Разработка проекта реконструкции узла ГТС для орошения земель в поселке Крылово Правдинского района Калининградской области

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Проблема охраны природы на современном этапе развития производственных сил общества - острейшая проблема. Она вызвана неблагоприятными изменениями в природе под воздействием интенсивной хозяйственной деятельности человека. Последнее десятилетия характеризуется быстрыми темпами вовлечения в оборот сельскохозяйственных земель. Современные рудные и угольные карьеры, строительство ГТС, природно- производственные комплексы, воздействие которых оказывает влияние на ход естественной эволюции биосферы. Вмешательство в природу в таких масштабах приводит к негативным последствиям. В крупных агропромышленных районах происходят ландшафтные, климатические, гидрогеологические и аэрологические изменения. Значительное негативное влияние оказывают карьеры по добыче строительных горных пород, количество которых в России приближается к 5000. Они также, если не принимать надлежащих природоохранных мер, наносят значительный ущерб природной среде. Изменение русла рек, строительство новых и реконструкция уже построенных ГТС, мелиорация и рекультивация земель всегда ведут к изменению рельефа местности. Открытый способ разработки, несмотря на лучшие экономические показатели, по сравнению с подземным, обуславливает значительные нарушения земной поверхности, связанные с горными выработками, отвалами пустых пород, складами, транспортными коммуникациями и другими сооружениями. Площадь отводимых карьеру земель исчисляется сотнями, а на крупных предприятиях -- тысячами гектаров, которые в процессе разработки частично или полностью нарушаются.

Одно из важнейших условий охраны окружающей среды- бережное отношение к земле, основанное на рациональном землепользовании, под которым следует понимать порядок, размеры и интенсивность использования земель под природоохранные работы и их возврат в народнохозяйственное использование при минимальных затратах на временное отчуждение земель. Это может быть достигнуто при рациональном режиме нарушения и рекультивации земель на основе изыскания технологических решений, позволяющих уменьшить размеры нарушений земель и ускорить их возврат в народнохозяйственное использование с максимальным эффектом. Особое значение отводится рекультивации нарушенных земель. Рекультивация рассматривается в виде составной части общей проблемы рационального использования земель и подчинена цели наиболее рационального и эффективного использования восстановленных земель, создания оптимально организованных и экологически сбалансированных ландшафтов. Рекультивация должна обеспечивать приоритет сельскохозяйственного использования нарушенных земель.

Выполняя планы первых пятилеток, советские люди создали крупные ГТС, канал имени Москвы, каскад Верхне - Волжских гидроузлов и другие. После Великой Отечественной войны развертываются работы по восстановлению разрушенных и поврежденных гидроузлов. Природоохранная деятельность - это разработка и практическая реализация природоохранных мероприятий, производственно-технического, экономического, административно-правового характера, подразумевающая достижение возможно большего эффекта при наименьших затратах. Природообустройство - область производственной деятельности, в результате которой осуществляется изменение естественного или нарушенного в процессе антропогенной деятельности состояния природных объектов конкретной территории в намеченном направлении с полным учетом требований охраны природы. Природоохранные сооружения - строительные объекты, назначение которых состоит в защите природных ресурсов конкретного района от вредного влияния факторов природного и антропогенного характера. В основном это объекты гидротехнического, гидромелиоративного строительства, подпорные сооружения, накопители отходов, специальные объекты промышленного строительства и прочие инженерные сооружения. Человек в своей жизнедеятельности не может отказаться ни от использования природы, ни от изменения компонентов природы, ни от научно - технического прогресса. К сожалению, зачастую это приводит к кризисным экологическим ситуациям.

Актуальность данного курсового проекта обусловлена тем, что развитие водного хозяйства, растущая потребность в воде и более рациональном использовании ее природных запасов, появление новых технологий, конструкций и материалов приводят к моральному старению гидротехнических сооружений и необходимости их модернизации и реконструкции. Так, приходится увеличивать степень регулирования стока ввиду увеличения потребления воды. Это требует повышения напора на плотине, увеличения высоты плотины. В других случаях приходится увеличивать устойчивость и прочность плотин, пропускную способность существующих водосбросов.

