Обоснование проектирования водохозяйственного комплекса р. Алатырь – с. Байково

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Курсовая работа

«Обоснование проектирования Водохозяйственного комплекса р. Алатырь - с.Байково»

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Река Алатырь, с.Байково расположена в Нижегородской области. Русло реки и пойма сложены супесчаными грунтами. Питание главным образом снеговое. Река замерзает в конце ноября, вскрывается в начале апреля, максимальная толщина льда 0,7 м, средние даты начала половодья 16 апреля, окончания 20 мая. Межень в августе-сентябре, в октябре наступает период осенних паводков, зимняя межень - декабрь-март. Гидрологические характеристики реки и топографические характеристики территории, планируемой под затопление с целью устройства водохранилища, приведены ниже.

Планируется водоснабжение предприятия по производству строительных материалов, орошение, состав культур: зерновые, овощи, кормовые, травы, защита территории нижнего бьефа от наводнений, максимальный уровень воды в нижнем бьефе для предотвращения затопления территорий 5 м. Требуется обеспечить пропуск санитарного расхода, минимальный уровень в реке во время межени 1,5 м.

Гидрологические характеристики реки Алатырь- с.Байково

Длина реки L км	Площадь водосбора F, км2	Расход Qр, м3/с	Объем, Wпр, м3106	Уклон реки Iр,0/00
		50%	75%	95%	50%	75%	95%
289	10200	31	20,1	16,2	977,62	633,87	510,88	0,26

Характеристики максимального стока реки Алатырь- с.Байково

Средняя продолжительность половодья, дни	Ежегодные вероятности превышения расчетных максимальных расходов воды, м3/с
tпол	tподъема	tспада	5%	3%	1%	0,5%
35	12	23	410	480	520	590

Средние даты начала половодья 16 апреля, окончания 31 мая.

Характеристики минимального стока реки Алатырь- с.Байково

Минимальные среднесуточные расходы, м3/с
Qмин.зимн.	Qмин.летн.
2,10	1,96

Топографические характеристики территории зоны затопления

Отметка, h, м усл.	0	4	8	12	16
Площадь затопления (площадь зеркала водохранилища, м2106	0	32	49	85	220

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование водохозяйственного комплекса ведется на р.Алатырь в с.Байково. Река Алатырь расположена в Нижегородской области. Планируется водоснабжение предприятия по производству строительных материалов, орошение, состав культур: зерновые, овощи, кормовые, травы, защита территории нижнего бьефа от наводнений, максимальный уровень воды в нижнем бьефе для предотвращения затопления территорий 5 м.

1.АНАЛИЗ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

1.1 Климатические условия

Климат района проектирования водохозяйственного комплекса умеренно-континентальный, характеризующийся среднемноголетним годовым количеством осадков Ос= 653 мм, суммарным испарения с поверхности суши Ес=456 мм, испарения с водной поверхности Ев=570мм, среднегодовой температурой воздуха t=+2,2 С. В табл.1.1. представлено внутригодовое распределение осадков, температуры воздуха и испарения.

Таблица 1.1

Средние многолетние, месячные значения осадков (Ос,мм), испарения с суши (Ес,мм) и водной поверхности (Ев,мм), температуры воздуха (t, С).

Фактор	Месяцы	Год
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Ос,мм	43	36	30	49	51	69	78	74	62	63	56	52	653
Ес,мм	-	2,28	9,12	27,3	77,5	114	100,3	68,4	36,48	18,24	2,3	-	456
Ев,мм	-	-	-	17,1	91,2	125,4	119,7	108,3	68,4	34,2	5,7	-	570
t, С	-13,7	-13	-7	1,9	11,2	16,1	18,2	16,0	10,0	2,8	-5,0	-11,0	2,2

Продолжительность теплого периода Ттепл.=214сут., холодного Тхол.=155сут.

1.2 Гидрологические условия

Основным водным объектом является река Алатырь. Площадь водосбора составляет

F = 10200 км2, длина реки Lр = 289 км, уклон реки 0,26 0/00.

Русло реки и пойма сложены супесчаными грунтами. Питание главным образом снеговое. Река замерзает в конце ноября, вскрывается в начале апреля, максимальная толщина льда 0,7 м, средние даты начала половодья 16 апреля, окончания 20 мая. Межень в августе-сентябре, в октябре наступает период осенних паводков, зимняя межень - декабрь-март. Гидрологические характеристики реки и топографические характеристики территории, планируемой под затопление с целью устройства водохранилища, приведены ниже.

Основные гидрологические характеристики, необходимые для водохозяйственной оценки р.Алатырь в створе с.Байково приведены в табл.1.2-1.5. Внутригодовое распределение речного стока для года гарантированной водоотдачи 75% обеспеченности, р. Алатырь, с. Байково приводится в соответствии с типовым внутригодовым распределением стока, характерным для зоны смешенных лесов.

