Министерство образования РФ
Марийский государственный технический университет
Кафедра СТЛ
Курсовой проект на тему:
Мелиорация лесосплавного пути и
гидротехнических сооружений.
Выполнила студентка гр. ЛД-43
Романова О.Ю.
Проверил ассистент
Роженцов А.П.
Йошкар-Ола
2000
Задание на курсовой проект
“Мелиорация лесосплавного пути”.
1 Характеристика лесосплавного пути.
1.1 Название реки и номер замыкающего створа Кама (5)
1.2 Характеристика водосборной площади:
-дерность 3%;
-заболоченность 10%;
-лесистость 70%.
1.3 Характеристика участка, требующего улучшение:
-протяженность участка от 1510 до 1590 от устья;
-средний уклон на участке i=0,0009;
-средний коэффициент шероховатости h=0,025.
1.4 Характеристика расчетного лимитирующего створа:
-положение створа 1570 км от устья;
-водосборная площадь в створе Fлс=2200 км2;
-уклон свободной поверхности I=0.0008;
-коэффициент шероховатости n=0.03
2. Условия и требования лесосплава.
2.1 Вид лесосплава по реке смешанный.
2.2 Молевой лесосплав:
-осадка микропучка 0.56;
-ширина микропучка -;
-длина микропучка -;
-дефицит лесопропускной способности в расчетном лимитирующем
створе 480 тыс. м3
-директивный срок окончания молевого лесосплава 10.08.
3. Возможные створы строительства плотин
Номер створа Положение створа, км от устья Водосборная площадь F ,км2
Пред. отметка подпоры, Zпроц
1 1630 1600 18,1
2 3560 2100 19,6
4. Проектируемая плотина.
4.1 Участок под плотину показан на плане N-4.
4.2 Кривая расхода воды в створе плотины Q=f(z), принята по типу 1
4.3 Заданная пропускная способность лесопропускного устройства для
молевого лесосплава N=830 м3
4.4 Грунт основания и берегов в створе плотины суглинок.
4.5 Сроки строительства плотины 1.08-31.03
ВВЕДЕНИЕ
Важное место в единой транспортной системе страны занимает водный
транспорт леса, который является весьма эффективным, а в некоторых
районах единственным средством доставки лесных грузов потребителям.
Водный транспорт леса требует меньших капиталовложений, чем
автомобильные и железнодорожные перевозки, так как при лесосплаве
используется естественные водные пути – реки и озера. Однако лесосплав,
как и другой вид транспорта, будет иметь высокие экономические
показатели в том случае, если его путь находится в хорошем техническом
состоянии. Лишь не многие реки в их естественном виде удовлетворяют всем
требованиям лесосплава. Кроме того, уже в процессе эксплуатации реки,
может потребоваться увеличение ее лесопропускной способности или
габарита лесосплавного хода, произойти переформирования русла или
изменение режима стока. В этих и других подобных случаях необходимо
улучшения (мелиорация) лесосплавного пути.
Задачей мелиорацией лесосплавного пути является обеспечение различными
техническими мероприятиями оптимальных условий лесосплава при
определенном его виде и заданном объеме. Одним из наиболее эффективных
методов улучшения реки является регулирование стока.
В заданном курсовом проекте рассматривается улучшение реки именно этим
методом. Здесь решаются также вопросы как: получение гидрологической
характеристики лесосплавного пути в объеме необходимом для
проектирования мелиоративных мероприятий; просмотр возможных вариантов
улучшения реки регулированием ее стока и выбор наилучшего из них;
проектирование гидротехнического сооружения – плотина, обеспечивающей
создание водохранилища.
I. ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛЕСОСПЛАВНОГО ПУТИ
Для расчета гидравлических и гидрологических характеристик лесосплавного
пути применяется методика для неизученных рек и отсутствии данных
многолетних наблюдений за режимом реки с применением строительных норм
371-97, 356-96.
1.1 Определение режима расхода воды в расчетном маловодном году.
1.1.1. Расчет многолетних средних расходов воды.