Реконструкция узла ГТС в урочище балки «Зеленая» на расстоянии 5 км от поселка Крылово для орошения земель необходима для повышения водообеспеченности оросительных систем, улучшения режима грунтовых вод на орошаемых массивах и прилегающих к ним территориях, возможности разведения рыбы и возможности использования водохранилища в целях водоснабжения.

1. Общая часть

1.1 Характеристика района реконструкции плотины

Проектом предусматривается реконструкция узла гидротехнических сооружений, необходимых для создания водохранилища в пос. Крылово Правдинского района Калининградской области.

Водохранилище предназначено для орошения прилегающих участков сельскохозяйственных угодий. Водохранилище расположено в урочище балки «Зеленая» на расстоянии 5 км от ближайших построек и на расстоянии 28 км от ближайшей железнодорожной станции в г. Правдинск.

В процессе изысканий по створу реконструкции плотины пробурено пять скважин на глубину 5-6 м. Образцы грунта подвергались лабораторным исследованиям, в результате которых установлено геологическое строение балки.

Кроме того, в процессе изысканий установлено, что по дну балки протекает ручей, который пересыхает в течение трех месяцев. Наполнение водохранилища происходит за счет вод ручья и местного стока. Склоны балки относительно пологие, хорошо задернованные. Заселённость и заболоченность отсутствуют. В зоне затопления кладбищ и скотомогильников не имеется. Геологические условия балки вполне пригодны для создания водохранилища.

1.2 Характеристика существующего узла ГТС

Существующий узел ГТС построен в 1973 году и состоит из грунтовой плотины из супеси и водосбросного сооружения - башенного водосброса. В настоящее время плотина частично разрушена, имеются многочисленные размывы водой; башенный водосброс - в аварийном состоянии и подлежит разборке. Грунт тела плотины предполагается использовать при строительстве новой плотины.

1.3 Состав проектируемых мероприятий

Для создания водохранилища проектом предусматриваются следующие сооружения:

1) Водоподпорное - однородная грунтовая плотина из суглинка;

2) Водосбросной канал автоматического действия.

2. Плотина

2.1 Выбор типа плотины

Тип грунтовой плотины зависит от наличия на месте строительства в достаточном количестве пригодного для насыпи тела плотина грунта хорошего качества, геологических и гидрогеологических условий основания, наличия необходимых механизмов, способов ведения работ, сроков строительства. Наиболее простыми и легко выполнимыми являются однородные плотины из песчано-глинистых грунтов. На месте строительства в достаточном количестве имеются суглинистые грунты для насыпки тела плотины, поэтому проектом предусматривается однородная грунтовая плотина из суглинка с дренажем.

2.2 Выбор створа плотины

Створ плотины назначается в процессе рекогносцировки местности. Ось плотины назначается, по возможности, перпендикулярно к общему направлению балки. При этом учитывается:

1) Характер местности;

2) Направление господствующих ветров;

3) Наличие или возможность устройства удобных съездов к водохранилищу;

4) Положение плотины;

5) Полезное скопление воды;

6) Возможность неподтопления населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий;

7) Благоприятные условия для устройства водосбросного сооружения;

8) Удобство производства работ;

9) Интересы дорожного строительства;

10) Геологические и гидрогеологические условия для основания;

11) Расположение плотины;

12) Расположение водохранилищ;

13) Санитарные условия.

Створ плотины закрепляется на местности двумя реперами, по одному на каждом берегу.

2.3 Заложение и крепление откосов

Откосы грунтовых плотин проектируют обычно неодинаковой крутизны: верховой откос проектируют более пологим, чем низовой, так как смоченные грунты имеют меньший угол естественного откоса, чем сухие.

