0,8

0,6

0,5

0,6

0,7

1,2

1,2

-

80

-

-

1,8

1,5

1,0

0,8

0,6

1,0

1,2

1,2

-

епр, мб

30

6,0

7,5

10,0

12,5

14,5

16,0

16,0

15,5

11,0

9,0

7,5

5,5

40

4,5

5,0

7,0

10,0

13,0

15,0

16,0

15,5

11,0

9,0

6,0

4,0

50

3,0

4,0

5,0

7,0

10,5

14,0

16,0

15,5

11,0

8,0

5,0

3,0

60

2,0

2,5

3,5

5,0

8,0

11,5

14,5

14,5

10,5

7,0

4,0

1,5

70

-

1,5

2,5

2,5

5,5

8,5

12,0

10,5

8,0

5,0

2,5

-

80

-

-

1,0

1,5

3,5

6,0

7,5

5,5

5,0

3,0

-

-

Таблица 2-3

Значения коэффициента kz

Градусы северной широты

Высота над уровнем моря, м

0

200

500

1000

1500

2000

2500

3000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

ЯНВАРЬ

30

1,0

1,022

1,005

1,010

1,014

1,017

1,019

1,021

40

1,0

1,003

1,007

1,017

1,025

1,032

1,036

1,043

50

1,0

1,005

1,008

1,024

1,036

1,047

1,047

1,065

60

1,0

1,006

1,016

1,032

1,047

1,062

1,075

1,088

ФЕВРАЛЬ

30

1,0

1,003

1,007

1,010

1,014

1,017

1,020

1,022

40

1,0

1,004

1,003

1,012

1,016

1,021

1,025

1,028

50

1,0

1,004

1,009

1,013

1,019

1,025

1,030

1,034

60

1,0

1,005

1,010

1,041

1,022

1,028

1,034

1,039

МАРТ

30

1,0

1,003

1,005

1,008

1,012

1,016

1,019

1,022

50

1,0

1,004

1,006

1,009

1,014

1,019

1,022

1,025

70

1,0

1,008

1,017

1,026

1,037

1,048

1,056

1,064

80

1,0

1,014

1,028

1,041

1,058

1,075

1,088

1,100

АПРЕЛЬ

30

1,0

1,003

1,006

1,009

1,012

1,016

1,018

1,021

60

1,0

1,003

1,006

1,009

1,012

1,016

1,018

1,021

70

1,0

1,004

1,008

1,012

1,017

1,022

1,026

1,029

80

1,0

1,005

1,010

1,015

1,021

1,027

1,032

1,037

МАЙ

30

1,0

1,003

1,007

1,010

1,014

1,018

1,021

1,024

60

1,0

1,003

1,007

1,010

1,014

1,018

1,021

1,024

80

1,0

1,003

1,007

1,010

1,014

1,018

1,021

1,024

ИЮНЬ

30

1,0

1,003

1,005

1,008

1,012

1,015

1,018

1,021

60

1,0

1,003

1,005

1,008

1,012

1,015

1,018

1,021

80

1,0

1,003

1,005

1,008

1,012

1,015

1,018

1,021

ИЮЛЬ

30

1,0

1,003

1,006

1,009

1,012

1,016

1,019

1,022

60

1,0

1,003

1,006

1,009

1,012

1,016

1,019

1,022

80

1,0

1,003

1,006

1,009

1,012

1,016

1,019

1,022

АВГУСТ

30

1,0

1,003

1,007

1,010

1,013

1,017

1,020

1,023

60

1,0

1,003

1,007

1,010

1,013

1,017

1,020

1,023

80

1,0

1,005

1,009

1,014

1,020

1,025

1,030

1,035

СЕНТЯБРЬ