Таблица. 1.2

Гидрологические характеристики реки Алатырь, с. Байково

Длина реки L км	Площадь водосбора F, км2	Расход Qр, м3/с	Объем, Wпр, м3106	Уклон реки Iр, 0/00
		50%	75%	95%	50%	75%	95%
289	10200	31,0	20,1	16,2	977,62	633,87	510,88	0,26

Таблица. 1.3

Характеристики максимального стока р. Алатырь, с. Байково

Средняя продолжительность половодья, дни	Ежегодные вероятности превышения расчетных максимальных расходов воды, м3/с
tпол	tподъема	tспада	5%	3%	1%	0,5%
35	12	23	410	480	520	590

Таблица. 1.4

Характеристики минимального стока р. Ипуть, с. Сосновка

Минимальные среднесуточные расходы, м3/с
Qмин.зимн.	Qмин.летн.
2,10	1,96

Таблица. 1.5

Внутригодовое распределение речного стока для года 75% обеспеченности, р. Алатырь, с. Байково

Ед.	Месяц	Год
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
%	2,7	2,3	2,1	20,3	37,3	9,6	5,5	3,6	2,4	4,3	6,1	3,8	100
Объем, Wпр, 3106	17,01	14,56	13,3	128,5	236,1	60,8	34,8	22,8	15,2	27,22	38,6	24,1	63,4

2.ПРОЕКТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ Р. АЛАТЫРЬ, С.БАЙКОВО

На современном этапе в состав участников проектируемого ВХК рассматриваемого объекта входят: промышленность, сельское хозяйство (орошение), охрана природы. Учитывая требования участников ВХК с целью регулирования стока р.Алатырь для покрытия дефицитов водопотребления в период межени планируется устройство водохранилища в створе с. Байково. Для этого нужно определить необходимый объем водохранилища Vв=деф. Также планируется использовать водохранилище для удержания стока половодья с целью предотвращения затопления территорий в нижнем бьефе. Для этого предусматривается увеличение объема водохранилища

Vпав= 0,25Wполов ;

где Wполов - объем половодья расчетной обеспеченности.

На перспективу экономического развития района в проекте водохозяйственного использования необходимо учесть дополнительный объем водохранилища Vперсп=0,1Vв.

Таким образом, полезный объем водохранилища должен быть не меньше

Vполез.>Vв+0,1Vв+0,25Wполов.

2.1 Объемы водопотребления и водопользования

2.1.1 Промышленность

На рассматриваемом участке предполагается развитие легкой промышленности. Объем водопотребления в промышленности Wп определяется по зависимости:

Wп = Вgп/п= 6000140/(0,98106)=857,14 млн.м3.

Объем годовой выработки продукции В составляет 6000 1000 м (в соответствии с исходными данными). Норма водопотребления составляет 140 м3/1000м. К.п.д. системы водоснабжения в промышленности равно 0,98.

Водопотребление свежей воды из источника водоснабжения определяется с учетом коэффициента оборотного водоснабжения Коб, для легкой промышленности Коб= 0.64:

Wп.св= Wп(1-Коб) =857,14 (1-0,64) = 308,55 млн.м3

Так как распределение водопотребления в годовом разрезе равномерно, ежемесячно требуется 0,45 млн. м3 воды, что соответствует среднему расходу

Qср=308,55106/(365246060)=9,78 м3/с.

2.1.2 Орошение

Объем водопотребления для орошения определяется в зависимости от площади орошения Fор = 36200 га. Оросительные нормы Мор для сельскохозяйственных культур приведены в табл.2.1

К.п.д. оросительной системы принимается ор=0,85. Объем водопотребления для орошения рассчитывается по формуле:

Wор = FорМср.взв.ор/ор = 362001710/(0,85106) = 72,8 млн.м3.

Таблица 2.1

Определение средневзвешенной оросительной нормы Мср.взв.ор

Вид растений	Мiор, м3/га	Доля занимаемой площади, c/хi	c/хiМiор, м3/га
Зерновые	1100	0,2	220
Овощи	1750	0,2	350
Кормовые	1700	0,3	510
Травы	2100	0,3	630
Итого	-	1,0	1710

В табл.2.2 представлено внутригодовое распределение водопотребления на орошение в % и объемах воды.

Таблица 2.2

Внутригодовое распределение оросительной нормы, %

Размерность	Месяцы	Год
	4	5	6	7	8	9
%	-	18	32	20	24	6	100
млн.м3	-	13,10	23,29	14,56	17,47	4,37	72,80

Средний расход воды, требующийся для орошения в период половодья

Qполов.=(0+13,10)106/(45246060)=3,37 м3/с.

Максимальный расход орошения в июне

Qmax.=23,29106/(30246060)=2,788,98 м3/с.