Средний многолетний расход воды в расчетном створе устанавливается по
зависимости:
F – площадь водосброса, в рассматриваемом створе реки, км2
М0 – средний многолетний модуль стока, л/с с 1 км2 площади бассейна,
определяемый при отсутствии многолетних наблюдений за стоком реки по
карте изолиний среднего годового стока.
Определение среднего годового стока воды Q0, как и все последующие
расчеты элементов гидрологического режима, проводятся для всех расчетных
створов, т.е. для лимитирующего створа и створов возможного
строительства плотины. Результаты расчетов представляются в табличной
форме. (Таблица №1)
Таблица №1
Определение среднего многолетнего расхода воды.
Наименование створов F, км2 М0 л/с к 1 км2 Q0, м з/с
Лимитирующий
Плотины №1
Плотины №2 1600
1300
1500 8,11
8,11
8,11 12,976
10,543
12,165
1.2. Расчет средних годовых расходов воды маловодного года 90%
обеспеченности.
1.2.1. Установим коэффициент вариации годового стока на карте (рис.1.)
1.2.2. Вычислим коэффициент асимметрии для годового стока
1.2.3. Установим модульный коэффициент
Ф – отклонение ординат биноминальной кривой обеспеченности до середины
.(По таблице Ростера-Рыбкина) Ф=-1,24
Все расчеты сведем в таблицу №2.
Таблица №2
Наименование товаров
F,
км2
Q0,
м3/с
СV
CS При обеспеченности Р=90%
Ф ФСV К90% Q90%,
М3/с
Лимитирующий
Створ плотины №1
Створ плотины №2 2200
1600
2100 12,97
10,54
12,17
0,22
0,44
-1,24
-0,272
0,727 9,434
7,665
8,844
1.2.4 Средний расход воды заданной обеспеченности вычислим по формуле:
1.3. Внутригодовое распределение стока для года 90 – % обеспеченности.
Для проектирования лесосплавных объектов необходимо знать среднемесячные
и среднедекадные расходы воды для расчетного маловодного года 90 % – ой
обеспеченности, которые определяются по формуле:
– модульные коэффициенты, характеризующие величину среднемесячных
(средне декадных) расходов воды;
При выборе модульных коэффициентов нужно установить, к какому району
относится река, для которой составляется проект. В данном проекте река
Кама , и потому коэффициенты принимаем по среднему Уралу.
Результаты вычислений сводим в таблицу №3
13,3 13,3 13,3 1,77 2,65 2,21 44,2 61,9 31,8
Таблица 3
19,5 13,3 9,7 5,3 4,4 7,1 8,8 5,3 2,2 8,84
Продолжение таблицы 3
1.4. Построение интегральной кривой стока в расчетных створах.
При проектировании регулирования стока сплавных рек интегральные кривые
строят, обычно за один расчетный год заданной обеспеченности, начиная с
1 января.
Все расчеты для построения интегральных кривых стока в расчетных створах
сводим в таблицу №4
Таблица №4
,42 11,42 1,42 1,89 2,83 2,36 47,14 66,04 33,96 20,75 14,14 10,38 5,66
4,72 7,55 9,43 5,66 2,36
1,15 1,15 1,15 1,53 2,3 1,92 38,33 53,66 27,59 16,86 11,5 8,43 4,6 3,83
6,13 7,67 4,6 1,92
Объем стока за расчетный промежуток времени
, млн.м3 3,7 3,7 3,7 1,63 2,45 2,04 40,73 57,06 29,34 17,93 12,23 9
14,72 12,27 19,63 24,52 14,72 6,14
3 3 3 1,32 2 1,66 33,12 46,36 23,84 14,57 9,94 7,28 11,96 9,96 15,94
19,94 11,96 5
Объем стока на конец расчетного промежутка времени (нарастающим итогом)
V, млн.м3. 3,7 7,4 11,1 12,73 15,18 17,22 57,95 115,01 144,35 162,28
174,51 183,51 198,23 210,5 230,13 254,65 269,34 275,51
3 6 9 10,32 12,32 13,96 47,1 93,46 117,3 131,87 141,81 149,09 161,05
171,01 186,95 206,89 218,85 223,85
Правильность вычислений можно проверить: объем интегрального стока на
конец декабря должен быть равен объему годового стока, вычисленному по
формуле:
с допустимым расхождением 2-3%.