30

1,0

1,003

1,005

1,008

1,012

1,016

1,019

1,022

50

1,0

1,003

1,006

1,009

1,013

1,017

1,021

1,025

70

1,0

1,005

1,010

1,015

1,022

1,028

1,034

1,041

80

1,0

1,007

1,014

1,020

1,029

1,038

1,077

1,055

ОКТЯБРЬ

30

1,0

1,003

1,006

1,009

1,012

1,016

1,019

1,022

50

1,0

1,003

1,006

1,010

1,014

1,019

1,022

1,028

60

1,0

1,003

1,007

1,010

1,015

1,020

1,024

1,028

70

1,0

1,008

1,016

1,023

1,034

1,044

1,052

1,061

80

1,0

1,012

1,024

1,036

1,062

1,067

1,081

1,095

НОЯБРЬ

30

1,0

1,003

1,006

1,009

1,013

1,017

1,020

1,023

40

1,0

1,005

1,010

1,015

1,021

1,027

1,032

1,037

50

1,0

1,007

1,014

1,021

1,026

1,037

1,011

1,051

60

1,0

1,009

1,017

1,026

1,036

1,047

1,055

1,064

ДЕКАБРЬ

30

1,0

1,003

1,007

1,010

1,013

1,016

1,0(8

1,021

40

1,0

1,006

1,013

1,013

1,027

1,035

1,041

1,048

50

1,0

1,009

1,018

1,038

1,041

1,054

1,064

1,075

60

1,0

1,013

1,026

1,039

1,056

1,073

1,088

1,103

Таблица 2-4

Значения среднесуточного коэффициента kн

Месяцы

Градусы северной широты

30

40

50

60

70

80

I

0,69

0,70

0,73

0,78

0,85

-

II

0,68

0,69

0,71

0,74

0,79

0,85

III

0,67

0,67

0,69

0,71

0,73

0,78

IV

0,66

0,66

0,68

0,69

0,70

0,73

V

0,66

0,66

0,67

0,68

0,69

0,70

X

0,67

0,68

0,70

0,73

0,77

0,81

XI

0,68

0,70

0,72

0,70

0,82

-

XII

0,69

0,71

0,73

0,79

-

-

Таблица 2-5

Значения среднесуточного коэффициента kв+c

Месяцы

Градусы северной широты

30

40

50

60

70

80

I

0,43

0,47

0,51

0,55

0,58

-

II

0,40

0,44

0,48

0,51

0,56

0,58

III

0,36

0,40

0,43

0,47

0,51

0,55

IV

0,33

0,36

0,39

0,43

0,47

0,50

V

0,30

0,33

0,36

0,40

0,43

0,47

X

0,38

0,42

0,46

0,50

0,53

0,58

XI

0,41

0,46

0,50

0,54

0,57

-

XII

0,44

0,48

0,52

0,57

-

-

Таблица 2-6

Значения среднесуточного альбедо водной поверхности, А

Месяцы

Облачность, доли единицы

Градусы северной широты

30

40

50

60

70

80

I

0

0

0,08

0,13

0,20

0,27

0,5

0

0,08

0,12

0,17

0,24

-

-

0,5

0,5

0,08

0,13

0,18

0,25

-

-

1,0

0

0,08

0,08

0,09

0,09

-

-

1,0

0,5

0,08

0,08

0,09

0,09

-

-

1,0

1,0

0,08

0,08

0,08

0,08

-

-

II

0

0

0,06

0,09

0,12

0,19

0,44

-

0,5

0

0,07

0,08

0,11

0,17

0,33

-

0,5

0,5

0,07

0,09

0,11

0,19

0,38

-

1,0

0

0,07