Коэффициенты заложения откосов грунтовых плотин принимаются в зависимости от :

1. Характера грунта основания плотины;

2. Характера грунта тела плотины;

3. Типа плотины;

4. Высоты плотины.

Для низких плотин IVкласса капитальности коэффициент заложения откосов принимаем :

верхового m=2,5;

низового m1=1,75.

Откосы грунтовой плотины подвергаются разрушающему действию волн, ледяного покрова, атмосферного влияния, колебанию уровней воды, поэтому их необходимо крепить. Для крепления верхового откоса в данном проекте рекомендуется использовать железобетонные плиты 1,5*1,5;1,5*3;2*3;3*3 м, укладываемые на песчано-гравийную подготовку толщиной 0,1 м. Крепление необходимо начинать ниже УМО и заканчивать выше ФПУ на 1,5ч2 высоты волны.

Для низового откоса рекомендуется посев трав (люцерны, тимофеевки, райграса) по слою растительного грунта толщиной 0,2 - 0,3 м.

2.4 Определение отметок гребня и максимальной высоты плотины

Отметка гребня плотины определяется по формуле:

?ГП= ?ФПУ +d, (1)

где ?ФПУ - отметка форсированного подпорного уровня воды, м;

d- превышения гребня плотины над ФПУ, м.

Превышение гребня плотины d над форсированным подпорным уровнем воды определяется по формуле:

d = h +h +a; (2)

где h- высота ветрового нагона воды, h =0,3 м;

h- высота наката ветровой волны на верхний откос,=0,5 м;

а - запас высоты плотины,=0,4 м.

d= 0,3+0,5+0,4=1,2.

Высота плотины вычисляется по формуле:

Hпл.= Hгп.- HТБ.; (3)

где Hгп. - отметка гребня плотины;

HТБ. - отметка тальвега балки.

Hпл.=79,2- 70= 9,2 м.

2.5 Конструкция гребня плотины

Гребень плотины представляет собой дорогу. Ширина гребня плотины принимается 10 м. Проезжая часть гребня укрепляется специальными дорожными плитами. Для обеспечения поверхности стока гребень плотины устраивают с поперечным уклоном в обе стороны от оси - . Вдоль проезжей части на обочинах устанавливаются железобетонные столбы - надолбы высотой до 1 м на расстоянии 5 м один от другого.

2.6 Сопряжение тела плотины с основанием и берегами

Тело плотины должно плотно примыкать к основанию и берегам и иметь достаточный запас устойчивости против сдвига. Для пресечения фильтрации через сильно фильтрующие слои грунта основания при мощности их до 3 м в основании плотины устраивают зуб в виде траншеи трапецеидальной формы, которую заполняют мятой глиной. Размеры зуба следующие: ширина по верху - 3 м, ширина по низу - 1 м.

Сопряжение тела плотины с берегами следует выполнять в виде наклонных плоскостей с короткими уступами для удобства работ. Обработка склонов вертикальными уступами не допускается, так как вследствие резких изменений высоты насыпи вдоль уступов образуются опасные поперечные трещины.

2.7 Конструкция дренажа

Дренаж устраивается о стороны низового откоса в пониженных частях плотины с целью:

- предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой откос (в зону, подверженную промерзанию);

- отвода воды, фильтрующейся через тело плотины и основания в нижний бьеф;

- предотвращения фильтрационных деформаций;

- понижения положения кривой депрессии;

- повышения устойчивости низового откоса.

Дренаж должен быть доступен для осмотра и ремонта и снабжен контролирующими устройствами. Дренаж проектируется по типу каменной призмы из камня или щебня. Дренажная призма, кроме основного своего назначения, является упором низового откоса плотины. С внутренней стороны дренажной призмы, примыкающей к телу плотины, и в основании ее укладывается обратный фильтр из слоев песка и гравия или щебня. В плотинах из суглинистых грунтов обратный фильтр можно устраивать из одного слоя гравия или щебня.