2.1.3 Санитарные попуски

В соответствии с принятыми в настоящее время нормами, величина минимального санитарного попуска должна быть не менее минимального среднесуточного расхода водотока в бытовом гидрологическом режиме летней и зимней межени года 95 % обеспеченности.

Минимальный среднесуточный расход летней межени года 95 % обеспеченности составляет 1,00 м3/с (период открытого русла).

Минимальный среднесуточный расход зимней межени года 95 % обеспеченности -1,00 м3/с (зимний период).

Потребитель	Месяц	Год
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Санитарный попуск	Qсан, м3/с	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1	2,1	-
	Период, t, млн c	2,67	2,42	2,67	2,59	2,67	2,59	2,67	2,67	2,59	2,67	2,59	2,67	31,5
	Wсан млн.м3	5,61	5,08	5,61	5,44	5,61	5,44	5,61	5,61	5,44	5,61	5,44	5,61	66,11

2.2 Расчет водохозяйственного баланса

Уравнение ВХБ составляется для года 75% обеспеченности. Для i-го месяца уравнение ВХБ записывается в виде:

МВХБi = Wпритi - Wпотрi

где Wпритi - объем притока речного стока в i -ый месяц; Wпотрi - сумма объемов водопотребления в i -ый месяц.

Месячные объемы водопотребления для равномерно потребляющих в течении года потребителей определяются по формулам:

Wпотрi = nW /12 ;

Где в данном случае W- годовой объем водопотребления.

Месячные объемы водопотребления для неравномерных водопотребителей определяются в соответствии с режимом подачи воды (табл. 2.3):

Wпотрi = kiW

где k - коэффициент внутригодового распределения объемов водопотребления.

Таблица 2.3

Внутригодовое распределение объемов водопотребления и водоотведения между участниками ВХК, млн.м3.

Потре-битель	Месяц	Год
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Wорi млн.м3	-	-	-	-	13,1	23,29	14,56	17,47	4,37	-	-	-	72,8
Wпром млн.м3	26,1	23,56	26,1	25,3	26,1	25,3	26,1	26,1	25,3	26,1	25,3	26,1	308,5
Wсан млн.м3	5,61	5,08	5,61	5,44	5,61	5,44	5,61	5,61	5,44	5,61	5,44	5,61	66,11
Итого Wпотрмлн.м3	31,7	28,64	31,72	30,74	44,81	54,03	46,27	49,18	35,11	31,71	30,74	31,71	447,4

Таблица 2.4.

Годовой водохозяйственный баланс для года 75% гарантированной водообеспеченности (без учета потерь)

Месяц	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Год
Wпотр млн.м3	31,7	28,6	31,7	30,74	44,81	54,03	46,27	49,18	35,11	31,71	30,74	31,71	447,4
Wприт млн.м3	17,01	14,6	13,3	128,5	236,1	60,8	34,8	22,8	15,2	27,22	38,6	24,1	633,4
Объем избытка Wизб, м3106				97,75	191,3	6,73					7,87		186,47
Объем дефицита Wдеф, м3106	14,69	14,1	18,4				11,47	26,39	19,92	4,49		7,66	117,13

Для года 75% обеспеченности Wприт = 633,4 млн.м3, что в целом больше годового объема водопотребления, Wпотр.=447,4 млн.м3, но в отдельные месяцы должны возрасти дефициты воды. Отмечаются дефициты воды в 1, 2, 3, 7, 8, 9, 10 и 12 месяцы, необходимо выполнить регулирование с помощью водохранилища сезонного регулирования.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОДОХРАНИЛИЩА НА ОСНОВЕ ИСХОДНЫХ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

гидрологический водохозяйственный водопотребление водохранилище

К числу параметров, определяющих основные размеры водохранилищ, относятся:

ФПУ - форсированный подпорный уровень;

НПУ - нормальный подпорный уровень;

УМО - уровень мертвого объема;

Vполез- полезный объем водохранилища;

Vумо_ мертвый объем;

Vполн=Vполез. + Vумо- полный объем водохранилища, соответствующий НПУ;

Fнпу- площадь водной поверхности водохранилища при НПУ;

Fумо- площадь водной поверхности при УМО;

hсрб-глубина сработки водохранилища.

Под НПУ понимается наивысший уровень водохранилища, который подпорные сооружения могут поддерживать в нормальных условиях эксплуатации в течение длительного времени.

Под УМО понимается самый низший уровень, до которого срабатывается водохранилище в процессе нормальной его эксплуатации.

Под полезным объемом водохранилища понимается объем, непосредственно осуществляющий регулирование стока. Он заключен в слое водохранилища между НПУ и УМО.

При пропуске катастрофических половодий и паводков допускается кратковременное повышение уровня воды в водохранилище над НПУ до отметки, называемой ФПУ (форсированный подпорный уровень). Объем водохранилища, заключенный между ФПУ и НПУ называется форсированным и используется для дополнительной трансформации (срезки) катастрофических максимальных расходов половодий и паводков.