0,08

0,09

0,09

0,08

-

1,0

0,5

0,07

0,08

0,08

0,08

0,08

-

1,0

1,0

0,08

0,08

0,08

0,08

0,08

-

III

0

0

0,05

0,06

0,08

0,11

0,20

0,37

0,5

0

0,06

0,06

0,08

0,11

0,18

0,27

0,5

0,5

0,06

0,07

0,08

0,12

0,20

0,29

1,0

0

0,06

0,07

0,08

0,09

0,09

0,09

1,0

0,5

0,07

0,08

0,08

0,08

0,09

0,09

1,0

1,0

0,08

0,08

0,08

0,08

0,08

0,08

IV

0

0

0,05

0,05

0,06

0,08

0,12

0,19

0,5

0

0,05

0,06

0,06

0,08

0,11

0,15

0,5

0,5

0,05

0,06

0,07

0,09

0,12

0,16

1,0

0

0,06

0,06

0,07

0,08

0,09

0,09

1,0

0,5

0,06

0,07

0,07

0,08

0,08

0,09

1,0

1,0

0,08

0,08

0,08

0,08

0,08

0,08

V

0

0

0,05

0,05

0,05

0,07

0,10

0,13

0,5

0

0,05

0,05

0,06

0,07

0,09

0,11

0,5

0,5

0,05

0,05

0,06

0,07

0,09

0,12

1,0

0

0,06

0,06

0,06

0,07

0,09

0,09

1,0

0,5

0,06

0,06

0,07

0,08

0,08

0,08

1,0

1,0

0,08

0,08

0,08

0,08

0,08

0,08

X

0

0

0,06

0,08

0,10

0,14

0,33

-

0,5

0

0,07

0,08

0,09

0,12

0,25

-

0,5

0,5

0,07

0,08

0,09

0,13

0,29

-

1,0

0

0,07

0,08

0,08

0,08

0,08

-

1,0

0,5

0,07

0,08

0,08

0,08

0,08

-

1,0

1,0

0,98

0,08

0,08

0,08

0,08

-

XI

0

0

0,07

0,11

0,17

0,26

0,46

-

0,5

0

0,07

0,10

0,15

0,22

0,34

-

0,5

0,5

0,07

0,11

0,16

0,24

0,39

-

1,0

0

0,08

0,09

0,09

0,09

0,08

-

1,0

0,5

0,08

0,08

0,09

0,09

0,08

-

1,0

1,0

0,08

0,03

0,08

0,08

0,08

-

XII

0

0

0,08

0,13

0,20

0,26

-

-

0,5

0

0,08

0,12

0,16

0,22

-

-

0,5

0,5

0,08

0,12

0,18

0,26

-

-

1,0

0

0,08

0,08

0,08

0,09

-

-

1,0

0,5

0,08

0,08

0,08

0,08

-

-

1,0

1,0

0,08

0,08

0,08

0,08

-

-

Таблица 2-7

Значения величины b'

Абсолютная влажность воздуха е, мб

Общая облачность n0

0

0,2

0,4

0,6

0,8

0,1

0,53

0,42

0,32

0,21

0,11

0,2

0,57

0,46

0,34

0,23

0,11

0,4

0,62

0,49

0,37

0,25

0,12

0,6

0,64

0,51

0,38

0,26

0,13

0,8

0,65

0,52

0,39

0,26

0,13

1,0

0,67

0,53

0,40

0,27

0,13

1,5

0,69

0,55

0,42

0,28

0,14

2,0

0,71

0,57

0,43

0,28

0,14

4,0

0,75

0,60

0,45

0,30

0,15

6,0

0,77

0,62

0,46

0,31

0,15

8,0

0,78

0,63

0,47

0,31

0,16

10,0

0,79

0,64

0,48

0,32

0,16

20,0

0,83

0,66

0,50

0,33

0,17

30,0

0,84

0,68

0,51

0,34

0,17

Примечание. При n0 = 1 (сплошная облачность) b' = 0.

Таблица 2-8

Значения величины b"

