Проектирование регулирующих сооружений водохозяйственных систем

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет» имени Н. И. Вавилова

факультет «Природообустройства и лесного хозяйства»

кафедра «Строительных конструкций и гидротехнических сооружений»

Расчётно-графическая работа

Тема: Проектирование регулирующих сооружений водохозяйственных систем

Студент группы

КИВ-401 4-го курса

Преподаватель:

зав. каф. «СК и ГТС», д. т. н.

Затинацкий С. В.

САРАТОВ 2010 г

Рис.1(а, б) Графики зависимости Q1=f(d1), v1= f(d1) для подводящего канала

Рис.2(а, б) Графики зависимости Q2=f(d2), v2= f(d2) для отводящего канала

Введение

Наиболее распространенными сетевыми гидротехническими сооружениями на водохозяйственных системах, в т.ч. и на мелиоративных оросительных системах Поволжья, являются регулирующие сооружения. Они предназначены для регулирования уровней и расходов воды, регулирования поступления воды из каналов старшего порядка в каналы младшего порядка, организации аварийных сбросов, полного или частичного опорожнения каналов, промывки от наносов участков канала, подпитки других каналов и т. д.

Регулирующие сооружения должны быть простой конструкции, надежными в работе и удобными в эксплуатации. В них должно использоваться стандартное оборудование (затворы, подъемники и др.) и местные строительные материалы (камень, кирпич, дерево и т. п.), конструкции их должны быть доступны для осмотра, и ремонта, допускать замену деталей без нарушения работы.

Проектирование регулирующих сооружений сводится к выбору компоновки сооружения, решению вопроса о сопряжении регулирующего сооружения с каналом в верхнем и нижнем бьефах, определению параметров сооружения на основе гидротехнических расчетов.

1. Гидравлический расчет подводящего, отводящего каналов сооружения

Целью гидравлического расчета канала является определение параметров живого сечения потока (max;) при пропуске расчётных расходов воды (Qmax;Qн; Qmin)

1.1 Определение ширины канала по дну

Расчетная зависимость для определения ширины канала по дну имеет вид:

bk=v7.4/(1.2*(1/2.8+1/2.82))=3.56 м или 4 м

где bк - ширина магистрального канала по дну, м; Qmax - максимальный расход канала, м3/с ; v - скорость течения воды в канале, м/с. Скорость воды в каналах назначают на основе расчетов или экспериментальных исследований, как правило, по условию незаиляемости и неразмываемости их русла, с учетом переменного расхода воды, предварительно принимаем равной 1 м/с; в - коэффициент, определяющий параметры гидравлически наивыгоднейшего сечения канала, рассчитывают через отношение ширины канала по дну к глубине его наполнения. Для каналов трапецеидальной формы коэффициент в принимают в зависимости от коэффициента заложения откосов канала (т) (прил. 2); т - коэффициент заложения откосов канала, принимают в зависимости от грунта слагающих русло (прил. 1). У нас в=2,8 при m=1

Результат расчета ширины канала по дну уточняют и принимают при расходах до 10 м3/с, при ширине от 1,0 до 5,0 м - с интервалом через 0,5 м, при ширине канала более 5,0 м - с интервалом через 1,0 м.

1.2 Гидравлический расчет подводящего и отводящего каналов

При равномерном движении воды в каналах расход Q м3/с, определяют по формуле:

где S - площадь живого сечения, м2; v - скорость течения воды, м/с; С - коэффициент Шези, м0,5/с; R - гидравлический радиус, м; i - гидравлический уклон.

Расчёт глубин и скорости течения потока ведут графоаналитическим способом. Задаваясь четырьмя-пятью значениями глубины воды в канале, находят величины гидравлических элементов живого сечения потока, скорости и расхода воды в канале, (табл. 1).

Гидравлические элементы живого сечения потока определяют по зависимостям:

площадь живого сечения канала, м2:

смоченный периметр, м:

гидравлический радиус, м:

Для каналов с гидравлическим радиусом R < 5 м коэффициент Шези определяют, как правило, по формуле H.H. Павловского:

Показатель степени у равен:

У нас в среднем у=0,21

где n - коэффициент шероховатости стенок канала, принимаем равным 0,0225

Скорость течения воды, м/с:

По расчетным значениям табл. 1 строят графики зависимости Q1=f(d1), v1= f(d1) для подводящего канала и Q2=f(d2), v2= f(d2), для отводящего канала (рис. 1 и 2).

По графикам зависимости Q1=f(d1) и Q2=f(d2) (см. рис. 1и 2) для расчетных расходов воды в канале: Qmax;Qн; Qmin -определяют глубину воды в подводящем и отводящем каналах:

По графикам зависимости v1= f(d1) и v1= f(d1) (см. рис. 1 и 2) для найденных расчетов глубины воды в канале:- при пропуске расчетных расходов воды в канале: Qmax;Qн; Qmin - определяют скорость течения воды в подводящем и отводящем каналах: v1max; v1н; v1min; v2max; v2н; v2min.

Таблица 1

Расчет скорости течения и расхода воды в подводящем и отводящем каналах при заданных глубинах воды

2. Гидравлический расчет открытого регулятора

Открытый регулятор проектируют в виде лотка прямоугольного сечения, оборудованного затвором. При полностью открытом затворе регулятор, ширину пролета рассчитывают как затопленный водослив с широким порогом при пропуске расчетного, максимального, расхода воды.