По данным последней строки таблицы №4 строим интегральные кривые стока
для лимитирующего створа и створа плотины №1
Рис. 2. Интегральная кривая стока для лимитирующего створа и створа
плотины №1.
По данным первой строки таблицы №4 построим гидрограф реки Кама в
расчетном лимитирующем створе. (рис. 3)
Рис.3. Гидрограф в расчетном лимитирующем створе
1.5 Расчет максимальных расходов воды в створах проектируемых
сооружений.
Этот расчет необходим для расчета отверстий плотин и определения условий
пропуска воды в период строительства.
и проверяются на пропуск максимальных расходов 1%-ой обеспеченности.
Кроме того, во время строительства лесосплавной плотины IV класса
капитальности проверяется на пропуск дождевого паводка с расходом воды
20%-ой обеспеченности.
Определение расчетных максимальных расходов малых вод (весеннего
половодья).
Максимальный расход талых вод с обеспеченностью Р%.
– расчетный слой суммарного стока половодья обеспеченностью Р%, мм.
F – площадь водосбора в расчетном створе, км2
n – показатель степени, характеризующий уменьшение дружности половодья в
зависимости от площади водосбора.
(1 – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода на реках,
зарегулированных озерами;
(2 – то же в залесенных и заболоченных бассейнах.
Расчетный слой стока половодья заданной обеспеченности.
– модульный коэффициент слоя стока половодья расчетной обеспеченности;
=160 м
– коэффициент вариации слоя стока половодья, определяемый по карте
изолиний. (рис.5)
Кр5%=1,77*0,325+1=1,58 Кр1%=2,68*0,325+1=1,87
hp5%=1,58*160=252,8 hp1%=1,87*160=299,2
– залесенность бассейна выраженная в процентах от площади водосбора
бассейна;
– заболоченность бассейна в процентах от площади водосбора.
(2=1(0,8(0,05(65+0,1(5+1)=0,46
Створ плотины №1:
Створ плотины №2:
Расчет максимальных расходов и уровней воды для обоих створов плотин
производим в таблице №5.
Таблица №5
Наименование створов F, км2 (F+1)n k0 hp, мм
(1
УВВ, м
5% 1%
5% 1% 5% 1%
Створ плотины №1 1600 3,38 0,007 252,8 299,2 1 0,46 385,3 456,1 18,1
18,3
Створ плотины №2 2100 3,4
502,8 595,1 18,2 18,4
УВВ весеннего половодья расчетной обеспеченности определили для
соответствующих максимальных расходов воды по кривой расходов в створе
плотины, приводимой в задании.
Определение максимального расхода воды дождевого паводка 20%-ной
обеспеченности.
Максимальные расходы воды дождевого паводка заданной обеспеченности
можно определить по упрощенной формуле профессора Д.Л.Соколовского:
F – площадь водосбора в створе плотины, км2
S’ – коэффициент, учитывающий влияние озерности и заболоченности
бассейна, определяется из выражения:
– соответственно площадь озер и болот в процентах от всей площади
бассейна;
В – коэффициент, учитывающий географическое положение реки и зависящий
от заданной обеспеченности определяемого расхода. В = 3,0
Створ плотины №1:
Створ плотины №2:
, находим соответствующую отметку уровня высоких вод дождевого паводка
расчетной обеспеченности. Все расчеты сводим в таблицу №6.
Таблица №6
УВВ обеспеченным
Створ плотины №1 1600 40 3,0 0,76 91,2 16,7
Створ плотины №2 2100 45,83
104,5 16,9
Построение кривой расхода в лимитирующем створе.