Общая облачность n0

Нижняя облачность nн

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,1

0

-

-

-

-

-

0,2

0,17

0,19

-

-

-

-

0,4

0,34

0,36

0,39

-

-

-

0,6

0,51

0,53

0,56

0,58

-

-

0,8

0,68

0,70

0,73

0,75

0,78

-

1,0

0,85

0,87

0,90

0,92

0,95

0,97

Таблица 2-9

Значения величины , Вт/м2

, °С

Десятые доли градуса

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0

321

321

322

322

322

323

323

323

324

324

1

324

326

326

326

327

327

328

328

329

329

2

330

330

330

331

333

333

334

334

334

335

3

335

335

336

336

336

337

337

338

338

340

4

340

340

341

341

341

342

342

343

344

344

5

344

344

345

345

345

347

347

347

348

349

6

349

350

350

351

351

351

352

352

353

354

7

355

355

356

356

357

358

358

358

359

359

8

359

361

361

362

363

363

363

363

363

364

9

365

365

366

366

366

367

368

369

370

370

10

370

371

371

372

372

373

374

374

374

375

11

376

377

377

377

378

379

379

379

380

380

12

381

382

383

383

384

384

385

385

386

386

13

386

387

387

388

388

389

390

391

391

391

14

392

392

393

393

393

394

394

395

396

397

15

397

397

398

398

399

399

400

401

401

401

16

402

403

404

404

405

405

406

406

407

407

17

408

408

409

411

411

412

412

412

413

413

18

414

414

415

416

417

418

418

418

419

419

19

420

420

421

421

422

422

422

423

424

424

20

426

426

426

427

428

428

428

429

429

430

Таблица 2-10

Среднеширотные значения коэффициента k

Градусы северной широты

30

40

50

60

70

k

0,32

0,33

0,36

0,40

0,50

Таблица 2-11

Среднеширотные значения коэффициента с1

Градусы сев. широты

30

40

50

60

70

с1

0,63

0,68

0,72

0,76

0,80

Таблица 2-12

Эффективное излучение при безоблачном небе I, Вт/м2

Температура воздуха, °С

Влажность воздуха, мб

1,0

2,0

4,0

6,0

8,0

-20

77

-

-

-

-

-10

91

84

-

-

-

0

105

98

84

-

-

10

119

112

98

91

77

20

-

-

112

105

91

Приложение 3

РАСЧЕТ ДЛИНЫ УЧАСТКА МЕЖДУ СТВОРАМИ НУЛЕВОЙ ИЗОТЕРМЫ И НАЧАЛА ВНУТРИВОДНОГО ЛЕДООБРАЗОВАНИЯ

Начало процесса внутриводного ледообразования возможно при выполнении трех условий [10, 12] - переохлаждение воды, наличия устойчивых зародышей льда и отвода теплоты кристаллизации от границы фазового перехода. Участок от створа нулевой изотермы до створа, в котором начинается образование кристаллов внутриводного льда, может быть весьма протяженным и составлять несколько километров, поэтому длину этого участка необходимо оценивать при проведении расчета длины полыньи. Расчет длины участка между створами нулевой изотермы и начала внутриводного ледообразования следует проводить на основании зависимостей, представленных в [16]:

где                                                                                                            (1)

хн - координата створа начала внутриводного ледообразования;

х0 - положение створа нулевой изотермы, вычисляемое по формуле (15) настоящих Рекомендаций. Номограмма, позволяющая рассчитывать величину хн - х0 и температуру воды в створе начала внутриводного ледообразования tн, построенная по приведенной зависимости (1), представлена на рисунке.

Описание: Описание: 1

Номограмма для расчета длины участка между створами нулевой изотермы и начала внутриводного ледообразования.

Для иллюстрации расчета длины участка между створами нулевой изотермы и начала внутриводного ледообразования в этом приложении рассмотрен пример с теми же исходными данными, что и в примере 1 приложения 4, но при

Для Q = 500 м3/с, b = 280 м, V = 1 м/с, α1 = 12 Вт/(м2 ∙ К),  параметр Lσ = 11,4 ∙ 10-8. Аппроксимируя график Lσ = f(Miн) в области Lσ от 0 до 10-6 зависимостью Lσ = 11,4×10-4 Miн и используя эту зависимость, можно найти Miн = 2,8 ∙ 10-4, откуда длина участка между створами нулевой изотермы и начала внутриводного ледообразования хн - х0 = 175 м.

Приложение 4

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

Пример 1. В нижнем бьефе ГЭС ширина заберегов в предледоставный период в районе кромки льда bз.0 = 80 м, забереги наблюдаются только на шугообразующем участке. Ледостав наступает 10 ноября. Толщина льда, измеренная у берега в районе кромки 15 ноября, hл.0 = 0,32 м. Расход воды в нижнем бьефе Q = 500 м3/с, скорость течения V = 1 м/с, ширина b = 280 м, температура воды в начале нижнего бьефа t0 = 3 °C, коэффициенты теплоотдачи от воды к воздуху и льду и эквивалентная температура воздуха α1 = α3 = 12 Вт/(м ∙ К),  эквивалентная температура воздуха надо льдом  плотность шуги ρш = 560 кг/м3.

Найти начальное положение кромки льда.

Решение.

1. Положение створа нулевой изотермы определяется по формуле (15):

2. Толщина льда на кромке рассчитывается по формуле (25); продолжительность периода от даты ледостава до даты измерения толщины льда составляет 5 дней (с 10 по 15 ноября):

3. Степень покрытия шугой водной поверхности вблизи кромки перед установлением ледостава при полном покрытии поверхности заберегами и шугой рассчитывается по формуле (28):

βш.0 = 1 - bэ.0/b = 1 - 80/280 = 0,714.

4. Параметр координаты, соответствующий начальному положению кромки, находится по рис. 1, исходя из величины βш = 0,714:

Хн = 0,8.

5. Начальное положение кромки рассчитывается по формуле (26):

Пример 2. На начало третьей декады ноября (20 ноября) длина полыньи в нижнем бьефе составляла хк.0 = 100000 м. Температура воды, сбрасываемой с ГЭС в нижний бьеф, t0 = 2,8 °С; расход воды Q = 500 м3/с; V = 1 м/с, b = 280 м, ширина заберегов по всему нижнему бьефу в среднем bз.0 = 80 м, α1 = 12 Вт/(м2 ∙ К),  коэффициенты шероховатости русла и нижней поверхности шуги nр = 0,05, nш = 0,015, плотность шуги ρш = 560 кг/м3.