Основные параметры водохранилища выбираются на основе анализа топографических, геологических, экономических и природоохранных условий.

Под экономическими условиями выбора НПУ понимаются денежные и материальные затраты, связанные с постройкой подпорных сооружений и компенсацией ущерба от затопления населенных пунктов, промышленных предприятий, сельскохозяйственных и лесных угодий и т. д.

Топографические условия определяют наиболее выгодную по технико-экономическим показателям и природоохранным условиям площадь водного зеркала, объем водохранилища, его глубину и т. д.

Неиспользуемый или мертвый объем водохранилища, отвечающий УМО должен обеспечить следующее:

- минимальный объем воды в зоне отдыха;

- резервный объем для будущего отложения наносов;

- минимальный объем воды для поддержания условий существования рыб и биоценоза;

- минимальный объем воды по условиям ее качества;

- минимальный уровень воды, гарантирующий бесперебойную работу сооружений, отводящих воду из водохранилища (каналов, трубопроводов, насосных установок).

В проектной практике отметка УМО, как и НПУ, выбирается в результате технико-экономического рассмотрения нескольких вариантов. Выбирая НПУ, мы тем самым выбираем полный объем водохранилища и максимальный напор на гидроузле, а выбирая УМО, - полезный объем водохранилища и минимальный напор, а также параметры, определяющиеся этой отметкой, например, гарантированную водоотдачу из водохранилища.

Определение параметров водохранилища по топографическим характеристикам

Исходные топографические характеристики предполагаемой зоны затопления (зависимость площади территории затопления от высотной отметки) приведены в табл.3.1, там же рассчитывается объем водохранилища.

Таблица 3.1

Отметка, h, м усл.	0	4	8	12	16
Площадь затопления (площадь зеркала водохранилища), м2106	0	32	49	85	220
Разность отметок,hi, м	0	4	4	4	4
Средняя площадь зеркала водохранилища между отметками, (fi+fi+1)/2м2106	0	16	40,5	67	152,5
Приращение объема водохранилища V=hi (fi+fi+1)/2, м3106	0	64	162	268	610
Объем водохранилища, м3106	0	64	226	494	1104

По полученным результатам строим графики зависимости площади водохранилища и его объема от отметки уровня воды (за нулевую отметку принимается отметка дна водохранилища) (рис. 3.1, 3.2).

По полученным морфометрическим зависимостям определяем возможную отметку НПУ.

Из практики проектирования известно, что величина сработки водохранилищ не должна превышать 1/3 максимальной глубины водохранилища (или максимального напора).

По топографическим условиям оптимальная глубина водохранилища достигается при 13 м, что соответствует объему 590 млн. м3. Учитывая, что глубина сработки не должна превышать 1/3 максимальной глубины водохранилища, при НПУ=13 м (VНПУ=590 млн. м3) УМО=8,40 м (VУМО=240млн м3). Vполезн=350 млн. м3.

3.1 Определение параметров водохранилища по экономическим показателям

Согласно проекту использования водных ресурсов р.Алатырь с.Байково, полезный объем водохранилища должен быть не меньше

Vполез.>Vв +0,1Vв +0,25Wпол.

Объем водохранилища, необходимый для аккумуляции 25% стока половодья 0,25Wпол определяется для года 3% обеспеченности стока (основной расчетный случай) при проектировании ГТС III класса.

Объем стока половодья находится по гидрографу половодья, который может быть построен разными способами. Наиболее простой и рекомендуемый при предварительном проектировании способ построения гидрографа методом Кочерина, при котором гидрограф аппроксимируется треугольником (рис.3.3).

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис.3.3 Схематизированный гидрограф половодья для расчета трансформации расхода

При этом задаются следующие данные: максимальный расход воды расчетной обеспеченности и продолжительность половодья.

Wпол=Qmax 3%tпол0,5=480352460600,5=728,8 млн. м3

Vполез.>Vдеф +0,1Vв +0,25Wпол=117,13+11,71+0,25*725,8=310,29 млн. м3.

Vполезн. мин=310,29 млн. м3.

Сравнение полученных результатов определения параметров водохранилища, предварительное определение полезного и полного объема водохранилища (без учета потерь)

Минимальный полезный объем водохранилища достигается при 310,29 млн. м3, что меньше оптимальной величины полезного объема, определенного по морфометрическим характеристиками 350 млн. м3.

Полученные характеристики НПУ=13 м, полный объем VНПУ=590 млн.м3, УМО=8,40м, Vполезн=350 млн. м3 принимаем для дальнейших расчетов. Мертвый объем VНПУ- Vполезн =590-350=240 млн. м3

3.2 Учет потерь из водохранилища

Учет потерь дает возможность найти тот объем воды, который должен быть накоплен в нем для покрытия не только полезного потребления, но и для возмещения потерь воды на испарение и фильтрацию за период сработки (опорожнения) водохранилища. Учет потерь приводит к необходимости увеличения его полезного объема.