Толщина слоев фильтра принимается 15-20 см.

Высота дренажной призмы

hдр(0,15 - 0,17)Hпл; (4)

где Hпл - высота плотины.

hдр = 0, 15 * 9,2 = 1, 56м

Внутренний откос призмы выполняют с коэффициентом заложения

mв= 1;

mн= 1,5.

Ширина дренажной призмы поверху принимается 1 -2 км.

Отметка верха дренажной призмы:

= + (5)

= 70 + 1,56 = 71,56 м

2.8 Расчет плотины на фильтрацию

Фильтрационный расчет однородной грунтовой плотины на водонепроницаемом основании при НПУ и отсутствии воды в нижнем бьефе.

Порядок расчета:

1. Строится в масштабе поперечное сечение плотины с дренажем.

2. Определяется положение раздельного сечения. Для этого вычисляется расстояние по формуле:

(6)

= = 0,41

H = 77,0 -70,0 = 7,0м

м

3. Графически определяется расстояние L по оси абсцисс от раздельного сечения до точки пересечения оси абсцисс с внутренним откосом дренажа.

L= lр+(?ГП-?НПУ)m +b+(?ГП-?ГД)m1-(?ГД-?ТБ)mв; (7)

где b- ширина гребня плотины, м;

?ГД - отметка гребня дренажа, м;

m1- коэффициент заложения низового откоса плотины;

mв - коэффициент заложения внутреннего откоса дренажа.

L = 30,5 м

4. Определяется по формуле ордината кривой депрессии в начале дренажа:

 = -L (8)

=- 30,3 = 0,7

5. Определяем положение начала координат. Для этого вычисляем расстояние lпо формуле :

l = (9)

l=0, 35 м.

6. Задаваясь, значениями х-ов определяется, соответствующее значение y-ов по формуле:

Y = (10)

Табл. 1

x	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20	22	24	26	28
y	1,67	2,3	2,8	3,3	3,7	4,1	4,4	4,7	5,0	5,2	5,5	5,7	6,0	6,2

Фильтрационный расчет при ФПУ и наличии воды в нижнем бьефе.

1. Строится в масштабе поперечное сечение плотины с дренажем.

2. Определяется положение раздельного сечения. Для этого вычисляется расстояние по формуле:

= 2,87м (11)

где - глубина воды в нижнем бьефе; =1,

?ФПУ - ?ТБ = 8,0м

3. Графически определяется расстояние L по оси абсцисс от раздельного сечения до точки пересечения оси абсцисс с внутренним откосом дренажа.

L = lp +(?ГП-?ФПУ)m +b+(?ГП-?ГД)m1-(?ГД-?УВНБ) mв =29,3 м. (12)

L = 29,3 м

4. Определяется по формуле ордината кривой депрессии в начале дренажа:

= -L (13)

м

5. Определяем положение начала координат. Для этого вычисляем расстояние l по формуле :

l =

l = 0,35м

6. Задаваясь, значениями х-ов определяется, соответствующее значение y-ов по формуле:

Y =

Табл. 2

x	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20	22	24
y	2,2	3,2	3,9	4,5	5,0	5,5	6,0	6,4	6,8	7,2	7,5	7,8

3. Водосброс

3.1 Выбор типа водосброса.

Водосбросное сооружение при грунтовой плотине служит для сброса в нижний бьеф излишних паводковых вод.

Тип водосбросного сооружения зависит:

1. От рельефа местности;

2. От величины водосбросного расхода;

3. От грунта берегов балки;

4. От высоты плотины;

5. От климатических условий;

6. От возможности повышения уровня воды выше НПУ;

7. От удобства эксплуатации.

Так как высота плотины небольшая, и относительно небольшой максимальный расчетный расход проектом предусматривается открытый береговой водосбросной канал автоматического действия, который обладает рядом преимуществ:

1. Водосброс устанавливается вне тела плотины;

2. Грунт по трассе водосбросного тракта пригоден для насыпи тела плотины, поэтому не надо специально открывать карьеры;

3. Прост в эксплуатации;

4. Порог входной части находится на отметке НПУ.

