Побудова греблі на водоймі та розрахунок її гідрологічних параметрів

Побудова греблі на водоймі та розрахунок її гідрологічних параметрів

Вступ

Метою курсової роботи є побудова греблі на обраній водоймі та розрахунок її гідрологічних параметрів. Під час виконання курсової роботи проведено короткий гідрографічне опис, в якому зазначаються такі параметри річки:

місце знаходження,

належність до басейну більш великої ріки,

довжина,

ширина,

глибина,

звивистість,

нахил русла річки від верхів'їв до місця розташування водосховища,

крутизна,

висота,

задернованість та залісненість берегів,

стан долини та її розміри,

відомості про стік з водозбірної площі і витрата річок.

До графічної частини роботи відносяться:

план річки,

батиграфічна характеристики русла,

подовжній перетин водосховища та поперечний переріз греблі.

Записка расчётно-пояснительная : 26 с; 4 рис; 6 ист. инф; 3граф. мал.

Поняття греблі та її основні характеристика

Гребля - це гідротехнічна споруда, що перегороджує водотік або водойму з метою підйому рівня води. Також служить для зосередження напору в місці розташування споруди і створення водосховища.

Класифікація гребель

Тип та конструкція греблі визначаються її розмірами, призначенням, а також природними умовами та видом основного будівельного матеріалу. Греблі розрізняються за типом основного матеріалу, з якого вони зводяться, за призначенням і за умовами пропуску води. Детальніша класифікація гребель представлена у таблиці 1.

Таблиця 1 - Класифікація гребель

Призначення греблі та її роль у вирішенні водогосподарських питань країни

Гребля є бар'єром, що перекриває русло водотоку, річки тощо. Накопичену воду використовують для зрошення полів, водопостачання міст або одержання електроенергії. Дуже часто за їх допомогою спрямовують воду на поля за системою каналів, які називаються зрошувальними, або іригаційними.

Ця гідротехнічна споруда призначена не тільки для зрошення полів та вироблення електроенергії, але і для запобігання повені. Такі греблі побудовані в низинних районах Китаю, Нідерландах та США. Дуже багато гребель призначені для накопичення води в штучних озерах-водосховищах, які забезпечують водою міста та промислові підприємства.

Нині використання багатих водних ресурсів нашої країни неможливо здійснити без експлуатації, проектування та будівництва великої кількості ґрунтових водопідпірних споруд. Вони ж необхідні і для вирішення інших водогосподарських завдань, зокрема, для створення водойм і водосховищ з метою водозабору, зрошення, обводнення або в якості огороджувальних дамб каналів та регуляційних споруд русел річок, а також при формуванні накопичувачів промислових відходів тощо. Близько 85% усіх проектованих і побудованих в світі гребель становлять ґрунтові греблі. В Україні частка ґрунтових гребель сягає 80%.

Ґрунтові греблі

Ґрунтові греблі прості за конструкцією. Будівництво їх можливо в дуже широкому діапазоні геологічних умов. Враховуючи це, а також використання під час зведення греблі місцевих будівельних матеріалів, майже повну механізацію праці і скорочення трудовитрат, ґрунтові греблі можна вважати найпоширенішим типом водопідпірної споруди.

Сучасні ґрунтові греблі сягають дуже великих розмірів, наприклад, Нурекська гребля досягає висоти трьохсот метрів, а гребля Тарбела обсягу 130 000 000 кубічних метрів.

Географія гребель надзвичайно широка: Вілюйська, Усть-Хантайска, Колимська греблі зведені в умовах вічної мерзлоти, в Середній Азії будується найвища в світі Рогунська гребля, існують греблі на Кавказі - Сарсангска, Мінгячевірска, відомі греблі на Далекому Сході, в Україні - у Карпатах та Криму.

Проектування ґрунтової греблі

Невід'ємною частиною водосховища гідровузла є гребля. Простота конструкції, широке використання місцевих будівельних матеріалів, можливість споруди майже на будь-яких підставах зумовили широке поширення земляних гребель у всіх країнах. Ґрунтові греблі підрозділяються по безлічі ознак.

За способом зведення вони бувають:

насипні,

намивні,

полунамивні.