Потери воды из водохранилищ слагаются из потерь на испарение, фильтрацию, льдообразование и пр. При водохозяйственных расчетах они подлежат учету.

Потери воды на испарение с открытой поверхности определяют по данным ближайших метеорологических станций или по расчетным формулам и выражаются высотой слоя испарения. При расчетах высоту слоя испарения уменьшают на величину слоя осадков, выпадающих непосредственно на зеркало водохранилища.

Для предварительных расчетов можно использовать сумму осредненных значений месячных величин слоев испарения за вычетом осадков за период открытого русла с средней площади зеркала водохранилища. Согласно табл.1.1, сумма испарения с водной поверхности за период с апреля по ноябрь за вычетом осадков 78 мм. Площадь зеркала водохранилища при его средней глубине (между НПУ и УМО) hвод.ср=10,4 м и площади зеркала Fзерк.ср.=63 млн. м2 при этой глубине. Объем водохранилища, который требуется для компенсации потерь на испарение Vпот.исп.=0,07863106=4,9106 м3.

Потери на фильтрацию слагаются из фильтрационных потерь через тело земляной плотины, в обход плотины и под нее и через ложе водохранилища. В предварительных расчетах фильтрационные потери принимают равными слою воды, теряемому в течение года с площади зеркала.

При средних гидрогеологических условиях (супесчаные грунты в ложе водохранилища) этот слой принимается равным 0,5 м в год.

Vпот.ф.=0,563106=31,5106 м3.

Общий объем потерь Vпот.=4,9106+31,5106 м3=36,4 106 м3.

Новая отметка НПУ с учетом потерь из водохранилища определяется по графику рис.3.2 при полном объеме Vпол =590+36,4=626,4 млн. м3, НПУ=13,8 м.

Полезный объем водохранилища

Vполезн=VНПУ-VУМО=626,4 - 240=386 млн. м3.

Рассмотрим соотношение полезного объема и среднемноголетнего объема стока реки в створе ГЭС W0=Q0T0,

где Q0-- среднемноголетний расход.

Если Vполезн<0,1 W0, водохранилище не может вести регулирование стока, при

Vполезн> 0,1W0, возможно сезонное регулирование стока реки, при Vполезн> 0,5W0 -- многолетнее.

Согласно исходным данным, W0=977,62 млн. м3.

Vполезн= млн. м3> 0,1977,62 млн. м3. Следовательно, водохранилище может вести многолетнее и сезонное регулирование стока.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЛОТИНЫ

Геологические условия участка строительства в большой степени определяют возможную высоту грунтовой плотины.

В данной работе рассматривается грунтовая однородная плотина на супесчаном основании. Отсыпка тела плотины ведется из супесчаного грунта.

В соответствии с исходными данными, в рассматриваемых условиях возможно строительство грунтовой плотины III класса, высота которой должна быть, в соответствии со СНиП 33-01-2003,15-35 м, а бетонной от 10 до 25 м.

Строительная высота плотины определяется в зависимости от отметки НПУ и ФПУ.

Выбор заложения (крутизны) откосов плотины производится на основе опыта строительства и эксплуатации аналогичных сооружений с учетом физико-механических характеристик грунтов тела плотины и основания, действующих на откосы сил, высоты плотины, методов производства работ по возведению плотины и условий ее эксплуатации. Назначенные заложения откосов затем проверяются расчетами статической устойчивости и при необходимости корректируются.

Ориентировочное значение заложений откосов грунтовой плотины из супеси, в основании залегают супеси, берутся в учебном пособии по табл.П2.11Приложения 2.

Заложение откосов принимается равным: для верхового откоса тв= 3,0, для низового откоса тн= 2,5.

Ширина гребня плотины с учетом строительства автомобильной дороги IV категории (межмуниципальная) проектируется 10 м.

Отметку гребня плотины в соответствии с принятыми нормативами, следует назначать на основе расчета возвышения его над расчетным уровнем воды.

Для приближенных расчетов в курсовой работе отметка гребня плотины рассчитывается по формуле

ГР = НПУ + hнагон + hиакат+0,5.

Величины нагона и наката волн определяются по графикам Приложения 2,рис.П2.6, П2.7 в зависимости от уклона реки lР и максимальной глубины воды в водохранилище Н (при построении графиков принято, что расчетная скорость ветра 20 м/с, верховой откос плотины крепится бетоном). В соответствии со СНиП 33-01-2003, класс ГТС - III.

ГР = 13,8+0,045+1,78+0,5=16,12 м.

5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДОННОГО ВОДОСПУСКА

Для обеспечения санитарных расходов проектируется донный водоспуск с затвором рис.5.1.

