Річковий водозабір

Річковий водозабір

Міністерство аграрної політики України

Державний вищий заклад

Херсонський Державний аграрний університет

Кафедра ГТС і водопостачання

Курсовий проект

«Річковий водозабір»

Виконала: ст.5ГМФ2

Васюта Ю.В.

Перевірила:

Рибалко Л.С.

м. Херсон 2011

ЗМІСТ

Паспорт проекту

Вступ

.Вибір і обґрунтування створу гідровузла

.Регулювання русла в межах гідровузла

.Проектування струмененаправляючих дамб

.Проектування і розрахунки водозабірної споруди

.Проектування і розрахунки магістрального каналу

.Проектування і розрахунки водопідпірних споруд (гребель)

.Розрахунок спряження б’єфів за водозливними греблями

.Пристрої для боротьби з донними наносами

.Проектування та розрахунки відстійника безперервної дії

Література

Паспорт проекту

Вступ

гідровузол дамба канал гребля

Для живлення зрошувальних, гідротехнічних,а також крупних систем водопостачання використовується річкова вода. В цих випадках будуються річкові водозабірні вузли, які можуть бути без гребельними, якщо вода з річки відводиться без облаштування гребель, і гребельними, якщо вода відводиться з верхнього б’єфа, утвореного гідровузлом. Водозабір з річки може бути поверхневим самопливним і глибинним самопливним або з механічною подачею води.

Для покращення роботи бокового водозабору з глухим порогом О.В.Троїцький запропонував влаштувати на відмітці порогу горизонтальний поміст, за допомогою якого потік розділяється на поверхневу і донну течії (рис.1.2), при цьому поверхневий шар відводиться у водоприймач, а донний шар води разом з наносами скидається в нижній б’єф.

До складу водозабору входять :водозабір 1, полок Троїцького 2, гребля 3, щитова гребля 4.

1.Вибір і обґрунтування створу гідровузла

З урахуванням геологічних і топографічних умов, типу гідровузла і напряму русла, створ гідровузла намічаємо в місці, де річка протікає стійко і одним руслом, де вітсутні острови і перекати (рис.1.1).

По вісі гідровузла виконуємо поздовжній профіль (рис.1.3).

2.Регулювання русла в межах гідровузла

Для постійного забору води в водозабірну споруду визначаємо ширину стійкого русла на прямолінійній ділянці русла за формулою Алтуніна С.Т.

 (2.1)

де А-параметр,що залежить від типу поперечного провілю і характеристики ділянок річки, А=0,9;

- русло формуюча витрата 5% ймовірності перевищення ,м3/с, =400 м3/с;

І - уклон вільної поверхні потоку.

Регулювання русла вище створу приймаємо на відстані:

 (2.2)

 (2.3)

3.Проектування струмененаправляючих дамб

Проектуємо струмененаправляючі дамби з супісків. Дамби проектуємо без розривів і незатопляємі. Грунтова дамба проектується, як грунтова гребля.

Одна дамба проектується висотою до 5м - ближче до берега. Друга дамба розміщується в руслі і проектується висотою до 10м.

Права дамба: приймаємо гребінь дамби без проїзду з мінімальною шириною 2,5м. Коефіцієнт закладання укосу з боку річки m=2,5 , сухий укос m1=2,0.

Ліва дамба:гребінь дамби приймаємо проїзним в період експлуатації з мінімальною шириною 4,5м. Коефіцієнти закладання укосів m=3,0 та m1=2,25.

Гребінь і укоси дамб закріплюємо монолітним бетоном. Кріплення складається з бетону товщиною 15см і піщано-гравійною підготовкою - 15см.

Виконуємо поперечний переріз струмененаправляючих дамб (рис.3.1,3.2).

Проектуємо водозабір на правий берег, з відміткою дна річки 150,00 м. Відмітку понуру приймаємо на відмітці дна річки 150,00м.

Поріг водозабірної споруди (ПВС) приймаємо вище понуру на 2,5м.

Глибина води на порозі водозабірної споруди залежить від витрат водозабірної споруди. В свою чергу витрати водозабірної споруди залежать від конструкції відстійника.