За конструкцією поперечного профілю:

з одного ґрунту,

з вертикальним ядром або діафрагмою,

з екраном,

з різнорідних ґрунтів.

Для зведення ґрунтових гребель застосовують різні ґрунти, наявні на території будівлі греблі. Кращими з них для даного виду гребель вважаються суглинки та супіски.

Основні елементи профілю ґрунтової греблі

Основні елементи профілю ґрунтової греблі приведені на малюнку 1.

Мал. 1

НПР - нормальний підпірний рівень - вищий підпірних рівень, який гребля може підтримувати протягом тривалого часу при забезпеченні нормальної експлуатації всіх споруд. Це найвищий проектний рівень верхнього б'єфу, вище якого підйом рівня у водосховищі, як правило, не дозволяється.

ФПР - форсований підпірний рівень - вищий підпірних рівень, який можна підтримувати недовгий час в період пропуску дуже великих водопіль і паводків, забезпечуючи схоронність споруд.

РМО - рівень мертвого об'єму - мінімальний рівень, допустимий в умовах нормальної експлуатації.

Основні вимоги щодо проектування греблі

Під час вибору створу гідровузла необхідно враховувати ряд вимог:

Розташування греблі за можливістю має бути у самому вузькому місці річкової долини;

вісь греблі повинна бути перпендикулярна горизонталям місцевості та простиратися за напрямком течії річки;

При проектуванні греблі необхідно провести дослідження ґрунтів, прилеглих до району будівництва, які можуть знадобитися для зведення греблі;

Необхідно врахувати розміри території, які знадобляться для розміщення постійних та тимчасових споруд гідровузла;

За можливістю необхідно врахувати прокладення дорожньої мережі, ліній електропередач та зв'язку;

Необхідно враховувати інтереси користувачів даної гідротехнічної споруди та розташовувати її в місцях водоспоживання;

Під час проектування необхідно враховувати територію затоплення після початку роботи греблі;

Середня глибина у водосховищі повинна бути не меншою за 2,5 м для дотримання екологічних та санітарних вимог.

Загальні відомості про річку

Річка взимку замерзає, період льодоставу зазвичай триває два-три місяці з середини грудня по кінець березня.

Живлення переважно дощове та талими сніговими, а також частково підземними водами.

Розрахункова частина

Початкові розрахунки площі, довжини горизонталей, та об’єму води у них. На плані з горизонталями намічається розташування осі греблі. Місце для греблі обирається у звуженій частині балки. За допомогою планіметра на плані ділянки в горизонталях розраховують площу дзеркала річки.

Спочатку проводять розрахунок площі кожної горизонталі, щоб надалі обчислити об'єм води у водосховищі. Обчислення виробляють для кожної горизонталі плану від наміченої осі греблі вгору по тальвегу. Далі за допомогою курвіметра визначаємо загальне значення довжини всіх горизонталей, що входять до водозбору. Дані обчислень представлені в таблиці 2.

Таблиця 2 - Дані обчислень

Переведення до в м2 здійснюється за формулою:

,

Де Z - значення (третя колонка таблиці 1);

Наступним кроком є розрахунки топографічних характеристик водоймища. Дані розрахунків приведені у таблиці 3.

Етапи розрахунків

етап: Розрахунки гідрографічних характеристик, що використовуються у проектуванні греблі

. Площа водозбору F, км²;

Спершу ми знаходимо площу усього водозбору за допомогою планіметру. Значення планіметру дорівнює 2755. Переводимо до м2 за формулою, дійсною для визначення площі кожної горизонталі і отримуємо:

= 2755 * 0,135 * 10000 = 3719250 (м2) 3,72(км2);

Площа усього водозбору F становить 3,72 км2.

. Довжина головного водотоку L, км:

Довжину головного водотоку L та усіх його притоків (у даному випадку їх 2) та  визначаємо курвіметром.

Головний водоток:(показник курвіметру)= 12(см)

Переводимо значення курвіметру до км по формулі:

* 1000 * 0.0001 = 1,2 (км)

Довжина головного водотоку L сягає 1,2 км.

. Сума довжини усіх притоків , км;

Довжину притоків (у даному випадку їх 2: та ) визначаємо аналогічно з визначенням головного притоку за допомогою курвіметру:

Отримуємо:

 = 0,5 км та  = 0,1 км.