В пределах отметок поперечного профиля назначается три уровня на
отметках Z1, Z2, Z3 за начальный «нулевой» уровень Z0 принимается
уровень нижней точки дна, для которого все гидравлические элементы
сечения равны нулю. Для уровня вычисляются:
а) площадь живого сечения ( м2, располагающаяся от дна до данного
уровня.
б) ширина русла по зеркалу воды на данном уровне, В м
, эквивалентная при широком русле гидравлическому радиусу R;
, м/с
Все результаты расчетов сводим в таблицу 7.
Таблица №7
10,9 0 0 0 0 0 0
12 30,5 30,5 1 50 1,12 34,16
13 65,7 33,5 1,96 56 1,75 114,97
14 104,5 37 2,82 59,5 2,23 233,04
(рис. 6).
Рис.6.
II Выбор и обоснование схемы регулирования стока реки
2.1. Определение сроков лесосплава на естественных уровнях и расчет
необходимого его продления.
Расчет проводится для наиболее неблагоприятного по условиям лесосплава
(лимитирующего) створа, положение которого указано в задании. Эта задача
решается в следующей последовательности:
Определяется минимальная сплавная глубина.
Т – максимальная осадка сплавляемых единиц; Т=0,56
Z – данный запас, принимается 0.10 – 0.15 м
0,56+0,14=0,7 м
0.15 – 0.2 м/c.
Минимальный сплавной расход определяется по поперечному профилю
лимитирующего створа и кривым расхода воды и скоростей, построенным для
этого створа (рис.6).
принимается наибольшее из двух найденных величин. Уровень воды,
отвечающий расчетной величине минимального сплавного расхода называется
минимальным сплавным уровнем.(Мин. СУВ).
Дата окончания лесосплава на естественных условиях определяется
условием:
– среднедекадный или среднемесячный расход воды в лимитирующем створе.
Начало сплава на естественных уровнях –1.V
Конец сплава на естественных уровнях – 31.V
Начало регулирования сплава –1.VI
Сроки продления периода лесосплава за счет регулирования стока.
Определим часовую лесопропускную способность в лимитирующем створе:
– коэффициент перехода от поверхностной скорости течения к скорости
движения бревен в сжатом сечении лесосплавного хода.
;
– сжатая ширина лесосплавного хода, м
в – ширина по зеркалу воды в лимитирующем створе при Мин. СУВ; в=29 м
( – коэффициент использования ширины реки в сжатом сечении.
– предельный коэффициент заполнения лесосплавного хода в сжатом
сечении;
g – объем лесоматериалов, плотно размещающихся на 1 м2 акватории:
– средний диаметр бревен, м
;
Продолжительность молевого лесосплава на регулированном стоке (число
часов эффективного дополнительного питания) n:
Д – дефицит лесопропускной способности, м3
Число суток, на которое должен быть продлен период лесосплава при
возможности двухсменной работы, т.е. при сезонном регулировании стока:
суток
14 – число часов лесосплава в сутки при двухсменной работе.
2.2.Выбор варианта схемы регулирования стока
2.2.1 Проверка возможности применения суточного регулирования.
Суточное регулирование стока следует применять только для продления
сроков молевого лесосплава.
). Эта величина обуславливается явлением распластывания волны и
ограниченной продолжительностью попуска.
При среднем уклоне i = 0.0009 предельная дальность действия попуска
будет:
Рис.7
Расчет ведем по створу плотины №1:
Следовательно, суточное регулирование невозможно.
2.2.2 Проверка возможности сезонного регулирования стока.
Сезонное регулирование стока может использоваться для продления периода
молевого лесосплава.
Дата начала дополнительного питания соответствует началу расчетного
интервала времени, следующего за окончанием периода лесосплава на
естественных уровнях 1.VI. Дата окончания дополнительного питания 7.IV
.
Средний расход в лимитирующем створе:
Средний за период расход воды дополнительного питания:
, необходим полезный объем водохранилища:
19,3 м. Следовательно, сезонное регулирование возможно.
После проверок делаем вывод, что принимается сезонное регулирование
стока в створе плотины №1 на 1630 км от устья реки.
