Проектирование гидроузла в составе грунтовой плотины

 

 

Погрешность определяется по формуле (3.16):

               П= , %,                                              (3.16)  

П=60,15-60,19/60,19*100%=0,07 %.          

Принимаем глубину воды в конце быстротока h2=h0=0,18080,18 м.

3.1.3 Расчет сопряжения бьефов

Расчет сопряжения бьефов заключается в установлении вида гидравлического прыжка в нижнем бьефе. Схема сопряжения бьефов представлена на рисунке 3.4.

 

Рисунок 3.3 – Схема сопряжения бьефов: - первая сопряженная глубина, = h2=0,17 м; - вторая сопряженная глубина; hб – бытовая глубина

В нижнем бьефе возможно 3 вида гидравлического прыжка:

1. Затопленный прыжок hб;

2. Отогнанный прыжок hб;

3. Совершенный прыжок  hб.

Для определения вида гидравлического прыжка определяем вторую сопряженную глубину по формуле (3.17):

= , м,                     (3.17)

где - первая сопряженная глубина, м;

      hкр – критическая глубина, м. Определяется по формуле (3.18):

            hкр = 0,66*Н, м,                                         (3.18)

где Н – разность отметок ФПУ и НПУ, м.

          hкр = 0,66*1=0,66 м.

                  =1,7 м.

В нижнем бьефе формируется затопленный прыжок, так как =1,7hб=2 м, следовательно, следовательно, устройство водобойного колодца не требуется.

3.2 Конструирование и гидравлический  расчет закрытого водосброса

В качестве закрытого водосброса выбираем трубчато-ковшовый водосброс. Схема трубчато-ковшового водосброса представлена на рисунке 3.5.

Рисунок 3.4 – Схема трубчато-ковшового водосброса

Трубчато-ковшовый водосброс состоит из следующих элементов:

1) железобетонный ковш, основание ковша располагается на естественном грунте, высота ковша составляет 4 м;

2) водопроводящие трубы, которые выполняются из железобетонных  раструбных труб длиной 5 м;

3) ростверк;

4) железобетонные сваи, предназначенные  для обеспечения устойчивости  конструкции в случае размыва  грунта в нижнем бьефе.

Определяем уклон водопроводящих труб по формуле (3.19).

                 ,                                                  (3.19)

где l – длинна, м;

      определяется по формуле (3.20):

=(НПУ-4)+hп-, м,                                (3.20)

где НПУ – нормальный подпорный уровень, м;

 – отметка дна, м.

=109,5-4-100=5,5 м.

          =0,1.

Полученное значение уклона удовлетворяет условию 0,1 i 0,25.

Гидравлический расчет трубчатого ковшового водосброса заключается в определении периметра ковша и диаметра водопроводных труб.

Периметра ковша определяется по формуле (3.21):

    , м,                                (3.21)

где Q – максимальный расчетный расход пятипроцентной обеспеченности, м3/с;

       Н – напор на гребне водослива, м;

       m – коэффициент расхода водослива, m=0,42;

       – коэффициент подтопления для обеспечения устойчивой работы водослива и водопроводных труб. Для обеспечения устойчивости водопроводных труб отметка воды принимается выше гребня водослива на глубину подтопления hп = 0,2. Согласно [1], величина подтопления =0,96.

= 11,48 м.

Гидравлический расчет водопроводящих труб заключается в определении их диаметров. Трубы проектируются в две нитки, следовательно, расход через одну трубу определяется по формуле (3.22):

               = , м3/с,                                            (3.22)

где Q – максимальный расчетный расход пятипроцентной обеспеченности, м3/с.

           = = 10,5 м3/с.

Методика определения диаметра труб:

В первую очередь определяется разность уровней между отметкой воды в ковше и отметкой воды в нижнем бьефе. Она определяется по формуле (3.23):

 -, м,                                  (3.23)

где – отметка нормального подпорного уровня, м;

       hп – глубина подтопления, м;

       - отметка нижнего бьефа, м.

 -=7,7 м.

Задаваясь диаметром труб, добиваемся выполнения условия hw=z , где hw – общие потери напора, определяемые по формуле (3.24):

           , м,                                          (3.24)

где – потери в местных сопротивлениях, м;

      – потери по длине труб, м.

Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле (3.25):

 , м,                      (3.25)

где – коэффициент сопротивления на вход, равный 0,5;

      – коэффициент сопротивления на поворот, равный 0,2;

      – коэффициент сопротивления на выход, равный 1;

      V – средняя скорость в трубе, м/с.

Потери напора по длине определяются по формуле Дарси (3.26):

         , м,                                        (3.26)

где – коэффициент гидравлического трения;

      l – длина водопроводящей трубы, м;

     d – диаметр водопроводящей трубы, м;

     V – скорость воды в трубе, м/с.

Таким образом, общие потери в трубе определяются по формуле (3.27):

     , м,                      (3.27)

В общем случае коэффициент гидравлического трения является функцией от числа Рейнольдса и относительной шероховатости. При турбулентном движении среднее значение принимается 0,025.

Число Рейнольдса определяется по формуле (3.28):

          ,                                                    (3.28)

где d – диаметр водопроводящей трубы, м;

      V – средняя скорость в трубе, м/с;

      – коэффициент кинематической вязкости, который зависит от температуры. При t = 200С, =0,01 м2/с.

Диаметр труб определяем методом подбора. Принимаем d=1 м.

Определяем скорость воды в трубе по формуле (3.29):

 

           , м/с,                                            (3.29)

где - расход через одну трубу, м/с;

      d – диаметр труб, м.

= 13,06 м/с.

13,06.

Поскольку Re = 13,06 , то режим движения турбулентный.

Определяем потери напора:

hw=(0,5+0,2+1+0,025*65/1)*(13,06)2/2*9,8=28,9 м.

Поскольку общие потери напора hw=28,9 мz=7,7 м, то, следовательно, диаметр трубы необходимо увеличить.

Все расчеты представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Определение диаметра трубы

d, м	V, м/с	hw  , м
1	13,06	28,9
1,3	7,73	8,99
1,4	6,66	6,47
1,35	7,16	7,6
1,349	7,175	7,63
1,348	7,186	7,65

 

 

Находим погрешность по формуле (3.30):

П=*100%, %,                                             (3.30)

П=(7,7-7,65)/7,7*100%=0,64%.

Принимаем по типовому проекту 2 трубы диаметром равным 1,4 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ВОДОВЫПУСК

Для забора воды из водохранилища, для подачи воды потребителям устраивают водовыпуск для целей водоснабжения, орошения и других нужд.

В нашем курсовом проекте принимаем башенный водовыпуск.

Башенный водовыпуск состоит из башни и водопроводящих труб. Башня служит для размещения основного и ремонтного затворов.

Основной затвор служит для регулирования подачи воды, ремонтный – чаще всего выполняется из шандор.

Расчетный расход водовыпуска равен Q=1,9 м3/с.

Водопроводящие трубы проектируем в одну нитку, поперечное сечение железобетонных труб прямоугольное, высота труб h=1,4 м, ширина в=1,5 м.

Движение воды в трубах безнапорное. При минимальном уровне воды в водохранилище, близком к УМО, принимаем глубину воды в трубе h=1 м.

Гидравлический расчет труб заключается в определении потерь напора z при пропуске расчетного расхода Q, значение которого сравнивается с нормативным 0,1 – 0,25 м.

Потери напора по длине при пропуске расчетного расхода Q находим из формулы (4.1):

z=,                                                     (4.1)

где - коэффициент бокового сжатия. Принимается =0,8;

      - коэффициент скорости. Принимается =0,8;

      b – ширина трубы;

      h – глубина воды в трубе;

      Q – расчетный расход.

z==0,2 м.

Потери в трубе, равные z=0,2 м меньше допустимых, равных z=0,25 м. Следовательно, размеры трубы выбраны верно.

Для обеспечения равномерного движения воды в трубе определяем необходимый уклон трубы, используя формулу Дарси (4.2):

i=,                                                                 (4.2)

где – площадь живого сечения, м2;

      С – коэффициент Шези;

      R – гидравлический радиус, м;

      i – гидравлический уклон.

Площадь живого сечения определяется по формуле (4.3):

=1,5 м2,                                        (4.3)

где b – ширина по дну, м;

      h – глубина, м.

Смоченный периметр определяется по формуле (4.4):

=2+1,5=3,5 м,                                 (4.4)

где В – ширина входа в быстроток, м;

      h – глубина, м.