Для визначення суми довжин притоків використовуємо формулу:

 =;

 = 0,5 + 0,1 = 0,6 (км).

Сума довжини усіх притоків  сягаэ 0,6 км.

. Середня довжина схилу , км;

Середня довжина схилу визначається за формулою:

де

 - густота річкової та балочної мережі у км/км2;

 3,4 км/км2

Підставляємо значення густоти річкової та балочної мережі у формулу для знаходження середньої довжини схилів та отримуємо:

 = 0,16

5. Середньозважений ухил водотоку , ;

Середньозважений ухил водотоку встановлюється за напрямком прямої, що вирівнює профіль водосховища. Його значення визначається згідно формулі:

= 0,0125 = 12,

- відмітка горизонталі, що доводиться на початок водотоку;- відмітка горизонталі, на якій знаходиться гребля;- довжина головного водотоку;

. Середній ухил схилів Ick;

Середній ухил схилів визначають згідно картам або планам горизонталей за напрямком найбільшого ухилу схилів як середнє арифметичне з 5 - 10 визначень або за формулою:

сх =

Δ - вертикальна відстань між горизонталями у межах водозбору (у даному випадку сягає 2,5 м або 0,0025 км); ∑l - сума довжин усіх горизонталей, км; F - площа водозбору, км².

I сх=  = 0,0033 = 3,3

Середній ухил схилів дорівнює 3,3 , що відповідає піднесенню 3,3 м на 1000 м відстані.етап: Агротехнічні особливості водозбору

Визначення агротехнічного фону

Виділяють три види агротехнічного фону:

Густопокривний;

Пара (зорані землі, що підтримують у рихлому стані);

Просапні культури (кукурудза, соняшник, буряк).

Залісненість та заболоченість водозбору, тобто площа лісів та боліт у % від площі водозбору. Визначається за картою.етап: Гідроморфометричні характеристики території, де знаходиться річка

. Гідроморфометрична характеристика схилуФсх

2,12;

гребля дамба профіль водозбір

 - середня довжина схилу, км;- (шорсткість схилу) приймається значення 0,2;

Iсх - середній ухил схилів,.

 - стік талих вод 10% забезпеченості, яка приймається в даній роботі рівною 50мм.

. Гідроморфометрична характеристика русла;

Фр

Фр14,82;

- довжина головного водотоку, км;- коефіцієнт, дорівнюється 9;середньозважений ухил водотоку;- площа водозбору, км².

- стік талих вод 10% забезпеченості, яка приймається в даній роботі рівною 50мм.етап: Визначення відмітки гребня греблі. Конструювання поперечного профілю греблі

Показник гребеню греблі.

Визначення гребеня греблі здійснюється за формулою:

гп = НПР + hф + hзап;

НПР - нормальний підпірний рівень.ф - запас висоти для обсягу форсування повинен бути від 1 до 1,5м (приймаємо 1,3);зап - запас на вітровий нагін та хвильовий накат.

Знаходження гребню дамби починається із розрахунку корисного Vкор та мертвого Vмо об’єму:

Розрахунок НПР

НПР визначається за батіографічною кривою на підставі даних про корисної ємності й мертвого об'єму. Тому наступник кроком є розрахунок корисного та мертвого об’ємів:

Корисний об’єм Vкор :

кор = F * h10%

- площа водозбору;

- стік талих вод 10% забезпеченості, яка приймається в даній роботі рівною 50мм.

Для розрахунку треба перевести значення стоку в метри: 50мм=0,05м.

Таким чином:кор = 3720000*0,05 = 186000 (м3),

Мертвий об’єм :

Враховуючи умови створення в чаші водойми ємкості для накопичення наносів, за період експлуатації водоймища (50 років) мертвий об’єм визначається за формулою:

 8454,55 (м3),

Де

 - каламутність талого стоку = 1 кг/м³;

 - об'ємна маса наносів = 1100 кг/м³.