2.3. Водохозяйственный расчет по принятому варианту схемы регулирования
стока.
Для выбранного варианта производится уточненный водохозяйственный
расчет.
3.1. Сезонное регулирование стока.
с 1.VI по 7.VI.
Весь период дополнительного питания разбивают на части (декады).
В нашем случае разбивка не требуются, т.к. дополнительное питание
проводится в одну декаду.
В табличной форме производим расчет величины полезного объема
водохранилища.
Таблица №8
№ расчетного периода
Сроки расчетного периода
1 1.06-7.06 6 25 24,27 0,73 378432 416275,2
:
:
Выясним режим расхода воды из водохранилища в период дополнительного
питания.
Зарегулированный расход воды, поступающей из водохранилища:
– естественный расход в створе плотины за расчетный период,
принимается по таблице 3.
Объем зарегулированного стока из водохранилища:
Результаты расчетов сводим в таблицу №9.
Таблица №9
№ расчетного периода
1 1.06-7.06 6 19.72 0.73 20.45 10601280
Проверяем обеспеченность зарегулированного режима стока в створе плотины
естественной приточностью в маловодном году 90%-ной обеспеченности.
Чтобы не ухудшить условия лесосплава на естественных уровнях и
обеспечить требующийся режим дополнительного питания, для створа плотины
должно соблюдаться неравенство:
= 221854500 м3)
– объем зарегулированного стока за период дополнительного питания..
– объем стока за период сплава на естественных условиях, т.е. с начала
лесосплава до начала дополнительного питания.
221854500>(10601280+127410000) 221854500>138011280
то есть условие выполняется.
Определим отметку уровня мертвого объема водохранилища (УМО)
– отметка уровня воды в нижнем бьефе плотины при зарегулированном
расходе в последнем расчетном периоде дополнительного питания, когда
водохранилище срабатывается до наинизшего уровня, т.е. до УМО.
(Z = 0,1-0,3 м – перепад уровней, необходимый для пропуска через плотину
зарегулированного расхода. ((Z = 0,2 м)
определяем по кривой расхода в створе плотины №1.
= 16.1+0.2=16.3 м
нашли по кривой расхода водохранилища W=f(Z)).
Находим полный объем водохранилища как сумму мертвого и полезного
объемов.
Рис.8 Определение основных параметров водохранилища
=1+10,6 =11,6 млн.
установленная по кривой объема.
– условие выполняется. 18.22.24
условие не выполняется, следовательно, водослив затопленный.
в) определим сжатую ширину водосливного отверстия плотины в случае
затопленного водослива:
=385.33 м3/с
m – коэффициент расхода (0,36(0,38); m=0,38
=2.8 м
– коэффициент затопления, принимается в зависимости от степени
затопления.
0.59
, используя следующую схему. (рис.12).
Рис. 12. Расчетная схема к определению ширины отверстия плотины.
для последнего расчетного периода.
20.45 м3/с
16.3-16.1=0.2 м
83 м
с учетом сжатия струн устоями и постоянными опорами. Находим ее по
приближенной формуле:
( = 0,85(0,95 – коэффициент бокового сжатия.
83/0.95=87 м
3.5. Лесопропускные устройства плотины и разбивка ее отверстия на
пролеты.
3.5.1. Определяем ширину лесопропускного устройства.
Число бревен, которые должны одновременно входить в отверстие
лесопропускного устройства:
=0,5 м/с
d – средний диаметр бревен, м d=0,7 м
k – поправочный коэффициент на неравномерность впуска; к=0,6
Принимаем штуку.
Ширина лесопропускного устройства в свету.
м
0,1 м – зазор по ширине между соседними бревнами и между бревнами и
стенками лесопропускного устройства.
=1,5 м.
3.5.2. Устанавливаем тип лесопропускного устройства. Простейшим и
наиболее удобным в эксплуатации типом является лесопропускное отверстие
(ЛПО), с порогом на уровне порога плотины. Этот вид лесопропускного
устройства применим, если
– расход воды через полностью открытое лесопропускное отверстие при
отметке НПУ в верхнем бьефе.