3.2 Проектирование трассы водосброса

Совокупность сооружений, принимающих участие в сбросе излишних вод в нижний бьеф, называется водосбросным трактом, который состоит из следующих сооружений:

Трасса водосбросного тракта выбирается так, чтобы:

Объемы работ и общая стоимость сооружений были минимальными;

Грунт выемки под водосброс был полностью или частично использован для насыпки тела плотины;

Сооружения находились в сравнительно неглубокой выемке;

Трасса по возможности была прямолинейной;

Длина трассы была минимальной;

Трасса водосбросного тракта проходила в наиболее устойчивых и не размываемых грунтах;

Водосбросной канал наиболее рационально устраивать на правом берегу балки;

Вход канала должен отстоять от плотины не менее чем на 20-40 м в сторону верхнего бьефа;

Выход канала должен быть удален от низового откоса плотины не менее чем на 40-70 м;

Для более плавного и спокойного входа и выхода воды начальную и конечную части канала необходимо выполнить в виде воронок (раструбов).

3.3 Гидравлический расчет водосброса

Водосбросной канал рекомендуется проектировать трапецеидальной формы. Входную часть канала принимают в виде расширяющейся воронки с порогом на отметке НПУ.

Гидравлический расчет канала заключается в определении параметров канала так, чтобы фактическая скорость не превышала допустимую.

Порядок расчета:

1. Определяется площадь живого сечения канала по формуле

(14)

где Q - максимальный расчетный расход водосброса;

- допустимая скорость течения воды.

2. Определяется ширина дна канала по формуле:

b = (15)

где h -глубина воды в канале,h= 1,5 м

m -коэффициент заложения откосов канала,m= 1,5м

b =

b =20,5м

3. Определяем смоченный периметр по формуле:

? = b + 2h (16)

? = 20,5 + 2*1,5

? = 24,73м

4. Определяем гидравлический радиус по формуле:

R = (17) R = = 1,33м

Находим скоростной множитель = 48,91.

5. Определяем уклон дна канала по формуле:

i = (18)

i= 0,00042

6. Необходимо определить фактическую скорость течения воды в канале по формуле:

= (19)

= 0, 99м/с

скорость не должна превышать допустимую:

?

? м/с

Заключение

плотина фильтрационный грунтовой водосбросный

Настоящим проектом предусматривается проектирование плотины из грунтовых материалов и водосбросного сооружения. Исходные данные для проектирования гидротехнических сооружений приведены в задании. Выбирается створ плотины и ось водосбросного сооружения.

В соответствии с заданием и исходными данными на проектирование гидроузла в составе плотины из местных строительных материалов с водосбросом и на основании выбран створ плотины и ось водосбросного сооружения. Произведено конструирование поперечного профиля и элементов плотины. Определена отметка гребня плотины и его ширина. Назначено заложение и очертание откосов плотины. Выбраны устройства для крепления откосов, противофильтрационные и дренажные устройства, сопряжение тела плотины с основанием. Произведены расчеты ширины гребня плотины, превышения гребня над УВБ, высоты плотины, заложения верхового и низового откоса плотины, противофильтрационного и дренажного устройства. Выполнены фильтрационные расчеты для определения положения депрессионной кривой, установления градиентов и скоростей фильтрационного потока и определения фильтрационного расхода. Для подтверждения величины заложения откосов производятся расчеты их устойчивости. Выбран тип водосбросного сооружения. Проведены гидравлические расчеты. По результатам проведенных расчетов на основании технико-экономического сопоставления различных вариантов осуществлен выбор плотины и водосбросного сооружения. Задание на проектирование гидротехнического узла в составе плотины из местных материалов с водосбросом выполнено.

Размещено на Allbest.ru