Підсумовуючи корисний Vкор та мертвий Vмо об’єм отримуємо розрахунковий об’єм водосховища:

розр = Vкор + Vморозр= 186000 + 8454,55 = 194454,55 ();

Враховуючи значення Vрозр , яке сягає 194454,55 знаходимо відмітку підпірного рівню, а саме: на осі графіка V, м3 (об’єм) знаходимо позначку 194454,55 м³ та проводимо перпендикуляр уверх до тих пір, поки він не перетнеться з лінією об’єму та отримуємо точку перетину.

Далі проводимо перпендикуляр від цієї точки на вісь відміток горизонталей H. Це і є відмітка НПР. У даному випадку відмітка НПР сягає 186,8 м.

Середня глибина водосховища

Середня глибина водосховища розраховується за формулою:

- максимальний об’єм водосховища(м);

Ω - максимальна площа ділянки, що затоплюється(м);

5,56 (м);

Розрахунок запасу форсування на вітровий нагін та хвильовий накат hзап

зап = Hнаг + hнак ;

(де Hнаг та hнак - запас на хвилеве наганяння та вітровий накат)

Запас висоти на хвилеве наганяння

 = 0.04 (м)

Приймаємо α = 0

К - коефіцієнт = 0,06;- довжина розгону вітрових хвиль;- розрахункова максимальна швидкість вітру, що становить 10 м/с;- прискорення вільного падіння, становить 9,81 м/с2;- середня глибина водосховища.

Знаходимо значення вітрового накату hнак за формулою:

 0,4 (м)

- висота хвилі (0,8 - 1м);- коефіцієнт укосу дамби, що буде закладено. Береться для глинистого та суглинного ґрунту і становить - 2,5 - 3.

Отримавши значення Hнаг и hнак розраховуємо значення hзап:

зап = Hнаг + hнак ;зап = 0,4+ 0,012 = 0,412(м),

Після знаходження усіх складових знаходимо відмітку рівня гребеня дамби:

гп = НПР + hф + hзап;

гп = 186,8 + 1,3 + 0,44 = 188,54(м).

Розрахунок гребеня дамби показав, що для даної водойми з об’ємом води 2791375 м3 необхідна гребля заввишки 9,85 м (відмітку гребня греблі знаходимо аналогічно до НПР.

Поперечний профіль дамби

Ширина проїжджої частини приймається за 5 м. Враховуючи прийняту ширину гребеня греблі, коефіцієнти її укосів та висоти розраховуємо ширину нижньої частині греблі та робимо схематичний малюнок поперечного перетину.- ширина верхньої (проїжджої) частини греблі;г - висота греблі 9,85;- Коефіцієнт, рівний 3 для лівого відкосу та 2,5 для правого;- ширина підстави греблі.

Розрахунок підстави греблі

= h*k= 9.85 (2,5 + 3)=59.1

Ширина нижньої частини греблі дорівнює 59,1 м.

Висновки

В результаті проведених розрахунків ми змогли обґрунтувати параметри греблі. З урахуванням розрахункових таблиць 2 і 3, були розраховані усі гідрографічні параметри річки (такі як площа, об’єм, довжину головного водотоку та всіх притоків), на підставі яких зроблені усі останні розрахунки щодо конструювання греблі. По відношенню об'єму та площі визначено параметри НПР та РМО, за якими розраховано усі необхідні параметри греблі. Після розрахунку гребеня даної гідротехнічної споруди можна зробити висновок, що будувати греблю заввишки 15 м не доцільно, достатньо буде побудувати греблю заввишки 9,85 м.

Список використаної літератури

1.   Буртіс Ю.Ф., Пилипович Н.В., Черник П.К. та ін. Керівництво з проектування та гідротехнічних розрахунків регулюючих меліоратівних споруд. Ураджай, 1984. 96 с.

2.       Васильєва І.А., Журавльов Г.І., Корюкін С.Н. та ін.. Гідротехнічні споруди. Учб. посібник для вищих навчальних закладів / Під ред. Н.П. Розава. М.: Стройиздат, 1978. 647 с.

.        Волков І.М., Кононенко П.Ф., Федічкін І. Проектування гідротехнічних споруд. М.: Колос, 1977. 384 с.

.        Громов В.І., Іванов Є.С. Організація та виробництво гідротехнічних робіт. М.: Колос, 1974. 432 с.

.        Журавльов Г.І. Ґрунтові греблі. М.: Колос, 1966. 280 с.