 (3.1)

Висота порога водозабірної споруди 2,00м. Нормальна робота водозабірної споруди забезпечується, коли рівень води в зарегульованому руслі вище відмітки рівня води на порозі на 0,2м.

 (3.2)

В період паводку рівень води в зарегульованому руслі підвищиться на 1м.

Тоді:

 (3.3)

Гребінь струмененаправляючих дамб приймаємо  на 0,5м.

……… (3.4)

З поздовжнього профілю по створу гідровузла знімаємо :

 (3.5)

 (3.6)

Виконуємо поперечні перерізи струмененаправляючих дамб (рис.3.3та 3.4).

4.Проектування і розрахунки водозабірної споруди

В якості водозабірної споруди в голові магістрального каналу проектуємо відкритий регулятор на витрати

Відкритий регулятор - лоток, обмежений поздовжніми підпірними стінками і флютбетом.

Регулятор обладнаний сміттєзатримуючою решіткою, пазами для аварійних затворів і робочими (основним затвором - сегментного типу).з точки зору гідравліки водозабірна споруда працює, як водозлив з широким порогом. При вільному витіканні ширину водозабірної споруди визначаємо:

 (4.1)

де Q - витрати водозабірної споруди , м3/с;

- коефіцієнт бокового стиснення =0,97;- коефіцієнт витрати водозливу з широким порогом m=0,35;ширина водозабірної споруди

,м (4.2)

глибина води на порозі з урахуванням швидкості підходу ;

,м (4.3)

,м/с (4.4)

,м (4.5)

 м/с

м

м

Одержану ширину водозабірної споруди поділяємо на отвори стандартної ширини . Приймаємо 3 по 2,5 м.

Ширина водозабірної споруди поділяється биками з товщиною бика 0,8м.

Стандартна висота отвору дорівнює:

,м (4.6)

,м (4.7)

м

Приймаємо .

Регулятор надаємо на рисунку 4.1.

5.Проектування і розрахунки магістрального каналу

Канал до відстійника розраховуємо на витрати водозабірної споруди. Магістральний канал закріплюємо залізобетонними плитами НПК , які вкладаємо на піщано-гравійну підготовку товщиною 10см.

Коефіцієнт шорсткості для плит кріплення укосів каналу n=0,014, коефіцієнт закладання укосу каналу m=1,75.

Канал приймаємо трапецієдального поперечного перерізу і розраховуємо за рівнянням рівномірного руху:

,м3/с (5.1)

де І=0,0002;

;

коефіцієнт Шезі, визначаємо за формулою

 (5.2)

,м2 (5.3)

,м (5.4)

,м (5.5)

Приймаємо глибину води в каналі на 0,1м меншою глибини води на порозі.

,м (5.5)

м

Розрахунки магістрального каналу ведемо в табличній формі(табл.5.1).

Таблиця 5.1 - Розрахунки магістрального каналу

За даними таблиці 5.1 виконуємо графік Q=f(b)

Одержану з графіка (рис.5.1)ширину каналу b=10,70м закруглюємо до стандартного значення b=10,00м.

Магістральний канал перевіряємо на форсовані витрати :

, м3/с (5.6)

де =1,15

При форсованих витратах визначаємо глибину води, перевищення і глибину каналу.

 м3/с

 м2

,м/с (5.7)

 м/с

, м2 (5.8)

 м2

З формули (5.3) hф=2,13м.

,м (5.9)

м

Виконуємо поперечний переріз магістрального каналу (рис.5.2).

Канал за відстійником має витрати , m=1,75. Ширину каналу за відстійником приймаємо таку ж, як і до відстійника і уточнюємо глибину води в каналі за допомогою формул (5.7), (5.8).

 м2

З формули (5.3) h1=1,37м.

Отже, глибина води в каналі за відстійником h1=1,37м.

6.Проектування і розрахунки водопідпірних споруд (гребель)

Для пропуску максимальних витрат через водо підпірні споруди проектуємо греблю з низьким порогом і бетонну водозливну греблю.