Найти длину полыньи в конце третьей декады ноября (30 ноября) (τj = 10 сут = 10 ∙ 24 ∙ 3600 с = 864000 с).

Решение.

1. Положение створа нулевой изотермы определяется по формуле (15) с учетом требований п. 4.3 настоящих Рекомендаций:

Так как х0 < хк.0, то в соответствии с п. 1 табл. 11 имеет место наступление кромки.

2. Толщина льда на кромке определяется в соответствии с п. 4.7 настоящих Рекомендаций:

Н = Q/(bV) = 500/(280 ∙ 1) = 1,78 м, RН = 1,78 м,

С = R1/6/nпр = 1,781/6/0,027 = 40,8 м0,5/с,

3. Параметр Хк.0 рассчитывается по формуле (31):

4. Параметр  находится по графику  на рис. 2 при Х = Хк.0 = 0,129:

5. Параметр  рассчитывается по формуле (30):

6. Параметр Хк находится по графику  на рис. 2 при

Хк = 0,06.

7. Положение кромки льда в конце третьей декады рассчитывается по формуле (29):

Пример 3. Исходные данные те же, что и в примере 2, но   α1 = 12 Вт/(м2 ∙ К). Толщина слоя снега на льду hc = 0,1 м, толщина льда в нижнем бьефе hл.0 = 0,2 м.

Найти длину полыньи в конце третьей декады ноября (30 ноября).

Решение.

1. Положение створа нулевой изотермы определяется по формуле (15) с учетом требований п. 4.4 настоящих Рекомендаций:

Так как х0 > хк.0, то в соответствии с п. 2 табл. 11 имеет место отступление кромки льда.

2. Температура воды на кромке рассчитывается по формуле (35) при х = хк.0:

3. Приведенная толщина льда находится по формуле (39):

4. Температура воды под ледяным покровом, при которой прекращается таяние льда на нижней поверхности, рассчитывается по формулам (37), (38):

5. По формуле (43) определяется величина σ1:

6. Длина участка таяния рассчитывается по формуле (42):

7. Средняя температура воды подо льдом на участке таяния определяется по формуле (41):

8. Скорость отступления кромки находится по формулам (33), (34), (36), (40):

q0 = cρQtкр = 4190 ∙ 1000 ∙ 500 ∙ 1,2 = 2,51 ∙ 109 Вт,

qт = cρQtт = 4190 ∙ 1000 ∙ 500 ∙ 0,011 = 2,3 ∙ 107 Вт,

9. Длина полыньи в конце расчетного периода рассчитывается по формуле (32):

хк = хк.0 + Vкрτj = 100000 + 0,0052 ∙ 10 ∙ 24 ∙ 3600 = 104529 м.

Пример 4. Исходные данные те же, что и в примере 2, но в створе хс = 85000 м действует тепловой сброс мощностью qст = 108 Вт. Расход воды ниже створа стока QΣ = 650 м3/с.

Найти длину полыньи в конце третьей декады ноября.

Решение.

1. Положение створа нулевой изотермы определяется по формуле (15) с учетом требований п. 4.4 настоящих Рекомендаций:

Так как х0 < хс, то сток расположен на шугообразующем участке.

2. Безразмерный параметр координаты при х = хс определяется по формуле (53):

3. Безразмерный параметр расхода шуги в створе стока определяется по графику (рис. 1) при X º Х1 = 0,06:

4. Объемный расход шуги в створе стока определяется по формуле (52):

5. Параметр Ш рассчитывается по формуле (51):

Так как Ш > 1, то согласно табл. 12 шуга в створе стока тает частично.

6. Параметр расхода шуги после ее таяния рассчитывается по формуле (55):

7. Безразмерный параметр координаты, соответствующий , находится по рис. 1 при

Х2 = 0,01.

8. Увеличение длины шугообразующего участка при таянии шуги за счет теплового стока определяется по формуле (54):

9. Длина полыньи в нижнем бьефе в данном примере определяется по формуле (50):

хк.ст = xк + Δxст = 85773 + 8285 = 94058 м.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пехович А.И., Трегуб Г.А. Расчет шугообразования и движения кромки ледяного покрова в нижних бьефах ГЭС//Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева: Сборник научных трудов. - 1980. - Т. 143. - С. 87 - 91.