Гидравлический радиус определяется по формуле (4.5):

=0,43 м,                                               (4.5)

где – площадь живого сечения, м2;

       – смоченный периметр, м.

Коэффициент Шези определяется по формуле (4.6):

С==72,4,                                             (4.6)

где n – коэффициент шероховатости, для бетонной поверхности 0,012;

      R – гидравлический радиус, м.

i=0,00071.

Вход в трубу размещается на отметке УМО=102 м.

Отметка выхода из трубы определяется по формуле (4.7):

Вых=Вх-i*l, м,                                                   (4.7)

где l – длина пути, определяемая по генплану. Принимается равной l=70 м.

Вых=102-0,00071*70=101,95 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

При разработке проекта гидроузла необходимо предусмотреть специальные меры, исключающие воздействия проектируемых сооружений на окружающую среду. Эти меры разрабатываются в следующей последовательности:

1. Охрана земель.

2. Охрана водных ресурсов.

3. Охрана недр.

4. Охран растительности.

5. Охрана ландшафта.

6. Охрана животного мира.

7. Рекреационные мероприятия.

8. Сохранение памятников  истории и культуры.

При проектировании гидроузла необходимо стремиться к сокращению земельных угодий, отводимых для нужд строительства и сохранению пахотного горизонта. Карьеры и отвалы после окончания работ должны быть приведены в состояние, пригодное для использования в сельском хозяйстве. Вспашку земель у водохранилища производят поперек склона для выращивания растений с мощной корневой системой. При строительстве гидроузлов и водохранилищ снимается почвенно-растительный слой грунта и складируется с тем, чтобы в дальнейшем использовать его для залужения откосов дамб и ложа водоема.

Сброс вод с водосбора разрешается только при условии, что не будет допущено снижение самоочищения вод водоема. Для этого выполняются расчеты предельно допустимых сбросов в водохранилище, на основании которых делается вывод о возможности сброса стока в водоем.

К охране недр относится содержание в соответствующем состоянии береговой линии водоема, не допуская ее размыва.

При создании водоема необходимо вырубить из ложа будущего водохранилища древесную растительность, чтобы не создавать впоследствии загрязнения водной среды. Древесная растительность, находящаяся в зоне подпора подземных вод, также вырубается, а вместо всей площади вырубки деревьев высаживаются равные по площади вырубки насаждения.

 Создание гидроузла  и примыкающего к нему водоема должно гармонично вписываться в ландшафт зоны проектирования.

При проектировании водохранилища необходимо избегать мелководий, подтопления и заболачивания территорий. При проектировании гидроузла предусмотреть мероприятия, обеспечивающие охрану рыбных богатств, водных и околоводных животных и растений.

Сооружения гидроузла должны быть архитектурно выразительными и представлены в современных формах и материалах.

Не допускается проектирование гидроузлов в районах расположения памятников истории и культуры. Возможный ущерб этим памятникам может быть вызван подтоплением или непредусмотренным сбросом стока с водохранилища.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью в курсовой работе спроектирован гидроузел в составе плотины, водосборного сооружения и водовыпуска. В результате проектирования были решены следующие задачи:

1. Произведена компоновка гидроузла.
2. Сконструирован поперечный профиль плотины. Отметка гребня плотины – 112 м. Построена кривая депрессии. Удельный фильтрационный расход через плотину – 1,196* м3/сут. Коэффициент запаса на устойчивость больше нормативного – устойчивость низового откоса обеспечена. Предусмотрено крепление откосов плотины железобетонными плитами, что предотвращает фильтрационные деформации грунта тела плотины.
3. Рассчитаны водосбросные сооружения: сконструирован поперечный профиль подводящего канала; произведен гидравлический расчет быстротока, глубина воды в конце быстротока – 0,18 м; произведен расчет сопряжения бьефов, в нижнем бьефе формируется затопленный прыжок; в качестве закрытого водосброса выбран трубчато-ковшовый с диаметром труб – 1,4 м.
4. Произведен расчет водовыпуска. Потери напора по длине при пропуске расчетного расхода – 0,2 м. Уклон трубы – 0,00071.
5. Предусмотрены мероприятия по охране окружающей среды.