Через греблю з низьким порогом проходять витрати

, м3/с (6.1)

 м3/с

Ширину греблі з низьким порогом визначаємо

, м3/с (6.2)

де  - витрати щитової греблі, м3/с

 - коефіцієнт бокового стиснення 0,98- коефіцієнт витрати водозливу з широким порогом 0,38- ширина греблі з низьким порогом

,м (6.3)

- глибина води на порозі щитової греблі з урахуванням швидкості підходу

,м (6.4)

- швидкість у верхньому б’єфі при відмітці ФПР

 - коефіцієнт 1,0

,м (6.5)

м

м

м

Приймаємо два отвори по 10м, товщина бичка 2,40м, товщина розподільчого устою 2,40м.

В період паводку через греблі проходе 1% забезпеченості. Через греблю з низьким порогом проходять витрати . Витрати, які будуть скидаться через бетонну греблю

, м3/с (6.6)

 м3/с

Водозливний поріг бетонної греблі розташовуємо на , бетонна гребля з точки зору гідравліки буде працювати, як водозлив практичного профілю, який окреслюється за координатами Кригера - Офіцерова.

Довжину бетонної греблі визначаємо за формулою:

, м3/с (6.7)

де - витрати через бетонну греблю

- коефіцієнт бокового стиснення ( у зв’язку з тим, що отвори з затворами відсутні =1,0)- коефіцієнт витрати водозливу практичного профілю, для без вакуумного водозливу практичного профілю 0,55

 - коефіцієнт, який враховує вугол водозливної греблі 0,98- довжина водозливу (бетонної греблі)

- глибина води на порозі водозливу з урахуванням швидкості підходу

,м (6.8)

 м

 м

Виконуємо поперечний переріз водозливної греблі (рис.6.1).

7.Розрахунок спряження б’єфів за водозливними греблями

На греблі з низьким порогом проектуємо сегментні затвори м.

Висота затвору:

,м (7.1)

,м (7.2)

м

Висота бика дорівнює:

,м (7.3)

м

Висота води в нижньому б’єфі:

,м (7.4)

м

Водоскидна гребля складається з комбінованої греблі. Щитова гребля має два отвори по 10м, товщина бика 2,40м, товщина розподільчого устою 2,40м. Довжина бетонної греблі 79,65м.

Приймаємо значення уступу падіння а=10,40м при пропуску Q=600м3/с,В=34,8м у нижньому б’єфі відмітка дорівнює:

,м (7.5)

 м

Питома енергія потоку:

,м (7.6)

м

 (7.7)

 (7.8)

 (7.9)

 (7.10)

Перевіримо вимогу існування незатоплюваного поверхневого стрибка із залежності

 (7.11)

При відомому  уточнюємо за формулою (7.9):

м

Довжину водоворотної ділянки визначаємо за формулою М.Ф.Складнева [5]:

,м (7.12)

де h - глибина на уступі, встановлюється з  , при  .

 (7.13)

м

 (7.14)

м

Швидкість в межах донного водовороту:

де V - швидкість на уступі

,м/с (7.16)

 м/с

Швидкість в транзитному потоці у кінці водоворотної зони м/с незначна та не може визвати розмив ложа ріки, тому довжину колодязя можна прийняти рівною 80м. Колодязь виконуємо у вигляді кам’яного накиду з каменю м.

Виконуємо поперечний переріз по щитовій греблі (рис.7.1).

8.Пристрої для боротьби з донними наносами

Для боротьби з донними наносами на вході в водозабірну споруду проектуємо горизонтальну плиту - полок Троїцького, товщиною t=1,0м.

Верхня відмітка горизонтальної плити знаходиться на відмітці порогу водозабірної споруди. Отвір щитової греблі, який перекривається полком Троїцького має 2 отвори , один затвор  перекриває прогін під полком, другий затвор знаходиться над полком Троїцького.

Виконуємо поперечний переріз (рис.8.1).

9.Проектування та розрахунки відстійника безперервної дії

Для попередження замулення магістрального каналу завислими наносами в голові магістрального каналу проектуємо відстійник .Клас капітальності відстійника приймаємо по класу капітальності магістрального каналу (IV клас).

Дані для проектування витрати відстійника м3/с, мутність потоку 4,2 кг/м3, швидкість руху води у відстійнику 0,37 м/с, в канал допускаються наноси, які мають діаметр менше 0,18мм, відмітка дна річки 150.00, глибина води h=4,70м.