2. Трегуб Г.А. Метод расчета длины полыньи в нижних бьефах ГЭС// Матер. конф. и совещ. по гидротехнике: Борьба с ледовыми затруднениями на реках и водохранилищах при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений/ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. - 1984. - С. 18 - 23.

3. Чижов А.Н. Образование внутриводного льда и формирование шугохода на горных реках//Труды ГГИ. - 1962. - Вып. 93. - С. 3 - 23.

4. Донченко Р.В. Модель процесса замерзания рек//Труды ГГИ. - 1980. - Вып. 270. - С. 3 - 11.

5. Донченко Р.В. Физические свойства внутриводного льда (шуги)// Труды ГГИ. - 1956. - Вып. 55 (109). - С. 5 - 40.

6. Берденников В.П. Физические характеристики льда заторов и зажоров//Труды ГГИ. - 1965. - Вып. 129, - С. 19 - 43.

7. Рекомендации по термическому расчету водохранилищ:  - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 30 с.

8. Рекомендации по расчету зажорных явлений в нижних бьефах ГЭС. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 30 с.

9. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. - Л.: Энергия, 1976. - 352 с.

10. Пехович А.И. Основы гидроледотермики. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинград, отд-ние, 1983. - 200 с.

11. Шаталина И.Н. О расчете коэффициента теплоотдачи при обтекании поверхностей достаточно большой длины//Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. - 1975. - Т. 109 - С. 140 - 148.

12. Лед в водохранилищах и нижних бьефах ГЭС // Я.Л. Готлиб, Р.В. Донченко А.И. Пехович, И.Н. Соколов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 197 с.

13. Нежиховский Р.А. Расчеты и прогнозы стока шуги и льда в период замерзания рек//Труды ГГИ. - 1963. - Вып. 103. - С. 3 - 40.

14. Чижов А.Н. О расчетах толщины ледяного покрова на реках и водохранилищах//Труды ГГИ. - 1980. - Вып. 270. - С. 40 - 55.

15. Ляпин В.Е., Трегуб Г.А., Разговорова Е.Л. Ледотермический режим нижних бьефов ГЭС и влияние на него тепловых стоков//Гидрофизические процессы в реках и водохранилищах. - М. 1985. - С. 263 - 269.

16. Ляпин В.Е., Трегуб Г.А., Разговорова Е.Л. Методы прогноза и регулирования ледотермических явлений в нижних бьефах высоконапорных ГЭС//Матер. конф. и совещ. по гидротехнике: Инженерное мерзлотоведение в гидротехническом строительстве/ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. - 1984. - С. 158 - 163.

17. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф., Российский К.И. Зимний термический режим водохранилищ, рек и каналов. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1947. - 154 с.

18. Назаренко С.Н., Кожевникова Т.Е., Сулимова Л.И. Опыт прогнозирования элементов ледотермического режима нижних бьефов ГЭС//Гидротехническое строительство. - 1980. - № 9. - С. 40 - 43.

19. Руководство по гидрологическим расчетам при проектировании водохранилищ. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 283 с.

20. Донченко Р.В. Экспериментальные исследования испарения с поверхности льда//Труды ГГИ. - 1968. - Вып. 159. - С. 56 - 60.

21. Берденников В.П. Динамические условия образования заторов льда на реках//Труды ГГИ. - 1964. - Вып. 110. - С. 3 - 11.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Основные положения. 2

2. Перечень необходимых исходных данных. 3

3. Расчет составляющих теплового баланса при теплообмене воды и льда с воздухом.. 5

4. Расчет длины полыньи. 8

5. Расчет длины полыньи с учетом влияния тепловых стоков в нижнем бьефе. 14

Приложение 1. Физические свойства воды, льда, шуги и снега, необходимые при расчете длины полыньи. 16

Приложение 2. Справочные таблицы.. 17

Приложение 3. Расчет длины участка между створами нулевой изотермы и начала внутриводного ледообразования. 21

Приложение 4. Примеры расчета. 23

Список литературы.. 26

 

 






ГОСТЫ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ и ТЕХНИЧЕСКИЕ НОРМАТИВЫ.
Некоммерческая онлайн система, содержащая все Российские Госты, национальные Стандарты и нормативы.
В Системе содержится более 150000 файлов нормативно-технической документации, действующей на территории РФ.
Система предназначена для широкого круга инженерно-технических специалистов.

Рейтинг@Mail.ru Яндекс цитирования

Copyright © www.gostrf.com, 2008 - 2016