Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования РФ
Марийский государственный технический университет
Кафедра СТЛКурсовой проект на тему:
Мелиорация лесосплавного пути и
гидротехнических сооружений.
Выполнила студентка гр. ЛД-43
Романова О.Ю.
Проверил ассистентРоженцов 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 устьяВодосборная площадь F ,км2
Пред. отметка подпоры, Zпроц
1 1630 1600 18,1 2 3560 2100 19,64. 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 №1Определение среднего многолетнего расхода воды.
Наименование створовF, 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 №2Наименование товаров
F,
км2
Q0,
м3/с
СV
CS
При обеспеченности Р=90% ФФСV
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:
-среднемесячные или средне декадные расходы воды в рассматриваемом створе,
- модульные коэффициенты, характеризующие величину среднемесячных (средне декадных) расходов воды;
- среднегодовой расход воды заданной обеспеченности,
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
Створы
Среднемесячные (средне декадные) расходы воды,
I II III IV V 1 2 3 1 2 3 Мод. коэф 0,15 0,15 0,15 0,20 0,30 0,25 5, 7,0 3,6 1,42 1,42 1,42 1,89 2,83 2,36 47,1 66,1 33,9 1,15 1,15 1,15 1,53 2,3 1,92 38,3 53,7 27,6 13,3 13,3 13,3 1,77 2,65 2,21 44,2 61,9 31,8 Таблица 3Створы
Среднемесячные (средне декадные) расходы воды,
Среднегодовой,
VI VII VIII IX X XI XII 1 2 3 Мод. коэф 2,2 1,5 1,1 0,6 0,5 0,8 1,0 0,6 0,25 20,8 14,1 10,4 5,7 4,7 7,6 9,4 5,7 2,4 9,43 16,9 11,5 8,4 4,6 3,8 6,1 7,7 4,6 1,9 7,66 19,5 13,3 9,7 5,3 4,4 7,1 8,8 5,3 2,2 8,84 Продолжение таблицы 31.4. 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
Расчетные величины
Среднемесячные (средне декадные) расходы воды,
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 1 2 3 1 2 3 1 2 3Ср. месячный или средне декадный расходы ,
,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 1,92Объем 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 5Объем 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 93,46 117,3 131,87 141,81 149,09 161,05 171,01 186,95 206,89 218,85 223,85Правильность 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.
Для лесосплавных плотин IV класса капитальности отверстия которых рассчитываются на пропуск максимальных расходов 5%-ой обеспеченности 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
- коэффициент дружности половодья,
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;
- средний многолетний слой стока половодья (мм), определяемый по карте изолиний (рис 4); =160 м
- коэффициент вариации слоя стока половодья, определяемый по карте изолиний. (рис.5)
Коэффициент асимметрии слоя стока половодья
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=10,8(0,0565+0,15+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 створовF, км2
(F+1)n
k0
hp, мм
1
2
Qmax,
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 18,4УВВ 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:
Установив величину максимального расхода воды дождевого паводка 20% - ной обеспеченности по кривой расходов , находим соответствующую отметку уровня высоких вод дождевого паводка расчетной обеспеченности. Все расчеты сводим в таблицу №6.
Таблица №6
Наименование створовF, км2
ВS’
,
УВВ обеспеченным Створ плотины №1 1600 40 3,0 0,76 91,2 16,7 Створ плотины №2 2100 45,83 104,5 16,9Построение 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
в) средняя глубина , эквивалентная при широком русле гидравлическому радиусу R;
г) скоростной множитель
д) средняя скорость потока , м/с
е) расход воды ,
Все результаты расчетов сводим в таблицу 7.
Таблица №7
Z, м, м2
В, м, м
С,
V,
Q,
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 2,23 233,04По данным таблицы №7 справа от поперечного профиля строим графики зависимостей и (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
Определяется минимальный сплавной расход воды в лимитирующем створе, при котором обеспечивается минимальная сплавная глубина , а при молевом сплаве, так же и минимальная эксплуатационная скорость 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).
В качестве расчетной величины 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.
- средняя поверхностная скорость течения при минимальном сплавном расходе ;
- 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
Произведение коэффициентов и ;
При
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.
Первым критерием применимости суточного регулирования стока является предельная дальность действия попуска (). 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:
Для того, чтобы обеспечить дополнительное питание в течение периода , необходим полезный объем водохранилища:
Для этого объема соответствует отметка НПУ (нормальный подпорный уровень) равная 17 м, что ниже 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.
Продолжительность периода дополнительного питания 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
Продолжительность расчетного периода, Т
Ср. за расчетный период расходы,
,
1 1.06-7.06 6 25 24,27 0,73 378432 416275,2
Объем воды, полезно срабатываемый из водохранилища за данный период :
Полный объем воды, который должен быть запасен в водохранилище на данный расчетный период :
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
Сроки расчетного периода
Продолжительность расчетного периода, Тсут
Ср. за расчетный период расходы воды,
,
1 1.06-7.06 6 19.72 0.73 20.45 10601280Проверяем 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:
- объем годового стока (= 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)
Величину берем из таблицы №9, после чего определяем по кривой расхода в створе плотины №1.
= 16.1+0.2=16.3 м
соответствует мертвому объему =1000000 ( 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.
Полному объему водохранилища соответствует установленная по кривой объема.
- условие