Минимальный расход через водоспуск должен обеспечивать пропуск санитарного расхода 2,10 м3/с - по исходным данным при наименьшем напоре. Наименьший напор будет при условии уровня воды на отметке УМО в верхнем бьефе 8,4 м и максимального проектного уровня в нижнем бьефе на отметке 5,0 м. Нmin=3,4 м.

При пропуске половодья и паводков низкой обеспеченности донный водосброс должен работать при полностью открытом затворе [17]. Максимальный проектный напор может быть при уровне воды в нижнем бьефе на отметке НПУ и минимальном уровне в нижнем бьефе 1,5 м. - по исходным данным Нmax=13,8-1,5=12,3 м

Для водоспуска прямоугольной формы расход воды рассчитывается по формуле:

При =0,6, стандартной ширине b=1,0 м, минимальный расход должен быть

Qmin=2,10 м3/c;- по исходным данным

В учебном пособии по табл.П2.13 Приложения 2 принимаются стандартные размеры отверстия с запасом 1,0х1,25 м.

Для расчета пропуска половодья и паводков низкой обеспеченности график пропускной способности донного водоспуска в зависимости от напора рассчитывается при полностью открытом затворе от минимального Нmin до максимального напора Нmax в табл.5.1 и стоится на рис.5.2.

Таблица 5.1

Расчет пропускной способности донного водоспуска при полностью открытом затворе

H, м	3,4	8,0	12,3
Qмакс, м3/с	6,1	9,4	11,6

Пропуск минимального санитарного расхода обеспечивается в зависимости от напора при затворе, открытом на высоту. Расчет пропускной способности донного водоспуска в зависимости от напора для пропуска санитарного расхода

При Q=2,10 м3/с.

Таблица 5.2

Расчет высоты открытия затвора для пропуска санитарного расхода 2,10 м3/с в зависимости от напора

H, м	3,4	8,0	12,3
hзатв, м	0,43	0,28	0,22



Рис.5.2. График пропускной способности донного водоспуска

при полностью открытом затворе в зависимости от напора

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис.5.3. График высоты открытия затвора при минимальном санитарном расходе в зависимости от напора.

6. РАСЧЕТ ПАВОДКОВОГО ВОДОСБРОСА

Для пропуска паводка предусматривается открытый регулируемый водосброс. Это позволяет аккумулировать часть объема половодья в емкости форсировки, а часть в полезной емкости.

Расчет водосброса проводится для основной и проверочной обеспеченности максимальных расходов. Открытый регулируемый водосброс рассчитывается на пропуск максимального расхода основной обеспеченности при отметке НПУ, а расхода проверочной обеспеченности - при отметке ФПУ. Ширина водосливной части определяется по допустимому на размыв удельному расходу воды. Для этого, зная проектную максимальную глубину воды в нижнем бьефеhмах=5,0 м при прохождении максимального расхода Qmaxи допустимую на размыв скорость течения воды vdon(принимается равной 1,15 м/с для супесчаных грунтов русла реки в нижнем бьефе) определяется допустимый удельный расход

qдоп=hmaxvдоп, м2/с

qдоп=51,15=5,75, м2/с

Для сооружений III класса (основной расчетный случай) при пропуске максимального расхода обеспеченность 3%.Соответствующий ей расход пропускается через водосброс при отметке НПУ. Максимальный расход обеспеченностью 0,5 % (поверочный расчетный случай) пропускается при отметке ФПУ.

Ширина водосливной части открытого регулируемого водосброса В рассчитывается по формуле В=Q'maх3%/qдоп,

Где Q'maх3% - расход холостого сброса через пропускные отверстия водосброса при аккумуляции части стока в водохранилище.

При пропуске максимального половодья низкой обеспеченности, в соответствии со СНиП 33-01-2003, все водопропускные отверстия должны работать при полном открытии затворов, таким образом, расход воды, пропускаемый через донный водоспуск будет максимальным при напоре Н=НПУ-НБmax=13,8-5,0=8,8 м, по графику рис.5.2

Qдон =9,6 м3/с. Расход воды, забираемый промышленным предприятием постоянный в течении всего года (п.2.1.1) Qпром=9,78 м3/с. Расход воды, забираемый для орошения в соответствии с оросительными нормами (п.2.1.2), Qорош=4,89 м3/с.

Общий расход

Qисп=Qпром +Qорош +Qдон=9,78+4,89+9,6=24,27 м3/с.

Объем использованной воды за 35 дней

Wисп=3524606024,27=73,4 млн. м3.

Холостой расход, сбрасываемый через водосброс, равен

при НПУ

Qхол.НПУ=Q'maх3%

Объем половодья (п.3.2)

Wполов=725,8 млн. м3.

Для гидротехнических сооружений III класса расчетная обеспеченность для пропуска основного расхода воды 3%, поверочного расхода - 0,5%.

При Qmax3% определяется расход через водосброс при НПУ, при Qmax0,5% определяется расход через водосброс при ФПУ.