2.1 Проверка условия подтопляемости сооружения при полностью открытом затворе

Водослив считается подтопленным, если выполняется неравенство:

z<H0-(z crf+z”)

Водослив считается подтопленным, если выполняется неравенство:

где Н0 - глубина воды в канале перед сооружением с учетом скорости подхода, м:

H0=1,2+1.08*1,182 /2*9.8=1,276

где H0 - глубина воды в канале, м. При пропуске расчетного, максимального, расхода воды глубину воды принимают равной dc =d1max; б - коэффициент Кориолиса, показывающий неравномерность распределения скоростей в живом сечении потока, б ~ 1...1,1; v - скорость течения воды в канале, м/с. При пропуске расчетного, максимального, расхода воды скорость течения принимают равной v = v1max ; g - ускорение свободного падения, м/с2; d crf - критическая глубина в прямоугольном сечении сооружения, м:

d crf=v1.08*1.852/9.8=0.722 м

где q - удельный расход, м3 /с на 1 м.п.,

q= Qmax/ bk;

q=7.2/4=1.85 м3/с

z" - величина восстановленного напора, определяется по формуле П.Г. Киселева:

z”=(2.56-1.34/9.8)*1.34=0.166 м

где vcrt , vp= v2max - соответственно критическая скорость, т.е. скорость потока при критической глубине, и скорость в русле за водосливным порогом открытого регулятора, м/с;

;

vcrt=7.2/0.722*4=2.56 м/c

z - перепад уровней воды между верхним и нижним бьефами, для открытых регуляторов z = 0,1... 0,2 м.

2.2 Расчет ширины порога открытого регулятора

Для подтопленного водослива с широким порогом при полностью открытом затворе расход определяют по зависимости:

где Q - расчетный расход воды, пропускаемой через сооружение, Q= Qmax, м3/с; m - коэффициент расхода, принимают при составлении проектного задания или в первом приближении при составлении технического проекта равным m = 0,35, если входные ребра сооружения округлены или притуплены, а также, если верховые грани устоев и водосливной стенки имеют наклон в сторону верхнего бьефа; ун - коэффициент подтопления, зависящий от отношения dn/H0 численные значения ун принимаются по H.H. Павловскому, ун=0,872 при dn/H0=0,843; dn - глубина подтопления, м. Для подтопленного водослива глубина подтопления равна глубине воды на пороге сооружения, dn = H0-z= =1,27-0,2=1,076; bp - ширина порога регулятора, определяемая по формуле:

bp=7,4/0,35*0,872*v2*9,8*1,2763/2=3,79 или 4 м

Размеры открытого регулятора, его ширину (пролет) и высоту прямоугольного отверстия водопропускного сооружения, перекрываемого затвором, принимают с учетом полученных расчетных величин bр .

2.3 Определение размеров водобойного колодца

Размеры водобойного колодца, его глубину и длину устанавливают по максимальным значениям при пропуске максимального, минимального и нормального расходов воды.

При эксплуатации сооружения регулятор работает в автоматическом режиме, при этом затвор, перекрывающий отверстие, в зависимости от пропускаемого расхода воды может быть поднят не полностью, и при этом могут быть три случая истечения из-под щита: свободное, несвободное, затопленное. Вводят два предварительных допущения к расчету.

расчетный уровень воды перед сооружением поддерживается постоянным и равным максимальному уровню воды в подводящем канале;

предполагают, что истечение из-под щита при пропуске расчетных расходов воды свободное.

Расчетная зависимость определения расхода воды при свободном истечении из-под сегментного затвора имеет вид:

канал сооружение затвор колодец

где м - коэффициент расхода, зависящий от типа затвора, для сегментных затворов при истечении в горизонтальный лоток, зависит от отношения a/ H0; а -- высота поднятия затвора, м; Н - глубина воды на пороге сооружения, Н = d1max > м; dc - сжатая глубина потока или первая сопряженная глубина потока, м:

dc =еа;

е - коэффициент вертикального сжатия вытекающей струи, зависит от отношения a/ H.

Для исследования вида истечения из-под щита определяют величину второй сопряженной глубины по формуле:

Сравнивая значение второй сопряженной величины d”c с глубиной di воды в нижнем бьефе регулятора решают вопрос о форме сопряжения, а именно: если окажется, что вторая сопряженная глубина больше глубины воды в нижнем бьефе, т.е. если d”c > di, то будет иметь место отогнанный прыжок; если окажется, что d”c = di то по форме прыжок находится в критическом положении; если расчетом определится, что d”c < di , то прыжок затоплен.

В наших случаях прыжок затоплен, поэтому устройство водобойного колодца не требуется.

Задаваясь высотой поднятия затвора а в интервале 0... d1max с шагом 0,2-0,3 м, определяют величины пропускаемых расходов, условия истечения и размеры водобойного колодца (табл. 2).

Таблица 2

Расчеты к определению размеров водобойного колодца

Список использованных источников:

1. Методические указания.Проектирование регулирующих сооружений водохозяйственных систем/сост. Затинацкий С. В.-Саратов,2007-16 с.

2. Недрига, В. П. Справочник проектировщика. Гидротехнические со-оружения / В. П. Недрига. - М. : Стройиздат, 1983. - 87 с.

3. СНиП 2.08.03-85 Мелиоративные системы и сооружения / Госстрой СССР. - М. : ЦИТП Госстроя СССР. 1986.

4. Полад-заде, П. А. Сооружения: справочник: в 4 т. / П. А. Полад-заде. - М.: Агропромиздат, 1987.

Т. 4: Мелиорация и водное хозяйство. - 1987. - 464 с.

Приложение

Qmax=7,2 м3/с

Qн=6,7 м3/с

Qmin=4,9 м3/с

v1max=1,18 м/с

v1н=1,14 м/с

v1min=1,04 м/с

d1 max=1,2 м

d1 н =1,1 м

d1 min =0,9 м

v2max=1,04 м/с

v2н=1 м/с

v2min=0,9 м/с.

d2 max=1,34 м

d2 н =1,28 м

d2 min =1,06 м

Размещено на Allbest.ru