Для кращої експлуатації відстійника, поліпшення змиву наносів приймаємо кількість камер відстійника 5, тоді в кожну камеру відстійника надходить 7м3/с. Приймаємо глибину води у відстійнику Н=5,00м. Перевищення поздовжніх і розподільчих стін над рівнем води приймаємо м.

У зв’язку з тим, що висота поздовжніх і розподільчих стін більше 5,00м, приймаємо матеріал відстійника-залізобетон.

Визначення розмірів відстійника. Величину промивної витрати знаходимо за формулою:

, м3/с (9.1)

 м3/с

Знаходимо основні розміри камери:

ширина однієї секції

,м (9.2)

площа живого перерізу однієї секції

,м2 (9.3)

 м2

потрібна кількість секцій

,секций (9.3)

 секцій

загальна робоча ширина відстійника

,м (9.4)

м

фіктивна середня ширина відстійника

,м (9.5)

м

фіктивна середня глибина відстійника

,м (9.6)

м

середня швидкість у відстійнику

,м/с (9.7)

 м/с

довжина відстійника

,м (9.8)

м

Визначення мутності промивного потоку

Крупні фракції наносів затримуються у відстійнику повністю, а мілкі фракції - частково. Для кожної фракції дрібніше розрахункової знаходять висоту, з якої мілкі часточки випадають в межах відстійника:

,м (9.9)

де  - гідравлічна крупність розглядаємої фракції наносів,м/с.

Для кожної фракції зважених наносів визначається вагова, об’ємна мутність потоку та гідравлічна крупність наносів(табл.9.1).

Для отримання даних з інтервалом фракцій через 0,10-0,15 мм будують графік сумарного механічного складу наносів (рис.9.1) та з його допомоги визначають відсотковий вміст наносів різних груп крупності.

В співвідношенні з заданим відсотковим вмістом наносів находять для кожної фракції вагову (кг/м3) та об’ємну (л/м3) мутність за формулами:

 (9.10)

 (9.11)

де - відсоток вмісту даної фракції наносів;

- сумарна вагова мутність потоку в кг/м3;

- об’ємна маса наносних відкладень,приймаємо 1,35 т/м3.

Гідравлічну крупність w(см/с) для кожної групи фракцій приймаємо по таблиці В.Н. Гончарова [4].

Отримані результати зведені до таблиці 9.1.

Таблиця 9.1 - Результати розрахунків вагової та об’ємної мутності потоку

За формулою (9.9) знаходимо:

м

м

м

м

м

Сумарний відсоток затриманих наносів визначаємо за формулою:

,% (9.12)

де  - відсотковий вміст фракції наносів, крупніше розрахункової ;

 - відсотковий вміст фракцій наносів менш розрахункової.

Витрата наносів, які входять у відстійник і виходять з нього, визначаємо за формулами:

,кг/с (9.13)

кг/с

, кг/с (9.14)

 кг/с

Мутність промивного потоку визначаємо по формулі:

,кг/м2 (9.15)

 кг/м2

Розрахунок промивного пристрою

Приймаємо ширину збірно-промивної галереї bг=0,50м, висоту галереї на початку hн.г.=0,20м, висоту галереї у кінці hк.г.=0,80м, швидкість на початку галереї Vн=1,3м/с, швидкість у кінці галереї Vк=1,3м/с.

Приймаємо витрату на початку збірно-промивної галереї:

,м3/с (9.16)

де - промивна витрата однієї галереї,яка дорівнює:

, м3/с (9.17)

 м3/с

 м3/с

Для забезпечення транспортування наносів по напірним пульповодам необхідно створити достатні промивні швидкості.

В ТУ и НП 24-110-48 для визначення цієї швидкості рекомендується емпірична залежність, запропонована В.С.Кнорозом для галерей круглого перерізу:

,м/с (9.18)

де d - діаметр часточок, які належать промиву наносів, дрібніше яких у даній суміші вміщується 75%,визначається по графіку механічного складу наносів (рис.9.1), d=0,3мм;гідравлічна крупність , яка відповідає цьому діаметру, дорівнює 0,0395м/с

 (9.19)

1,1м/с

Для попередження закупорки донної збірно-промивної галереї наносами її проектують так, щоб швидкість в ній зростала від початку до кінця. Приймаємо: V1=1,3м/с, V2=1,5м/с, V3=1,7м/с, V4=1,9м/с.