– минимальный зарегулированный расход воды или минимальный расход
попуска;
= 20,45 м3/с
В этих условиях водослив всегда оказывается незатопленным и,
следовательно,:
– сжатая ширина лесопропускного устройства;
=1,5 м
3.5.3. Намечаем разбивку отверстия плотины между устоями на более мелкие
пролеты путем устройства постоянных промежуточных опор – контрфорсов.
.
.
в) В результате разбивки отверстия плотины на пролеты для водосливного
фронта плотины должно быть выдержанно условие:
с допустимым отклонением от +10 до –5 %
Отклонение составляет – 1,88%, что допустимо.
3.5.4. Вычерчиваем схему разбивки отверстия плотины на пролеты (рис.13)
Рис.13. Разбивка отверстия плотины на пролета контрфорсами.
. Возвышение уровня верхнего бьефа над порогом плотины определяется по
формуле:
нельзя определить, будет ли в этом случае водослив затоплен или нет,
расчет ведется подбором.
.
18,3 – 15,4=2,9 м
.
условие не выполняется.
Отметка подпорного уровня высоких вод 1%-ной обеспеченности:
3.6. Расчет подземного контура плотины и боковой фильтрации.
Размеры подземного контура плотины устанавливаются фильтрационным
расчетом. Расчет ведется в следующей последовательности.
3.6.1. Выбираем тип подземного контура плотины, назначаем его
предварительные размеры и вычерчиваем схему (Рис.14). В зависимости от
напора сооружения (Н =2,8) и грунта основания (суглинок ) флютбет
плотины устраиваем свайным. При назначении размеров подземного контура
плотины руководствуемся следующими практическими формулами:
.
Глубина забивки понурного шпунта (также от дна котлована).
Общая глубина забивки шпунтов
(2,5+2)8
условия выполняются.
3.7. Статические расчеты основных элементов плотины.
3.7.1. Расчет промежуточной стойки без подкоса.
Рис. 16 Схема к расчету промежуточных стоек.
, то выбираем расчетную схему на рис.16.
Превышение центра верхней балки над НПУ:
:
над НПУ
Расчетная длина промежуточной стойки:
в ее верхнем бьефе, м.
Для того, чтобы все щиты в пролете имели одинаковую ширину необходимо,
чтобы расстояние в осях стоек соответствовали равенству:
L – пролет в осях лицевых стен постоянных опор, м.
k – расстояние от оси лицевой стены опоры до оси коренной стойки; k=0,2
n – число промежуточных стоек в пролете.
Для принятых обозначений и выбранной схемы нагрузки верхняя и нижняя
опорные реакции вертикальной стойки составляет:
=1 т/м3).
Максимальный изгибающий момент возникает в сечении, отстоящем от центра
верхней опорной балки на величину.
Значение максимального изгибающего момента находится по зависимости:
Требуемый момент сопротивления:
– расчетное сопротивление древесины при изгибе, кг/см2
=100 кг/см2
выбираем сечение W=2843 cм3
3.7.2. Расчет свайного флютбета на сдвиг.
. Устойчивость против сдвига создается за счет круглых свай и шпунтов,
забитых в грунт основания и работающих на горизонтальную нагрузку.
Задача расчета – проверка принятой при конструировании схемы забивки
свай, их сечений и глубины забивки.
равной расстоянию между соседними продольными рядами свай, т.е. на
один продольный ряд свай в пролете плотины.
Рис.18. Схема к расчету свайного флютбета на сдвиг.
или на каждый из шпунтовых рядов определяется по формулам:
Площадь сваи определяется по формуле:
Рис.19
Прочность грунта обеспечена при соблюдении следующих условий:
h – глубина забивки свай, м.
d – диаметр сваи, м
а – возвышение оси насадки над дном котлована. (а=0,5 м)
m – коэффициент зависящий от характера грунта.
– удельный вес грунта, кН/м3
– угол внутреннего трения грунта, град
При насыщении основания водой объемный вес грунта принимается во
взвешенном состоянии.
0,26
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