Ширина водосливного фронта для обеспечения допустимого удельного расхода по условию неразмываемости грунтов русла

В=Qхол3%/qдоп=186,8/5,75=32,5 м

Принимая стандартную ширину секции водослива bст=3,5 м,(табл. 2.13 Приложения 2), определяется количество секций n= В/bст, которое округляется в большую сторону.

n=32,5/3,5=9,29. Принимается стандартная ширина секции 3,5 м, количество секций 9.

Проектируется водослив с широким порогом , для которого выполняется условие:

2 <l/hв<10 ,

где длина водосливной части l, напор на водосливе hв, не подтопленный (уровень порога водослива выше уровня воды в нижнем бьефе), с боковым сжатием (ширина водослива меньше ширины потока в верхнем бьефе) с нормальным порогом (вектор скорости перпендикулярен кромке водослива), т = 0,32ч0,35.

Определяется отметка порога водослива: П=НПУ-hНПУ

П=НПУ-hНПУ=13,8-2,39=11,4 м.

Далее определяется отметка ФПУ

ФПУ=НПУ+hФПУ;

hФПУ=h-hHПУ=3,31-2,39=0,92 м

ФПУ=П+hФПУ=11,4+3,31=14,71 м;

Высота пролета принимается равной 3,5 м.

Принимаем нестандартные размеры, потому что максимальное превышение над порогом водосброса при ФПУ 3,31 м.

Пропускная способность пролета при НПУ

Всех пролетов 186 м3/с. (Не меньше холостого сброса)

При ФПУ

Всех пролетов 299 м3/с.

7. ВОДОЗАБОР ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Для водозабора технической воды промышленного предприятия проектируется типовая конструкция водозабора, применяемая при пологих берегах реки или водохранилища, рассчитанная на требуемый расход. Оголовок водозабора выносится в водохранилище, из оголовка вода по самотечным трубам подается к береговому колодцу, совмещенному с насосной станцией первого подъема.

С расчетом перспективы развития предприятия и увеличения выпуска продукции для проектного расхода водозабора применяется коэффициент 1,5.

Требуемый расход водозабора с учетом коэффициента на развитие предприятия:

9,781,5=14,67 м3/с.

Рис. 7.1. Водозабор промышленного предприятия

1 - оголовок; 2 - самотёчные линии; 3 - береговой колодец; 4 -насосная станция.

8. САМОТЕЧНЫЙ ВОДОЗАБОР ДЛЯ ОРОШЕНИЯ С ПЛОСКИМ ЗАТВОРОМ С ОТСТОЙНИКОМ

Схема компоновки водозабора совмещенного с отстойником, представлена на рис.8.1.

Рис.8.1.Схема размещения водозабора, совмещенного с отстойником, в плане.

1 - река, 2 - водосбросная плотина, 3 - водоприемник, 4 - отстойник, 5 - канал, 6 - камеры отстойника

Расчетная схема водозабора с плоским затвором приведена нар.8.2.

Рис.8.2.Расчетная схема водозабора с плоским затвором

В соответствии со СНиП 2.04.02-84* [12] размеры водоприемных отверстий следует определять по средней скорости втекания воды в отверстия (в свету). Допустимые скорости втекания в водоприемные отверстия без учета требований рыбозащиты при средних условиях 0,6 м/с.

Низ водоприемных отверстий должен быть расположен не менее 0,5 м выше дна водотока или водоема, верх - не менее 0,2 м от нижней кромки льда.

При максимальной толщине льда 0,7 м и минимальном уровне УМО 8,4 м, отметка верха водозабора принимается 7,7 м.

Площадь отверстия находится по формуле щотв=Qmax/v.

Qmax- максимальный расход водопотребления, берется из п.2.1.2 как максимальный расход для периода наиболее интенсивного использования воды на орошение 6 м3/с,v=0,6 м/с -скорость прохождения потока через отверстие.

щотв=8,98/0,6=14,97 м2.

Ширина отверстия b задается в пределах 2...3 м; берем 2,0 м, полная высота затвора h= 14,97/2,0=7,48 м. Так как максимальный расход требуется непродолжительное время, очевидно, что более выгодно устройство четырехсекционного водозабора при ширине отверстий 2,0 м и стандартной высоте 2,0.

Отметка порога водозабора 7,7-0,2-2,0=5,5 м.

Минимальный напор создается при УМО Н=8,4-5,5=2,9 м,

Максимальный напор при ФПУ Н=14,7-5,5=9,2 м.

Для определения необходимой высоты открытия затвора строится график пропускной способности водозабора. Максимальный напор округляется до 10 м, минимальный - 2 в меньшую сторону, чтобы вошел весь диапазон напоров м. Максимальный расход для одной секции берется 8,98/4=2,24м.

Вычисления для построения графика проводятся в таблице.

hз=щi/b, м.