При попередньому розрахунку галереї допускається користуватися рівняннями рівномірного руху, які складені для різних створів потоку. Для цього галерею розбиваємо на 3-4 ділянки. Витрату кожної ділянки вважаємо постійною та визначаємо в припущенні лінійної зміни по довжині галереї за формулою:

,м3/с (9.19)

де li - довжина розглядаємої ділянки

,м (9.20)

м

Витрати в кінці розрахункових ділянок:

м3/с

 м3/с

 м3/с

 м3/с

Площа живого перерізу збірно-промивної галереї на кінці кожної ділянки:

,м2 (9.21)

м2

 м2

 м2

 м2

При заданій ширині збірно-промивної галереї встановлюємо її висоту по розглядаємим ділянкам:

,м (9.22)

м

м

м

м

Втрати напору при запуску частини промивної витрати в началі збірно-промивної галереї визначаємо по формулі:

,м (9.23)

де ;н- висота галереї на початку, дорівнює 0,2м.

м

Втрати напору по довжині кожної ділянки знаходимо за формулою:

,м (9.24)

Розрахунок ведемо при коефіцієнті шорсткості n=0,020, який враховує додаткові втрати,які викликані запуском в потік струї через отвори в плитах.

Розрахунок додаткових гідравлічних параметрів і втрат напору по довжині зводимо до таблиці 9.2.

Таблиця 9.2 - Гідравлічні параметри та втрати напору по довжині галереї

м

Приймаємо розміри пульповоду: висоту пульповоду hн=1,00м, ширину пульповоду на початку bпп=0,33м, швидкість потоку в пульповоді Vп=2,0м/с, довжину ділянки пульповоду lп1=21,6м, ширину пульповоду в кінці bпк=2,0м.

Втрати напору по довжині визначаємо по ділянкам. На першій ділянці довжиною lп1 витрата і поперечний переріз пульповоду змінні, на другій ділянці довжиною lп2 ці елементи постійні.

Втрату напору при вході в пульповід визначаємо за формулою:

,м (9.25)

де wн- площа начального перерізу пульповоду.

м

Втрату напору в кінці пульповоду змінного перерізу довжиною lп1=21,6м визначаємо:

,м (9.26)

м

Можливість промиву відстійника перевіряємо з умови:

+zн+∑hwiг+zп+∑hwiпz (9.27)

,1+0,16+1,28+0,61+0,49=2,64z=4,0м

де z0=0,1 м - втрата напору при вході у відстійник.

Прийняв довжину пульповоду з постійним перерізом lп1=100,00м получимо =0,4м, таким чином =0,09+0,4=0,49м.

Виконуємо поздовжній переріз відстійника (рис.9.1) та поперечний переріз (рис.9.2).

Література

1.СНиП ІІ - 52 - 74. Сооружения мелиоративных систем, нормы проектирования. М.: Госстройиздат, 1975

.СНиП ІІ - 53 - 73. Плотины из грунтовых материалов. Нормы проектирования. М.: Госстройиздат, 1974

.СНиП ІІ - И. 1 - 62. Гидротехнические сооружения речные, основные положения проектирования. М.: Госстройиздат, 1962

.Волков И. М. Проектирование гидротехнических сооружений. - М.: Колос, 1977 - 384 с.

.Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичкин И. К. Гидротехнические сооружения. - М.: Колос, 1968 - 464 с.

.Замарин Е. А., Фандеев В. В. Гидротехнические сооружения. - М. Колос, 1965 - 623 с.

.Киселев П. Г. Справочник по гидравлическим расчетам. - М.: Энергия, 1972 - 312 с.

.Чугаев Р. Р. Гидравлика. Энергоиздат, 1963

.Гідротехнічні споруди. Підручник для вузів. /за ред. А. Ф. Дмитрієва видавництво Рівненського державного технічного університету. 1999 - 328 с.