Н, м	Q,м3/с	щотв	hз, м
2	1,0	0,26	0,13
	2,24	0,59	0,29
10	1,0	0,12	0,06
	2,24	0,25	0,12

Рис.7.3.График зависимости расхода от высоты открытия затвора при разных напорах

Расчетная схема отстойника приведена на рис.7.4.

Рис.7.4. Расчетная схема отстойника

Объем камеры отстойника в первом приближении принимается Wотст=Qmax/v;

где Qmax - расход максимального водопотребления по одной секции м3/с;

v - средняя продольная скорость потока при осаждении взвешенных наносов, принимаемая в пределах 0,2--0,4 м/с ;

Wотст=2,24/0,2=11,2 м2.

Ширина камеры отстойника Вотст зависит от ширины водозабора (подводящего канала), для уменьшения скорости в отстойнике принимается больше в n раз (на практике n =2-3, принимаем п=2).

Вотст=3b, где b -общая ширина секции водозабора, м.

Вотст=32,0=6,0 м.

Глубина (высота) отстойника homcm= Wотст /Вотст=11,2/6,0=1,87 м.

Одна из важных характеристик отстойника - его проточностъ, время, в течение которого вода в камере будет полностью заменена другой и происходит отстаивание наносов. Время осаждения наиболее мелкого зерна наносов при гидравлической крупности частицы

щчаст.макс=0,05 м/с .

t=hотст/щчаст.макс=1,87/0,05=37,4 с.

Длину камеры отстойника определяют по расчетному наиболее мелкому зерну наносов щчаст.макс

lmax=vt=0,238=7,5м.

Если сделать камеры длиной lmaх то после небольшого времени осаждения объем ее за счет заиления уменьшается и в канал будут поступать наносы с крупностью больше щчаст.макс. Поэтому объем камеры обычно делают больше на величину допустимого объема заиления L=klmax, где k= 1,2-1,5. Принимаем в расчетах k=1,2.

L=klmax-1,27,5=9 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На современном этапе в состав участников проектируемого ВХК р.Алатырь - с.Байково входят: водоснабжение предприятия по производству строительных материалов, орошение, состав культур: зерновые, овощи, кормовые, травы, защита территории нижнего бьефа от наводнений. Учитывая требования участников ВХК с целью регулирования стока р.Алатырь для покрытия дефицитов водопотребления в период межени планируется устройство водохранилища в створе с. Байково. Также планируется использовать водохранилище для удержания паводкового стока с целью предотвращения затопления территорий в нижнем бьефе.

Учитывая перспективы экономического развития района, в проекте водохозяйственного использования учтен дополнительный объем водохранилища.

Основные характеристики водохранилища

	УМО	НПУ	ФПУ
Отметка, м	8,40	13,80	14,71

Проектируемые гидротехнические сооружения:

- земляная плотина;

- паводковый водосброс;

- донный водослив;

- водозабор промышленного предприятия

- самотечный водозабор с плоским затвором для орошения с отстойником

Земляная плотина

Тело плотины из супесчаного грунта, основание - супесь.

Отметка гребня плотины 16,12м. Высота плотины 16,12 м, заложение откосов: верхового 1:3,0, низового 1:2,5.Ширина по гребню плотины 10 м.

Паводковый водосброс

Водослив с широким порогом, отметка порога 11,44 м. Водосливной фронт разделен на 9 отверстий шириной 3,5 м, высотой 5,0 и 1,5 м. Пропуская способность всех отверстий при НПУ Q=1802м3/с, при ФПУ Q=299 м3/с.

Донный водослив сечением 1,0х1,25 м, пропускная способность при НПУ и максимальном проектном уровне в нижнем бьефе 4,0 м Q =20,02 м м3/с, при ФПУ Q=32,6 м3/с.

Водозабор промышленного предприятия типовой конструкции. Оголовок водозабора выносится в водохранилище, из оголовка вода по самотечным трубам подается к береговому колодцу, совмещенному с насосной станцией первого подъема. Максимальный расход водозабора 14,67 м3/с.

5. Самотечный водозабор с плоским затвором для орошения с отстойником.

Водозабор четырехсекционный, ширина секции 2,0 м, высота 2,0 м, отметка порога водозабора 5,5 м. Отстойник с шириной камеры 6,0 м, высотой 1,87 м, длиной 9м.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Волков, С.Н. Землеустроительная наука и образование ХХI века [Текст]: сб. науч. статей, посвященных 225-летию Государственного университета по землеустройству / сост. С.Н. Волков, А.А. Варламов. - М.: Былина, 2012. - 482 с.

2. Клименко Ю. В. Обоснование проектирования водохозяйственного комплекса [Текст]: учеб. пособ. / С.Н. Волков. - М.: ГУЗ, 2013. - 992 с.

3. Ковалькова, А.М. Водные хозяйства [Текст]: учеб. пособ.: в 9 т. / С.Н. Волков. - М.: Колос, 2001-2009.

Размещено на allbest.ru